ไฟฟ้า และ แม่เหล็ก

ในวงจรไฟฟำ้ กระแสสลบั กำลงั ไฟฟ้ำท่เี กิดขนึ้ ในวงจรจะเกิดจำกตวั ตำ้ นทำน สญู เสียควำมรอ้ นเท่ำนนั้ ไมเ่ ก่ียวกบั ตวั เก็บประจหุ รอื ตวั เหน่ียวนำแมแ้ ตน่ อ้ ย โดยเรำ จะไดว้ ่ำ ������ = ������������������������ ������������������������ ������������������������ = ������������������������ ������������������������ ������������������������ 2 เม่อื 1. V แทนควำมตำ่ งศกั ยท์ ่คี รอ่ มควำมตำ้ นทำน 2. I แทนกระแสไฟฟำ้ ท่ผี ำ่ น R 3. ������ แทนผลตำ่ งเฟสระหวำ่ ง V กบั R กำลงั ไฟฟ้ำเฉล่ยี ท่แี หลง่ กำเนิดถำ่ ยโอนใหจ้ ะเปล่ยี นรูปเป็นพลงั งำนภำยในตวั ตำ้ นทำนทงั้ หมด ไมเ่ ก่ียวขอ้ งกบั ตวั เหน่ียวนำหรอื ตวั เก็บประจุ ดงั นั้นเรำจะสำมำรถหำ คำ่ กำลงั ไฟฟำ้ เฉล่ยี ไดจ้ ำกสตู ร ผ������่ำเฉนลต่ยี วั ต=ำ้ น���ท������2ำ������น���น������นั้������ๆ = ���������2��������������� เหมือนกนั โดยท่ี ������������������������ นนั้ ตอ้ งเป็นกระแสไฟฟำ้ ท่ี ������ 8.หม้อแปลงไฟฟ้า หมอ้ แปลงไฟฟ้ำ (Transformer) ไมใ่ ช่เทคโนโลยีหนุ่ ยนตร์ บ แตเ่ ป็นอปุ กรณท์ ่ใี ช้ สำหรบั เปล่ยี นแรงเคล่อื นไฟฟ้ำ (หรอื ควำมตำ่ งศกั ย)์ ของวงจรไฟฟำ้ กระแสสลบั ใหเ้ พ่ิมขนึ้ หรอื ลดลงได้ โดยใชห้ ลกั การเหนยี่ วนากระแส โดยท่วั ไป หมอ้ แปลงไฟฟ้ำจะเป็นขดลวดพนั รอบแกนเหลก็ ออ่ น สองดำ้ นดำ้ นหน่งึ ตอ่ กบั แหลง่ กำเนิดไฟฟำ้ กระแสสลบั ดำ้ นตอ่ กบั วงจรท่ตี อ้ งกำร ดงั ภำพ

เม่อื กระแสไฟฟำ้ ไหลผ่ำนขดลวดในวงจรจะเกิดสนำมแมเ่ หลก็ ในแกนเหลก็ อ่อน ขนึ้ แตเ่ น่ืองจำกเรำใชแ้ หลง่ กำเนิดไฟฟ้ำกระแสสลบั ทำใหก้ ระแสไฟฟำ้ เปล่ยี นไปเรอ่ื ย ๆ สนำมแมเ่ หลก็ และฟลกั ซแ์ มเ่ หลก็ ในแกนเหลก็ ออ่ นจงึ เปล่ยี นไปเร่อื ย ๆ ดว้ ย ดงั นนั้ สนำมแมเ่ หลก็ ในแกนเหลก็ อ่อนทงั้ สองขำ้ งจะเหน่ียวนำกนั เม่อื สนำมแมเ่ หลก็ และ ฟลกั ซแ์ มเ่ หลก็ ดำ้ นนึงเปล่ยี นอกี ดำ้ นกจ็ ะเปล่ยี นไปดว้ ย แลว้ เม่อื ฟลกั ซแ์ มเ่ หลก็ เปล่ยี นก็ จะเหน่ียวนำใหเ้ กิดแรงเคล่อื นไฟฟำ้ ขนึ้ ตำมกฎของฟำรำเดย์ เรำสำมำรถสรุปเป็นสตู รกำรคำนวณควำมตำ่ งศกั ยไ์ ดว้ ำ่ ������1 = ������1 แลว้ เน่ืองจำกกำลงั ไฟฟำ้ ท่ตี น้ กำเนิดกระแสไฟฟำ้ จ่ำยออกตอ้ งเทำ่ ก���บั���1กำลงั ไ���ฟ���1ฟำ้ ท่วี งจรเอำ ไปใช้ ทำใหเ้ รำคำนวณไดด้ ว้ ยว่ำ ������1 = ������2 น่นั คือ ������1������1 = ������2������2 หรอื ������1 = ������1 ������2 ������2 เม่อื 1. ������1และ������2 แทนควำมตำ่ งศกั ยใ์ นแต่ละขดลวด 2. ������1และ������2แทนจำนวนรอบท่พี นั แตล่ ะขด 3. ������1และ������2 แทนกำลงั ไฟฟ้ำของแตล่ ะวงจร 4. ������1และ������2 แทนกระแสไฟฟ้ำของแต่ละวงจร

นกั วทิ ยำศำสตรท์ ่มี ีบทบำทในพฒั นำทฤษฎีแมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ คอื นายแมกซ์ เวลล์ (James Clerk Maxwell) เขำไดเ้ สนอส่สี มกำรสำคญั ซง่ึ เช่ือมโยงเรอื่ งไฟฟ้ำและ แมเ่ หลก็ เขำ้ ดว้ ยกนั นอกจำกนีแ้ มกซเ์ วลลไ์ ดท้ ำกำรทดลองหำควำมเรว็ ของคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ไดข้ อ้ สรุปวำ่ แสงคอื คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำรูปแบบหนง่ึ ตอ่ มำนายเฮริ ต์ (Heinrich Hertz) ไดท้ ำกำรทดลองเพ่ือพิสจู นค์ ำกลำ่ วของ แมก็ เวลลเ์ ฮิรต์ พบวำ่ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ มอี ยจู่ รงิ นอกจำกนีเ้ ฮิรต์ ยงั ทำกำรทดลองอีก หลำยอยำ่ งท่แี สดงใหเ้ ห็นวำ่ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ท่เี ขำพบนนั้ มสี มบตั ิสะทอ้ น หกั เห แทรกสอด เลยี้ วเบน และโพลำไรเซช่นั เหมือนคล่นื เลย 1.ความหมายของคลน่ื แม่เหลก็ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ เป็นคล่นื ตำมขวำงท่ีไมต่ อ้ งอาศยั ตวั กลางในกำร เคล่อื นท่ี ดงั นนั้ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำสำมำรถเคล่อื นผ่ำนสญู ญำกำศใด้ ไมเ่ หมอื นคล่นื อ่นื ๆ ท่ตี อ้ งอำศยั ตวั กลำงในกำรเคล่อื นท่ี คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ เกิดจำกสนามแมเ่ หลก็ กบั สนามไฟฟา้ โดยท่ตี วั หน่งึ เหน่ียวนำใหเ้ กิดอีกตวั หน่ึงไปเร่อื ย ๆ จำกกฎของฟำรำเดยเ์ ม่อื มีกำรเปล่ยี นแปลง ฟลกั ซแ์ มเ่ หลก็ จะทำใหเ้ กิดแรงดนั ไฟฟำ้ หรอื สนำมไฟฟ้ำตำมมำ แลว้ เม่ือเกิด สนำมไฟฟำ้ ก็จะเกิดสนำมแมเ่ หลก็ ขนึ้ รอบ ๆ สลบั ไปสลบั มำอยำ่ งไมส่ นิ้ สดุ จน กลำยเป็นคล่นื ท่ตี อ่ เน่ืองกนั

คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำเป็นคล่นื ตำมขวำงท่ปี ระกอบดว้ ยสนำมแมเ่ หล็กและ สนำมไฟฟำ้ เปล่ยี นแปลงแบบซมิ เปิลฮำรโ์ มนิกในแนวตงั้ ฉำกกนั และตงั้ ฉำกกบั ทศิ กำรเคล่อื นท่ขี องคล่นื ดงั ภำพ 2.สมบตั ขิ องคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำมีหลำยชนิด แตล่ ะชนิดมอี ตั รำเรว็ ในสญุ ญำกำศ ประมำณ 3 × 108������/������ ซง่ึ เรว็ ท่สี ดุ ในจกั รวำล และเน่ืองจำกคล่นื แมเ่ หล็กไฟฟ้ำเป็น คล่นื ประเภทหนึง่ จะไดว้ ่ำ ������ = ������������ เม่อื 1. ������ แทนอตั รำเรว็ ของคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำในสญุ ญำกำศ ≈ 3 × 108������/������ 2. ������ แทนควำมถ่ีของคล่นื ไฟฟ้ำชนิดนนั้ 3. ������ แทนควำมยำวคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำชนิดนนั้ ในสญุ ญำกำศ เน่ืองจำกคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ทกุ ชนิดมีอตั รำเรว็ ในสญุ ญำกำศเท่ำกนั ประมำณ 3 × 108������/������ ดงั นนั้ คล่นื ท่มี ีควำมถ่ีมำกก็จะมคี วำมยำวคล่นื ในสญุ ญำกำศ นอ้ ย นอกจำกนีถ้ ำ้ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่ใี นตวั กลำงอ่นื ๆก็จะมีความยาวคลนื่ ลดลง โดยความถคี่ งเดมิ น่นั หมำยควำมวำ่ อตั รำเรว็ ก็จะลดลงตำมไปดว้ ย นอกจำกนี้ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ มสี มบตั เิ พ่ิมเติมดงั นี้ 1. สะทอ้ น หกั เห แทรกสอด เลยี้ วเบน โพลำไรเซชนั ได้ 2. คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำมีพลงั งำนอยดู่ ว้ ย 3. ไมม่ ปี ระจไุ ฟฟำ้ แตม่ ีสนำมไฟฟ้ำ

4. ทฤษฎีดงั้ เดิมของแมกซเ์ วลลบ์ อกวำ่ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำไมม่ ีโมเมนตมั แต่ ทฤษฎีควอนตมั ซง่ึ เสนอขนึ้ ภำยหลงั บอกวำ่ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำมีโมเมนตมั 3.สเปกตรัมคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ แตล่ ะชนิดมคี วำมถ่ีและควำมยำวคล่นื ในสญุ ญำกำศ แตกตำ่ งกนั ดงั นนั้ เรำจงึ แบ่งประเภทคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำไดต้ ำมควำมถ่ี หรอื ควำม ยำวคล่นื ในสญุ ญำกำศ และถำ้ เรำนำควำมถ่ีหรอื ควำมยำวคล่นื มำเรยี งกนั เป็นแถบ เรำจะเรยี กแถบนนั้ วำ่ สเปกตรมั คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ซง่ึ หนำ้ ตำดงั ภำพ ←ความถค่ี ล่นื เพมิ่ ขนึ้ (V) ความยาวคลืน่ เพมิ่ ขนึ้ ������ → ความยาวคลื่นเพิ่มขนึ้ ������ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ท่ตี อ้ งทรำบมี 7 ชนิด ไดแ้ ก่ 1. คลนื่ วทิ ยุ 2. คลนื่ ไมโครเวฟ 3. คลนื่ อนิ ฟราเรด 4. แสง 5. คลนื่ อตั ราไวโอเลต 6. คลนื่ เอกซเรย์ 7. คลนื่ แกมมา ซง่ึ เรยี งลำดบั ควำมยำวคล่นื จำกมำกไปนอ้ ย (ควำมถ่ีนอ้ ยไปควำมถ่ีมำก) แสงเป็คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ชนิดหนงึ่ ท่มี คี วำมยำวคล่นื ประมำณตงั้ แต่ 400 – 700 nm โดยแสงจะมสี ตี ำ่ งกนั ตำมควำมยำวคล่นื ถำ้ ควำมถ่ีนอ้ ย(400nm)จะ เป็นสีมว่ ง แลว้ ไลล่ ำดบั ตำมตวำมยำวคล่นื ท่มี ำกขนึ้ เป็น ครำม นำ้ เงิน เขียว เหลอื ง แสด และแดง(700nm) สว่ นคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่คี วำมยำวคล่นื สงู หรอื ต่ำกวำ่ ชว่ งนี้ ตำเรำจะมองไมเ่ หน็

4.คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้าชนิดตา่ งๆ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ แตล่ ะชนิดมสี มบตั ิเฉพำะตวั เชน่ คล่นื ไมโครเวฟ สำมำรถนำมำอนุ่ อำหำรได้ แตใ่ นทำงกลบั กนั คล่นื แสงไมส่ ำมำรถทำใหห้ มสู กุ ได้ ตอนนี้ จะมำเจำะลำยละเอียดของชนิดคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่กี ลำ่ วมำ คอื 1. คลนื่ วทิ ยุ 2. คลนื่ ไมโครเวฟ 3. คลนื่ อนิ ฟราเรด 4. แสง 5. คลนื่ อตั ราไวโอเลต 6. คลนื่ เอกซเรย์ 7. คลนื่ แกมมา 1. คลน่ื วิทยุ เป็นคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่คี วำมยำวคล่นื สงู มำก ควำมถ่ีจงึ ต่ำมำกเชน่ กนั ใชส้ ำหรบั ในกำรส่อื สำรเป็นหลกั เช่น ถำ่ ยทอดสญั ญำณวิทยุ เรดำร์ ดำวเทียม และ อ่นื ๆ 2. คล่ืนไมโครเวฟ เป็นคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่สี ำมำรถนำมำใชต้ ม้ อำหำร และใชใ้ นกำร ส่อื สำรรว่ มกบั คล่นื วทิ ยุ เช่น โทรทศั น์ Bluetooth Wireless และ 3G เป็นตน้ 3. คลื่นอนิ ฟราเรด มีอกี ช่ือวำ่ รงั สีควำมรอ้ น เพรำะวตั ถรุ อ้ นจะปลอ่ ยรงั สี(คล่นื )อนิ ฟรำเรด ออกมำ แตอ่ ยำ่ เขำ้ ใจผิด เพรำะคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ทกุ ชนิดกก็ ่อใหเ้ กิดควำมรอ้ นได้ ทงั้ นนั้ ไมใ่ ชเ่ ฉพำะอินฟรำเรดอย่ำงเดียว และคล่นื อินฟรำเรดกม็ กี ำรใชง้ ำนท่ี หลำกหลำยมำก รงั สอี นิ ฟรำเรดสำมำรถทะลผุ ่ำนเมฆหมอกท่หี นำทบึ เกินกวำ่ ท่ีแสง ธรรมดำจะผำ่ นได้ นกั เทคโนโลยีจงึ อำศยั สมบตั นิ ีใ้ นกำรถำ่ ยภำพพืน้ โลกจำกดำวเทียม เพ่ือศกึ ษำกำรแปรสภำพของป่ำไมห้ รอื กำรอพยพเคล่อื นยำ้ ยของฝงู สตั ว์ เป็นตน้ รวมทงั้ ใชส้ ่อื สำรรว่ มกบั คล่นื ไมโครเวฟและคล่นื วทิ ยุ

4. แสง คือคล่นื ท่แี มเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่มี คี วำมยำวคล่นื 400-700nm แตเ่ น่ืองจำกมนษุ ย์ คนุ้ เคยกบั แสงมำก บำงครงั้ ในทำงฟิ สกิ สจ์ งึ ใชค้ ำวำ่ แสง แทนคำวำ่ คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ กนั อยำ่ งสบั สน สำหรบั แสงท่มี ีควำมยำวคล่นื ประมำณ 700 นำโนเมตร ประสำทตำจะ รบั รูเ้ ป็นแสงสแี ดง สว่ นแสงท่มี คี วำมยำวคล่นื นอ้ ยกวำ่ ประสำทตำจะรบั รูเ้ ป็นแสงสีสม้ เหลอื ง เขียว นำ้ เงิน ตำมลำดบั จนถงึ แสงสีมว่ ง ซง่ึ มคี วำมยำวคล่นื ประมำณ 400 นำโน เมตร แสงสตี ำ่ งๆท่กี ลำ่ วมำนี้ เม่อื รวมตวั กนั ดว้ ยปรมิ ำณท่เี หมำะสม จะเป็นแสงสีขำว 5. คล่ืนอัลตราไวโอเลต (UV) รงั สีอตั รำไวโอเลตท่มี ใี นธรรมชำติ สว่ นใหญ่มำจำกดวงอำทติ ย์ ก่อใหเ้ กิด มะเรง็ ผิวหนงั ตอ้ กระจก กระ ฝำ้ รวิ้ รอย และผิวสแี ทน แตก่ ม็ ปี ระโยชนท์ ่ีทำใหร้ ำ่ งกำย สงั เครำะหว์ ิตำมนิ D ได้ และรงั สนี ีท้ ำใหบ้ รรยำกำศชนั้ ไอโอโนสเฟี ยรม์ ีประจอุ ิสระและ ไอออนเพรำะรงั สีอลั ตรำไวโอเลตมพี ลงั งำนสงู พอท่จี ะทำใหอ้ ิเลก็ ตรอนหลดุ จำกโมเลกลุ ของอำกำศ 6. คล่นื เอกซเรย์ คล่นื เอกซส์ ำมำรถทะลผุ ่ำนส่งิ กีดขวำงหนำๆ ได้ ดงั นนั้ วงกำรอตุ สำหกรรมจงึ ใชร้ งั สเี อกซต์ รวจหำรอยรำ้ วภำยในชิน้ สว่ นโลหะขนำดใหญ่ อีกทงั้ ทำงกำรแพทยย์ งั ใช้ วิธีฉำยคล่นื เอกซเรยผ์ ่ำนรำ่ งกำยคน ไปตกบนฟิ ลม์ เพ่ือตรวจดลู กั ษณะผิดปกตขิ อง อวยั วะภำยในและกระดกู 7. คลนื่ แกมมา เป็นคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำท่คี วำมยำวคล่นื สนั้ มำก ควำมถ่ีสงู มำก โดยท่วั ไปพบ จำกกำรสลำบตวั ของสำรกมั มนั ตรงั สี ทงั้ นีร้ งั สี(คล่นื )แกมมำยงั มอี ำนำจทะลทุ ะลวงสงู มำก สำมำรถก่อมะเรง็ และเปล่ียนแปลงโครงสรำ้ งระดบั พนั ธกุ รรมของส่งิ มชี ีวติ ได้

บรรณานุกรม ปิยะฤทธิ์ อิทธิชยั วงศ.์ (2564). จบกนั ท!ี ฟิสกิ ส.์ พมิ พค์ รงั้ ท่ี 4. กรุงเทพฯ : ศนู ย์ หนงั สอื จฬุ ำลงกรณม์ หำวทิ ยำลยั .

ผูจ้ ดั ทำ นางสาวภกั วภิ า วงศส์ วสั ด์ิ ม.4/2 เลขท่ี 30