![Page 1: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/1.jpg)
ผเรยบเรยงดร.ธนา สทธบทมพงศ ปร.ด.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)
ผตรวจดร.กนตธร กจเกยรตพงษ ปร.ด.(ฟสกส),วท.ม.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)ดร.เพราพมพ ลมสกล ปร.ด.(ชววศวกรรม),วท.ม.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)นายกฤษฎ มเครอ วท.ม.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)
บรรณาธการดร.มนตอมร ปรชารตน ปร.ด.(ฟสกส),ประกาศนยบตรบณฑตชนสง(การสอนวทยาศาสตร),
วท.บ.(ฟสกส)
จดพมพโดยบรษทสำ�นกพมพเอมพนธจำ�กด
ฝ�ยก�รตล�ด,ฝ�ยก�รเงนและบญช,ฝ�ยผลตและจดสง:
๖๙/๑๐๙หม๑ซ.พระแมการณยต.บานใหมอ.ปากเกรดจ.นนทบร๑๑๑๒๐
โทร.๐-๒๕๘๔-๕๘๘๙,๐-๒๕๘๔-๕๙๙๓,๐-๒๙๖๑-๔๕๘๐-๒โทรสาร๐-๒๙๖๑-๕๕๗๓
ฝ�ยวช�ก�ร:
๘๗/๑๒๒ถ.เทศบาลสงเคราะหแขวงลาดยาวเขตจตจกรกรงเทพฯ๑๐๙๐๐
โทร.๐-๒๙๕๔-๔๘๑๘-๒๐,๐-๒๙๕๓-๘๑๖๘-๙โทรสาร๐-๒๕๘๐-๒๙๒๓
สงวนลขสทธต�มพระร�ชบญญตลขสทธเปนของบรษทสำ�นกพมพเอมพนธจำ�กด
ปทพมพ ๒๕๖๓ พมพครงท ๑ จำ�นวน ๕,๐๐๐ เลม ISBN : 978-616-07-2057-6
![Page 2: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/2.jpg)
หนงสอเรยนรายวชาเพมเตมวทยาศาสตรและเทคโนโลย ฟสกส
ชนมธยมศกษาปท๖เลม๒ไดเรยบเรยงขนตามผลการเรยนรกลมสาระ
วทยาศาสตรและเทคโนโลย (ฉบบปรบปรง พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลกสตร
แกนกลางการศกษาขนพนฐานพทธศกราช๒๕๕๑
เนอหาในหนงสอเล มนแบ งออกเป น ๓ หน วยการเรยนร
ประกอบดวย สนามแมเหลก ไฟฟากระแสสลบและคลนแมเหลกไฟฟา
ฟสกสยคใหม นอกจากนในหนงสอยงม QRCode (Quick Response
Code) ทเขาผานระบบLINEเพอใหนกเรยนไดเขาถงขอมลและสอ
การเรยนรอนๆอกดวย
หวงเปนอยางยงวา หนงสอเรยนรายวชาเพมเตมวทยาศาสตร
และเทคโนโลย ฟสกส ชนมธยมศกษาปท ๖ เลม ๒ เลมน จะ
อ�านวยประโยชนตอผ สอนทจะน�าไปประยกตใชในการจดการเรยนร
เพอใหนกเรยนไดพฒนาเตมตามศกยภาพและบรรลตามเปาหมายของ
หลกสตรตอไป
ค�ำน�ำค�ำน�ำ
ฝ�ยวช�ก�รบรษทสำ�นกพมพเอมพนธจำ�กด
![Page 3: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/3.jpg)
6. อธบายหลกการท�างานและประโยชนของเครองก�าเนดไฟฟากระแสสลบ3เฟสการแปลงอเอมเอฟของ
หมอแปลงและค�านวณปรมาณตางๆทเกยวของ
7. อธบายการเกดและลกษณะเฉพาะของคลนแมเหลกไฟฟาแสงไมโพลารอยดแสงโพลาไรสเชงเสนและ
แผนโพลารอยดรวมทงอธบายการน�าคลนแมเหลกไฟฟาในชวงความถตางๆ ไปประยกตใชและ
หลกการท�างานของอปกรณทเกยวของ
8. สบคน และอธบายการสอสารโดยอาศยคลนแมเหลกไฟฟาในการสงผานสารสนเทศแอนะลอกกบ
สญญาณดจทล
9. อธบายสมมตฐานของพลงค ทฤษฎอะตอมของบอร และการเกดเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน
รวมทงค�านวณปรมาณตางๆทเกยวของ
10. อธบายปรากฏการณโฟโตอเลกทรกและค�านวณพลงงานโฟตอนพลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนและ
ฟงกชนงานของโลหะ
11. อธบายทวภาวะของคลนและอนภาครวมทงอธบายและค�านวณความยาวคลนเดอบรอยล
12. อธบายกมมนตภาพรงสและความแตกตางของรงสแอลฟาบตาและแกมมา
13. อธบายและค�านวณกมมนตภาพของนวเคลยสกมมนตรงสรวมทงทดลองอธบายและค�านวณจ�านวน
นวเคลยสกมมนตภาพรงสทเหลอจากการสลายและครงชวต
14 อธบายแรงนวเคลยร เสถยรภาพของนวเคลยส และพลงงานยดเหนยว รวมทงค�านวณปรมาณตางๆ
ทเกยวของ
15. อธบายปฏกรยานวเคลยรฟชชนและฟวชนรวมทงค�านวณพลงงานนวเคลยร
16. อธบายประโยชนของพลงงานนวเคลยรและรงสรวมทงอนตรายและการปองกนรงสในดานตางๆ
17. อธบายการคนควาวจยดานฟสกสอนภาคแบบจ�าลองมาตรฐานและการใชประโยชนจากการคนควาวจย
ดานฟสกสอนภาคในดานตางๆ
ฟสกส กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตรและเทคโนโลย
ชนมธยมศกษาปท 6 เลม 2
เวลา 60 ชวโมง จำานวน 1.5 หนวยกต
ศกษาเกยวกบสนามแมเหลกประวตการคนพบแมเหลกการศกษาคณสมบตของแมเหลกสนามแมเหลก
แรงทกระท�าตอประจทเคลอนทในสนามแมเหลกแรงทกระท�าตอลวดตวน�าทวางตวในสนามแมเหลกสนามแม
เหลกทเกดจากลวดตวน�ายาวอนนตแรงแมเหลกเกดขนระหวางลวดตวน�าสองเสนทขนานกนขดลวดตวน�าการ
เหนยวน�าแมเหลกไฟฟากฎของฟาราเดยกฏของเลนซการประยกตใชกฎของฟาราเดยไฟฟากระแสสลบและ
คลนแมเหลกไฟฟาเครองก�าเนดไฟฟาหมอแปลงไฟฟาวงจรไฟฟากระแสสลบแหลงก�าเนดคลนแมเหลกไฟฟา
โพลาไรเซชนของคลนแมเหลกไฟฟาการสนพองทางไฟฟาและเครองรบวทยสเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟา
และการใชประโยชน ฟสกสยคใหม การคนพบอนภาคอเลกตรอนการแผรงสของวตถด�าและสมมตฐานของ
พลงคทฤษฎโฟตอนปรากฏการณโฟโตอเลกทรกทวภาวะของคลนและอนภาคกลศาสตรควอนตมกบการ
พฒนาแบบจ�าลองอะตอม
1. สงเกตและอธบายเสนสนามแมเหลกอธบายและค�านวณฟลกซแมเหลกในบรเวณทก�าหนดรวมทงสงเกต
และอธบายสนามแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาในลวดตวน�าเสนตรงและโซเลนอยด
2. อธบายและค�านวณแรงแมเหลกทกระท�าตออนภาคทมประจไฟฟาเคลอนทในสนามแมเหลก
แรงแมเหลกท กระท�าตอเสนลวดทมกระแสไฟฟาผานและวางในสนามแมเหลก รศมความโคงของ
การเคลอนทเมอประจเคลอน ทตงฉากกบสนามแมเหลก รวมทงอธบายแรงระหวางเสนลวดตวน�า
คขนานทมกระแสไฟฟาผาน
3. อธบายหลกการท�างานของแกลแวนอมเตอรและมอเตอรไฟฟากระแสตรงรวมทงค�านวณปรมาณตางๆท
เกยวของ
4. สงเกตและอธบายการเกดอเอมเอฟเหนยวน�ากฏการเหนยวน�าของฟาราเดยและค�านวณปรมาณตางๆ
ทเกยวของรวมทงน�าความรเรองอเอมเอฟน�าไปอธบายการท�างานของเครองใชไฟฟา
5. อธบายและค�านวณความตางศกยอารเอมเอสและกระแสไฟฟาอารเอมเอส
ผลการเรยนร
ค�ำอธบำยรำยวชำเพมเตม
![Page 4: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/4.jpg)
เครองกำาเนดไฟฟา 68
หมอแปลงไฟฟา 74
วงจรไฟฟากระแสสลบ 81
แหลงกำาเนดคลนแมเหลกไฟฟา 88 โพลาไรเซชนของคลนแมเหลกไฟฟา 91 การสนพองทางไฟฟาและเครองรบวทย 93 สเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟาและการใชประโยชน 95 กจกรรมสงเสรมการเรยนร 99
หนวยการเรยนรทไฟฟากระแสสลบ
5
การคนพบอนภาคอเลกตรอน 108
การแผรงสของวตถดำาและสมมตฐานของพลงค 111
ทฤษฎ โฟตอน 113
ปรากฏการณ โฟโตอเลกทรก 117
ทวภาวะของคลนและอนภาค 122
กลศาสตรควอนตมกบการพฒนาแบบจำาลองอะตอม 133
กจกรรมสงเสรมการเรยนร 141
บรรณานกรม 148
และคลนแมเหลกไฟฟา 65
หนวยการเรยนรท 6 ฟสกสยคใหม 105
ประวตการคนพบแมเหลก 2
การศกษาคณสมบตของแมเหลก 3 สนามแมเหลก 5 แรงทกระทำาตอประจทเคลอนท ในสนามแมเหลก 16 แรงทกระทำาตอลวดตวนำาทวางตวในสนามแมเหลก 24
สนามแมเหลกทเกดจากลวดตวนำายาวอนนต 28
แรงแมเหลกเกดขนระหวางลวดตวนำาสองเสนทขนานกน 31 ขดลวดตวนำา 33 การเหนยวนำาแมเหลกไฟฟา 42 กฎของฟาราเดย 44 กฏของเลนซ 45 การประยกต ใชกฎของฟาราเดย 49 กจกรรมสงเสรมการเรยนร 56
สำรบญ หนวยการเรยนรท สนามแมเหลก 14
![Page 5: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/5.jpg)
หนวยการเรยนรท
สนามแมเหลก4
ผลการเรยนร1. คณสมบตของแมเหลกสนามแมเหลกเสนสนามแมเหลก และฟลกซทงทเกดขนโดยธรรมชาตและทเกดจากกระแส ไฟฟาในลวดตวน�า2. แรงแมเหลกทกระท�าตออนภาคทมประจไฟฟาตอเสนลวด และรศมความโคงทอาจเกดขนรวมถงแรงระหวางเสนลวด ตวน�าคขนานทมกระแสไฟฟาผาน3. หลกการท�างานของแกลแวนอมเตอร และมอเตอร ไฟฟากระแสตรงและการค�านวณ4. การเกดอเอมเอฟเหนยวน�ากฏการเหนยวน�าของฟาราเดย
1. สงเกตและอธบายเสนสนามแมเหลกอธบายและค�านวณฟลกซ แมเหลกในบรเวณทก�าหนด รวมทงสงเกต และอธบาย สนามแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาในลวดตวน�าเสนตรง และโซเลนอยด2. อธบายและค�านวณแรงแมเหลกทกระท�าตออนภาคทม ประจไฟฟาเคลอนทในสนามแมเหลกแรงแมเหลกทกระท�า ตอเสนลวดทมกระแสไฟฟาผานและวางในสนามแมเหลก รศมความโคงของการเคลอนทเมอประจเคลอนทตงฉาก กบสนามแมเหลกรวมทงอธบายแรงระหวางเสนลวดตวน�า คขนานทมกระแสไฟฟาผาน3. อธบายหลกการท�างานของแกลแวนอมเตอรและมอเตอร ไฟฟากระแสตรงรวมทงค�านวณปรมาณตางๆทเกยวของ4.สงเกตและอธบายการเกดอเอมเอฟเหนยวน�า กฏการ เหนยวน�าของฟาราเดย และค�านวณปรมาณตาง ๆ ท เกยวของรวมทงน�าความรเรองอเอมเอฟน�าไปอธบายการ ท�างานของเครองใชไฟฟา
สาระการเรยนร
แรงแมเหลกเปนแรงทสามารถพบไดในธรรมชาตและสามารถ
สรางขนไดจากการผานกระแสไฟฟาเขาไปในลวดตวน�าทวางตวอยบนสนามแมเหลก
นอกจากนนกฟสกสยงพบอกวาในมมทกลบกนหากหมนขดลวดตวน�าตดสนามแมเหลก
จะเหนยวน�าใหเกดกระแสไฟฟาไดอกดวยขอคนพบขางตนนน�าไปสนวตกรรมทมนษย
สามารถใชประโยชนไดมากมายเชนมอเตอรไฟฟา,แกลแวนอมเตอรเปนตน
แนวคด
![Page 6: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/6.jpg)
3
ถงแมวาแมเหลกจะถกคนพบนบพนปกอนครสตกาลแตการศกษาเกยวกบคณสมบต
แมเหลกเพงเรมตนขนในครสตศตวรรษท13มานเองโดยปแยรเดอมารกรค(Pierre
de Maricourt) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสซงท�าการทดลองและน�าผลทไดไปอธบาย
คณสมบตของแมเหลกเบองตนของแมเหลกดงน
(1)แมเหลกจะมคณสมบตดงดด(attraction)และผลก(repulsion)
(2) เขมทชในแนวเหนอใตเปนคณสมบตขว(pole)ของแมเหลกซงม2ขวตามทศเหนอใต
(3)แรงทมองไมเหนของแมเหลกแตมอทธพลตอวตถท�าใหเกดจนตนาการเรอง
เครองจกรนรนดร
การศกษาคณสมบตของแมเหลก
ภำพวำดของเดอมำรกรค
แสดงเขมชในแนวเหนอใต
ประเทศไทยพบหนแมเหลกหรอแรแมกนไทตตามแหลงแรเหลกเชนในแหลง
ทาศาลา(บางสวนของจงหวดนครศรธรรมราชและสราษฎรธาน),แหลงรอนพบลย
จงหวดนครศรธรรมราช,แหลงเชยงคานจงหวดเลยเปนตน
2
แมเหลกถกพบครงแรกโดยบงเอญในรปของหนแมเหลก(แรแมกนไทต)ในกอนหน
บางกอนบนภเขาไอดาซงตงอยทเมองแมกนเซยสมยกรกโบราณหรอราว3,000ปกอน
ครสตกาล โดยดงดดตะปรองเทาของคนเลยงสตวทก�าลงปลอยสตวหากนอยในบรเวณ
นนชอของแหลงทคนพบจงกลายมาเปนทมาของชอในภาษาองกฤษวา“magnet”หรอ
ในภาษากรกเดมวา“magnetislithos”(หนจากแมกนเซย)อยางไรกตามหนแมเหลก
ซงเปนออกไซดของเหลก(Fe3O
4)สามารถคนพบไดทวโลกแมแตในประเทศไทยจงม
รายงานการใชประโยชนในประวตศาสตรอยางนอยจาก3แหลงคอในอารยธรรมอยปต
ประวตการคนพบแมเหลก
หนแมเหลก หรอ แรแมกนไทต
อารยธรรมกรกและอารยธรรมจน โดย
ใชเปนเครองมอชบอกทศทางเนองจาก
หนแมเหลกมคณสมบตชบอกทศทางใน
แนวเหนอใตเสมอท�าใหชาวกรกซงเปน
ชาตทมพฒนาการดานการเดนเรอเรยก
หนแมเหลกในอกชอวาlodestoneหรอ
หนน�าทาง
สนนษฐานกนวาเขมทศเครองแรกของโลกเปนนวตกรรม
ทประดษฐขนในราชวงศฮนราว 20 ปกอนครสตกาลเรยกวา
ซอหนาน (司南) หรอทปจจบนจะเรยกวา จอหนานเจน
(指南针)ซงแปลวาเขมชบอกทศใตโดยมลกษณะเปนแผน
โลหะทมวตถรปรางคลายปลาแอนทองมปลายเรยวชไปทางทศ
ใตเสมอ
รปจ�ำลองเขมทศเครองแรก
ของโลก หรอ จอหนำนเจน
บนทกในราชวงศซงเหนอยงพบนวตกรรมเขมทศเพอใชในการทหารโดยท�าเปนรปปลาหรอเตาน�าทางดวย
![Page 7: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/7.jpg)
5
สนามแมเหลก(magneticfield)หมายถงปรมาณทบงบอกถงอทธพลจากแรงแมเหลก
เชน เสนแรงแมเหลกทกระท�าตอประจทก�าลงเคลอนทในสนามเวกเตอรซงมความเขม
(instensity)โดยทศทางของเวกเตอรจะแปรเปลยนไปตามต�าแหนงท�าใหสงผลตอขนาด
และทศทางของสนามดวย
สงเกตวา ผงตะไบเหลกจะเรยงตวกนจน
สามารถสงเกตเหนเปนแนวเสนโคงได ตาม
ปกตถาไมใชผงตะไบเหลกเปนวตถน�าสายตา
เสนแรงดงกลาวจะไมสามารถมองเหนไดดวย
ตาเปลาเรยกแนวของการเรยงตวทพบในแม
พจารณาเสนแรงแมเหลกในแทงแมเหลก
ดงรป
สนามแมเหลก (magnetic field)
สนามแมเหลกทเกดขนในแทงแมเหลก
หนแมเหลก หรอ แรแมกนไทต
เหลกนวา“เสนสนามแมเหลก”(magneticfieldline)ตามปกตมกอธบายเพอใหเขาใจงาย
ในรป2มตโดยทศของแรงจะพงจากบรเวณขวเหนอ(N)ไปยงขวใต(S)ดงลกศรใน
รปดานลาง
รปท 1 รปท 2
รปท 1 เสนสนามแมเหลกทเกดขน
เมอวางแมเหลกขวตรงขามไวใกลกน
รปท 2 เสนสนามแมเหลกทเกดขน
เมอวางแมเหลกขวเดยวกนไวใกลกน
4
ในปค.ศ.1819ฮนสครสเตยนออรสเตด(HansChristian Ørsted)นก
วทยาศาสตรชาวเดนมารกคนพบความสมพนธระหวางแรงแมเหลกกบแรงทางไฟฟาเปน
ครงแรกกลาวคอปรากฏการณทไฟฟากระแสตรงสามารถกอใหเกดสนามแมเหลกไดนบ
วาเปนความกาวหนาส�าคญของ“ทฤษฎแมเหลกไฟฟา”ระยะเรมตน
ในปค.ศ.1600วลเลยมกลเบรต(WilliamGilbert)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ
เสนอทฤษฎแมเหลกเพมเตมในหนงสอชอเดอแมกนเต(DeMagnete)โดยพจารณา
แบบจ�าลองของโลกทรงกลมทเรยกวาTerrella(ภาษาละตนแปลวาโลกใบเลก)จากผล
การทดลองทางแมเหลกเขาเสนอวา โลกเปนแมเหลกขนาดใหญประกอบดวยขวเหนอ
และใตแบบหนแมเหลกในหนงสอเลมเดยวกนกลเบรตยงเสนอทฤษฎไฟฟาสถตจากการ
ทดลองกบแทงอ�าพนซงถอวาเปนนกวทยาศาสตรคนแรกๆ ทใชค�าวาelectricityกวาได
กลาวไดวานกวทยาศาสตรในสมยนนไมวาจะเปนจอหนมเชล(JohnMichell),ชารลส
คลอมบ(CharlesCoulomb),องเดรมารยแอมแปร(AndreMarieAmpere)ตางสนใจ
แรงแมเหลกและแรงไฟฟาในลกษณะทควบคกนในฐานะแรงทมองไมเหนแตกอใหเกด
ปรากฏการณบางอยางทสงเกตไดดวยตาเชนแรงดงดด,แรงผลกเปนตน
แมวา การศกษาวทยาศาสตรในศตวรรษท 13 จะกลาวถง แรงทมองไมเหนดวยตา เชน
แรงแมเหลก แตการศกษาเรองแรงทางฟสกสในระดบกาวหนา เรมตนในศตวรรษท 17
เชน ในงานของนวตน นนเอง
![Page 8: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/8.jpg)
7
อยางไรกตาม ภาพจรงของสนามแมเหลก
โลกมไดเปนระเบยบเหมอนดงภาพขางตน
ระหวางป1995–1996แกรกลาตซไมเออร
(Gary Glatzmaier) นกฟสกสดาราศาสตร
และ พอล โรเบรต (Paul Robert) นก
คณตศาสตร รวมกนเสนอแบบจ�าลองของ
สนามแมเหลกโลกหรอGlatzmaier-Robert
geodynamomodelดงรป
ขวโลกเหนอ(ภมศาสตร)
ขวโลกใต(ภมศาสตร)
แกนโลก
เสนศนยสตร
เสนสนามแมเหลก
เสนสนามแมเหลก
ภาพจากองคการนาซา(NASA)
จากภาพเสนแรงแมเหลกสฟามทศพงเขา
(เพราะเปนขวแมเหลกใต)ในขณะทเสนแรง
แมเหลกสเหลองมทศพงออก(เพราะเปนขว
แมเหลกเหนอ)
นกเรยนคดวาปรากฏการณธรรมชาตใดบางทเกยวของกบ สนามแมเหลกโลกจงยกตวอยางและอภปรายสนบสนน
6
จากขอเสนอของกลเบรตในป ค.ศ. 1600 ทวา โลกเปนแมเหลกขนาดใหญ ท�าให
นกวทยาศาสตรตางศกษาคณสมบตความเปนแมเหลกของโลก อยางทนกเรยนทราบ
กนดในวชาภมศาสตร เราจะเรยกสวนบนสดของลกโลกทรงกลมแปนนวาขวโลกเหนอ
(northpole)และจะเรยกสวนลางสดวาขวโลกใต(southpole)แตผลการศกษาของนก
วทยาศาสตรกลบพบวา ขวแมเหลกใตจะอยบรเวณขวโลกเหนอ และ ขวแมเหลก
เหนอจะอยบรเวณขวโลกใต การคนพบดงกลาวท�าใหแมเหลกในเขมทศจะหนขวเหนอ
ไปทางทศเหนอเสมอเพราะมแรงดงดดจากขวแมเหลกใตทางทศเหนอพรอมๆ กบหนขว
ใตไปทางทศใตเพราะมแรงดงดดจากขวแมเหลกเหนอทางทศใตดงรป
ขวโลกเหนอ(ภมศาสตร)
ขวโลกใต(ภมศาสตร)
แกนโลก
เสนศนยสตร
เสนสนามแมเหลก
เสนสนามแมเหลก
สนามแมเหลกโลก (geomagnetic field)
![Page 9: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/9.jpg)
9
เคลดลบในการถายภาพแสงเหนอ
ทกวนนการถายภาพปรากฏการณทางดาราศาสตร
ไมใชเรองไกลตวอกตอไปแตการเกบภาพแสงเหนอให
สวยงามนนควรตงคาชองรบแสงไวทF8
• ความเสยหายทเกดขนจากพายสรยะ
ค.ศ. 1940
ค.ศ. 1994
ค.ศ. 1989
ค.ศ. 2003
เกดพายสรยะในเดอนมนาคม สงผลใหโรงไฟฟา 3 โรง
ในเมองนวยอรกเสยหายรวมถงสายโทรศพท และสายเคเบล
ถกแรงไฟฟาปรมาณมากท�าลายเสยหาย
เกดพายสรยะท�าลายดาวเทยมสอสารของประเทศแคนาดา
เสยหาย2ดวงและเกดผลกระทบตอสญญาณGPS
เกดพายสรยะในเดอนมนาคมสงผลใหโรงไฟฟาในประเทศ
แคนาดาเสยหายประชาชนในประเทศไมมไฟฟาใชนานกวา
9ชวโมง
เกดพายสรยะเขาท�าลายดาวเทยมหลายดวงของหลายประเทศ
ทวโลก
ค.ศ. 1859 เกดพายสรยะครงรนแรงทสดเทาทบนทกไวในประวตศาสตร
โดยในคนวนท28–29สงหาคมชาวนวยอรคสามารถเหน
แสงเหนอไดดวยตาเปลาและในตนเดอนกนยายนกไดเกดพาย
สรยะขนอกระลอกครงนท�าลายระบบโทรเลขท�าใหการตดตอ
สอสารกนระหวางทวปหยดชะงกไปนานกวา8ชวโมง
8
พายสรยะ (solar storm)
พายสรยะ(solarstorm)เกดจากการเปลยนแปลงสนามแมเหลกบนดวงอาทตยซงสง
ผลตอสนามแมเหลกโลกจงอาจรบกวนระบบการสงกระแสไฟฟาและการสอสารรวมทง
อาจสงผลตอวงจรอเลกทรอนกสของดาวเทยม นอกจากนน มกท�าใหเกดปรากฏการณ
แสงเหนอแสงใตทสงเกตไดชดเจน
ปรากฏการณแสงเหนอแสงใตหรอปรากฏการณออโรรา(aurora)เปนผลทเกดขน
จากการชนกนระหวางอนภาคของรงสคอสมกจากดวงอาทตยทถกปลดปลอยออกมาภาย
หลงการเปลยนแปลงสนามแมเหลกกบโมเลกลของแกสในชนบรรยากาศเชนทระดบความ
สง180กโลเมตรขนไปในชนไอโอโนสเฟยร(ionosphere)จะพบแกสออกซเจนละลาย
อยมากดงนนเมออนภาครงสคอสมกเขาปะทะกบโมเลกลของแกสออกซเจนแลวจะท�าให
เกดแสงสเขยวอมเหลองทงนสของออโรราอาจมหลายสขนอยกบชนดของแกสทอนภาค
รงสคอสมกชน
ภำพแสงเหนอจำกเกำะโลโฟเทน, ฟนแลนด ภำพแสงเหนอมองจำกนอกโลก
เราจะเหนออโรราไดจากทใดบาง ?
ตามปกตจะสามารถพบเหนแสงเหนอไดงายกวาแสงใตจากปจจยเกอหนนทาง
ภมศาสตรโดยประเทศทสามารถเหนแสงเหนอไดแกประเทศฟนแลนด,ประเทศ
นอรเวย,เมองเยลโลวไนฟประเทศแคนาดา,รฐอะแลสกาประเทศสหรฐอเมรกา
และบางเมองในประเทศรสเซย ทงน ชวงเวลาทดทสดในการเหนแสงเหนอ คอ
ตงแตเดอนกมภาพนธ-เมษายน และเดอนกนยายน-ตลาคม เวลา 22.00 –
24.00น.หากทองฟาเปด
![Page 10: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/10.jpg)
11
ในหวขอกอนหนา นกเรยนไดศกษาประวตความเปนมา คณสมบตเบองตน และ
สภาพธรรมชาตของแทงแมเหลกและสนามแมเหลกโลกไปเรยบรอยแลว ในหวขอนจะ
เปนพจารณาโดยละเอยดถงสภาพธรรมชาตของสนามแมเหลกโดยอาศยค�าอธบายทาง
ฟสกสและคณตศาสตร
• การศกษาสนามแมเหลกในแมเหลกรปเกอกมา จากรปพจารณาแมเหลกรปเกอกมาทมระยะหาง(สมมตวาขนาดเลกมาก)ระหวาง
ขวเหนอกบขวใต สนามแมเหลกทเกดขนระหวางขวเหนอกบขวใตจะมขนาดความเขม
เกอบคงทคลายกบสนามไฟฟาคงททเกดจากแผนประจทวางขนานกนเพอความสะดวก
ในการนยามแรงแมเหลกทกระท�าตอประจเคลอนทและล�าอเลกตรอนในกระแสไฟฟาจะ
พจารณากรณทสนามแมเหลกมคาคงทเปนหลก
สนามแมเหลกในเชงฟสกสและคณตศาสตร
สนำมแมเหลกในแมเหลกรปเกอกมำ
10
ในประเทศไทยมการกอตงสถานตรวจวดนวตรอนขนบรเวณยอดดอยอนทนนทโดยได
รบพระมหากรณาธคณจากสมเดจพระกนษฐาธราชเจากรมสมเดจพระเทพรตนราชสดาฯ
สยามบรมราชกมาร พระราชทานชอสถาน“สถานตรวจวดนวตรอนสรนธร” (Princess
SirindhornNeutronMonitor)โดยไดรบบรจาคอปกรณตรวจวดนวตรอนจากมหาวทยาลย
ชนซ ประเทศญปน ภายใตความรวมมอกบองคการวทยาศาสตรระดบน�าของประเทศ
สหรฐอเมรกา ปจจบนอยภายใตการดแลของกลมวจยฟสกสอวกาศและอนภาคพลงงาน
สงภาควชาฟสกสคณะวทยาศาสตรจฬาลงกรณมหาวทยาลยและมหาวทยาลยมหดล
นกเรยนคดวาการระเบดครงใหญของดวงอาทตยจะสงผลกบ ชวตประจ�าวนของนกเรยนอยางไรบาง ? จงอภปราย
![Page 11: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/11.jpg)
13
• ความสมพนธระหวางฟลกซแมเหลกกบพนทหนาตด
กรณ เสนสนามแมเหลก
ท�ามม 0° กบพนทหนาตด
กรณ เสนสนามแมเหลก
ท�ามม 90° กบพนทหนาตด
กรณ เสนสนามแมเหลก
ท�ามม θ กบพนทหนาตด
คาฟลกซสงสด คาฟลกซต�าสด Φ = B ⋅A cos θ
จงหาจ�านวนเสนสนามแมเหลกหรอฟลกซสงสดทเปนไปไดในสนามแมเหลกขนาด
5เทสลา(ก�าหนดใหพนทหนาตดเทากบ0.06ตารางเมตร)
วธท�า จาก Φ = B ⋅A
แทนคาจะได Φ = 5 ⋅0.06=0.3
ตอบ จ�านวนเสนสนามแมเหลกเทากบ0.3เวเบอร
แมเหลกพนทหนาตด0.15เมตรนบจ�านวนเสนสนามแมเหลกหรอฟลกซได7×10-4
เวเบอรจะมขนาดของสนามแมเหลกเปนเทาใด
วธท�า จาก B = ΦA
แทนคาจะได B = 0.15 7×10-4 =
15×10-2
7×10-4 = 2.14×102
ตอบ ความเขมของสนามแมเหลกนเทากบ2.14×102เทสลา
ตวอยาง
ตวอยาง
12
จากรปสงเกตวา
Φ1 มจ�านวนเสนสนามแมเหลกมากกวา
Φ2 มจ�านวนเสนสนามแมเหลกนอยกวา
Φ1
Φ2
โดยท Φ หมายถงฟลกซแมเหลกมหนวยเปนเวเบอร(Wb)
B หมายถงขนาดของสนามแมเหลกมหนวยเปนเทสลา(T)
A หมายถงพนทหนาตดมหนวยเปนตารางเมตร(m2)
ความสมพนธระหวางขนาดของสนามแมเหลกกบฟลกซแมเหลก ก�าหนด
โดยสมการ
B = ΦA Φ = B ⋅A
ความเข มสนามแม เห ลก
(magnetic field intensity) หรอ
ขนาดสนามแมเหลกเปนปรมาณเวก
เตอรเขยนแทนดวย B หมายถงคา
แสดงความหนาแนนของเสนสนาม
แมเหลก(เสนสมมต)มหนวยเปนเท
สลา(tesla)หรอTเชนจะกลาว
วาสนามแมเหลกมความเขมสงกตอ
เมอมจ�านวนเสนสนามแมเหลกหนา
แนนมากในพนทหนาตดทนอย
ฟลกซแมเหลก (magnetic flux)
เปนปรมาณสเกลาร เขยนแทนดวย
สญลกษณΦหมายถงจ�านวนเสน
สนามแมเหลกทผานพนททพจารณา
มหนวยเปนเวเบอร(weber)หรอ
Wb
ดงนน ความเขมสนามแมเหลก
บางครงเรยกความเขมของฟลกซแม
เหลก(magnetic flux intensity)
![Page 12: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/12.jpg)
15
นกเรยนอาจใชมโนทศนเรองเวกเตอรในปรภม 3 มตชวยกได
14
เพอใหเขาใจไดงายนกเรยนลองจนตนาการวาตนเองก�าลงถอแทงแมเหลกขวใดขวหนงอย
ขณะท ในกระดาษเปนอกขว
ทศทางของขนาดสนามแมเหลก
เนองจากขนาดของสนามแมเหลก(B )เปนปรมาณเวกเตอรทแสดงใหเหนถงความหนา
แนนของเสนสนามแมเหลก(Φ)ตอหนงหนวยพนทซงในหวขอตอๆ ไปจะมการน�าเอา
ขนาดของสนามแมเหลก(B )ไปพจารณาควบคกบปรมาณเวกเตอรอนเชนเวกเตอร
แรง(F),เวกเตอรความเรว(v)ดงนนนกฟสกสจงสรางขอตกลงเกยวกบการเขยนรป
2มตเพอใหเขาใจเวกเตอร3มตแสดงทศทางของขนาดสนามแมเหลกดงตอไปน
• ก�าหนดสญลกษณในการเขยนทศขนาดสนามแมเหลก
(1) สนามแมเหลกทศพงออกจาก
กระดาษ
(2) สนามแมเหลกทศพงเขาไปใน
กระดาษ
![Page 13: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042106/5e84b8f33374a0647b74cb71/html5/thumbnails/13.jpg)
17
เมอθเปนมมระหวางเวกเตอรv กบเวกเตอรB สวนทศทางของF สามารถหาได
จากกฎมอขวา(theright-handrule)ในทฤษฎเวกเตอรซงในกรณทประจเคลอนท
ตงฉากกบทศทางของสนามแมเหลกจะท�าใหมมθระหวางเวกเตอรความเรวv กบเวก
เตอรสนามแมเหลกB มคาเทากบ90°°เพราะฉะนนsin90°°=1จะไดวาขนาดของ
แรงแมเหลกทกระท�าตอประจมคาสงสดคอ
ในกรณทประจเคลอนทตงฉากกบทศทางของสนามแมเหลกจะท�าใหมมθระหวาง
เวกเตอรความเรวv กบเวกเตอรสนามแมเหลกB มคาเทากบ0°°เพราะฉะนนsin0°°
=0จะไดวาขนาดของแรงแมเหลกทกระท�าตอประจมคาต�าสดคอ
โดยท q หมายถงคาประจไฟฟาหรอ1.6X10-19คลอมบ
v หมายถงความเรวของประจไฟฟามหนวยเปนเมตรตอวนาท(m/s)
B หมายถงขนาดสนามแมเหลกมหนวยเปนเทสลา(T)
เนองจากแรงแมเหลก(F)เกยวของกบขนาดของประจไฟฟาเพราะฉะนน
F =qv B
F =0
F =qv B sin θ
F max =qv B sin θ
หรอ
เมอv ⊥ B
เมอv || B
a) กรณประจเคลอนทตง ฉำกกบสนำมแมเหลก
b) กรณประจเคลอนทตง ขนำนกบสนำมแมเหลก
ภาพจ�าลอง 3 มต ภาพจ�าลอง 2 มต
16
ตอเนองจากหนาทแลว ใหนกเรยนจนตนาการวาม “ประจไฟฟา” วงผานสนามแม
เหลกทเราก�าลงพจารณาดวยความเรวในทศตงฉากหรอv ⊥ B ดงรป
เนองจากความเรว(v)และขนาดสนามแมเหลก(B )ตางเปนปรมาณเวกเตอรดง
นนหากตองการหาทศของปรมาณเวกเตอรอกปรมาณหนงจะหาจากการน�าปรมาณเวก
เตอรทงสองคณกนดวยวธครอส(cross)หรอv ครอสB (v ×B )จะไดวาผลลพธ
(product)หรอปรมาณใหมทเกดขนเปนเวกเตอรซงตงฉากกบปรมาณทงสองในทฤษฎ
แมเหลกไฟฟาจะนยามปรมาณดงกลาววาคอแรงแมเหลก (F ) ดงรป
หรอ
หรอ
แรงทกระทำาตอประจทเคลอนในสนามแมเหลก