ชนิดแรงแม่เหล็ก2563

หน่วยท่ี 4 ชอ่ื หน่วย รู้มัน่ คงกับแรงในสนามกบั แรงภายในนวิ เคลยี ส แรงแมเ่ หล็กในสนามแมเ่ หล็ก ครผู ้สู อนและผ้จู ัดทา นางจฑุ าทพิ ย์ รักษ์ศรี ตาแหน่ง ครู วทิ ยฐานะชานาญการพิเศษ

แรงแมเ่ หลก็ • 1. สนามแม่เหลก็ • 8. แรงแมเ่ หล็กบนเส้นลวดทีม่ ี • 2. ทฤษฎีแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าไหล • 3. การเหนีย่ วนาแมเ่ หล็ก • 4. การสร้างแมเ่ หลก็ • 9. แรงแม่เหลก็ ระหว่างเสน้ ลวดที่มี • 5. แมเ่ หลก็ จากกระแสไฟฟา้ กระแสไฟฟา้ ไหล • 6. แรงแม่เหล็กบนประจไุ ฟฟ้า • 10. มอเตอร์ไฟฟา้ • 7. เสน้ ทางการเคลือ่ นทีข่ องประจุไฟฟ้าใน สนามแม่เหลก็ • 11. แรงเคลือ่ นไฟฟ้าเหนี่ยวนา • 12. เคร่ืองกาเนิดไฟฟา้ • 13. หม้อแปลง • 14. ประโยชน์ของแรงแมเ่ หล็ก

แรงแมเ่ หลก็ http://www.damrong.ac.th/pittaya/webstudy/Magne

• We can use iron filings to show the look of the magnetic field. • The field lines around a bar magnet. http://www.schoolscience.co.uk/content/3/physics/coppe

• แมเ่ หลก็ ขวั้ เดยี วกนั - ผลกั กัน • แม่เหลก็ ขัว้ ต่างกัน - ดูดกัน http://www.readingtarget.com/magpulse/Magnets



1. สนามแมเ่ หลก็ • สนามแม่เหลก็ (magnetic field) คอื บรเิ วณทแ่ี รงแม่เหลก็ สง่ ไปถึง • ซึง่ บรเิ วณน้ตี อ้ งมเี สน้ แรงแมเ่ หลก็ • สนามแมเ่ หลก็ มที ศิ สมั ผัสกับเสน้ แรง แมเ่ หล็ก http://www.readingtarget.com/magpulse

2. ทฤษฎีแม่เหลก็ • 1. การรกั ษาอานาจแมเ่ หลก็ • 2. แมเ่ หลก็ อ่ิมตวั • 3. การทาลายอานาจแม่เหลก็ อาจทาไดโ้ ดย – การทบุ (hammering) – การเผา (heating) – ใชไ้ ฟฟ้ากระแสสลบั

3. การเหน่ียวนาแม่เหลก็ • ถ้านาแทง่ เหลก็ ธรรมดาไปจ่อใกล้ ๆ ตะปู จะไม่เกดิ แรงแมเ่ หลก็ • แต่ถา้ จ่อแมเ่ หลก็ ใกล้ ๆ แท่งเหลก็ จะพบวา่ แทง่ เหลก็ ดดู ตะปไู ปตดิ บน แทง่ เหล็ก • แสดงวา่ แท่งเหล็กเป็นแมเ่ หลก็ โดยการเหนยี่ วนา • โดยโดเมนแมเ่ หลก็ ของเหลก็ ธรรมดาเรียงตัวอย่างเปน็ ระเบยี บ

4. การสร้างแม่เหลก็ • 1. การถู – ถูทางเดยี ว – ถูสองทาง • 2. การใชก้ ระแสไฟฟ้า

5. แม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้า • Hans Christian Oersted (1777-1851) • พบว่าเข็มทศิ จะมีการเบย่ี งเบน เมอ่ื อยู่ ใกล้ ๆ เส้นลวดทีม่ กี ระแสไฟฟ้าไหล • เป็นจดุ เร่ิมต้นของการศึกษา สนามแม่เหลก็ จากกระแสไฟฟา้ • ทาใหส้ ามารถประดิษฐอ์ ปุ กรณ์ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าได้ เช่น มอเตอร์ โทรศพั ท์ ลาโพง ไมโ่ ครโฟน เปน็ ตน้ http://brunelleschi.imss.fi.it/genscheda.asp?appl=SIM&xsl=biografia&lingua=ENG&chiave=300437

แมเ่ หลก็ จากสนามแม่เหลก็ • 1) สนามแม่เหลก็ รอบเสน้ ลวด • 2) ขดลวดโซเลนอยด์ (solenoid)

1) สนามแมเ่ หลก็ รอบเสน้ ลวด • 1. บนระนาบหนงึ่ เสน้ แรงแม่เหล็กเป็นวงกลมรอบเสน้ ลวด • 2. ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ แปรผนั ตรงกับระยะหา่ งจากขดลวด • 3. ความเข้มของสนามแมเ่ หล็ก แปรผนั ตรงกบั ปริมาณกระแสไฟฟ้า • 4. ถ้าเปลย่ี นทิศของกระแสไฟฟ้า จะทาใหท้ ศิ ของสนามแม่เหล็ก เปลยี่ นไป แตร่ ูปแบบของเสน้ แรงไฟฟ้าเหมือนเดิม ความเขม้ ของ สนามแม่เหล็กทีห่ า่ งจากเส้นลวดยาวมากเปน็ ระยะ r มีคา่ ดงั สมการ B=kI/r

B=kI/r http://www.uq.edu.au/_School_Science_Lessons/UNP

• เมอื่ B B=kI/r •I •r คอื ความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ (T , Wb/m2) •k คอื กระแสไฟฟ้า (A) คือ ระยะหา่ งจากเส้นลวด (m) คือ คา่ คงที่ (k = 2 x 10-7 Wb/Am)

2) ขดลวดโซเลนอยด์ (solenoid) • เป็นขดลวดเหมอื นสปริง • ทิศทางของสนามแม่เหลก็ หาไดจ้ ากกฎมือขวา • นิ้วหวั แม่มอื ชี้ตามทิศสนามแม่เหล็ก • นว้ิ ทัง้ ส่ชี ีต้ ามกระแสไฟฟา้ • เราสามารถหาความเข้มของสนามแม่เหลก็ ตรงกลางขดลวดโซเลนอยด์ ได้จากสมการ B = µ0 nI

• เมอื่ B B = µ0nI •I •n คอื ความเข้มของสนามแม่เหลก็ (T , Wb/m2) คอื กระแสไฟฟา้ (A) • µ0 คือ จานวนขดลวดต่อหนึง่ หน่วยความยาวของขดลวดโซ เลนอยด์ (รอบ/m) คือ ค่าคงที่ (k = 4π x 10-7 Wb/Am)

solenoid http://www.yourdictionary.com/ahd/s/s0547000.h

The magnetic field B caused by long current- carrying solenoid. Ampere's law reduces to four straight- line paths of integration. The integral over three of the paths will be zero. http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_fiel

Torque on a solenoid in a magnetic field http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_

6. แรงแมเ่ หล็กไฟฟา้ บนประจุไฟฟา้ • เมอื่ ประจุไฟฟา้ เคลื่อนท่ผี ่านเข้าไปในสนามแม่เหลก็ • สามารถเกิดแรงแมเ่ หล็กกระทาบนประจไุ ฟฟา้ น้ี • โดยเขียนสมการได้ดงั นี้ F = qvB sin θ • เมอื่ θ คอื มมุ ระหวา่ ง v และ B •q คอื ประจุไฟฟ้า (C) •B คอื สนามแม่เหล็ก (T , Wb/m2) •v คอื ความเร็ว (m/s) •F คือ แรงแม่เหล็ก (N)

กฎมอื ขวา ทิศของแรงแมเ่ หล็กเปน็ ไปตามกฎมอื ขวา โดยใหน้ วิ้ ท้ังสีท่ ิศตามความเร็ว (v) จากนนั้ วน นวิ้ ทงั้ สเ่ี ข้าหาสนามแม่เหล็ก (B) http://www.rsu.ac.th/tlsd/e_learning/b_field/mag

แรงแม่เหล็กบนประจุบวก • กฎมือขวาใชส้ าหรับหาทิศจากการ cross เวกเตอรส์ องเวกเตอรเ์ ขา้ ดว้ ยกัน • ทิศของเวกเตอรห์ าไดโ้ ดยใหน้ ว้ิ ท้ังส่ีทิศ ตามเวกเตอรต์ ัวแรก • จากนัน้ กวาดน้ิวทงั้ สี่เขา้ หาเวกเตอรต์ ัวท่ี สอง (โดยกวาดตามมมุ ท่มี คี า่ น้อย) • น้วิ หวั แมม่ ือจะแสดงทศิ ของเวกเตอรท์ ้งั สอง http://www.rsu.ac.th/tlsd/e_learning/b_field/mag4.htm

แรงแมเ่ หล็กบนประจลุ บ • สาหรับประจุลบ (-q) ทิศของแรงแสดง ดงั รปู ทางซ้ายมอื • ทาเช่นเดียวกับประจบุ วก (+q) เพียงแต่ ทิศตรงกนั ข้ามกบั ประจบุ วก • นน่ั คอื ทิศตรงกนั ขา้ มกับนวิ้ หวั แม่มอื http://www.rsu.ac.th/tlsd/e_learning/b_field/mag

7. เสน้ ทางการเคลอ่ื นที่ของประจไุ ฟฟา้ ในสนามแม่เหลก็ • แรงแม่เหลก็ (F) ตั้งฉากกับความเรว็ (v) ของประจุตลอดการเคล่ือนท่ี • แรงนไี้ มเ่ ปลีย่ นขนาดความเร็ว • แต่ทิศทางการเคล่อื นท่ีของประจเุ ปลยี่ นไป • ถา้ สนามแมเ่ หลก็ (B) คงที่ประจไุ ฟฟ้าจะเคล่ือนทเี่ ป็นวงกลม • โดยแรงแมเ่ หล็กมที ศิ พุง่ เขา้ สู่ศนู ย์กลางของวงกลมนตี้ ลอดเวลา • ถ้าแรงไฟฟา้ คงท่ีทง้ั ขนาดและทิศทาง • ประจจุ ะเคล่ือนที่เปน็ เส้นโค้งพาราโบลา

8. แรงแม่เหลก็ บนเส้นลวดท่มี กี ระแสไฟฟ้าไหล • เมอื่ เสน้ ลวดมีกระแสไฟฟ้าไหล และอยูใ่ นสนามแมเ่ หลก็ • พบว่า เกดิ แรงแมเ่ หล็กกระทาบนเสน้ ลวดน้ี • โดยเขยี นสมการของแรงแมเ่ หลก็ ได้เป็น F = ILB sin θ

F = ILB sin θ • เม่ือ θ คือ มุมระหว่าง L และ B •I คือ กระแสไฟฟ้า (A) •B คอื สนามแมเ่ หลก็ (T , Wb/m2) •L คอื ความยาวเส้นลวด (m) •F คอื แรงแมเ่ หล็ก (N)

9. แรงแมเ่ หล็กระหว่างเส้นลวดทม่ี ีกระแสไฟฟ้าไหล • เมอื่ นาลวดตรง 2 เส้นวางขนานกนั • ปลอ่ ยกระแสไฟฟา้ ใหไ้ หลในเส้นลวดนี้ • จะเกดิ แรงแม่เหลก็ ระหว่างเสน้ ลวดทง้ั สอง โดย • เป็นแรงดดู เมอ่ื กระแสไฟฟ้าไหลทิศทางเดยี วกนั • เป็นแรงผลัก เมอื่ กระแสไฟฟ้าสวนทางกนั

10. มอเตอร์ไฟฟา้ • มอเตอร์ไฟฟา้ เปน็ อปุ กรณ์ทเ่ี ปล่ียนพลงั งานไฟฟา้ เปน็ พลังงานกล • โดยอาศัยแรงแม่เหลก็ บนเส้นลวดท่มี ีกระแสไฟฟา้ ไหล และอยใู่ น สนามแม่เหล็ก

สว่ นประกอบของมอเตอร์ไฟฟา้ http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor

ชนดิ ของมอเตอรไ์ ฟฟา้ • มอเตอร์ไฟฟ้ามี 2 ชนดิ คือ • 1. มอเตอร์กระแสตรง (วงแหวนซีก) • 2. มอเตอร์กระแสสลบั (วงแหวนวง) • สว่ นประกอบเหมือนกนั ยกเว้น วงแหวน

11. แรงเคลอ่ื นไฟฟา้ เหน่ียวนา • Michael Faraday : 1791-1867 • เปน็ ผ้คู น้ พบแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนยี่ วนา (ε) • โดยมหี ลักการ ดังน้ี • เม่อื เส้นลวดตวั นาเคลื่อนท่ตี ัดสนามแมเ่ หลก็ จะเกิดแรงแม่เหล็กบนอเิ ล็กตรอนใน เส้นลวดตัวนา (ตามกฎมือขวา) • ทาใหเ้ กิดความต่างศักยไ์ ฟฟ้าที่ปลายทง้ั สอง ข้างของเส้นลวดตวั นา http://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday

ε = VBL • เมอื่ ε คอื แรงเคลือ่ นไฟฟ้าเหนีย่ วนา (N) •V คอื ความเร็วของเสน้ ลวด (m/s) •B คือ สนามแมเ่ หล็ก (T , Wb/m2) •L คือ ความยาวเสน้ ลวด (m)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหน่ยี วนา • 1. แรงเคลือ่ นไฟฟ้าเหนยี่ วนาโดยการเปลยี่ นแปลงสนามแมเ่ หล็ก – เมื่อนาแทง่ แมเ่ หล็กเคลอ่ื นท่ีเขา้ ออกจากขดลวดตัวนา – จะเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหนย่ี วนาในขดลวด ทาให้มกี ระแสไฟฟ้าไหลใน ขดลวดนนั้ • 2. กฎของฟาราเดย์ (Faraday’s Law) แรงเคล่อื นไฟฟา้ เหน่ียวนา ของขดลวด จะเพมิ่ ขนึ้ เมื่อ – 1. ความเข้มของสนามแม่เหลก็ จากแทง่ แมเ่ หลก็ มคี ่ามาก – 2. เคลื่อนแท่งแมเ่ หลก็ ดว้ ยความเรว็ สงู – 3. เพ่ิมจานวนรอบของขดลวด

12. เครื่องกาเนดิ ไฟฟ้า • เครื่องกาเนิดไฟฟ้า (generator) หรอื ไดนาโม (dynamo) เปน็ เคร่ืองมือท่เี ปลย่ี นพลงั งานกลเปน็ พลงั งานไฟฟ้า • แบง่ ได้ 2 ชนดิ คอื • 1. เครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (direct current generator : d.c. generator) ใช้วงแหวนผา่ ซกี • 2. เครือ่ งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (alternating current generator : a.c. generator) ใชว้ งแหวนวง

a.c. generator • มกี ารเปล่ยี นแปลงขว้ั ไฟฟ้าบวก (+) และลบ (-) สลบั กัน • แอมพลจิ ดู (ค่าสงู สดุ ) ของกระแสไฟฟ้าหรอื ความตา่ งศักย์ เรียกว่า พคี (peak : Ip หรอื Vp) • ในทางปฏิบัติ เราใช้คา่ รากท่ีสองของกาลังสองเฉลี่ย (root mean square : rms) หรือเรยี กว่า คา่ ยังผล (effective value) • ซึง่ วัดได้โดยมเิ ตอร์ อาจเรียกว่า คา่ มเิ ตอร์ ก็ได้ มดี งั น้ี Irms = 0.707 Ip Vrms = 0.707 Vp

13. หม้อแปลง (transformer) • เปน็ อปุ กรณท์ ่ีเปล่ยี นแรงเคลือ่ นไฟฟ้าเหนีย่ วนาใหม้ ากข้ึน หรอื น้อยลง • เพอ่ื ใหเ้ หมาะสมกับการใช้งาน • เชน่ โรงผลิตไฟฟา้ , บา้ นเรอื น , เครอื่ งใชไ้ ฟฟ้าบางประเภท เปน็ ตน้

หม้อแปลง http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer

หมอ้ แปลง (transformer) • 1) ส่วนประกอบของหมอ้ แปลง • 2) ความสมั พนั ธข์ องแรงดันไฟฟ้ากบั จานวนรอบของขดลวด • 3) หลกั การทางานของหมอ้ แปลงไฟฟ้า

1) สว่ นประกอบของหม้อแปลง • 1. ขดลวดปฐมภมู ิ (primary coil) ต่อกบั แหล่งจา่ ยกระแสไฟฟ้า สลับ • 2. ขดลวดทตุ ยิ ภูมิ (secondary coil) ตอ่ กับแหลง่ นาไปใช้งาน • เราเรยี ก แรงเคลือ่ นไฟฟา้ เหนี่ยวนา ว่า แรงดนั ไฟฟา้

สิ่งควรร้เู กี่ยวกับหมอ้ แปลง • 1. จานวนรอบของ primary coil = จานวนรอบของ secondary coil จะได้แรงดันไฟฟา้ ทข่ี ดลวดทงั้ สองเทา่ กนั • 2. ถ้าจานวนรอบของ primary coil > จานวนรอบของ secondary coil จะได้แรงดนั ไฟฟ้า primary coil > แรงดนั ไฟฟ้าของ secondary coil เรียกวา่ หมอ้ แปลงลง (step down transformer) • 3. ถา้ จานวนรอบของ primary coil < จานวนรอบของ secondary coil จะไดแ้ รงดันไฟฟ้า primary coil < แรงดันไฟฟ้าของ secondary coil เรียกว่า หมอ้ แปลงข้ึน (step up transformer) • 4. สัญลักษณ์ คือ

step up transformer http://www.bartleby.com/61/imagepages/A4trsfm

2) ความสัมพันธข์ องแรงดันไฟฟ้า กับ จานวนรอบของขดลวด

http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer

3) หลกั การทางานของหม้อแปลงไฟฟา้ • ใช้กับไฟฟ้ากระแสสลบั เท่านั้น • เมอ่ื กระแสไฟฟา้ สลบั ไหลใน primary coil จะเหนยี่ วนาให้เกิด สนามแมเ่ หลก็ ไมค่ งท่ใี นแกนเหล็กออ่ น • และผ่านเขา้ ไปใน secondary coil • เกดิ การเหนยี่ วนาใหม้ กี ระแสไฟฟ้าสลบั ใน secondary coil

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/magnetic/

http://www.physics.miami.edu/~zuo/class/fall_05/lecture%2

14. ประโยชนข์ องแมเ่ หล็กไฟฟา้ • 1. แท่นยกแมเ่ หลก็ • 2. กระดิง่ ไฟฟา้ • 3. รถไฟฟา้ • 4. กลอนประตไู ฟฟ้า • 5. โทรศัพท์ • 6. ลาโพง • 7. เครือ่ งใชไ้ ฟฟ้า • 8. เครอ่ื งเลน่ เทปมหี ัวบนั ทกึ และหวั อา่ น • 9. รีเลย์ (relay) • 10. ไดนาโมรถจกั รยาน • 11. มเิ ตอร์ไฟฟ้า

จบแลว้ คะ่ • นกั เรียนอยา่ งลมื เขา้ ไปฝกึ แบบทดสอบนะค่ะ • คนเกง่ คือคนทฝ่ี ึกฝนตวั เองสม่าเสมอในทุกด้าน • อยา่ งลืมว่าเรากม็ คี วามโดดเด่นในตนเอง อย่าดูถกู ตนเอง ตวั เรา รู้เองวา่ เรามคี วามสามารถอะไร ต้องแสดงใหค้ นอนื่ ยอมรบั เราได้ • ทกุ คนมีสิทธเิ สรภี าพ แตต่ อ้ งเคารพสทิ ธคิ นอื่นด้วย หนา้ ท่ีเรา สาคญั ท่ีสดุ อยา่ เอาแต่เรยี กรอ้ งสิทธิ์ แต่ลืมหน้าท่ที พี่ ึงกระทา