ฟิสิกส์สุขสันต์ (แม่เหล็กไฟฟ้า)

แม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กทุกชนิดมีสนามแม่เหล็ก  รอบๆแท่ง  และมีแรงแม่เหล็ก กระทำกันระหว่างแม่เหล็ก 2 แท่ง  เนื่องจากแรงปฏิกิริยาภายในสนามแม่เหล็ก วัตถุใดๆที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้  ก็จะกลายเป็นแม่เหล็ก  และจะกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อวางไว้ในสนามแม่เหล็ก  การเคลื่อนที่ของประจุ  (ปกติคืออิเล็กตรอน)  ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเช่นเดียวกัน
Pole :  ขั้วแม่เหล็ก

      เป็นจุดบนแท่งแม่เหล็กซึ่งแรงแม่เหล็กจะปรากฏอย่างเข้ม ที่นั่น แม่เหล็กมี  2 ขั้ว  ขั้วเหนือและขั้วใต้  (ระบุได้โดยให้แท่งแม่เหล็กวางตัวในสนามแม่เหล็กโลก)  แท่งแม่เหล็กทั้งหมดมีขั้วแต่ละชนิดเท่ากัน  กฎข้อแรกของแม่เหล็กกล่าวว่า  ขั้วต่างกันดูดกัน และขั้วเหมือนกันผลักกัน  คลิกอ่านต่อครับ

วิถีทางเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน  

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นได้ สนามแม่เหล็กอื่น จะส่งผลกับสนามนี้และทำให้เกิดทางเดิน เปลี่ยนแปลงไปจากรูปเกลียวขดแบบที่ใช้ใน แมกนิตรอน ไปเป็นเส้นตรงแบบที่ใช้ในไคลส์ตรอนกำลังสูง (Klystron)  

แม่เหล็กไฟฟ้า

      แม่เหล็กไฟฟ้าใช้ไฟจากแบตเตอรี่  เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า  ให้คุณหาแบตเตอรี่ หรือ ถ่านไฟฉาย   คุณจะเห็นขั้วไฟฟ้า  2  ขั้ว   คือขั้วบวก  +  และขั้วลบ -  โดยปกติอิเล็กตรอนซึ่งเป็นประจุลบจะเคลื่อนที่จากขั้วลบไปที่ขั้วบวกของแบต   ถ้าเราต่อสายไฟให้ครบวงจร     โดยถ้าคุณต่อสายไฟจากขั้วบวกไปที่ขั้วลบโดยตรง  มีปรากฎการณ์เกิดขึ้นดังต่อไปนี้

1. อิเล็กตรอนไหลจากขั้วลบไปที่ขั้วบวกอย่างรวดเร็ว
2. พลังงานภายในแบตจะหมดอย่างรวดเร็ว  ดังนั้นคุณไม่ควรต่อสายไฟตรง  ให้ใช้สวิทซ์ หรือ ต่อตัวต้านทานหรือภาระให้กับแบตด้วย   ภาระที่ว่าคือ มอเตอร์  หลอดไฟ   และวิทยุเป็นต้น
3. สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบสายไฟเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหล สนามแม่เหล็กที่เกิดขี้นนี้จะนำเราไปสู่การสร้างแม่เหล็กไฟฟ้า

    ทดลองสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยตัวของคุณเอง  โดยไปหา

• ถ่านไฟฉายแบบ  AA
• สายไฟ  (ตัดจากสายไฟทั่วไป  แล้วปลอกพลาสติกภายนอกออก  เอาแต่สายทองแดง  ยกเว้นสายโทรศัพท์ใช้ไม่ได้  เพราะสายทองแดงเส้นเล็กไป  )
• เข็มทิศ

      ต่อสายไฟไว้กับแบตเตอรี่  โดยผ่านสวิทซ์หนึ่งอันดังรูป   วางเข็มทิศไว้บนสายไฟ  ขณะที่ยังไม่มีการปิดสวิทซ์  เข็มทิศจะชี้ไปยังทิศเหนือตลอดและนิ่งอยู่อย่างนั้น  แต่เมื่อคุณเปิดและปิดสวิทซ์เป็นจังหวะ  คุณจะเห็นว่าเข็มทิศสวิงไปมา เพราะกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแมเหล็ก  และผลักเข็มทิศออกไป  ถ้าคุณกลับขั้วของแบต และทดลองซ้ำ  คุณจะเห็นว่าเข็มทิศถูกผลักไปอีกด้านหนึ่ง
      ภาพข้างล่างแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวด   ในรูปเป็นภาพตัดของเส้นลวด และมองจากทางด้านบน  วงกลมสีเขียวในรูปภาพเป็นภาพตัดของเส้นลวด  สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเป็นรูปวงกลมล้อมรอบเส้นลวด  สนามแมเหล็กจะอ่อนลง  เมื่ออยู่ห่างจากเส้นลวด  ยิ่งห่างยิ่งอ่อน   ถ้าคุณสังเกตให้ดี  ทิศทางของสนามแม่เหล็กมีทิศทางตั้งฉากกับเส้นลวดเสมอ   

สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวด

       เพราะว่าสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดเป็นวงกลม และมีทิศตั้งฉากกับเส้นลวด   เราจึงสามารถเพิ่มความเข้มของสนามแม่เหล็กได้โดย  ขดเส้นลวดให้เป็นวง  ดังรูปข้างล่าง

สนามแม่เหล็กเกิดรอบวงของเส้นลวด

        ถ้าเราเพิ่มขดลวดขึ้นอีกวง สนามแม่เหล็กจะเพิ่มความเข้มขึ้น  ยิ่งมีวงขดมากสนามแม่เหล็กยิ่งมากตาม    ยกตัวอย่างเช่น  ถ้าคุณพันเส้นลวดรอบตะปู  10  รอบ  และต่อขดลวดเข้ากับแบต และนำไปทดสอบดูดคลิบหนีบกระดาน  คุณจะเห็นว่าสนามแม่เหล็กที่ได้มีความแรงมากกว่าขดลวด  1  รอบ

แม่เหล็กไฟฟ้าแบบง่ายๆ

       แม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน  ดังนั้นถ้าเกิดไม่มีกระแสไฟฟ้า  อำนาจของสนามแม่เหล็กจะหมดไป

ฟิสิกส์หรรษา (งานและพลังงาน)

งาน

ผลของพลังงาน

                เมื่อมีแรงกระทำแก่วัตถุ และสามารถทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้จะเกิดงาน งานวัดได้จากผลคูณของระยะทางกับแรงตามแนวที่วัตถุเคลื่อนที่ เช่น แรง 14 ปอนด์ ดึงให้วัตถุเคลื่อนที่ ขึ้นมา 1 ฟุต  งานที่ต้องใช้คือใช้คือ 14 x 1 หรือ 14 ฟุต-ปอนด์  แต่ถ้าเมื่อยกวัตถุให้สูงขึ้นมาได้  2 ฟุต งานที่ต้องใช้ คือ 28 ฟุต-ปอนด์ เราอาจเขียนสมการได้ดังนี้

                งาน = ระยะทางที่เคลื่อนที่ x แรงตามแนวทิศทางของการเคลื่อนที่

                ถ้าใช้ม้าลากเรือให้เคลื่อนที่ไปตามคลอง โดยให้ม้าเดินอยู่บนฝั่ง ในกรณีนี้เรือไม่ได้เคลื่อนที่ไปตามแนวแรงที่ดึง ดังนั้น ในการคำนวณหางาน เราต้องหาเฉพาะส่วนของแรงในทิศทางที่ทำให้เรือเคลื่อนที่เท่านั้น ในการกล่าวถึงงานจึงต้องกล่าวอย่างระมัดระวัง ให้ถูกต้องและถี่ถ้วนว่า            งาน = ระยะทางที่เคลื่อนที่ x แรงตามแนวทิศทางของการเคลื่อนที่

                ทุกคนคงมองเห็นความแตกต่างของรถยนต์สองคันที่มีแรงม้าไม่เท่ากัน  รถสองคันนั้นอาจมีขนาดและน้ำหนักเท่ากัน  คันที่มีแรงม้ามากกว่าจะวิ่งเร็วกว่า และอาจวิ่งขึ้นทางชันๆ ได้ดี ที่เป็นเช่นนี้เพราะรถนั้นมีกำลังมาก มีแรงม้ามากกว่า แต่เนื่องจากรถทั้งสองคันนี้มีน้ำหนักเท่ากัน เมื่อรถขึ้นไปบนยอดเขา ก็อาจพูดได้ว่าได้งานเท่ากัน แต่รถที่มีกำลังมากกว่าจะวิ่งขึ้นไปได้เร็วกว่า เราจึงพูดว่า รถคันนี้มีกำลังมากกว่า ถ้ารถคันนี้วิ่งขึ้นไปได้ภายในเวลาเพียงครึ่งหนึ่งของคันที่วิ่งช้ากว่า รถคันแรกมีกำลังมากเป็นสองเท่า เพราะมันทำงานได้เร็วกว่าเป็นสองเท่า

                ฉะนั้น กำลังคืออัตราความเร็วของการทำงาน เช่น เด็กยกน้ำหนัก 10 ปอนด์ ขึ้นสูง 2 ฟุต ในเวลา 1 วินาที  เด็กคนนี้ทำงาน 20 ปอนด์ ใน 1 วินาที ถ้าเด็กอีกคนหนึ่งทำงานอย่างเดียวกันได้ในเวลา 2 วินาที งานที่ทำคือ 20 ปอนด์  ใน 2 วินาที หรือทำช้าเมื่อเทียบเด็กคนแรก 2 เท่าตัวนั้น  คือ ใช้กำลังเพียง 10 ฟุต-ปอนด์ ต่อ 1 วินาที

                เราอาจวัดความเร็วในการทำงาน หรือวัดกำลังได้ เช่น เดียวกับที่เราวัดงาน เราวัดกำลังเป็น  แรงม้า 1 แรงม้า คืองาน 33,000 ฟุต-ปอนด์ ใน  1 นาที หรือ  550 ฟุต-ปอนด์ ใน 1 วินาที ถ้าเครื่องจักรสามารถยกน้ำหนัก 550 ปอนด์ขึ้นสูง 1 ฟุต ในเวลา 1 วินาที  เครื่องจักรเครื่องนี้มีกำลัง 1 แรงม้า หรือถ้ายกน้ำหนัก 275 ปอนด์ให้สูง 2 ฟุต ในเวลา 1 วินาที กำลังที่ใช้ก็เท่ากับ 1 แรงม้า

แรงม้า คือ อัตราเร็วในการทำงาน  วัดได้เพียงว่า 1  แรงม้า เท่ากับงานที่ทำ  33,000  ปอนด์ใน  1 นาที

พลังงานที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่  หรือ

พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เรียกว่า  พลังงานจลน์  เช่น
        1. พลังงานลม  เป็นพลังงานที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคของอากาศ  เกิดเป็นสภาพของลมพัด  ซึ่งพลังงานลมที่แรงมากเพียงพอจะสามารถทำให้กังหันลมหมุนได้     

        2. พลังงานน้ำ  เป็นพลังงานที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคน้ำ  เช่น  การไหลของกระแสน้ำ  การไหลของน้ำตกจากหน้าผา  และการเกิดคลื่นในน้ำ  ซึ่งพลังงานน้ำที่แรงมากเพียงพอจะสามารถทำให้กังหันน้ำหมุนได้

       3. พลังงานเสียง  เป็นพลังงานที่ทำให้อนุภาคของอากาศเคลื่อนที่ในลักษณะที่เกิดเป็นส่วนอัดส่วนขยาย  ซึ่งจะมีการเคลื่อนที่แรงมากหรือน้อย  ตลอดจนความถี่ของส่วนอัดและส่วนขยายที่เกิดขึ้นมากหรือน้อยจะขึ้นอยู่กับความดังและลักษณะเสียงสูงและต่ำที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดของเสียง  นอกจากนั้นพลังงานเสียงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคอากาศในลักษณะดังกล่าว    เมื่อเดินทางมาถึงหูมนุษย์ก็ทำให้เยื่อแก้วหูเกิดการสั่นที่แรงมากหรือน้อยและมีความถี่ของการสั่นต่างๆ กัน  และเปลี่ยนพลังงานเสียงให้กลายเป็นพลังงานกล  ซึ่งจะถ่านแรงสั่นสะเทือนดังกล่าวให้กระดูกค้อน  ทั่ง  และโกลน  จนกระทั่งถึงอวัยวะรูปก้นหอยที่มีเซลล์ประสาทจะเปลี่ยนพลังงานกลเหล่านั้นให้กลายเป็นกระแสประสาท  แล้วส่งไปยังสมองซึ่งแปลความออกมาเป็นเสียงที่เราได้ยิน  

    4. พลังงานคลื่น คลื่นในทะเล และมหาสมุทร ปกติเกิดจากลม แต่ในบางกรณี เกิดจากการเคลื่อนไหว ของเปลือกโลก เช่น แผ่นดินไหว พลังงานคลื่น สามารถนำมา ผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้าได้
 

 

ฟิสิกส์พาเพลิน (การสั่นและคลื่นเสียง)

การสั่นและคลื่นเสียง   

SHOCK  WAVES หรือ ชอร์กเวฟ

          ชอร์กเวฟเกิดขึ้นจากแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ได้เท่ากับความเร็วของคลื่นหรือเร็วกว่า  จะเกิดปรากฎการณ์ที่ว่าสันคลื่นไม่สามารถที่จะเคลื่อนที่ออกไปจากแหล่งกำเนิดเสียง โดยถ้าแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ได้เท่ากับความเร็วของคลื่น   สันคลื่นจะเกิดการซ้อนกัน  เสริมกันกลายเป็นแอมพลิจูดขนาดใหญ่เรียกว่า  ชอร์กเวฟ    และเมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่น  สันคลื่นจะฟอร์มตัวเป็นรูปกรวย  โดยมีมุม    =  sin^-1(v/u)    อัตราส่วน  u/v  เรียกว่า เลขมัค  (Mach number)     ชอร์กเวฟเกิดขึ้นได้บ่อยมากในสถานการณ์ต่างๆกัน  ดังเช่น  โซนิกบูม  คือ ชอร์กเวฟประเภทหนึ่งของเครื่องบินที่วิ่งเร็วเหนือเสียง    คลื่นที่เกิดหลังเรือเร็วก็เป็นชอร์กเวฟอีกประเภทหนึ่ง    นอกอวกาศก็สามารถจะเกิดชอร์กเวฟได้  อย่างเช่น ลมสุริยะที่วิ่งด้วยความเร็วสูงเข้าชนสนามแม่เหล็กโลก  เป็นต้น

a)  เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของคลื่น  สันคลื่นจะรวมกันอยู่ที่ยอดก่อให้เกิดชอร์กเวฟขึ้น  b)  ชอร์กเวฟเกิดขึ้นได้อีกกรณีหนึ่งเมื่อความเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง u  มากกว่าความเร็วของคลื่น v  ในช่วงระยะเวลา หน้าคลื่นจะเคลื่อนที่ได้เป็นระยะ   แต่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ได้ระยะทางมากกว่า คือ         ชอร์กเวฟจะฟอร์มตัวเป็นรูปกรวย  โดยมีมุม  =  sin^-1(v/u)  

ค ลื่ นเ สี ย ง    

 

              เสียงเกิดจาก การสั่นของวัตถุ เราสามารถทำให้วัตถุสั่นด้วยวิธีการ ดีด สี ตีและเป่า เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเกิดการสั่น จะทำให้โมเลกุลอากาศสั่นตามไปด้วยความถี่เท่ากับการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง เกิดเป็นช่วงอัดช่วงยายของโมเลกุลของอากาศ ซึ่งพลังงานของการสั่นจะแผ่ออกไปรอบๆแหล่งกำเนิดเสียง ตรงกลางส่วนอัดและตรงกลางส่วนขยายโมเลกุลอากาศจะไม่มีการเคลื่อนที่(การกระจัดเป็นศูนย์) / แต่ตรงกลางส่วนอัดความดันอากาศจะมากและตรงกลางส่วนขยายความดันอากาศจะน้อยมาก ดังนั้นคลื่นเสียงจึงเป็นคลื่นตามยาวเพราะโมเลกุลของอากาศจะสั่นในทิศเดียวกับทิศที่เสียงเคลื่อนที่ไป ความดังของเสียงจะขึ้นอยู่กับช่วงกว้างของการสั่น(แอมปลิจูด) ถ้าแอมปลิจูดมากเสียงจะดังมาก การเปลี่ยนความดันอากาศนี้สามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า จนถึง หูของ ผู้ฟังทำให้ได้ยินเสียง

รูปแสดงการเกิดคลื่นเสียงจากการสั่นของสายกีต้า เพียง 1 ทิศทาง  
แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วเสียง

v _source  =   v  _sound    (Mach 1  )  จ่อที่กำแพงเสียง

       เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเสียง   (v _s  =  v หรือ Mach  1  )   หน้าคลื่นทางขวาจะถูกอัดกันอยู่ทางด้านหน้า เป็นแนวเส้นโค้ง  ทำให้หน้าคลื่นเกิดการแทรกสอดแบบเสริมกัน  ความดันของคลื่นเพิ่มขึ้นอย่างมากมาย   เรียกว่า คลื่นกระแทก  ( shock wave)   

เรียนวิทย์อย่างไรให้เก่งกับครูปลา

เคล็ดลับวิธีการเรียนวิชาวิทยาศาสตร์อย่างไรให้เก่ง

                                        ช่วยทำให้เราเก่งวิทยาศาสตร์มากยิ่งขึ้น
1.การเรียนต้องมีจุดประสงค์ในการเรียน
2.อ่านใจความสำคัญ - จุดประสงค์การเรียนรู้ - การทดลอง - สรุปผล ตามลำดับ
3.ทำความเข้าใจในบทเรียนที่ยังไม่เข้าใจก่อน อย่าเพิ่งข้ามขั้น

4.ทำสมุดจดคำศัพท์ หรือ สูตรทางวิทยาศาสตร์ เพื่อเก็บไว้อ่านและท่องจำก่อนสอบ 
5.อ่านขั้นตอนที่เข้าใจง่ายก่อน (วิชาวิทยาศาสตร์ไม่จำเป็นต้องทำตามขั้นตอนเสมอไป) 
6.ฝึกยกตัวอย่างเกี่ยวกับเรื่องที่เรียนขึ้นมาอยู่เสมอเพื่อความแน่ใจว่าเรารู้ชัดแจ้งเห็นจริงกับเรื่องนั้นๆ

7.การเตรียมตัวก่อนเรียนเป็นสิ่งสำคัญ (ค้นหาสิ่งที่อยากรู้ และสิ่งที่ไม่รู้แล้วจดลงสมุด) 
8.ทบทวนบทเรียน โดยการนำข้อมูลที่เกี่ยวข้องกันมาเชื่อมโยงกัน 
9.การเรียนรู้จากสิ่งที่เราสนใจก่อน สมองจะจดจำเนื้อหาเหล่านั้นได้อย่างแม่นยำ 
10.ลองนำคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ในชีวิตประจำวัน เพื่อฝึกให้ชินกับคำศัพท์นั้นๆ 
11.รู้ที่มาของชื่อนั้นๆอย่างละเอียดเพราะทำให้ตอบปัญหาวิทยาศาสตร์และเข้าใจคำอธิบายยากได้ง่าย 
12.การใส่วงเล็บไว้ที่เนื้อหาสำคัญหรือใช้สัญลักษณ์เน้นให้เห็นชัดเจนขึ้นจะช่วยให้เราเข้าใจมากยิ่งขึ้น 
13.เรียนรู้สิ่งบางอย่างที่เกี่ยวข้องกันพร้อมกัน เพื่อช่วยประหยัดเวลาไว้ศึกษาเรื่องอื่นที่ยังไม่เข้าใจ 
14.หน่วยและสัญลักษณ์ในวิชาวิทยาศาสตร์สำคัญมากต้องพยายามจำหน่วยและสัญลักษณ์นั้นอย่างดี 
15.เรียนรู้เพียงสิ่งใดสิ่งหนึ่ง คือถ้าเรารู้ว่าทิศใดคือทิศเหนือ ทิศที่เหลือก็จะไม่เป็นปัญหาอีกต่อไป 
16.สร้างแผนผังความคิด (เป็นรูปแบบพิเศษที่ช่วยให้สมองจดจำเนื้อหาที่เรียนได้เป็นเวลานานขึ้น) 
17.หมั่นทบทวนสิ่งที่เรียนมาอย่างสม่ำเสมอ เพื่อรักษาความจำนั้นให้อยู่อย่างมั่งคง 
18.สละเวลาเพียงเล็กน้อย เพื่อหาจุดสำคัญที่เรายังไม่เข้าใจ แล้วจึงค้นหาข้อมูลเพิ่มเติม 
19.รู้จักผ่อนคลายความเครียดหลังจากใช้สมาธิจดจ่ออยู่กับหนังสือมานาน

 20.ไม่ควรรู้อะไรเพียงแค่ผิวเผิน เพราะอาจจะทำให้ทำข้อสอบผิดได้ (ไม่มีใครรู้จักตัวเราเท่าตัวเราเอง)