บทที่ 2 สนามของแรง (field force)

ในบทที่ 1 ไดกลาวถงึแรง วาแรงมี 2 ประเภท คือแรงสมัผัสและแรงไมสัมผัส หรือ

แรงสนาม(field force) ในทีน่ีจ้ะกลาวถงึแรงสนามเทานั้น แรงสนามไดแก แรงโนมถวง แรง

ไฟฟา และแรงแมเหล็ก วตัถุที่จะไดรับแรงสนาม จะตองอยูในสนามของแรง สนามของแรง ไดแก สนามแมเหล็ก สนามไฟฟา และสนามโนมถวง

สนามของแรง สนามของแรงหมายถึงบริเวณทีม่ีอํานาจของแรงสงไปถงึสนามของแรงแบงไดเปน 3 ประเภท คือ

2.1 สนามแมเหล็ก (magnetic field)

2.2 สนามไฟฟา (electric field)

2.3 สนามโนมถวง (gravitational field)

นักเรียนสามารถทําการทดลองเสมือนจริงเรื่องคาบของคลื่น ไดจาก

rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/physics2000/ritphysics/wave_particles/thai5-wavpart3.htm

2.1 สนามแมเหล็ก สนามแมเหลก็ หมายถึง บริเวณโดยรอบแทงแมเหล็กหรือวัตถุที่มีสภาพเปนแมเหลก็ ที่มีอํานาจแมเหล็กสงไปถึง สนามแมเหลก็มี 2 ประเภท คือ

สนามของแรง - 43

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

1) สนามแมเหลก็จากแมเหล็กถาวร 2) สนามแมเหลก็จากแมเหล็กไฟฟา

1) สนามแมเหลก็จากแมเหล็กถาวร คือสนามแมเหล็กที่เกดิจากแมเหล็กถาวร มีลักษณะดังรูป 2.1

รูป 2.1 เสนสนามแมเหล็กของแทงแมเหลก็

3) สนามแมเหลก็จากแมเหล็กไฟฟา คือสนามแมเหล็กที่เกิดจากแมเหล็กไฟฟา

รูป 2.2 สนามแมเหล็กไฟฟา

2.1.1 สนามแมเหลก็จากเสนลวดที่มีกระแสไฟฟาไหล

สนามของแรง - 44

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

สนามแมเหลก็นอกจากจะแผออกมาจากแทงแมเหล็กแลว สนามแมเหล็กยังแผ

ออกมาจากเสนลวดที่มีกระแสไฟฟาไหลอกีดวย ทิศของสนามแมเหลก็ที่เกิดจากเสนลวดที่มี

กระแสไฟฟาไหลหาไดจากกฎมือขวา

กฎมือขวากลาววา “ ถากาํเสนลวดใหนิ้วหวัแมมือชี้ไปตามทศิทางการไหล

ของกระแสไฟฟา นิว้ทั้งสี่จะแสดงทศิของสนามแมเหล็กที่เกดิขึ้น ” ดังรูป 2.3

รูป 2.3 การหาทิศของสนามแมเหล็กโดยใชกฎมือขวา

การตรวจสอบความเปนแมเหล็กของสายไฟที่มกีระแสไฟฟาไหล ทาํไดโดยนําเข็มทศิมาวางไว

ใกลๆสายไฟทีม่ีกระแสไฟฟาไหลจะ พบวาสายไฟที่มีกระแสไฟฟาไหลจะผลักเข็มทิศ ดังรูป 2.4

(a)

(b)

(c)

รูป 2.4 สายไฟฟาที่มกีระแสไฟฟาไหลจะมีสนามแมเหล็กแผออกมา

สนามของแรง - 45

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

(a) ไมมีกระแสไฟฟาไหล (b) มีกระแสไฟฟาไหลขึ้นขางบน (c) มีกระแสไฟฟาไหลลงขางลาง

นักเรียนสามารถศึกษา การทดลองเสมือนจริงเรื่องสนามแมเหล็กจากเสนลวดที่มีกระแสไฟฟา ไดจาก

www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/applet1/applet%20physics/phe/mfwirethai.htm

www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/Explore/Magneticfields/Magneticfields.htm 2.1.2 แรงแมเหลก็ (Magnetic force) แมเหล็กทุกชนิด จะมีสนามแมเหล็กแผออกมารอบๆ แทงแมเหล็กนัน้ แมเหล็กขัว้

เหมือนกนัจะผลักกัน และแมเหล็กขั้วตางกนัดูดกัน

(a)

(b)

รูป 2.5 (a) ข้ัวแมเหลก็เหมอืนกนัจะผลักกัน (b) มีเสนสนามแมเหลก็ดังรูป

(a)

(b)

รูป 2.6 (a) ข้ัวแมเหลก็ตางกันจะดูดกนั (b) เสนสนามแมเหล็กดังรูป

สนามของแรง - 46

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

เมื่อแทงแมเหล็ก 2 แทง มกีารผลักหรือดูดกัน ในทํานองเดียวกันเสนลวด 2 เสนที่มีกระแสไฟฟา

ไหล ก็จะมกีารผลักหรือดูดกัน ดังนี ้

1) ถาเสนลวดสองเสนที่มกีระแสไฟฟาไหลสวนทางกัน จะผลักกัน

2) ถาเสนลวดสองเสนที่มกีระแสไฟฟาไหลไปทางเดียวกัน จะดูดกัน ดังรูป 2.7

รูป 2.7 เสนลวดที่มกีระแสไฟฟาไหลจะมอํีานาจแมเหลก็

นักเรียนสามารถศึกษา การดูดและผลักกันของเสนลวดที่มีกระแสไฟฟาไหล ไดจาก

rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/Explore/ParallelConductors/ParallelConductors. Htm www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual2/two-parallel-current/index.html www.physics.umd.edu/lecdem/services/demos/demosk1/k1-05a.mpg

นักเรียนสามารถดู VDO เกี่ยวกับแมเหลก็เหลว ไดจาก

www.rmutphysics.com/charud/video/22/Liquid.htm

2.1.3 ผลของสนามแมเหล็กตอการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟา ถานาํประจุไฟฟามาวางอยูในสนามแมเหลก็ ดังรูป 2.8

สนามของแรง - 47

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

รูป 2.8 ประจไุฟฟาที่อยูในสนามแมเหลก็

ประจุไฟฟาจะไมไดรับแรงกระทําจากสนามแมเหล็ก ในทาํนองเดียวกนัถานาํเข็มทิศหรือแทง

แมเหล็กเลก็ๆมาวางในสนามไฟฟา ดังรูป 2.9 เข็มทิศหรือแทงแมเหล็กจะไมไดรับแรงกระทาํจากสนามไฟฟา

รูป 2.9 เข็มทศิหรือแทงแมเหล็กที่วางอยูในสนามไฟฟาจะไมไดรับแรงกระทําจากสนามไฟฟา

ถาเปลี่ยนจากการนาํประจุไฟฟามาวางไวในสนามแมเหล็ก เปนการยิงประจุไฟฟา

q ใหเคลื่อนที่เขาไปในสนามแมเหล็ก ดังรูป 2.10

สนามของแรง - 48

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

รูป 2.10 ประจไุฟฟาที่เคลื่อนที่ในสนามแมเหล็ก

คราวนี้ประจุไฟฟาจะไดรับแรงกระทาํจากสนามแมเหลก็ โดยขนาดของแรงแมเหล็กที่กระทําตอประจุไฟฟา มีคาขึ้นอยูกับขนาดของประจุไฟฟา ความเร็ว และขนาดของสนามแมเหล็ก หรือ

เขียนเปนสมการไดวา

sinF qvB θ= (2-1)

เมื่อ F แรงทีก่ระทําตอประจุไฟฟา θ เปนมมุระหวาง v กบั B และถาประจุไฟฟาถูกยิงเขาไปในสนามแมเหล็กในทิศที่ต้ังฉากกับสนามแมเหล็กประจุไฟฟาจะ

เคลื่อนที่เปนวงกลม ดังรูป 2.11

รูป 2.11 เมื่อ v B⊥ ประจุไฟฟาจะเคลื่อนที่เปนวงกลม

สนามของแรง - 49

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

นักเรียนสามารถศึกษา การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟาในสนามแมเหลก็ ไดจาก

www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/Explore/ChargedParticles/ChargedParticles.htm

www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual1/surendranath/MovChgMagApplet.html www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual1/surendranath/MovChgEleMagApplet.html rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/Explore/ChargedParticles/ChargedParticlesthai1.htm จากหลักการดังกลาว จึงสามารถทาํใหลําอิเล็กตรอนในหลอดรังสีแคโทด เบี่ยงเบน

ได โดยนําแทงแมเหล็กมาใกลๆ ลําของอิเล็กตรอน ดังรูป 2.12

(a) (b)

รูป 2.12 (a) ลํารังสีแคโทด (b) ลํารังสแีคโทด เมื่อนาํแทงแมเหลก็มาใกลๆ จากหลักการดังกลาวนี ้ ไดมกีารนาํเอาหลกัการนี้มาใชในการเบีย่งเบนลําอิเลก็ตรอนในจอภาพ

ของโทรทัศนหรือคอมพิวเตอร ดังรูป 2.13

รูป 2.13 การเบี่ยงเบนลําอิเล็กตรอนในจอภาพ โดยใชสนามแมเหล็กไฟฟา

สนามของแรง - 50

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

นักเรียนสามารถศึกษา การทดลองเสมือนจริงเรื่องการเบี่ยงเบนลําอิเล็กตรอนในจอภาพ ไดจาก

www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/physics2000/ritphysics/tv/1big_picturethai.htm

ตอบคําถามระหวางบทเรยีน

คําถาม ขณะไมมีสนามแมเหล็ก ลําอิเล็กตรอนในหลอดรังสีแคโทด เคลื่อนที่อยางไร และเรา

ทราบไดอยางไร

แนวคําตอบ ขณะไมมีสนามแมเหล็ก ลําอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เปนเสนตรง และเราสามารถ

มองเห็นลําอิเล็กตรอนนี้ได ดังรูป

คําถาม ขณะมีสนามแมเหล็กบริเวณใกลหลอดรังสีแคโทด ลําอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยางไร

แนวคําตอบ ลําอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนไปจากเดิม

คําถาม ผูเรียนคิดวา เพราะเหตุใดลําอิเล็กตรอนจึงเบนไปจากแนวเดิมได

แนวคําตอบ เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่เขาไปในสนามแมเหล็กจะไดรับแรงระทําจากสนามแมเหล็ก

สนามของแรง - 51

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

2.1.4 ผลของสนามแมเหลก็ตอตัวนําที่มกีระแสไฟฟา เมื่อนําเสนลวด(ไมไดทําจากสารแมเหล็ก) มาวางในสนามแมเหล็ก ดังรูป 2.14

(a)

(b)

รูป 2.14 เสนลวดอยูในสนามแมเหล็ก

เสนลวดนี้จะไมไดรับแรงกระทําจากสนามแมเหล็ก แตเมื่อปลอยกระแสไฟฟาเขาไปในเสนลวด

เสนลวดจะไดรับแรงกระทําจากสนามแมเหล็ก ดังนี ้

1) ถากระแสไฟฟาไหลในทิศขึ้นขางบนแรงแมเหล็กจะผลักเสนลวดไปทางดานซายมือ ดัง

รูป 2.15 (a)

2) ถากระแสไฟฟาไหลในทิศลงขางลางแรงแมเหล็กจะผลักเสนลวดไปทางดานขวามือ

ดังรูป 2.15 (b)

สนามของแรง - 52

การเคลื่อนที่และพลังงาน สุชาติ สุภาพ

(a)

(b)

รูป 2.15 แรงแมเหล็กที่กระทําตอเสนลวดที่มีกระแสไฟฟาไหล

รูป 2.16 การทดลองที่แสดงใหเห็นวามีแรงแมเหล็กกระทําตอเสนลวดที่มีกระแสไฟฟา

ถาตองการหนงัสือ สามารถซื้อไดท่ีรานหนังสือ ซีเอ็ด บุค แพรพิทยา ศูนยหนังสือจุฬาฯ ดอกหญา ศึกษาภัณฑ หรอืติดตอสัง่ซื้อทางไปรษณียไดท่ี สํานักพิมพ science publishing เลขท่ี 111/258 หมูบาน มนวดีกรีนพารค ต.พิมลราช อ.บางบัวทอง จ. นนทบุรี โทร 085-8086712

หนังสืออิเล็กทรอนิกส

ฟสิกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสิกส 1 (ความรอน)

ฟสิกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวิทยาฟสิกส เอกสารคําสอนฟสิกส 1ฟสิกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสิกสดวยภาษา c ฟสิกสพิศวง สอนฟสิกสผานทางอินเตอรเน็ต

ทดสอบออนไลน วีดีโอการเรียนการสอน หนาแรกในอดีต แผนใสการเรียนการสอน

เอกสารการสอน PDF กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร

แบบฝกหัดออนไลน สุดยอดสิ่งประดิษฐ

การทดลองเสมือน

บทความพิเศษ ตารางธาตุ)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานุกรมฟสิกส ลับสมองกับปญหาฟสิกส

ธรรมชาติมหัศจรรย สูตรพื้นฐานฟสิกส

การทดลองมหัศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหัดกลาง

แบบฝกหัดโลหะวิทยา แบบทดสอบ

ความรูรอบตัวท่ัวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐี( คดีปริศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คําศัพทประจําสัปดาห ความรูรอบตัว

การประดิษฐแของโลก ผูไดรับโนเบลสาขาฟสิกส

นักวิทยาศาสตรเทศ นักวิทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพิศวง การทํางานของอุปกรณทางฟสิกส

การทํางานของอุปกรณตางๆ

การเรียนการสอนฟสิกส 1 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร3. การเคลื่อนท่ีแบบหนึ่งมิต ิ 4. การเคลื่อนท่ีบนระนาบ5. กฎการเคลื่อนท่ีของนิวตัน 6. การประยุกตกฎการเคลื่อนท่ีของนิวตัน7. งานและพลังงาน 8. การดลและโมเมนตัม9. การหมุน 10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง11. การเคลื่อนท่ีแบบคาบ 12. ความยืดหยุน13. กลศาสตรของไหล 14. ปริมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอท่ีหน่ึงและสองของเทอรโมไดนามิก 16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร

17. คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง การเรียนการสอนฟสิกส 2 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. ไฟฟาสถิต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตัวเก็บประจุและการตอตัวตานทาน 5. ศักยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหล็ก 8.การเหนี่ยวนํา9. ไฟฟากระแสสลับ 10. ทรานซิสเตอร 11. สนามแมเหล็กไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเห็น13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตัม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นิวเคลียร

การเรียนการสอนฟสิกสท่ัวไป ผานทางอินเตอรเน็ต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปลฮารโมนิก คลื่น และเสียง

5. ของไหลกับความรอน 6.ไฟฟาสถิตกับกระแสไฟฟา 7. แมเหล็กไฟฟา 8. คลื่นแมเหล็กไฟฟากับแสง9. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร

ฟสิกสราชมงคล