Transcript
Page 1: ค ำน ำacademic.obec.go.th/textbook/web/images/book/1579843184_example.pdf · 6. อธิบายหลักการท างานและประโยชน์ของเครื่องก

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


Top Related