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