ผเรยบเรยงดร.ธนา สทธบทมพงศ ปร.ด.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)

ผตรวจดร.กนตธร กจเกยรตพงษ ปร.ด.(ฟสกส),วท.ม.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)ดร.เพราพมพ ลมสกล ปร.ด.(ชววศวกรรม),วท.ม.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)นายกฤษฎ มเครอ วท.ม.(ฟสกส),วท.บ.(ฟสกส)

บรรณาธการดร.มนตอมร ปรชารตน ปร.ด.(ฟสกส),ประกาศนยบตรบณฑตชนสง(การสอนวทยาศาสตร),

วท.บ.(ฟสกส)

จดพมพโดยบรษทสำ�นกพมพเอมพนธจำ�กด

ฝ�ยก�รตล�ด,ฝ�ยก�รเงนและบญช,ฝ�ยผลตและจดสง:

๖๙/๑๐๙หม๑ซ.พระแมการณยต.บานใหมอ.ปากเกรดจ.นนทบร๑๑๑๒๐

โทร.๐-๒๕๘๔-๕๘๘๙,๐-๒๕๘๔-๕๙๙๓,๐-๒๙๖๑-๔๕๘๐-๒โทรสาร๐-๒๙๖๑-๕๕๗๓

ฝ�ยวช�ก�ร:

๘๗/๑๒๒ถ.เทศบาลสงเคราะหแขวงลาดยาวเขตจตจกรกรงเทพฯ๑๐๙๐๐

โทร.๐-๒๙๕๔-๔๘๑๘-๒๐,๐-๒๙๕๓-๘๑๖๘-๙โทรสาร๐-๒๕๘๐-๒๙๒๓

สงวนลขสทธต�มพระร�ชบญญตลขสทธเปนของบรษทสำ�นกพมพเอมพนธจำ�กด

ปทพมพ ๒๕๖๓ พมพครงท ๑ จำ�นวน ๕,๐๐๐ เลม ISBN : 978-616-07-2057-6

หนงสอเรยนรายวชาเพมเตมวทยาศาสตรและเทคโนโลย ฟสกส

ชนมธยมศกษาปท๖เลม๒ไดเรยบเรยงขนตามผลการเรยนรกลมสาระ

วทยาศาสตรและเทคโนโลย (ฉบบปรบปรง พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลกสตร

แกนกลางการศกษาขนพนฐานพทธศกราช๒๕๕๑

เนอหาในหนงสอเล มนแบ งออกเป น ๓ หน วยการเรยนร

ประกอบดวย สนามแมเหลก ไฟฟากระแสสลบและคลนแมเหลกไฟฟา

ฟสกสยคใหม นอกจากนในหนงสอยงม QRCode (Quick Response

Code) ทเขาผานระบบLINEเพอใหนกเรยนไดเขาถงขอมลและสอ

การเรยนรอนๆอกดวย

หวงเปนอยางยงวา หนงสอเรยนรายวชาเพมเตมวทยาศาสตร

และเทคโนโลย ฟสกส ชนมธยมศกษาปท ๖ เลม ๒ เลมน จะ

อ�านวยประโยชนตอผ สอนทจะน�าไปประยกตใชในการจดการเรยนร

เพอใหนกเรยนไดพฒนาเตมตามศกยภาพและบรรลตามเปาหมายของ

หลกสตรตอไป

ค�ำน�ำค�ำน�ำ

ฝ�ยวช�ก�รบรษทสำ�นกพมพเอมพนธจำ�กด

6. อธบายหลกการท�างานและประโยชนของเครองก�าเนดไฟฟากระแสสลบ3เฟสการแปลงอเอมเอฟของ

หมอแปลงและค�านวณปรมาณตางๆทเกยวของ

7. อธบายการเกดและลกษณะเฉพาะของคลนแมเหลกไฟฟาแสงไมโพลารอยดแสงโพลาไรสเชงเสนและ

แผนโพลารอยดรวมทงอธบายการน�าคลนแมเหลกไฟฟาในชวงความถตางๆ ไปประยกตใชและ

หลกการท�างานของอปกรณทเกยวของ

8. สบคน และอธบายการสอสารโดยอาศยคลนแมเหลกไฟฟาในการสงผานสารสนเทศแอนะลอกกบ

สญญาณดจทล

9. อธบายสมมตฐานของพลงค ทฤษฎอะตอมของบอร และการเกดเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน

รวมทงค�านวณปรมาณตางๆทเกยวของ

10. อธบายปรากฏการณโฟโตอเลกทรกและค�านวณพลงงานโฟตอนพลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนและ

ฟงกชนงานของโลหะ

11. อธบายทวภาวะของคลนและอนภาครวมทงอธบายและค�านวณความยาวคลนเดอบรอยล

12. อธบายกมมนตภาพรงสและความแตกตางของรงสแอลฟาบตาและแกมมา

13. อธบายและค�านวณกมมนตภาพของนวเคลยสกมมนตรงสรวมทงทดลองอธบายและค�านวณจ�านวน

นวเคลยสกมมนตภาพรงสทเหลอจากการสลายและครงชวต

14 อธบายแรงนวเคลยร เสถยรภาพของนวเคลยส และพลงงานยดเหนยว รวมทงค�านวณปรมาณตางๆ

ทเกยวของ

15. อธบายปฏกรยานวเคลยรฟชชนและฟวชนรวมทงค�านวณพลงงานนวเคลยร

16. อธบายประโยชนของพลงงานนวเคลยรและรงสรวมทงอนตรายและการปองกนรงสในดานตางๆ

17. อธบายการคนควาวจยดานฟสกสอนภาคแบบจ�าลองมาตรฐานและการใชประโยชนจากการคนควาวจย

ดานฟสกสอนภาคในดานตางๆ

ฟสกส กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตรและเทคโนโลย

ชนมธยมศกษาปท 6 เลม 2

เวลา 60 ชวโมง จำานวน 1.5 หนวยกต

ศกษาเกยวกบสนามแมเหลกประวตการคนพบแมเหลกการศกษาคณสมบตของแมเหลกสนามแมเหลก

แรงทกระท�าตอประจทเคลอนทในสนามแมเหลกแรงทกระท�าตอลวดตวน�าทวางตวในสนามแมเหลกสนามแม

เหลกทเกดจากลวดตวน�ายาวอนนตแรงแมเหลกเกดขนระหวางลวดตวน�าสองเสนทขนานกนขดลวดตวน�าการ

เหนยวน�าแมเหลกไฟฟากฎของฟาราเดยกฏของเลนซการประยกตใชกฎของฟาราเดยไฟฟากระแสสลบและ

คลนแมเหลกไฟฟาเครองก�าเนดไฟฟาหมอแปลงไฟฟาวงจรไฟฟากระแสสลบแหลงก�าเนดคลนแมเหลกไฟฟา

โพลาไรเซชนของคลนแมเหลกไฟฟาการสนพองทางไฟฟาและเครองรบวทยสเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟา

และการใชประโยชน ฟสกสยคใหม การคนพบอนภาคอเลกตรอนการแผรงสของวตถด�าและสมมตฐานของ

พลงคทฤษฎโฟตอนปรากฏการณโฟโตอเลกทรกทวภาวะของคลนและอนภาคกลศาสตรควอนตมกบการ

พฒนาแบบจ�าลองอะตอม

1. สงเกตและอธบายเสนสนามแมเหลกอธบายและค�านวณฟลกซแมเหลกในบรเวณทก�าหนดรวมทงสงเกต

และอธบายสนามแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาในลวดตวน�าเสนตรงและโซเลนอยด

2. อธบายและค�านวณแรงแมเหลกทกระท�าตออนภาคทมประจไฟฟาเคลอนทในสนามแมเหลก

แรงแมเหลกท กระท�าตอเสนลวดทมกระแสไฟฟาผานและวางในสนามแมเหลก รศมความโคงของ

การเคลอนทเมอประจเคลอน ทตงฉากกบสนามแมเหลก รวมทงอธบายแรงระหวางเสนลวดตวน�า

คขนานทมกระแสไฟฟาผาน

3. อธบายหลกการท�างานของแกลแวนอมเตอรและมอเตอรไฟฟากระแสตรงรวมทงค�านวณปรมาณตางๆท

เกยวของ

4. สงเกตและอธบายการเกดอเอมเอฟเหนยวน�ากฏการเหนยวน�าของฟาราเดยและค�านวณปรมาณตางๆ

ทเกยวของรวมทงน�าความรเรองอเอมเอฟน�าไปอธบายการท�างานของเครองใชไฟฟา

5. อธบายและค�านวณความตางศกยอารเอมเอสและกระแสไฟฟาอารเอมเอส

ผลการเรยนร

ค�ำอธบำยรำยวชำเพมเตม

เครองกำาเนดไฟฟา 68

หมอแปลงไฟฟา 74

วงจรไฟฟากระแสสลบ 81

แหลงกำาเนดคลนแมเหลกไฟฟา 88 โพลาไรเซชนของคลนแมเหลกไฟฟา 91 การสนพองทางไฟฟาและเครองรบวทย 93 สเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟาและการใชประโยชน 95 กจกรรมสงเสรมการเรยนร 99

หนวยการเรยนรทไฟฟากระแสสลบ

5

การคนพบอนภาคอเลกตรอน 108

การแผรงสของวตถดำาและสมมตฐานของพลงค 111

ทฤษฎ โฟตอน 113

ปรากฏการณ โฟโตอเลกทรก 117

ทวภาวะของคลนและอนภาค 122

กลศาสตรควอนตมกบการพฒนาแบบจำาลองอะตอม 133

กจกรรมสงเสรมการเรยนร 141

บรรณานกรม 148

และคลนแมเหลกไฟฟา 65

หนวยการเรยนรท 6 ฟสกสยคใหม 105

ประวตการคนพบแมเหลก 2

การศกษาคณสมบตของแมเหลก 3 สนามแมเหลก 5 แรงทกระทำาตอประจทเคลอนท ในสนามแมเหลก 16 แรงทกระทำาตอลวดตวนำาทวางตวในสนามแมเหลก 24

สนามแมเหลกทเกดจากลวดตวนำายาวอนนต 28

แรงแมเหลกเกดขนระหวางลวดตวนำาสองเสนทขนานกน 31 ขดลวดตวนำา 33 การเหนยวนำาแมเหลกไฟฟา 42 กฎของฟาราเดย 44 กฏของเลนซ 45 การประยกต ใชกฎของฟาราเดย 49 กจกรรมสงเสรมการเรยนร 56

สำรบญ หนวยการเรยนรท สนามแมเหลก 14

หนวยการเรยนรท

สนามแมเหลก4

ผลการเรยนร1. คณสมบตของแมเหลกสนามแมเหลกเสนสนามแมเหลก และฟลกซทงทเกดขนโดยธรรมชาตและทเกดจากกระแส ไฟฟาในลวดตวน�า2. แรงแมเหลกทกระท�าตออนภาคทมประจไฟฟาตอเสนลวด และรศมความโคงทอาจเกดขนรวมถงแรงระหวางเสนลวด ตวน�าคขนานทมกระแสไฟฟาผาน3. หลกการท�างานของแกลแวนอมเตอร และมอเตอร ไฟฟากระแสตรงและการค�านวณ4. การเกดอเอมเอฟเหนยวน�ากฏการเหนยวน�าของฟาราเดย

1. สงเกตและอธบายเสนสนามแมเหลกอธบายและค�านวณฟลกซ แมเหลกในบรเวณทก�าหนด รวมทงสงเกต และอธบาย สนามแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาในลวดตวน�าเสนตรง และโซเลนอยด2. อธบายและค�านวณแรงแมเหลกทกระท�าตออนภาคทม ประจไฟฟาเคลอนทในสนามแมเหลกแรงแมเหลกทกระท�า ตอเสนลวดทมกระแสไฟฟาผานและวางในสนามแมเหลก รศมความโคงของการเคลอนทเมอประจเคลอนทตงฉาก กบสนามแมเหลกรวมทงอธบายแรงระหวางเสนลวดตวน�า คขนานทมกระแสไฟฟาผาน3. อธบายหลกการท�างานของแกลแวนอมเตอรและมอเตอร ไฟฟากระแสตรงรวมทงค�านวณปรมาณตางๆทเกยวของ4.สงเกตและอธบายการเกดอเอมเอฟเหนยวน�า กฏการ เหนยวน�าของฟาราเดย และค�านวณปรมาณตาง ๆ ท เกยวของรวมทงน�าความรเรองอเอมเอฟน�าไปอธบายการ ท�างานของเครองใชไฟฟา

สาระการเรยนร

แรงแมเหลกเปนแรงทสามารถพบไดในธรรมชาตและสามารถ

สรางขนไดจากการผานกระแสไฟฟาเขาไปในลวดตวน�าทวางตวอยบนสนามแมเหลก

นอกจากนนกฟสกสยงพบอกวาในมมทกลบกนหากหมนขดลวดตวน�าตดสนามแมเหลก

จะเหนยวน�าใหเกดกระแสไฟฟาไดอกดวยขอคนพบขางตนนน�าไปสนวตกรรมทมนษย

สามารถใชประโยชนไดมากมายเชนมอเตอรไฟฟา,แกลแวนอมเตอรเปนตน

แนวคด

3

ถงแมวาแมเหลกจะถกคนพบนบพนปกอนครสตกาลแตการศกษาเกยวกบคณสมบต

แมเหลกเพงเรมตนขนในครสตศตวรรษท13มานเองโดยปแยรเดอมารกรค(Pierre

de Maricourt) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสซงท�าการทดลองและน�าผลทไดไปอธบาย

คณสมบตของแมเหลกเบองตนของแมเหลกดงน

(1)แมเหลกจะมคณสมบตดงดด(attraction)และผลก(repulsion)

(2) เขมทชในแนวเหนอใตเปนคณสมบตขว(pole)ของแมเหลกซงม2ขวตามทศเหนอใต

(3)แรงทมองไมเหนของแมเหลกแตมอทธพลตอวตถท�าใหเกดจนตนาการเรอง

เครองจกรนรนดร

การศกษาคณสมบตของแมเหลก

ภำพวำดของเดอมำรกรค

แสดงเขมชในแนวเหนอใต

ประเทศไทยพบหนแมเหลกหรอแรแมกนไทตตามแหลงแรเหลกเชนในแหลง

ทาศาลา(บางสวนของจงหวดนครศรธรรมราชและสราษฎรธาน),แหลงรอนพบลย

จงหวดนครศรธรรมราช,แหลงเชยงคานจงหวดเลยเปนตน

2

แมเหลกถกพบครงแรกโดยบงเอญในรปของหนแมเหลก(แรแมกนไทต)ในกอนหน

บางกอนบนภเขาไอดาซงตงอยทเมองแมกนเซยสมยกรกโบราณหรอราว3,000ปกอน

ครสตกาล โดยดงดดตะปรองเทาของคนเลยงสตวทก�าลงปลอยสตวหากนอยในบรเวณ

นนชอของแหลงทคนพบจงกลายมาเปนทมาของชอในภาษาองกฤษวา“magnet”หรอ

ในภาษากรกเดมวา“magnetislithos”(หนจากแมกนเซย)อยางไรกตามหนแมเหลก

ซงเปนออกไซดของเหลก(Fe3O

4)สามารถคนพบไดทวโลกแมแตในประเทศไทยจงม

รายงานการใชประโยชนในประวตศาสตรอยางนอยจาก3แหลงคอในอารยธรรมอยปต

ประวตการคนพบแมเหลก

หนแมเหลก หรอ แรแมกนไทต

อารยธรรมกรกและอารยธรรมจน โดย

ใชเปนเครองมอชบอกทศทางเนองจาก

หนแมเหลกมคณสมบตชบอกทศทางใน

แนวเหนอใตเสมอท�าใหชาวกรกซงเปน

ชาตทมพฒนาการดานการเดนเรอเรยก

หนแมเหลกในอกชอวาlodestoneหรอ

หนน�าทาง

สนนษฐานกนวาเขมทศเครองแรกของโลกเปนนวตกรรม

ทประดษฐขนในราชวงศฮนราว 20 ปกอนครสตกาลเรยกวา

ซอหนาน (司南) หรอทปจจบนจะเรยกวา จอหนานเจน

(指南针)ซงแปลวาเขมชบอกทศใตโดยมลกษณะเปนแผน

โลหะทมวตถรปรางคลายปลาแอนทองมปลายเรยวชไปทางทศ

ใตเสมอ

รปจ�ำลองเขมทศเครองแรก

ของโลก หรอ จอหนำนเจน

บนทกในราชวงศซงเหนอยงพบนวตกรรมเขมทศเพอใชในการทหารโดยท�าเปนรปปลาหรอเตาน�าทางดวย

5

สนามแมเหลก(magneticfield)หมายถงปรมาณทบงบอกถงอทธพลจากแรงแมเหลก

เชน เสนแรงแมเหลกทกระท�าตอประจทก�าลงเคลอนทในสนามเวกเตอรซงมความเขม

(instensity)โดยทศทางของเวกเตอรจะแปรเปลยนไปตามต�าแหนงท�าใหสงผลตอขนาด

และทศทางของสนามดวย

สงเกตวา ผงตะไบเหลกจะเรยงตวกนจน

สามารถสงเกตเหนเปนแนวเสนโคงได ตาม

ปกตถาไมใชผงตะไบเหลกเปนวตถน�าสายตา

เสนแรงดงกลาวจะไมสามารถมองเหนไดดวย

ตาเปลาเรยกแนวของการเรยงตวทพบในแม

พจารณาเสนแรงแมเหลกในแทงแมเหลก

ดงรป

สนามแมเหลก (magnetic field)

สนามแมเหลกทเกดขนในแทงแมเหลก

หนแมเหลก หรอ แรแมกนไทต

เหลกนวา“เสนสนามแมเหลก”(magneticfieldline)ตามปกตมกอธบายเพอใหเขาใจงาย

ในรป2มตโดยทศของแรงจะพงจากบรเวณขวเหนอ(N)ไปยงขวใต(S)ดงลกศรใน

รปดานลาง

รปท 1 รปท 2

รปท 1 เสนสนามแมเหลกทเกดขน

เมอวางแมเหลกขวตรงขามไวใกลกน

รปท 2 เสนสนามแมเหลกทเกดขน

เมอวางแมเหลกขวเดยวกนไวใกลกน

4

ในปค.ศ.1819ฮนสครสเตยนออรสเตด(HansChristian Ørsted)นก

วทยาศาสตรชาวเดนมารกคนพบความสมพนธระหวางแรงแมเหลกกบแรงทางไฟฟาเปน

ครงแรกกลาวคอปรากฏการณทไฟฟากระแสตรงสามารถกอใหเกดสนามแมเหลกไดนบ

วาเปนความกาวหนาส�าคญของ“ทฤษฎแมเหลกไฟฟา”ระยะเรมตน

ในปค.ศ.1600วลเลยมกลเบรต(WilliamGilbert)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ

เสนอทฤษฎแมเหลกเพมเตมในหนงสอชอเดอแมกนเต(DeMagnete)โดยพจารณา

แบบจ�าลองของโลกทรงกลมทเรยกวาTerrella(ภาษาละตนแปลวาโลกใบเลก)จากผล

การทดลองทางแมเหลกเขาเสนอวา โลกเปนแมเหลกขนาดใหญประกอบดวยขวเหนอ

และใตแบบหนแมเหลกในหนงสอเลมเดยวกนกลเบรตยงเสนอทฤษฎไฟฟาสถตจากการ

ทดลองกบแทงอ�าพนซงถอวาเปนนกวทยาศาสตรคนแรกๆ ทใชค�าวาelectricityกวาได

กลาวไดวานกวทยาศาสตรในสมยนนไมวาจะเปนจอหนมเชล(JohnMichell),ชารลส

คลอมบ(CharlesCoulomb),องเดรมารยแอมแปร(AndreMarieAmpere)ตางสนใจ

แรงแมเหลกและแรงไฟฟาในลกษณะทควบคกนในฐานะแรงทมองไมเหนแตกอใหเกด

ปรากฏการณบางอยางทสงเกตไดดวยตาเชนแรงดงดด,แรงผลกเปนตน

แมวา การศกษาวทยาศาสตรในศตวรรษท 13 จะกลาวถง แรงทมองไมเหนดวยตา เชน

แรงแมเหลก แตการศกษาเรองแรงทางฟสกสในระดบกาวหนา เรมตนในศตวรรษท 17

เชน ในงานของนวตน นนเอง

7

อยางไรกตาม ภาพจรงของสนามแมเหลก

โลกมไดเปนระเบยบเหมอนดงภาพขางตน

ระหวางป1995–1996แกรกลาตซไมเออร

(Gary Glatzmaier) นกฟสกสดาราศาสตร

และ พอล โรเบรต (Paul Robert) นก

คณตศาสตร รวมกนเสนอแบบจ�าลองของ

สนามแมเหลกโลกหรอGlatzmaier-Robert

geodynamomodelดงรป

ขวโลกเหนอ(ภมศาสตร)

ขวโลกใต(ภมศาสตร)

แกนโลก

เสนศนยสตร

เสนสนามแมเหลก

เสนสนามแมเหลก

ภาพจากองคการนาซา(NASA)

จากภาพเสนแรงแมเหลกสฟามทศพงเขา

(เพราะเปนขวแมเหลกใต)ในขณะทเสนแรง

แมเหลกสเหลองมทศพงออก(เพราะเปนขว

แมเหลกเหนอ)

นกเรยนคดวาปรากฏการณธรรมชาตใดบางทเกยวของกบ สนามแมเหลกโลกจงยกตวอยางและอภปรายสนบสนน

6

จากขอเสนอของกลเบรตในป ค.ศ. 1600 ทวา โลกเปนแมเหลกขนาดใหญ ท�าให

นกวทยาศาสตรตางศกษาคณสมบตความเปนแมเหลกของโลก อยางทนกเรยนทราบ

กนดในวชาภมศาสตร เราจะเรยกสวนบนสดของลกโลกทรงกลมแปนนวาขวโลกเหนอ

(northpole)และจะเรยกสวนลางสดวาขวโลกใต(southpole)แตผลการศกษาของนก

วทยาศาสตรกลบพบวา ขวแมเหลกใตจะอยบรเวณขวโลกเหนอ และ ขวแมเหลก

เหนอจะอยบรเวณขวโลกใต การคนพบดงกลาวท�าใหแมเหลกในเขมทศจะหนขวเหนอ

ไปทางทศเหนอเสมอเพราะมแรงดงดดจากขวแมเหลกใตทางทศเหนอพรอมๆ กบหนขว

ใตไปทางทศใตเพราะมแรงดงดดจากขวแมเหลกเหนอทางทศใตดงรป

ขวโลกเหนอ(ภมศาสตร)

ขวโลกใต(ภมศาสตร)

แกนโลก

เสนศนยสตร

เสนสนามแมเหลก

เสนสนามแมเหลก

สนามแมเหลกโลก (geomagnetic field)

9

เคลดลบในการถายภาพแสงเหนอ

ทกวนนการถายภาพปรากฏการณทางดาราศาสตร

ไมใชเรองไกลตวอกตอไปแตการเกบภาพแสงเหนอให

สวยงามนนควรตงคาชองรบแสงไวทF8

• ความเสยหายทเกดขนจากพายสรยะ

ค.ศ. 1940

ค.ศ. 1994

ค.ศ. 1989

ค.ศ. 2003

เกดพายสรยะในเดอนมนาคม สงผลใหโรงไฟฟา 3 โรง

ในเมองนวยอรกเสยหายรวมถงสายโทรศพท และสายเคเบล

ถกแรงไฟฟาปรมาณมากท�าลายเสยหาย

เกดพายสรยะท�าลายดาวเทยมสอสารของประเทศแคนาดา

เสยหาย2ดวงและเกดผลกระทบตอสญญาณGPS

เกดพายสรยะในเดอนมนาคมสงผลใหโรงไฟฟาในประเทศ

แคนาดาเสยหายประชาชนในประเทศไมมไฟฟาใชนานกวา

9ชวโมง

เกดพายสรยะเขาท�าลายดาวเทยมหลายดวงของหลายประเทศ

ทวโลก

ค.ศ. 1859 เกดพายสรยะครงรนแรงทสดเทาทบนทกไวในประวตศาสตร

โดยในคนวนท28–29สงหาคมชาวนวยอรคสามารถเหน

แสงเหนอไดดวยตาเปลาและในตนเดอนกนยายนกไดเกดพาย

สรยะขนอกระลอกครงนท�าลายระบบโทรเลขท�าใหการตดตอ

สอสารกนระหวางทวปหยดชะงกไปนานกวา8ชวโมง

8

พายสรยะ (solar storm)

พายสรยะ(solarstorm)เกดจากการเปลยนแปลงสนามแมเหลกบนดวงอาทตยซงสง

ผลตอสนามแมเหลกโลกจงอาจรบกวนระบบการสงกระแสไฟฟาและการสอสารรวมทง

อาจสงผลตอวงจรอเลกทรอนกสของดาวเทยม นอกจากนน มกท�าใหเกดปรากฏการณ

แสงเหนอแสงใตทสงเกตไดชดเจน

ปรากฏการณแสงเหนอแสงใตหรอปรากฏการณออโรรา(aurora)เปนผลทเกดขน

จากการชนกนระหวางอนภาคของรงสคอสมกจากดวงอาทตยทถกปลดปลอยออกมาภาย

หลงการเปลยนแปลงสนามแมเหลกกบโมเลกลของแกสในชนบรรยากาศเชนทระดบความ

สง180กโลเมตรขนไปในชนไอโอโนสเฟยร(ionosphere)จะพบแกสออกซเจนละลาย

อยมากดงนนเมออนภาครงสคอสมกเขาปะทะกบโมเลกลของแกสออกซเจนแลวจะท�าให

เกดแสงสเขยวอมเหลองทงนสของออโรราอาจมหลายสขนอยกบชนดของแกสทอนภาค

รงสคอสมกชน

ภำพแสงเหนอจำกเกำะโลโฟเทน, ฟนแลนด ภำพแสงเหนอมองจำกนอกโลก

เราจะเหนออโรราไดจากทใดบาง ?

ตามปกตจะสามารถพบเหนแสงเหนอไดงายกวาแสงใตจากปจจยเกอหนนทาง

ภมศาสตรโดยประเทศทสามารถเหนแสงเหนอไดแกประเทศฟนแลนด,ประเทศ

นอรเวย,เมองเยลโลวไนฟประเทศแคนาดา,รฐอะแลสกาประเทศสหรฐอเมรกา

และบางเมองในประเทศรสเซย ทงน ชวงเวลาทดทสดในการเหนแสงเหนอ คอ

ตงแตเดอนกมภาพนธ-เมษายน และเดอนกนยายน-ตลาคม เวลา 22.00 –

24.00น.หากทองฟาเปด

11

ในหวขอกอนหนา นกเรยนไดศกษาประวตความเปนมา คณสมบตเบองตน และ

สภาพธรรมชาตของแทงแมเหลกและสนามแมเหลกโลกไปเรยบรอยแลว ในหวขอนจะ

เปนพจารณาโดยละเอยดถงสภาพธรรมชาตของสนามแมเหลกโดยอาศยค�าอธบายทาง

ฟสกสและคณตศาสตร

• การศกษาสนามแมเหลกในแมเหลกรปเกอกมา จากรปพจารณาแมเหลกรปเกอกมาทมระยะหาง(สมมตวาขนาดเลกมาก)ระหวาง

ขวเหนอกบขวใต สนามแมเหลกทเกดขนระหวางขวเหนอกบขวใตจะมขนาดความเขม

เกอบคงทคลายกบสนามไฟฟาคงททเกดจากแผนประจทวางขนานกนเพอความสะดวก

ในการนยามแรงแมเหลกทกระท�าตอประจเคลอนทและล�าอเลกตรอนในกระแสไฟฟาจะ

พจารณากรณทสนามแมเหลกมคาคงทเปนหลก

สนามแมเหลกในเชงฟสกสและคณตศาสตร

สนำมแมเหลกในแมเหลกรปเกอกมำ

10

ในประเทศไทยมการกอตงสถานตรวจวดนวตรอนขนบรเวณยอดดอยอนทนนทโดยได

รบพระมหากรณาธคณจากสมเดจพระกนษฐาธราชเจากรมสมเดจพระเทพรตนราชสดาฯ

สยามบรมราชกมาร พระราชทานชอสถาน“สถานตรวจวดนวตรอนสรนธร” (Princess

SirindhornNeutronMonitor)โดยไดรบบรจาคอปกรณตรวจวดนวตรอนจากมหาวทยาลย

ชนซ ประเทศญปน ภายใตความรวมมอกบองคการวทยาศาสตรระดบน�าของประเทศ

สหรฐอเมรกา ปจจบนอยภายใตการดแลของกลมวจยฟสกสอวกาศและอนภาคพลงงาน

สงภาควชาฟสกสคณะวทยาศาสตรจฬาลงกรณมหาวทยาลยและมหาวทยาลยมหดล

นกเรยนคดวาการระเบดครงใหญของดวงอาทตยจะสงผลกบ ชวตประจ�าวนของนกเรยนอยางไรบาง ? จงอภปราย

13

• ความสมพนธระหวางฟลกซแมเหลกกบพนทหนาตด

กรณ เสนสนามแมเหลก

ท�ามม 0° กบพนทหนาตด

กรณ เสนสนามแมเหลก

ท�ามม 90° กบพนทหนาตด

กรณ เสนสนามแมเหลก

ท�ามม θ กบพนทหนาตด

คาฟลกซสงสด คาฟลกซต�าสด Φ = B ⋅A cos θ

จงหาจ�านวนเสนสนามแมเหลกหรอฟลกซสงสดทเปนไปไดในสนามแมเหลกขนาด

5เทสลา(ก�าหนดใหพนทหนาตดเทากบ0.06ตารางเมตร)

วธท�า จาก Φ = B ⋅A

แทนคาจะได Φ = 5 ⋅0.06=0.3

ตอบ จ�านวนเสนสนามแมเหลกเทากบ0.3เวเบอร

แมเหลกพนทหนาตด0.15เมตรนบจ�านวนเสนสนามแมเหลกหรอฟลกซได7×10-4

เวเบอรจะมขนาดของสนามแมเหลกเปนเทาใด

วธท�า จาก B = ΦA

แทนคาจะได B = 0.15 7×10-4 =

15×10-2

7×10-4 = 2.14×102

ตอบ ความเขมของสนามแมเหลกนเทากบ2.14×102เทสลา

ตวอยาง

ตวอยาง

12

จากรปสงเกตวา

Φ1 มจ�านวนเสนสนามแมเหลกมากกวา

Φ2 มจ�านวนเสนสนามแมเหลกนอยกวา

Φ1

Φ2

โดยท Φ หมายถงฟลกซแมเหลกมหนวยเปนเวเบอร(Wb)

B หมายถงขนาดของสนามแมเหลกมหนวยเปนเทสลา(T)

A หมายถงพนทหนาตดมหนวยเปนตารางเมตร(m2)

ความสมพนธระหวางขนาดของสนามแมเหลกกบฟลกซแมเหลก ก�าหนด

โดยสมการ

B = ΦA Φ = B ⋅A

ความเข มสนามแม เห ลก

(magnetic field intensity) หรอ

ขนาดสนามแมเหลกเปนปรมาณเวก

เตอรเขยนแทนดวย B หมายถงคา

แสดงความหนาแนนของเสนสนาม

แมเหลก(เสนสมมต)มหนวยเปนเท

สลา(tesla)หรอTเชนจะกลาว

วาสนามแมเหลกมความเขมสงกตอ

เมอมจ�านวนเสนสนามแมเหลกหนา

แนนมากในพนทหนาตดทนอย

ฟลกซแมเหลก (magnetic flux)

เปนปรมาณสเกลาร เขยนแทนดวย

สญลกษณΦหมายถงจ�านวนเสน

สนามแมเหลกทผานพนททพจารณา

มหนวยเปนเวเบอร(weber)หรอ

Wb

ดงนน ความเขมสนามแมเหลก

บางครงเรยกความเขมของฟลกซแม

เหลก(magnetic flux intensity)

15

นกเรยนอาจใชมโนทศนเรองเวกเตอรในปรภม 3 มตชวยกได

14

เพอใหเขาใจไดงายนกเรยนลองจนตนาการวาตนเองก�าลงถอแทงแมเหลกขวใดขวหนงอย

ขณะท ในกระดาษเปนอกขว

ทศทางของขนาดสนามแมเหลก

เนองจากขนาดของสนามแมเหลก(B )เปนปรมาณเวกเตอรทแสดงใหเหนถงความหนา

แนนของเสนสนามแมเหลก(Φ)ตอหนงหนวยพนทซงในหวขอตอๆ ไปจะมการน�าเอา

ขนาดของสนามแมเหลก(B )ไปพจารณาควบคกบปรมาณเวกเตอรอนเชนเวกเตอร

แรง(F),เวกเตอรความเรว(v)ดงนนนกฟสกสจงสรางขอตกลงเกยวกบการเขยนรป

2มตเพอใหเขาใจเวกเตอร3มตแสดงทศทางของขนาดสนามแมเหลกดงตอไปน

• ก�าหนดสญลกษณในการเขยนทศขนาดสนามแมเหลก

(1) สนามแมเหลกทศพงออกจาก

กระดาษ

(2) สนามแมเหลกทศพงเขาไปใน

กระดาษ

17

เมอθเปนมมระหวางเวกเตอรv กบเวกเตอรB สวนทศทางของF สามารถหาได

จากกฎมอขวา(theright-handrule)ในทฤษฎเวกเตอรซงในกรณทประจเคลอนท

ตงฉากกบทศทางของสนามแมเหลกจะท�าใหมมθระหวางเวกเตอรความเรวv กบเวก

เตอรสนามแมเหลกB มคาเทากบ90°°เพราะฉะนนsin90°°=1จะไดวาขนาดของ

แรงแมเหลกทกระท�าตอประจมคาสงสดคอ

ในกรณทประจเคลอนทตงฉากกบทศทางของสนามแมเหลกจะท�าใหมมθระหวาง

เวกเตอรความเรวv กบเวกเตอรสนามแมเหลกB มคาเทากบ0°°เพราะฉะนนsin0°°

=0จะไดวาขนาดของแรงแมเหลกทกระท�าตอประจมคาต�าสดคอ

โดยท q หมายถงคาประจไฟฟาหรอ1.6X10-19คลอมบ

v หมายถงความเรวของประจไฟฟามหนวยเปนเมตรตอวนาท(m/s)

B หมายถงขนาดสนามแมเหลกมหนวยเปนเทสลา(T)

เนองจากแรงแมเหลก(F)เกยวของกบขนาดของประจไฟฟาเพราะฉะนน

F =qv B

F =0

F =qv B sin θ

F max =qv B sin θ

หรอ

เมอv ⊥ B

เมอv || B

a) กรณประจเคลอนทตง ฉำกกบสนำมแมเหลก

b) กรณประจเคลอนทตง ขนำนกบสนำมแมเหลก

ภาพจ�าลอง 3 มต ภาพจ�าลอง 2 มต

16

ตอเนองจากหนาทแลว ใหนกเรยนจนตนาการวาม “ประจไฟฟา” วงผานสนามแม

เหลกทเราก�าลงพจารณาดวยความเรวในทศตงฉากหรอv ⊥ B ดงรป

เนองจากความเรว(v)และขนาดสนามแมเหลก(B )ตางเปนปรมาณเวกเตอรดง

นนหากตองการหาทศของปรมาณเวกเตอรอกปรมาณหนงจะหาจากการน�าปรมาณเวก

เตอรทงสองคณกนดวยวธครอส(cross)หรอv ครอสB (v ×B )จะไดวาผลลพธ

(product)หรอปรมาณใหมทเกดขนเปนเวกเตอรซงตงฉากกบปรมาณทงสองในทฤษฎ

แมเหลกไฟฟาจะนยามปรมาณดงกลาววาคอแรงแมเหลก (F ) ดงรป

หรอ

หรอ

แรงทกระทำาตอประจทเคลอนในสนามแมเหลก