สนามของแรง (Field force) [1]

แรง (Force)

เปนปรมาณเวกเตอร หมายถง สงทมากระทาตอวตถ แลวทาใหวตถเกดการเปลยนแปลงจากสภาพเดม แรงอาจจะสมผสกบวตถหรอไมสมผสกบวตถกได แรงทสมผสวตถไดแก แรงดง แรงผลก แรงยก แรงเสยดทาน และแรงยดหยน แรงพวกนกระทาบนพนผวของวตถ

แรงทไมสมผสกบวตถ ไดแก แรงแมเหลก แรงทางไฟฟา แรงโนมถวง แรงพวกนจะกระทากบเนอของวตถทกตาแหนงโดยไมตองสมผสกบผวของวตถเลยเราเรยกแรงประเภทนวา แรงสนาม หรอ สนามของแรง (Field force) กลาวคอวตถจะไดรบแรงเมออยในสนามเหลานเทานน สนามของแรงแบงไดเปน 3 ประเภท คอ สนามโนมถวง (Gravitational field) สนามไฟฟา

(Electric field) [2] สนามแมเหลก (Magnetic field) [3]

สนามโนมถวง หมายถง บรเวณโดยรอบทวตถสามารถสงแรงดงดดกระทาตอวตถอนทอยในบรเวณนน สนามโนมถวงเปนปรมาณเวกเตอรมทศทางพงเขาหาจดศนยกลางของวตถ และขนาดของสนามโนมถวงเทากบ ขนาดของแรงจากสนามโนมถวงทกระทากบมวลหนงหนวย

เมอปลอยวตถทอยใกลผวโลก วตถจะตกสพนโลกเนองจากสนามโนมถวงทเกดจากแรงดงดดระหวางมวลของวตถ แรงดงดดนเรยกวา แรงโนมถวง (gravitational force) ซงเปนไปตาม กฎความโนมถวงสากล(Newton's law of universal gravitation) ทกลาววา “วตถสองชนดงดดกนดวยแรงซงแปรผนตามผลคณของมวลของวตถ แตแปรผกผนกบระยะหางระหวางวตถยกกาลงสอง”

สนามโนมถวงเขยนแทนดวยสญลกษณ และมทศพงสศนยกลางของโลก สนามโนมถวงทบรเวณผวโลกมคาเฉลยประมาณ

9.8 นวตนตอกโลกรม ตาแหนงทหางจากผวโลกออกไปคาของสนามโนมถวงจะลดลงเรอยๆ จนมคาเปนศนยทระยะอนนต

แรงโนมถวงของโลกทกระทาตอวตถ คอ นาหนกของวตถนนเอง ซงจะหาไดจากสมการ

เมอ m เปนมวลของวตถมหนวยเปนกโลกรม (kg) W เปนนาหนกของวตถมหนวยเปนนวตน (N)

g เปนสนามโนมถวงมหนวยเปนนวตน/กโลกรม (N/kg)

การเคลอนทของวตถในสนามโนมถวง เชน กรณปลอยวตถตางกนในสนามโนมถวง วตถจะเคลอนทดวยความเรงคงตว เรยกวาความเรงเนองจากแรงโนมถวง (Gravitational acceleration) ทศทางพงเขาสใจกลางของโลกจะมคาแตกตางตามตาแหนง

ทางภมศาสตร โดยมคาเฉลยประมาณ 9.8 เมตร/วนาท2 หมายความวาถาวตถเคลอนทลงดวยความเรงโนมถวงขนาดความเรววตถจะเพมขนวนาทละ 9.8 เมตรตอวนาท ถาโยนวตถขนในแนวดงวตถจะเคลอนทโดยมขนาดความเรวลดลงวนาทละ 9.8 เมตรตอวนาท จนกระทงขนไปถงจดสงสดวตถจะหยดชวขณะ จากนนแรงดงดดโลก จะดงใหวตถตกกลบมายงพนโลกดวยความเรงเทาเดม ซงเรยกการเคลอนทในลกษณะนวา การเคลอนทแบบตกแบบเสร หรอการเคลอนทแบบตกอสระ (Free fall)

คอ ความเรวทจะพาวตถไปไดไกลจนพนจากอทธพลของแรงโนมถวง [4] ของโลกไดพอด ถาตองการสงยานอวกาศออก

ไปใหพนจากสนามโนมถวงของโลก ตองทาใหยานเคลอนทดวยความเรวเทากบหรอมากกวาความเรวหลดพน [5] ความเรว

หลดพนมคาประมาณ 11.2 km/s หรอ 40,320 km/h ทผวโลกและจะมคาลดลงเมอมความสงจากผวโลกมากขน

ดาวฤกษ ดวงจนทร หรอดาวเคราะหดวงอนๆ บรวารของดาวเคราะหในระบบสรยะ รวมทงสรรพวตถท งหลาย ลวนแลวแตมสนามโนมถวงรอบตวเองเชนกน แตคาของสนามโนมถวงในแตละดาวจะแตกตางกนตามขนาดของมวลและขนาดของรศมของดวงดาวนนๆ

มนษยไดนาหลกการทสนามโนมถวงของโลกมาใชกบนาในการผลตกระแสไฟฟา โดยการสรางเขอนหรอทกกเกบนาไวในทสงปลอยใหนาไหลลงมาตามทอเขาสเครองกงหนนาผลกดนใบพดใหกงหนนาหมน เพลาของเครองกงหนนาทตอเขากบเพลาของเครองกาเนดไฟฟาจะหมนตาม เกดการเหนยวนาขนในเครองกาเนดไฟฟา ทาใหเกดพลงงานไฟฟา

นาขนและนาลง (High tide and Low ) [6]

แรงโนมถวงจากทงโลกและดวงจนทรเปนแรงขนาดเทากนทกระทาซงกนและกน แตแรงโนมถวงเปนแรงทมขนาดแปรผกผนกบคากาลงสองของระยะหางระหวางวตถ ดงนน แรงโนมถวงทกระทาระหวางโลกและดวงจนทร จงมคาไมเทากนในแตละตาแหนงบนพนผวของโลกและดวงจนทร เรยกวาเปน “แรงไทดล (Tidal force) ”

แรงไทดลทาใหรปรางของโลกและดวงจนทรไมเปนทรงกลมทสมบรณคอมรศมในแนวเสนศนยสตรมากกวารศมในแนวขวโลกเลกนอย และทาใหดวงจนทรหนดานเดยวเขาหาโลกตลอดเวลา และดวยแรงนเอง นาในสวนตางๆ ของโลกจงแสดงผลกระทบจากแรงโนมถวงของดวงจนทรใหเหนอยางเดนชด นาทอยดานใกลกบดวงจนทร จะถกแรงดงดดดงเขาไปหาดวงจนทรมากกวานาทอยอกซกโลกหนง ทาใหดานทอยใกลกบดวงจนทรและดานตรงขามเกดปรากฏการณ “นาขน (High tide)” ในขณะทนาขนทบรเวณทอยใกลและไกลทสดจากดวงจนทร “นาลง (Low tide)”กเกดขนพรอมๆ กนทอกสองบรเวณบนโลกทอยในแนวเสนตงฉาก กบเสนทลากระหวางดวงจนทรและตาแหนงทนาขนทงสอง ดงนน ในขณะทดวงจนทรโคจรไปรอบโลก ตาแหนงตางๆ บนโลกกจะเกดนาขนสองคร ง คอเมอดวงจนทรอยเหนอบรเวณนน และอยใตบรเวณนนพอด และเกดนาลงสองคร ง

ดวงอาทตยกมบทบาทตอการเกดนาขนนาลงเชนกน แตดวงอาทตยอยไกลจากโลกมาก ผลของแรงไทดลของดวงอาทตยทมตอการเกดนาขนนาลงบนโลก จงมแคเพยงครงหนงของผลจากดวงจนทรในวนเพญ หรอวนเดอนมด ดวงจนทรโลกและดวงอาทตยจะอยในแนวเสนตรงเดยวกน ทาใหแรงไทดลจากดวงจนทรและดวงอาทตยเสรมหรอหกลางกนมากทสด

ในวนทงสองน นาจงขนสงและลดลงตาทสด เรยกวา นาเกด (Spring tide) สวนในวนขน 7 หรอ 8 คา และแรม 7 หรอ

8 คา ดวงจนทรจะทามมตงฉากกบดวงอาทตยเมอมองจากโลก ทาใหแรงไทดลจากดวงจนทรและดวงอาทตยหกลางกน นาจงขนตาทสดและลงนอยทสด หรอมความแตกตางของระดบนาทขนและลงนอยทสด เรยกวา นาตาย (Neap tide) วนนาเกดจะมเดอนละ

สองวน และวนนาตายกจะมเดอนละสองวนเชนกน

ประจไฟฟา (Electric charge) เกดจากการทอะตอมมจานวนโปรตอนและจานวนอเลกตรอนไมเทากน วตถทมประจ

ไฟฟาปกตจะแสดงในรปการดงดดกน , การผลกกน หรอเกดประกายไฟ โดยการเกดประจไฟฟานน จะเกดจากการสญเสยอเลกตรอนหรอการไดรบอเลกตรอนเทานน

แรงระหวางประจไฟฟา ม 2 ชนด คอ

แรงดด เปนแรงทเกดจากประจไฟฟาตางชนด วางไวใกลกนจะเกดแรงดงดดซงกนและกน1.แรงผลก เปนแรงทเกดจากประจไฟฟาชนดเดยวกน วางไวใกลกนจะเกดแรงผลกซงกนและกน2.

เมอวตถมอานาจไฟฟาแสดงวาวตถนนมประจไฟฟาบวกสทธ หรอประจไฟฟาลบสทธบนวตถนน วธการทาใหวตถมประจสามารถทาได 3 วธ คอ

1. การขดส เมอนาวตถตางชนดทมความเหมาะสมกนมาถกนแลว จะปรากฏวามประจไฟฟาเกดขนบนผวของวตถแตละคน น โดยวตถท งสองจะเกดประจทตรงขามกนเสมอ จากหลกทวาเมอวตถขดถกนจะทาใหวตถชนหนงจะสญเสยอเลกตรอน (กลายเปนประจบวก) และวตถอกชนจะไดรบอเลกตรอน (กลายเปนประจลบ)

2. การสมผสหรอการถายเท เมอนาวตถทมประจมาสมผสกบวตถทเปนกลางหรอนาวตถทมประจทงค มาสมผสกนจะเกดการถายเทประจระหวางวตถท งสอง และหยดการถายเทเมอวตถท งสองม ศกยไฟฟา เทากน

3. การเหนยวนา วตถใดๆกตามเมอมประจไฟฟาแลว ประจไฟฟาทมปรากฏอยนนจะสงอานาจไฟฟาออกไปเปนบรเวณโดยรอบ ถานาวตถอนซงเปนกลางเขามาใกล วตถทนาเขามานนจะปรากฏมประจไฟฟาบวกและลบเกดขนพรอมกนบนผวของวตถนนการทวตถซงมประจไฟฟาสงอานาจไฟฟาออกไปแลว เปนผลใหวตถอนทเปนกลาง เกดมประจไฟฟาขนบนผวของวตถไดเรา เรยกวาการเหนยวนาไฟฟา และเรยกประจไฟฟาทเกดขนโดยวธการเชนนวา “ประจไฟฟาเหนยวนา” จะเกดขนพรอมกนทงชนดบวก

และชนดลบและมจานวนเทากน ประจไฟฟาเหนยวนาทเกดทางดานใกลกบประจไฟฟาทนามาลอ จะเปนประจไฟฟาตางชนดกนกบประจไฟฟาทนามาลอเสมอ

อเลกโตรสโคป (Electroscope) [7]

อเลกโตรสโคป เปนอปกรณทใชตรวจสอบวาวตถมประจไฟฟาหรอไม และอาจจะใชตรวจสอบวามประจไฟฟาชนดใด โดยอาศยหลกการการเหนยวนาของประจ อเลกโตรสโคปแบบลกพท อเลกโตรสโคปแบบน เปนอเลกโตรสโคปแบบงายทสด ประกอบดวยลกกลมเลกททาดวยไสไมโสนหรอไสหญาปลองซงมนาหนกเบามาก ตวลกกลมแขวนดวยเชอกดาย หรอไหมเสนเลกๆ จากปลายเสาทตงบนแทนฉนวนไฟฟา ดงรป

(ก) เมอตองการตรวจวตถใดมประจไฟฟาหรอไม ปฏบตดงน ใชนวคลงลกกลมใหลกกลมเปนกลาง จากนนาวตถทตองการตรวจวามประจไฟฟาหรอไมเขามาใกลๆ ลกกลมนนหากปรากฏวาลกกลมเคลอนทโดยถกดดเขาหาวตถนน กแสดงวาวตถทนามาทดลองนนมประจไฟฟา ถาปรากฏวาลกกลมไมเคลอนทเลย กแสดงวาวตถนนเปนกลางไมมประจไฟฟา

(ข) เมอตองการใชอเลกโตรสโคปนตรวจชนดประจ ขนแรก ทาการใหประจไฟฟาททราบชนดแลวแกลกกลมเสยกอน ขนตอไปจงนาวตถทมประจไฟฟาซงตองการตรวจชนดประจนนมาใกลลกกลม หากเกดแรงผลกโดยลกกลมเคลอนทหนหางวตถ กแสดงวาประจไฟฟาบนวตถนนเปนชนดเดยวกนกบประจไฟฟาบนลกกลม แตถาเกดแรงดดคอลกกลมเคลอนทเขาหากน กแสดงวาประจไฟฟาบนวตถนนเปนประจตางชนดกนกบประจไฟฟาบนลกกลม เมอเราทราบชนดประจไฟฟาบนลกกลมอยแลว จงสามารถบอกได

วาประจไฟฟาบนวตถนนเปนชนดใด

สนามไฟฟา (Electric Field)

สนามไฟฟา หมายถง บรเวณโดยรอบประจไฟฟาตนกาเนดทสามารถสงแรงกระทาตอประจทดสอบทวางอยในบรเวณนนได

สนามไฟฟาเปนปรมาณเวกเตอร มทศทางเดยวกบแรงกระทาตอประจบวก (ตรงขามกบทศทางของแรงทกระทาตอ

ประจลบ) และขนาดของสนามไฟฟา เทากบขนาดของแรงจากสนามไฟฟาทกระทากบประจหนงหนวย

เมอพจารณาสนามไฟฟาของประจบนวตถทมขนาดเลกมากจนถอวาเปนจดเรยกวา “จดประจ” และเสนแสดงทศของสนามไฟฟาของจดประจ เรยกวา “เสนสนามไฟฟา (Electric field lines)” ประจตนกาเนดทมประจบวกจะมทศทางของสนาม

ไฟฟา พงออกจากตวประจ สวนประจตนกาเนดทมประจลบจะมทศทางของสนามไฟฟา พงเขาหาตวประจ

นอกจากนนยงพบวา ประจทดสอบเมออยในสนามไฟฟาจะถกแรง เนองจากสนามไฟฟากระทาโดยขนาดของแรงหาไดจากสมการ

โดยท F = ขนาดของแรงจากสนามไฟฟา มหนวยเปนนวตน (N) Q = ขนาดของประจทดสอบ มหนวยเปนคลอมบ (C) E = ขนาดของสนามไฟฟา มหนวยเปนนวตนตอคลอมบ (N/C)

ประจทดสอบทมประจบวก จะมทศทางของแรง ทศเดยวกบสนามไฟฟา ประจทดสอบทมประจลบ จะมทศทางของแรง ทศตรงขามกบสนามไฟฟา

จดสะเทน (Neutral point)

จดสะเทน หมายถง จดในสนามไฟฟาซงมคาความเขมของสนามไฟฟาเปนศนย ในกรณทมสนามไฟฟาสองสนามซงเกดจากประจไฟฟาสองประจวางใกลกน จดสะเทนจะเกดจากสนามไฟฟาสองสนามทมขนาดเทากน แตมทศทางตรงกนขาม โดยจดสะเทนทเกดขนจะอยในแนวเสนตรงทลากผานประจไฟฟาทงสองนน มหลกเกณฑดงน

(ก) ถาประจไฟฟาทงสองเปนประจไฟฟาชนดเดยวกน ตาแหนงจดสะเทนจะอยระหวางประจไฟฟาทงสอง ถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาเทากน จดสะเทนจะอยตรงทกงกลางระยะ ถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาไมเทากน จดสะเทนจะอยใกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟานอยกวา หรออยไกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟามากกวา

(ข) ถาประจไฟฟาทงสองเปนประจไฟฟาตางชนดกน กรณนถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาเทากนจะไมมจดสะเทนเกดขน ถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาไมเทากน จะเกดจดสะเทนอยนอกระยะระหวางประจไฟฟาทงสอง และจดสะเทน

[8] จะอยใกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟานอยกวา หรออยไกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟามากกวา

ตวนาทรงกลมกลวงหรอตวนาทมประจไฟฟาอสระ ประจไฟฟาทงหมดจะกระจายอยทผวดานนอกของตวนาทรงกลมอยางสมาเสมอ โดยตวนาทรงกลมทมประจน จะแผสนามไฟฟาไปยงบรเวณโดยรอบ และเนองจากการทประจบนตวนาทรงกลมกระจายตวอยางสมาเสมอ เมอตองการหาสนามไฟฟาภายนอกทรงกลม จะพจารณาวาประจทงหมดของตวนาไปรวมกนอยทจดศนยกลางของทรงกลม

เนองจากเสนสนามไฟฟาตงฉากกบผวของตวนา และไมสามารถผานทะลไปในตวนาได ดงนนภายในตวนาทรงกลมสนามไฟฟาจงมคาเปนศนยเสมอ และทผวดานนอกของตวนาทรงกลมจะมสนามไฟฟามากทสด

เมอใหประจไฟฟากบแผนตวนาโลหะ 2 แผนทวางขนานกน โดยทาใหแผนหนงมประจไฟฟา +Q และอกแผนหนงมประจไฟฟา-Q จะมสนามไฟฟาสมาเสมอเกดขนระหวางแผนทงสอง โดยสนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนานจะมคาคงตวทงขนาดและทศทางขนาดของสนามไฟฟาหาไดจากขนาดของแรงทกระทาตอประจ +1 คลอมบ ทวางไวระหวางแผนคขนานนน หรอหาจากอตราสวนระหวางความตางศกยระหวางแผนขนานกบระยะหางระหวางแผนโลหะทงสอง

ทศทางของสนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนาน จะมทศทางเหมอนกบทศทางของแรงทกระทากบประจบวก หรอมทศทางตรงขามกบทศทางของแรงทกระทากบประจลบ โดยมทศทางพงออกตงฉากจากแผนบวกและพงเขาหาตงฉากกบแผนลบ

ในการทดลองเราใชดางทบทม KMnO4 หรอ โพแทสเซยมเปอรมงกาเนต ประกอบกบเครองจายไฟฟาความตางศกย

สง ททาให KMnO4 แตกตวออกเปน โพแทสเซยมไอออนบวก (K+) ทไมมส กบเปอรมงกาเนตไอออนลบ (MnO4-) ทมสมวง ปรากฏวาการแผกระจายของผงสมวงมลกษณะเปนเสนๆ และแผออกจากขวลบไปยงข วบวก เนองจากไอออนลบถกผลกจากขวลบ แตถกดงดดเขาหาขวบวก ดงนน แรงทกระทาตอไอออนลบจงม 2 แรง แนวการแผกระจายของไอออนลบจงเปนแนวของแรงลพธ แนวการแผกระจายนเรยกวา “เสนสนามไฟฟา”

เมอวางขวไฟฟาหรอประจไฟฟาในลกษณะตางๆกน จะเหนลกษณะของเสนสนามไฟฟาแตกตางกน เชน ในกรณวางแผนตวนาระนาบขนาดเทากนลงบนกระดาษทชนๆ ใหขนานกน และหางกนเปนระยะหนง แลวจข วไฟฟาทตอกบเครองจายไฟตรงโวลตสงลงบนตวนาทงสอง ตอจากนนจงโรยผงดางทบทม แนวการกระจายของผงสมวงจะเปนแนวเสนตรง ทขนานกนและมความหนาแนนของเสนสมาเสมอ เมอศกษาตอไปจะพบวาระหวางแผนตวนาขนานทมประจคนละชนด แตมขนาดประจเทากนสนามไฟฟาระหวางแผนขนานนนจะมขนาดคงตวและทศเดยวกนทกตาแหนง

เมออเลกตรอนเคลอนทผานบรเวณทมสนามไฟฟา แนวการเคลอนทของอเลกตรอนจะมการเบยงเบนไปจากเดม เนองจากจะเกดแรงจากสนามไฟฟา กระทากบอเลกตรอนในทศทางตรงขามกบทศทางของสนามไฟฟา ตามรป

เรานาหลกการการเบยงเบนของอเลกตรอนในสนามไฟฟา มาสรางเปนจอภาพแสดงผล (Monitor) ทแสดงภาพใหเราเหนไดหลอดภาพทอยภายในอาศยหลกการทางานของหลอดรงสแคโทด (Cathode Ray Tub : CRT) ซงประกอบดวยสวนสาคญ

3 สวนคอ 1. ปนยงอเลกตรอน (Electron gun) ทาหนาทเรงอเลกตรอนและยงลาอเลกตรอนออกมา 2. สวนเบนลาอเลกตรอน ใชสาหรบเบนลาอเลกตรอนไปทางซายขวาหรอขนลง 3. จอเรองแสง ซงดานในฉาบดวยสารเรองแสงคอฟอสฟอรส

อเลกตรอนถกปลอยจากขวแคโทดดวยความรอน หลงจากนนปนยงอเลกตรอน (Electron gun) จะสรางลาอเลกตรอนทถกเรงจากขวแอโนด ลาอเลกตรอนจะเคลอนทไปตกลงบนจอภาพ โดยตาแหนงทลาอเลกตรอนจะตกลงบนจอภาพจะอาศยสนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนาน 2 ค ซงอยในแนวราบและแนวดงสนามไฟฟาน จะบงคบใหลาอเลกตรอนไปตกลงบนตาแหนงทตองการ อเลกตรอนทพงไปตกกระทบผวจอจะทาใหเกดการเรองแสงขน เนองมาจากพลงงานของลาอเลกตรอนไปตกกระทบจอทมการฉาบเคลอบผวดวยสารฟอสฟอร (Phosphor) ทาใหเกดจดแสงทสวาง ความสวางและสขนอยกบขนาดความเขมของลาอเลกตรอนและชนดของสารเรองแสงทใช

เครองกาจดฝนในอากาศ

เครองกาจดฝ นในอากาศเปนอปกรณทใชกาจดอนภาคออกจากกาซเผาไหม หรอจากอากาศรอนทมอนภาคลอยอย เมอใชความตางศกยสงจากแหลงจายไฟกระแสตรงตอกบแกนกลางและทอโลหะ โดยตอข วลบเขากบแกนกลาง และขวบวกเขากบทอ ทาใหเกดสนามไฟฟาความเขมขนสง มากพอทจะทาใหอนภาคสกปรกทมอยในอากาศเมอผานเขาไปได รบอเลกตรอนจากแกนกลางแลวกลายเปนอนภาคทมประจลบแลวจะถกดดเขาไปเกาะททอทมประจบวก หลงจากนนทอจะถกทาใหสนเปนจงหวะ เพอใหอนภาคทเกาะบนทอหลนลงไปทางตอนลางของทอ แลวถกปลอยใหออกทางชองฝ นออก สวนอากาศหรอกาซทผานทอไปจะกลายเปนอากาศหรอกาซทสะอาด หลงจากนนกจะถกปลอยใหออกทางทออากาศสะอาดทอยทางตอนบนของทอ

เครองพนส

เครองพนสเปนอปกรณใชสาหรบพนผงหรอละอองสใหไปเกาะตดกบผวของชนงาน การทาผงหรอละอองสกลายเปนอนภาคทมประจไฟฟา จะทาใหผงหรอละอองสทมประจไฟฟานนมแรงดงดดกบผวชนงาน และจะเกาะตดชนงานนนไดดมากกวาการพนส

แบบธรรมดา นอกจากนกรณชนงานทเปนโลหะหากมการตอกบแหลงกาเนดไฟฟาทมความตางศกยสงๆ แลวทาใหชนงานทเปนโลหะมประจตรงขามกบผงหรอละอองส กจะชวยเพมแรงดงดด ทาใหผงหรอละอองสยดเคลอบผวชนงานดยงขน อกทงทาใหประหยดผงสดวย เพราะละอองสไมฟ งกระจายมาก

เครองถายเอกสาร

หลกการทางานทสาคญของเครองถายเอกสารคอ แผนฟลมทฉาบดวยวสดตวนา ทมคณสมบตเปนตวนาเมอถกแสงและเปนฉนวนเมอไมไดถกแสง เมอเครองเรมทางาน แผนฟลมจะถกทาใหมประจไฟฟาบวกทวท งแผน ตอจากนนจะสองแสงไปทสงพมพใหสะทอนผานเลนสไปกระทบแผนฟลม บรเวณทเปนสขาวบนสงพมพจะใหแสงทะลผานออกมากระทบแผนฟลม ทาใหบรเวณทถกแสงเปนตวนา เปนผลใหบรเวณนนมสภาพเปนกลางทางไฟฟา สวนตวอกษรหรอภาพลายเสนบนสงพมพทเปนสดา จะดดกลนแสงจงไมใหแสงผานออกมากระทบแผนฟลม ทาใหบรเวณทไมถกแสงบนแผนฟลมคงยงมประจไฟฟาบวกอย

เมอผงหมกทมประจไฟฟาลบไปทแผนฟลมน ผงหมกจะไปเกาะเฉพาะบรเวณทมประจบวกเทานน เพราะเปนบรเวณทเกดจากสวนทเปนตวอกษรหรอภาพลายเสน สวนบรเวณทไมมประจไฟฟากจะไมมผงหมกเกาะ ทาใหเหนเปนภาพของตนฉบบบนแผนฟลมและเมอกดแผนกระดาษประจบวกลงบนแผนฟลมทมผงหมก กจะไดภาพสาเนาปรากฏบนแผนกระดาษ เมอนากระดาษนไปอบความรอนเพอใหผงหมกตดแนน กจะไดภาพสาเนาบนแผนกระดาษทชดเจนและถาวร

ไมโครโฟนแบบตวเกบประจ

หลกการของไมโครโฟนแบบตวเกบประจคอ ประกอบดวยแผนโลหะ 2 แผนทขนานกน แผนหนงทาหนาทเปนไดอะเฟรมรบ

คลนเสยง สวนแผนทสองยดตดกบฐาน โดยแผนทรบคลนเสยงจะบางมาก เมอมคลนเสยงมากระทบมนจะสนตามความถและกาลงของคลน ผลจากสนของแผนบางนจะทาใหความจไฟฟาเปลยนแปลง เมอตอไมโครโฟนแบบตวเกบประจน อนกรมกบตวตานทานความตางศกยครอมไมโครโฟนแบบตวเกบประจ จะเปลยนแปลงตามความถของคลนเสยง เปนผลใหเกดสญญาณไฟฟาสงไปยงลาโพงเพอเปลยนเปนคลนเสยงอกคร ง

สนามแมเหลก (Magnetic field)

แมเหลก (Magnet) คอสารทสามารถดดหรอผลกกนเองไดและสามารถดดสารแมเหลกไดโดยการเหนยวนา แมเหลกโดยทวไปจะหมายถง แมเหลกธรรมชาตทสามารถดดเหลกและนเกล ได แทงแมเหลกจะม 2 ขว คอ ขวเหนอ (North Pole “N”) และ ขว

ใต (South Pole “S”)

คณสมบตของแทงแมเหลก

1. แทงแมเหลกมข วแมเหลก (magnetic pole) เมอเอาผงเหลกเทใสแทงแมเหลก ผงเหลกจะถกดดตดมากทปลายทงสองขางของแทงแมเหลก สวนอนๆ มตดนอยมาก เราจงทราบวาอานาจแมเหลกจะแรงมากทบรเวณปลายทงสองขางของแทงแมเหลก ซงเราเรยกวาข วแมเหลก สวนบรเวณทถดเขาไปอานาจแมเหลกจะออนลงตามลาดบ และตอนบรเวณกลางแทงจะมอานาจแมเหลกนอยทสด

2. แทงแมเหลกชไปในทศทางเหนอใต ถานาเขมทศแมเหลก หรอแทงแมเหลกมาแขวนหอยดวยเชอกในแนวนอน แทงแมเหลกจะชไปในทศทางเหนอใต ขวทชไปทางทศเหนอ เรยกวา ขวเหนอ เปนขวบวก และขวทชไปทางทศใต เรยกวา ขวใต เปนขวลบ

3. เมอนาแทงแมเหลก 2 แทงมาวางไวใกลๆ กน จะเกดแรงระหวางแทงแมเหลกกระทาซงกนและกน ถานาดานทมข วเหมอนกน

มาวางใกลกนจะเกดแรงผลกกน (Repel) แตถานาดานทมข วตางกนวางใกลกนจะเกดแรงดงดดกน (Attract)

คอ เสนสมมตเสมอนวาแทงแมเหลก สงอานาจการดงดดไปถง เพอความสะดวกในการศกษาเรองแรงแมเหลก จงกาหนด

กนวาสนามแมเหลกมลกษณะประกอบดวยเสนแรงแมเหลกแผกระจายเตมสนามแมเหลก เมอเขมทศวางอยในตาแหนงทมสนามแมเหลก เขมทศจะวางตวไปตามทศทางของเสนแรงแมเหลกในสนามนน โดยเขมทศจะชขวเหนอไปตามทศทางของเสนแรง ถาบรเวณใดมสนามแมเหลกแรงมาก เชน บรเวณใกลช วแมเหลก เราสามารถใชผงตะไบเหลกโรยเพอหาเสนแรงแมเหลกแทนเสนแรงแมเหลกจากแทงแมเหลกหรอตวกลางทกระทาตวคลายกบกบเปนแทงแมเหลกมลกษณะดงน

1. ภายนอกแทงแมเหลก เสนแรงแมเหลกมทศออกจากขวเหนอพงเขาสขวใต 2. ภายในแทงแมเหลก เสนแรงแมเหลกมทศทางจากขวใตผานภายในแทงไปยงขวเหนอ

หมายถง บรเวณทแมเหลกสามารถสงอานาจหรอแรงแมเหลกไปถง หรอบรเวณทมแรงทางแมเหลกกระทาบนอนภาค หรอประจไฟฟาทเคลอนทผานบรเวณนน เปนปรมาณเวกเตอร มหนวยเปนเวเบอรตอตารางเมตร (Wb/m2) หรอ เทสลา(T)

ทศของสนามแมเหลกทตาแนงใดๆ คอทศทเขมของเขมทศวางตวอยางสมดล เรามกจะเขยนแทนสนามแมเหลกดวยสญลกษณ

และเรยกสนามแมเหลกไดอกอยางวาความหนาแนนฟลกซแมเหลก

โดเมนแมเหลก (Magnetic Domains)

โดเมนแมเหลกเปนพนททมขนาดเลกมากและมคณสมบตความเปนแมเหลกอย ซงในสารแมเหลกจะมโดเมนหลายๆ ตวมาอยรวมกน โดยปกตแลวโดเมนเหลาน จะหนขวไปคนละทศละทางทาใหอานาจแมเหลกเกดการหกลางกน จงทาใหสารแมเหลกไมมสภาวะแมเหลก แตถาหากนาสนามแมเหลกมาเหนยวนา ทาใหข วของโดเมนตางๆ เรยงตวในทศทางเดยวกนแลว สารแมเหลกนนๆ กจะกลายเปนแทงแมเหลกชวคราวขนมา ถาเราทบหรอใหความรอนกบแมเหลกทาใหโดเมนแมเหลกกระจายชทศทางยงเหยง และเสอมอานาจแมเหลกไปในทสด

สงทนาสนใจอกอยางคอแมเหลกจะมข วเหนอใตอยดวยกนเสมอ ตางกบประจบวกและลบซงอยโดดๆได ลองตดแทงแมเหลกออกเปนสวนๆ หวงจะใหเหลอขวเหนออยโดดๆ แตกเปนไปไมไดเนองจากพอตดแลวข วใต จะเกดขนมาใหมจากรอยตดทนท จนกระทงตดออกเหลอเพยงอะตอมเดยว อะตอมแมเหลกกยงมข วเหนอใตเชนเดม

สนามแมเหลกโลก (Earth’s magnetic field) [9]

สนามแมเหลกโลกเกดจากการทโลหะหนก ทมสถานะเปนของเหลวทอยในแกนโลกมการหมนวนทาใหมประจไฟฟาเคลอนทเกดกระแสไฟฟาไหลวนประมาณ 10,000 ลานแอมแปร ทาใหเกดสนามแมเลกทเอยงทามมประมาณ 11.5 องศาจากแกนหมน

ของโลก สนามแมเหลกทผวโลกจะมความเขมประมาณ 30,000 - 60,000 นาโนเทสลา และความเขมจะคอยๆ ลดลงเมออยหางจากผวโลกมากขน

คณสมบตของสนามแมเหลกโลกนทาใหโลกเหมอนมแมเหลกขนาดใหญฝงอยใตโลก โดยวางตวในแนวเหนอ-ใต และแผสนามแมเหลกปกคลมทวโลก สนามแมเหลกโลกมลกษณะเหมอนกบสนามแมเหลกทวๆไป คอ ประกอบไปดวยขวแมเหลกสองขว คอ ขวเหนอและขวใต โดยทข วแมเหลกโลกจะสลบกบข วโลกทางภมศาสตร คอ ขวใตของแมเหลกจะอยทางซกโลกเหนอ และขวเหนอของแมเหลกอยทางซกโลกใต ทาใหเสนแรงแมเหลกจะพงออกจากซกโลกใตและพงเขาหาซกโลกเหนอ

นอกจากนนข วแมเหลกโลกไมไดอยในตาแหนงเดยวกนกบข วเหนอและขวใตทางภมศาสตร แตจะอยหางออกมาประมาณ 12องศา นนหมายถง ถาเราเดนตามทศเหนอของเขมทศไปเรอยๆ เราจะเดนไปไมถงข วโลกเหนอ แตจะหยดอยหางจากขวโลกเหนอถง 12องศาหรอประมาณ 1,330 กโลเมตรเลยทเดยว โดยขวใตแมเหลกจะอยในพนททางตะวนออกเฉยงเหนอของประเทศแคนาดา สวนขวเหนอแมเหลกจะอยในทวปแอนตารกตกา

นอกจากนนสนามแมเหลกโลกยงมประโยชนอกอยางหนง คอ เปนโลปองกนอนตรายทอาจเกดขนจาก ลมสรยะ (Solar wind)

ซงเปนกระแสอนภาคทมประจไฟฟา สวนใหญจะเปนโปรตอนและอเลกตรอน สนามแมเหลกโลกจะปองกนไมใหอนภาคเหลา

นนผานชนบรรยากาศเขาสโลก ซงจะเปนอนตรายตอสงมชวต

ลมสรยะทมาปะทะสนามแมเหลกโลกจะถกเบยงเบนออมโลก อตรากรยาระหวางสนามแมเหลกโลกกบลมสรยะ ทาใหสนามแมเหลกโลกดานตรงขามดวงอาทตยลไปคลายหางของดาวหาง ซงเรยกวา แมกนโตสเฟยร (magnetosphere) แตกมอนภาคทมประจไฟฟาจากลมสรยะบางสวน ถกสนามแมเหลกโลกผลกใหผานเขาบรรยากาศบรเวณขวแมเหลกโลก เมออนภาคทมประจไฟฟาเหลานชนกบโมเลกลของออกซเจนและไนโตรเจน ในบรรยากาศทระดบ 100-300 กโลเมตร โมเลกลของออกซเจนและไนโตรเจน กจะปลอยแสงในชวงทตามองเหนออกมา เรยกวา ออโรรา (aurora) ออโรรามกเกดในทองฟาตอนกลางคนหรอพลบคา บรเวณใกลข วแมเหลกโลก มลกษณะคลายผามานทเปนรวสะบดไปมา มกมสเขยวหรอสแดง ออโรราทเกดบรเวณขวโลกเหนอ เรยกวา แสงเหนอ (northern lightหรอ aurora borealis) ออโรราทเกดบรเวณขวโลกใต เรยกวา แสงใต (southern light หรอ aurora australis)

นอกจากนมคนบางคนเชอวาการทสตวบางชนดสามารถอพยพใตเปนระยะทางไกลมากโดยไมหลงทาง เพราะมนมความสามารถรบรสนามแมเหลก ประโยชนสดทายคอทาใหมนษยสามารถกาหนดทศทางได โดยเขมทศทจะวางตวตามแนวเหนอ-ใต ตามแนวของสนามแมเหลกโลก

สนามแมเหลกสมาเสมอ คอ สนามแมเหลกทมเสนสนามแมเหลกเปนเสนตรงทขนานกน มทศทางเดยวกน และมคาเทากนทกๆ ตาแหนง โดยสวนมากสนามแมเหลกสมาเสมอจะเกดจากแผนแมเหลกทมข วตางกน 2 แผนวางขนานกน

ถาประจอยนงหรอเคลอนทขนานกบทศของสนามแมเหลกจะไมมแรงกระทาจากสนามแมเหลก แตถาใหอนภาคทมประจเคลอนทในทศทางทไมขนานกบทศทางของสนามแมเหลก จะมแรงกระทาจากสนามแมเหลกทนท และเรยกแรงนวา แรงแมเหลก (Magneticforce) หรอ แรงลอเรนซ (Lorentz Force) ซงแรงนจะทาใหแนวการเคลอนทของประจเปลยนไป โดยทศทางของแรงแมเหลกนสามารถหาไดจาก "กฎมอขวา (Right Hand Rule)" [10]

วางมอขวาใหทศทางของสนามแมเหลกทมดานหลงมอกอน1.สนว (นวช,นวกลาง,นวนางและนวกอย) ชตามทศทางการเคลอนทของอนภาคทมประจ2.นวโปงชแสดงทศทางของแรงทกระทากบอนภาคทมประจบวก (อนภาคทมประจลบแรงจะมทศทางตรงขามกบนวโปง)3.

เมออนภาคทมประจเคลอนทโดยมทศทางของความเรวตงฉากกบทศทางของสนามแมเหลก แรงแมเหลกทเกดขนจะตงฉากกบทศทางการเคลอนทของประจตลอดเวลา จะทาใหประจเคลอนทเปนวงกลม โดยมแรงแมเหลกทาหนาทเปนแรงสศนยกลาง

นอกจากแรงจากสนามแมเหลก [11] จะกระทากบอนภาคทมประจทเคลอนทตดผานสนามแมเหลกแลว เมอมกระแส

ไฟฟาไหลผานลวดตวนาตดผานบรเวณทมสนามแมเหลก กจะเกดแรงทกระทากบลวดตวนาเนองจากกระแสไฟฟาในลวดตวนา เกดจากการเคลอนทของอเลกตรอนอสระดวยความเรวลอยเลอน ดงนนเมอมกระแสไฟฟาไหลผานลวดตวนาทวางตงฉากกบสนามแมเหลก จะเกดแรงกระทาตออเลกตรอนอสระเหลาน เนองจากอเลกตรอนอสระอยภายในลวดตวนา ดงนนแรงทเกดขนจงทาใหลวดตวนาเคลอนทในทศของแรงนน ซงสามารถหาทศทางของแรงไดจากฎมอขวาเชนกน

วางมอขวาใหทศทางของสนามแมเหลกทมดานหลงมอกอน1.สนว ชตามทศทางการไหลของกระแสไฟฟา (ตรงขามกบทศทางการเคลอนทของอเลกตรอน)2.นวโปง ชแสดงทศทางของแรงทกระทากบลวดตวนา3.

การทเกดแรงกระทากบลวดตวนาทวางตงฉากกบสนามแมเหลกเมอมกระแสไฟฟาไหลผาน ทาใหเราสามารถประยกตหลกการนเพอนามาสรางอปกรณตางๆได เชน กลวานอมเตอร , มอเตอร โดยนาลวดตวนามาพนใหกลายเปนขดลวดแลวนาไปวางไวในสนามแมเหลก ปลายทงสองของขดลวดตอกบขวของแบตเตอร เมอกระแสไฟฟาผานขดลวด ขดลวดจะเกดโมเมนต ของแรงค

ควบกระทาใหขดลวดหมนรอบแกนหมน

สนามแมเหลกจากกระแสไฟฟา

นกวทยาศาสตรชาวสวเดนชอ ฮนซ ครสเตยน เออรสเตด (Hans Christian Oersted) ไดคนพบความสมพนธอยางหนงโดยบงเอญ ขณะทเขาทาการทดลองปลอยกระแสผานเขาไปในเสนลวดตวนาเสนหนงและมเขมทศวางอยใกลๆ ปรากฏวาเขมทศเบนไปจากแนวเดม เออรสเตดทดลองกลบทศทางการไหลของกระแส เขมทศกเกดการเบนไปอกเชนกน โดยมทศทางตรงกนขามกบคร งแรก เออรสเตด สรปผลการทดลองคร งนวา "เมอมกระแสไหลผานเสนลวดตวนา จะเกดเสนแรงแมเหลกขนมารอบๆ เสนลวดตวนานน" ลกษณะเสนแรงแมเหลกทเกดขนรอบเสนลวดตวนา เกดขนเปนลกษณะวงกลมลอมรอบเสนลวดตวนา

เมอใหกระแสไฟฟาผานลวดตวนาตรง จะเกดสนามแมเหลกรอบลวดตวนา ทศของสนามแมเหลกหาไดจาก กฎมอขวา (Righthand rule) โดยกามอขวารอบลวดตวนาตรง ใหหวแมมอชไปทางทศของกระแสไฟฟา ทศทางการวนของนวทงสคอ ทศของสนามแมเหลก

ถาผานกระแสไฟฟาไปในลวดตวนาทถกดดเปนวงกลม จะเกดสนามแมเหลกรอบๆ ลวดตวนานน การหาทศของสนามแมเหลกยงคงใชกฎมอขวา โดยการกาลวดตวนาแตละสวนจะไดทศของสนามแมเหลกของลวดตวนานอกจากน ยงอาจใชวธกามอขวาวางบนระนาบของลวดตวนา โดยใหนวทงสวนตามทศของกระแสไฟฟา นวหวแมมอจะชไปตามทศของสนามแมเหลก

เมอนาลวดตวนาทมฉนวนหมมาพนเปนขดลวดวงกลม ทมรศมคงตวเรยงซอนกนเปนรปทรงกระบอกเปนรปรางคลายสปรงขดลวดทไดน เรยกวา “โซลนอยด (solenoid)” [12]

เมอใหกระแสไฟฟาผานโซลนอยด จะมสนามแมเหลกเกดขน การหาทศของสนามแมเหลกใชวธการแบบเดยวกบการหาทศของสนามแมเหลกของลวดตวนาวงกลม คอ กามอขวาโดยใหนวทงสวนตามทศของกระแสไฟฟา นวหวแมมอจะชไปตามทศของสนามแมเหลกปลายของขดลวดดานทสนามแมเหลกพงออกมาจะเปนขวเหนอ และอกปลายหนงซงสนามแมเหลกพงเขาจะเปนขวใต ถาใสแทงเหลกออนไวทแกนกลางของโซลนอยด เมอกระแสไฟฟาผานโซลนอยด แทงเหลกออนจะมสมบตเปนแมเหลก แมเหลกทเกดจากวธนเรยกวา แมเหลกไฟฟา (Electromagnet) สนามแมเหลกทเกดจากโซลนอยด มคาสงสดบรเวณแกนกลางของโซลนอยด และขนาด

ของสนามแมเหลกนจะมคาเพมขนเมอกระแสไฟฟาเพม หรอจานวนรอบของขดลวดเพม แตเมอไมมกระแสไฟฟา แทงเหลกออนจะหมดสภาพแมเหลกทนท

กระแสไฟฟาเหนยวนา [13] และแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา

เมอมกระแสไฟฟาไหลผานจะทาใหเกดสนามแมเหลกขนและ ในทางตรงขามถามสนามแมเหลกกนาจะมกระแสไฟฟาเกดขนไดความคดน ไมเคล ฟาราเดย (Michael Faraday) ไดทาการทดลองและสรปผลไวดงนคอ “ถามการเปลยนแปลงสนามแมเหลก ณ บรเวณใด การเปลยนแปลงนจะเหนยวนาทาใหเกดกระแสไฟฟาขนทตวนาซงนาไปวางอย ณ บรเวณนน”การเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลกอาจเกดจากสาเหตตอไปน ขยบแทงแมเหลกเขาหรอออกจากตวนา ขยบตวนาเขาหรอออกตดกบเสนแรงแมเหลก ปดหรอเปดสวตซทนททนใด เพมหรอลดกระแสไฟฟา เพมหรอลดความตานทานในวงจร เปนตน

เมอนาขดลวดหมนตดกบเสนแรงแมเหลกหรอทาใหเสนแรงแมเหลกเคลอนทตดกบขดลวดตวนา พบวาจะมกระแสไฟฟาเกดขนทตวนา เรยกปรากฏการณดงกลาววา การเหนยวนาแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic induction) การเกดกระแสไฟฟานเปนผลเนองจากการเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลกทตดกบขดลวดตวนา ทาใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา (Induced electromotive force) และถาลวดตวนาตอครบวงจรจะเกดกระแสไฟฟาขน เรยกกระแสทเกดขนวา กระแสไฟฟาเหนยวนา (Induced current)

การหาทศของกระแสไฟฟาเหนยวนาในขดลวดตวนา หาไดจากกฎของเลนซ ซงมใจความวา “แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาในขดลวดจะทาใหเกดกระแสไฟฟาเหนยวนา ในทศทจะทาใหเกดฟลกซแมเหลกใหมขนมาตานทานการเปลยนแปลงของฟลกซแมเหลกเดมทตดผานขดลวดนน”

[1] http://www.youtube.com/watch?v=_3K_kn_1N8g [2] http://www.youtube.com/watch?v=1yluEtuIc2o [3] http://www.youtube.com/watch?v=8sP67j1-t-E [4] http://www.youtube.com/watch?v=YKZ6DFNSyjM [5] http://www.youtube.com/watch?v=T0xaCYo2d6Q [6] http://www.youtube.com/watch?v=exN-_XZ00l4 [7] http://www.youtube.com/watch?v=Irzo64VA2RA [8] http://www.youtube.com/watch?v=-JsVZwc1dOo [9] http://www.youtube.com/watch?v=paZI-m1YEbQ [10] http://www.youtube.com/watch?v=vw2IJSWKqM0 [11] http://www.youtube.com/watch?v=VmzhyNLJbNA [12] http://www.youtube.com/watch?v=hsk3g2UaZRI [13] http://www.youtube.com/watch?v=Ml3SjrB_gk4