physics5

36 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 37






แรงนี้คือแรงสู่ศูนย์กลาง ที่ทำาให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลม ขณะที่ขนาดของความเร็ว vcosθ

ทำาให้วงกลมเลื่อนไปตามแนวขนานกับสนามแม่เหล็ก ลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคจึงเป็นเกลียว
(helical path) ดังรูป
L


v 
⊥
v

θ
R

v 

B
รูป การหาระยะช่วงกว้างของเกลียว (L) และรัศมีวงโคจรของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก (R)

การหารัศมีวงโคจร (R) และระยะช่วงกว้างของเกลียว (L) มีดังนี้
รัศมีวงโคจรแต่ละรอบ หาได้จาก
R mvsin θ
qB

และระยะระหว่างเกลียวแต่ละรอบ หาได้จากระยะทางในแนวขนานกับสนามแม่เหล็กที่อนุภาค

เคลื่อนที่ในเวลา 1 คาบ (T) ได้แก่ ระยะ L ในรูป ซึ่งหาได้ ดังนี้
L = (vcosθ) T
2 π
เมื่อ T
ω
vsin θ qB
และ ω
R m
 2π  π 2 mvcos θ
v
จะได้ L (cos ) θ  
m
 (qB / )  qB
















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

36 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 37




15.2.2 แรงแม่เหล็กกระทำาต่อลวดตัวนำาที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น


ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง


ำ
1. ลวดตัวนำาที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก เมื่อมี 1. ลวดตัวนาท่อย่ในสนามแม่เหล็ก เม่อม ี
ื
ู
ี
็
่
ี
่
ำ
กระแสไฟฟ้าผ่าน จะมีแรงแม่เหล็กกระทำา กระแสไฟฟาผาน จะมแรงแมเหลกกระทา
้
ำ
ื
ำ
ต่อลวดตัวนำานั้นเสมอ ต่อลวดตัวนา เม่อลวดตัวนาไม่ขนานกับ
สนามแม่เหล็กเท่านั้น
แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 6 ของหัวข้อ 15.2 ตามหนังสือเรียน
ำ
่
ี
ู
ี
ครูนาเข้าส่หัวข้อท 15.2.2 โดยนาอภิปรายทบทวนเก่ยวกับแรงแม่เหล็กท่กระทาต่ออนุภาคท่มีประจ ุ
ี
ำ
ี
ำ
ำ
ั
ั
ำ
ื
ไฟฟ้าและเคล่อนท่ในสนามแม่เหล็ก จากน้นต้งคาถามว่ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนาเกิดจากการเคล่อนท ี ่
ี
ื
้
ิ
่
ของอเล็กตรอนอิสระ ถานาลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟาไปไว้ในสนามแมเหล็กจะเกิดแรงกระทาต่อ
ำ
ำ
ี
้
ำ
ั
ำ
ลวดตัวนาน้น หรือไม อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวัง
่
คำาตอบที่ถูกต้องแล้วให้นักเรียนศึกษา กิจกรรม 15.2
กิจกรรม 15.2 แรงกระทำาต่อลวดตัวนำาที่อยู่ในสนามแม่เหล็กขณะมีกระแสไฟฟ้าผ่าน
จุดประสงค์
1. สังเกตและอธิบายแรงกระทำาต่อลวดตัวนำาเส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก
เวลาที่ใช้ 50 นาที
วัสดุและอุปกรณ์
1. แท่งแม่เหล็กขั้วข้าง 2 อัน
2. ลวดตัวนำาตรง 3 เส้น
3. ฐานรองรับรูปตัวยู 1 อัน
4. เข็มทิศ 1 อัน
5. สายไฟ 2 เส้น
6. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 4 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด
7. สวิตซ์ 1 อัน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

38 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 39






แนะนำาก่อนทำากิจกรรม

ั
ู
ำ
ั
1. ทาแม่เหล็กรูปตัวยูจากการติดแม่เหล็กข้วข้างกับปลายท้งสองของฐานรองรับรูปตัวย โดยหัน
ำ
ั
ข้วต่างกันเข้าหากัน ก่อนทาการทดลองควรใช้เข็มทิศตรวจสอบข้วของแม่เหล็กเพ่อให้ทราบ
ื
ั
ทิศทางของสนามแม่เหล็ก
ี
ั
่
ื
ี
ี
2. ตรวจสอบการต่อข้วของไฟฟ้าท่ต่อกับแบตเตอร เพ่อให้ทราบทิศทางของกระแสไฟฟ้าท่ผ่าน
ลวดตัวนำาเส้นตรง
ี
ี
3. เม่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรง สังเกตการเปล่ยนแปลงท่เกิดข้น หลังจากน้นปิดสวิตซ ์
ั
ึ
ำ
ื
ทันที
ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม
กระไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก A ไป B เขียนแผนภาพทิศทางของกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก
และทิศทางการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรงได้ดังรูป

 B
B I
F 
A
กระไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก B ไป A เขียนแผนภาพทิศทางของกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก
และทิศทางการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรงได้ดังรูป
 B B
 B
F 
I F
I 
A A B
























สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

38 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 39





แนวคำาตอบคำาถามท้ายกิจกรรม


ำ
ี
ำ
□ กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรงมีทิศทางจาก B ไป A สนามแม่เหล็กมีทิศทางช้ลง ลวดตัวนา
เส้นตรงเคลื่อนที่ไปทางใด
แนวคำาตอบ ลวดตัวนำาเส้นตรงเคลื่อนที่ออกจากแม่เหล็กรูปตัวยู
ำ
ำ
ี
□ กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรงมีทิศทางจาก A ไป B สนามแม่เหล็กมีทิศทางช้ลง ลวดตัวนา
เส้นตรงเคลื่อนที่ไปทางใด
แนวคำาตอบ ลวดตัวนำาเส้นตรงเคลื่อนที่เข้าหาแม่เหล็กรูปตัวยู
□ ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีผลต่อการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรงหรือไม่ อย่างไร

แนวคำาตอบ มีผล เพราะ เมื่อกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรง
จะมีทิศทางตรงข้าม
ู
ั
ี
□ เม่อกลับข้วของแม่เหล็กรูปตัวย สนามแม่เหล็กมีทิศทางไปทางใด และลวดตัวนาเคลื่อนท่อย่างไร
ื
ำ
เมื่อเทียบกับตอนแรก
ู
ั
ื
ำ
แนวคาตอบ เม่อกลับข้วของแม่เหล็กรูปตัวย สนามแม่เหล็กมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางเดิม มีผล
ทำาให้ลวดตัวนำาเส้นตรงเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามกับตอนแรก
□ ทิศทางของสนามแม่เหล็กมีผลต่อการเคล่อนท่ของลวดตัวนาเส้นตรงท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านหรือไม ่
ำ
ื
ี
ี
อย่างไร
แนวคาตอบ มีผล เพราะ เม่อกลับทิศทางของสนามแม่เหล็ก การเคล่อนท่ของลวดตัวนาเส้นตรง
ื
ำ
ำ
ื
ี
จะมีทิศทางตรงข้าม
□ เพราะเหตุใด เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาเส้นตรงจึงเคลื่อนที่ได้
ำ
ื
ำ
ี
แนวคาตอบ เพราะมีแรงแม่เหล็กกระทากับลวดตัวนา เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาท่อย่ใน
ำ
ำ
ู
สนามแม่เหล็ก
ำ
□ ในแต่ละกรณี ลวดตัวนาเส้นตรงเคล่อนท่ในทิศทางท่ต้งฉากกับทิศทางของกระแสไฟฟ้า และ
ี
ื
ั
ี
ทิศทางของสนามแม่เหล็ก หรือไม่
ำ
แนวคาตอบ ลวดตัวนาเคล่อนท่ในทิศทางต้งฉากกับทิศทางของกระแสไฟฟ้าและทิศทางของ
ำ
ื
ั
ี
สนามแม่เหล็ก
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

40 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 41






อภิปรายหลังการทำากิจกรรม


ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยใช้ผลการทำากิจกรรมและคำาถามท้ายกิจกรรม จนสรุป
ได้ดังนี้
ำ
เม่อให้กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรงท่อย่ในสนามแม่เหล็ก จะมีแรงแม่เหล็กกระทา
ื
ี
ู
ำ
ำ
ี
ำ
ต่อลวดตัวนา โดยทิศทางของแรงท่กระทากับลวดตัวนาขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้าและ
ำ
ทิศทางของสนามแม่เหล็ก ซ่งหาทิศทางของแรงได้โดยใช้มือขวา ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ึ
ดังรูป 15.30 และอธิบายเพิ่มเติมตามกิจกรรมได้ ดังรูป

B  B
 I B I
F F 

A B A
ก. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก A ไป B ข. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก A ไป B

 B B B
F 
I F
I B 
A A

ค. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก B ไป A ง. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก B ไป A
รูป แผนภาพของทิศทางของกระแสไฟฟ้า ทิศทางของสนามแม่เหล็ก และทิศทางของแรงที่กระทำาต่อลวดตัวนำา



ึ
ำ
ี
ครูนาอภิปรายเก่ยวกับการหาขนาดของแรงแม่เหล็กท่กระทาต่อลวดตัวนาเส้นตรง ซ่งสัมพันธ์กับ
ำ
ำ
ี
็
ขนาดของกระแสไฟฟา I ความยาวของลวด L และสนามแมเหลก B ตามรายละเอยดในหนังสอเรียน
ื
้
่
ี
จนได้สมการ (15.5) และ (15.6) ครูอาจเน้นว่าความยาวของลวด L คือ ความยาวของลวดที่มีกระแสไฟฟ้า
และอยู่ในสนามแม่เหล็ก
ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.6 และ 15.7 โดยครูเป็นผู้แนะนำา










สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

40 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 41




15.2.3 แรงระหว่างลวดตัวนำาที่มีกระแสไฟฟ้า

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น


ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง


ื
ำ
ี
1. ลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าสองเส้น เม่ออย ่ ู 1. ลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าสองเส้น เม่ออย ู ่
ื
ี
ำ
ใกล้กันจะไม่มีแรงแม่เหล็กกระทาระหว่าง ใกล้กันจะมีแรงแม่เหล็กกระทาระหว่าง
ำ
ำ
ลวดตัวนำาทั้งสอง ลวดตัวนำาทั้งสอง
สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า
กรณีครูสาธิตแรงระหว่างลวดตัวนำาสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน
1. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา 1 เครื่อง
2. เครื่องชั่งกระแส 1 เครื่อง
3. ตัวต้านทานปรับค่าได้ (20 โอห์ม) 1 ตัว
4. แอมมิเตอร์ 1 เครื่อง
5. สายไฟ 6 เส้น



กิจกรรมสาธิต แรงระหว่างลวดตัวนำาสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน



จุดประสงค์
ำ
ี
1. อธิบายแรงกระทาระหว่างลวดตัวนาเส้นตรงสองเส้นท่วางขนานและห่างกัน ขณะท่มีกระแส
ำ
ี
ไฟฟ้าผ่านจะมีแรงกระทำาระหว่างลวดทั้งสอง
เวลาที่ใช้ 30 นาที
วัสดุและอุปกรณ์
1. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา 1 เครื่อง

2. เครื่องชั่งกระแส 1 เครื่อง
3. ตัวต้านทานปรับค่าได้ (20 โอห์ม) 1 ตัว
4. แอมมิเตอร์ 1 เครื่อง
5. สายไฟ 6 เส้น







สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

42 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 43






แนะนำาก่อนทำากิจกรรม

1. กิจกรรมนี้ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเริ่มจากความต่างศักย์ 5 โวลต์
ึ
ี
ื
ั
2. อธิบายส่วนประกอบของเคร่องช่งกระแสไฟฟ้า ซ่งประกอบด้วยขดลวด ab ท่ติดกับกล่อง
ประมาณ 10 รอบและลวด cd ที่ต่อกับคาน 1 เส้นดังรูป


















รูป เครื่องชั่งกระแส

ี
ึ
ื
การท่ต้องใช้ขดลวดจานวนรอบมากเพ่อให้สนามแม่เหล็กรอบขดลวดมีค่ามากข้น แรงท ี ่
ำ
กระทำาต่อลวด cd จะมากขึ้นด้วยทำาให้สังเกตได้ชัดเจนขึ้น
3. เลื่อนจุกยางที่คานปรับจนขดลวด cd ที่อยู่ติดกับคานให้อยู่ห่างขดลวด ab เล็กน้อย
4. การต่อแอมมิเตอร์ในวงจร ให้ต่อช่อง 5 แอมแปร เข้ากับข้วบวกของ D.C. และข้วลบกับ
ั
ั
์
สายไฟจากตัวต้านทานปรับค่าได ดังรูป ก. ข. และ ค. กระแสไฟฟ้าในวงจรควรมีค่า
้
ประมาณ 3 - 4 แอมแปร์ ถ้าปรับค่าของความต้านทานแล้ว กระแสไฟฟ้าในวงจรยังน้อยไป
และลวด cd ไม่ขยับ ให้เพิ่มความต่างศักย์จากหม้อแปลง แต่ไม่ควรเกิน 8 โวลต์






















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

42 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 43






























ก.













ข.
b
d A +
I 5 - 8 Vdc - 220 V
I
a
c



ค.
รูป การต่อวงจรไฟฟ้าที่ใช้กับการสาธิตแรงระหว่างลวดตัวนำาสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน
5. ตรวจสอบทิศทางของกระแสไฟฟ้าจากการต่อวงจรไฟฟ้า เพื่อให้ทราบทิศทางของ
กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดทั้งสองส่วนนี้มีทิศเดียวกันหรือมีทิศตรงข้ามกัน
6. เมื่อสังเกตผลได้แล้ว ปิดสวิตช์ของหม้อแปลงโวลต์ต่ำาทันที






สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

44 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 45






ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

ำ
1. เม่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนา ab และลวดตัวนา cd มีทิศเดียวกัน ลวด cd จะถูก
ำ
ื
ดึงดูดเข้าหาขดลวดตัวนำา ab
2. เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำา ab และลวดตัวนำา cd มีทิศตรงข้ามกัน ลวด cd จะถูก
ผลักออกจากขดลวดตัวนำา ab



แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 7 ของหัวข้อ 15.2 ตามหนังสือเรียน

ำ
ี
ำ
่
ี
ู
ครูนาเข้าส่หัวข้อท 15.2.3 โดยนาอภิปรายทบทวนเก่ยวกับทิศทางของสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนา
ำ
ั
ี
ั
ำ
ำ
เส้นตรงท่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน และแรงแม่เหล็กกระทาต่อลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้า จากน้นครูต้งคาถามว่า
ี
ำ
ั
ิ
้
่
้
ำ
้
่
ี
่
ู
หากมีกระแสไฟฟาผานลวดตวนาสองเสนทอยใกลกนและขนานกนจะเกดอะไรขนระหวางลวดตวนา
้
่
ั
ึ
ั
ั
ำ
ทั้งสอง เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาตอบที่ถูกต้อง
ำ
ี
ื
ำ
ั
ครูใช้สถานการณ์หรืออาจสาธิตเคร่องช่งกระแสท่ประกอบด้วยขดลวดตัวนาและลวดตัวนาเส้นตรง
วางขนานกันหรือการสาธิตเครื่องชั่งกระแส ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ประกอบการจัดการเรียนรู้ ดังนี้
่
ำ
กรณีท 1 กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนา ab และลวดตัวนา cd มีทิศทางเดียวกัน พบว่าลวด cd
ำ
ี
เคลื่อนที่เข้าหาลวด ab ครูใช้รูป 15.33 นำาอภิปรายโดยใช้ความรู้กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวด ab จะทำาให้เกิด
สนามแม่เหล็กข้นรอบลวด ab ลวด cd ซ่งมีกระแสไฟฟ้าผ่านและอย่ในสนามแม่เหล็กของลวด ab
ึ
ู
ึ
ำ
ำ
ำ
ี
ื
ี
จึงเกิดแรงกระทาต่อลวด cd ทาให้เคล่อนท่เข้าหาลวด ab ดังรูป 15.34 ทานองเดียวกันกระแสไฟฟ้าท่ผ่าน
ลวด cd เกิดสนามแม่เหล็กรอบลวด cd ลวด ab ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าผ่านและจะอยู่ในสนามแม่เหล็กของลวด
cd จึงเกิดแรงกระทาต่อลวด ab ด้วย ดังรูป 15.35 ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า ลวดตัวนา
ำ
ำ
เส้นตรงสองเส้นวางขนานกัน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านในทิศทางเดียวกันจะมีแรงดึงดูดกัน
กรณีที่ 2 กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำา ab และลวดตัวนำา cd มีทิศทางตรงข้ามกัน พบว่าลวด cd
ี
ั
ี
เคล่อนท่ออกจากลวด ab ครูนาอภิปรายเช่นเดียวกับกรณีท 1 แต่กรณีน้กระแสไฟฟ้าในขดลวดท้งสองม ี
ำ
ี
ื
่
ทิศทางตรงข้ามกัน ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า ลวดตัวนำาเส้นตรงสองเส้นวางขนานกัน
เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านในทิศทางตรงข้ามกันจะมีแรงผลักกัน ดังรูป 15.36
ำ
ำ
ู
ู
ี
ี
ครูนาอภิปรายเก่ยวกับแรงท่เกิดระหว่างลวดตัวนาค่ขนานท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเป็นแรงค่กิริยา-
ี
ปฏิกิริยาระหว่างลวดท้งสอง โดยเป็นแรงดึงดูดเม่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาในทิศทางเดียวกันและเป็น
ั
ำ
ื
แรงผลักเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านในทิศตรงข้าม ดังรูป 15.37
ำ
ำ
ครูให้นักเรียนตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจหัวข้อ 15.2 และทาแบบฝึกหัด 15.2 โดยครูอาจ
มีการเฉลยคำาตอบและอภิปรายคำาตอบร่วมกัน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

44 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 45




แนวการวัดและประเมินผล
ี
ี
ี
ี
ำ
ู
1. ความร้เก่ยวกับแรงแม่เหล็กท่กระทากับอนุภาคท่มีประจุไฟฟ้า แนวการเคล่อนท่ของอนุภาคท่ม ี
ื
ี
ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำาต่อลวดตัวนำาเส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้า
ำ
ู
ี
่
ผ่านและอย่ในสนามแม่เหล็ก และแรงระหว่างลวดตัวนาเส้นตรงค่ขนานทมีกระแสไฟฟ้าผาน
ู
่
จากการอภิปรายร่วมกัน คำาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.2 และแบบฝึกหัด 15.2
2. ทักษะด้านการสังเกต การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป การสื่อสารสารสนเทศ
ำ
ื
ู
และการร้เท่าทันส่อ จากการอภิปรายร่วมกันและการนาเสนอผล และทักษะด้านความร่วมมือ
การทำางานเป็นทีมและภาวะผู้นำา จากการทำากิจกรรมร่วมกัน
3. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความซื่อสัตย์ ความมุ่งมั่นอดทน จากการอภิปรายและการทำากิจกรรม

แนวคาตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.2
ำ
ำ
ี
1. อนุภาคท่มีประจุไฟฟ้าบวกและลบเคล่อนท่เข้าไปในแนวขนานกับสนามแม่เหล็ก B ที่มีค่า
ี
ื
สม่ำาเสมอ ดังรูป
B B





รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 1

การเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของอนุภาคทั้งสองจะเป็นอย่างไร
ี
ั
ำ
ื
ื
ี
แนวคาตอบ เน่องจากอนุภาคท่มีประจุไฟฟ้าท้งสองเคล่อนท่ขนานกับสนามแม่เหล็ก จึงไม่ม ี
แรงแม่เหล็กกระทาต่ออนุภาคท้งสอง การเคล่อนท่ในสนามแม่เหล็กของอนุภาคท้งสองจะเป็น
ี
ำ
ั
ื
ั
แนวเส้นตรง
2. จงเขียนทิศของแรงที่กระทำาต่อประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจากรูปต่อไปนี้
× ×  × × × ×
v v  v 

× × × × × × v
× × × × × ×  


B B B B
รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

46 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 47






ี
ิ
ั
ุ
ี
ำ
ำ
ี
แนวคาตอบ ใช้มือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทาต่อประจ ได้ดังรูป โดยช้น้วท้งส่ตามทิศทางของ
ความเร็ว(v) แล้ววนน้วท้งส่ไปหาทิศทางของสนามแม่เหล็ก (B) น้วหัวแม่มือจะช้ทิศทางของแรง
ิ
ี
ั
ี
ิ
(F) จะได้แรงกระทำาต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ดังรูป

F 
× ×  × × × × F
v v  v 


× × × × × F × v

× × × × ×  ×  F 

B B B B
รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2
ื
ี
ื
3. การเคล่อนท่ของอนุภาคท่มีประจุไฟฟ้าด้วยอัตราเร็วคงตัวในสนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้าจะเคล่อนท ่ ี
ี
เป็นวงกลมในระนาบที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กเสมอ ดังรูป
× × × × ×

v
× v  × F  ×  × ×
F
×r
× ×  × ×
F  F v 
× × × × ×
×

× v  × × ×
รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3
ข้อใดกล่าวถูกต้อง
ก. แรงแม่เหล็กมีทิศทางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กเสมอ
ข. อนุภาคมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ
แนวคำาตอบ

ั
ั
ก. ถูกต้อง เพราะ แรงแม่เหล็กมีทิศทางต้งฉากกับสนามแม่เหล็กและต้งฉากกับ
ความเร็วของอนุภาคเสมอ ดังรูป









สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

46 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 47






× × × × ×


× × × × ×


× ×  × ×
F 
× × × × v ×

× × × B × ×

รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3 ก.

ื
ื
ี
ข. ไม่ถูกต้อง เพราะเม่อใช้มือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทากับอนุภาคท่เคล่อนท่ด้วย
ี
ี
ำ
ความเร็ว ในสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางดังรูป อนุภาคต้องมีประจุเป็นบวก
× × × × ×

v
× v  × F  ×  × ×
F
×r
× ×  × ×
F  F v 
× × × × ×

×

× v  × × ×
รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3 ข.
4. เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดทองแดงท่วางตัวในแนวระดับระหว่างแท่งแม่เหล็กรูปเกือกม้า ดังรูป
ื
ี







S N
I
รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 4

ลวดทองแดงจะเคลื่อนที่ไปในทิศใด






สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

48 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 49






า
ตอบ
แนวค
ำ

ี
ำ
ใช
้ม

ือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทาต่อ
ิศทางของแรง
ังรูป ทาให้ลวดทองแดง
ีท
ำ
ด

ลวด
ทองแดงม
เคลื่อนที่ในทิศทางลง

B
S N
I F 
รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถาม
ตรวจสอบความเข้าใจข้อ 4
5. ลวดตัวนำาสามเส้น ab cd และ ef วางตัวขนานกัน โดยลวด cd อยู่กึ่งกลางระหว่าง ab และ ef
และมีกระแสไฟฟ้า I ผ่านแต่ละเส้นเท่ากันโดยมีทิศทาง ดังรูป

a c e

I I I








b d f

รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 5

แรงที่กระทำาต่อลวดแต่ละเส้นมีทิศทางใด
ำ
ำ
แนวคาตอบ พิจารณาแรงท่กระทาต่อลวดแต่ละเส้น โดยใช้แนวคิดว่า ลวดตัวนาเส้นตรงสองเส้น
ี
ำ
วางขนานกัน มีกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวกันจะมีแรงดึงดูดกัน แต่ถ้ามีกระแสไฟฟ้าในทิศทาง
ตรงข้ามกันจะมีแรงผลักกัน จึงเกิดแรงกระทำาต่อลวดแต่ละเส้น ดังรูป













สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

48 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 49







a c e a c e



I ab I cd I ab I cd



F  B ef F  B cd F  B ab

F 
I ef B ef I ef




b d f b d f

ก. แรงกระทำาต่อลวดตัวนำา ab ข. แรงกระทำาต่อลวดตัวนำา cd


a c e



I ab I cd

F  B cd


F 
I ef B ab




b d f


ค. แรงกระทำาต่อลวดตัวนำา ef
รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 5


















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

50 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 51





เฉลยแบบฝึกหัด 15.2




1. อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า q เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v เข้าไปในสนามแม่เหล็ก B ดังรูป





v  30 



B
รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 1

ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออนุภาคนี้มีขนาดเท่าใด
่
ี
่
ี
ื
่
ู
่
็
วิธีทำา จากรป อนุภาคทมีประจ q เคลอนทบนระนาบกระดาษ มทิศทางต้งฉากกับสนามแมเหลก
ี
ั
ุ
ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออนุภาค หาได้จากสมการ
F = qvB
ตอบ แรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออนุภาคมีขนาด qvB
6
ี
ื
ึ
2. อิเล็กตรอนตัวหน่งเคล่อนท่ด้วยความเร็วคงตัวขนาด 2 × 10 เมตรต่อวินาท เข้าไปใน
ี
-3
สนามแม่เหล็กสม่ำาเสมอขนาด 5.0 × 10 เทสลา ในทิศทางทำามุม 30 องศา กับสนามแม่เหล็ก
ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออิเล็กตรอนมีค่าเท่าใด
วิธีทำา ขนาดของแรงที่กระทำาต่ออิเล็กตรอน หาได้จากสมการ
F = qvBsinθ
6
-19
-3
จากโจทย์ q = 1.6 × 10 C v = 2 × 10 m/s B = 5.0 × 10 T
และ θ = 30˚
-3
-19
แทนค่า F = (1.6 × 10 C)(2 × 10 m/s)(5.0 × 10 T)(sin30˚)
6
-16
จะได้ F = 8.0 × 10 N
-16
ตอบ แรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออิเล็กตรอนเท่ากับ 8.0 × 10 นิวตัน





สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

50 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 51






ี
ู
ู
ำ
3. ลวด PQ มวล 20 กรัม วางบนรางตัวนาค่ขนานในระนาบระดับท่ต่อกับวงจรไฟฟ้าและอย่ใน
สนามแม่เหล็กสม่ำาเสมอที่มีขนาด 0.2 เทสลา ดังรูป

P

B 5 cm
Q

รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 3

ถ้ามีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำา 4 แอมแปร์
ก. ลวดนี้จะเคลื่อนที่ในทิศทางใด

ข. ลวดนี้มีความเร่งเท่าใด
ำ
ำ
ี
วิธีทำา ก. ใช้มือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทาต่อลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและอย่ใน
ู
ี
สนามแม่เหล็กจะได้ทิศทางการเคลื่อนที่ของลวด PQ ไปทางขวามือ
ข. หาขนาดของแรงจากสมการ F = IlBsinθ
-2
จากโจทย์ I = 4 A l = 5.0 × 10 m B = 0.2 T และ θ = 90˚
-2
จะได้ F = (4 A)(5.0 × 10 m)(0.2 T )sin90˚
-2
F = 4 × 10 N
หาความเร่งของลวดตัวนำาจากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน
F = ma
-2
-3
4 × 10 N = (20 × 10 kg)(a)
a = 2 m/s 2
ตอบ ก. ลวดนี้จะเคลื่อนที่ในทิศทางไปทางขวามือ

ข. ลวดนี้มีความเร่งเท่ากับ 2 เมตรต่อวินาทีกำาลังสอง





















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

52 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 53






4. เมื่อกดสวิตซ์ S ให้กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำา L และ L ที่แขวนขนานห่างกัน d และปลาย
1 2
ลวดทั้งสองจุ่มในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ดังรูป
S









d
L 2
L 1







ลวดตัวนำ สารละลายอิเล็กโทรไลต

รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 4

ก. แรงกระทำาต่อกันระหว่างลวดตัวนำา L และ L เป็นแรงดึงดูดหรือแรงผลัก เพราะเหตุใด
1 2
ข. ขนาดแรงกระทำาต่อกันขึ้นกับกระแสไฟฟ้าอย่างไร

ค. กรณีใดที่ทำาให้แรงบนลวดตัวนำา L และ L มีค่าเท่ากัน
1 2
ำ
ำ
ตอบ ก. แรงท่เกิดข้นระหว่างลวดตัวนาเป็นแรงผลัก ทาให้ลวดตัวนาแยกออกจากกัน เน่องจาก
ำ
ี
ึ
ื
กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำาขนาน มีทิศทางตรงข้ามกัน
ี
ึ
ำ
ข. ขนาดของแรงกระทาระหว่างลวดตัวนาข้นกับกระแสไฟฟ้า โดยเปล่ยนแปลงตามขนาด
ำ
ำ
ึ
ของกระแสไฟฟ้า เช่นขนาดของกระแสไฟฟ้ามากข้น ขนาดของแรงกระทาระหว่าง
ลวดตัวนำาจะมากขึ้นด้วย
ค. แรงบนลวดตัวนำาแต่ละเส้นมีค่าเท่ากันเสมอ เนื่องจากเป็นแรงคู่กิริยา











สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

52 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 53




15.3 โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก
จุดประสงค์การเรียนรู้

ื
1. อธิบายและคานวณโมเมนต์ของแรงค่ควบกระทาต่อขดลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเม่อ
ำ
ำ
ู
ำ
ี
อยู่ในสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง
2. อธิบายหลักการทำางานของแกลแวนอมิเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง และคำานวณปริมาณ
ที่เกี่ยวข้อง
แนวการจัดการเรียนรู้
ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.3 โดยนาอภิปรายทบทวนเก่ยวกับ การเกิดแรงแม่เหล็กเม่อลวดตัวนาท่ม ี
ำ
ำ
ำ
ื
ู
ี
ี
ู
ี
ำ
กระแสไฟฟ้าผ่านและอย่ในสนามแม่เหล็ก จากน้นถามว่า หากเปล่ยนลวดตัวนาเส้นตรงเป็นขดลวดตัวนา
ั
ำ
ำ
ื
ี
รูปส่เหล่ยมมุมฉาก เม่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนาจะมีผลอย่างไร และให้นักเรียนแสดงความคิดเห็น
ี
ได้อย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาตอบที่ถูกต้อง จากนั้นให้นักเรียนศึกษาในหัวข้อต่อไป
15.3.1 โมเมนต์ของแรงคู่ควบ
ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น
ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง
ี
ี
ู
ื
1. เม่อมีกระแสผ่านขดลวดส่เหล่ยมท่อย่ใน 1. เม่อมีกระแสผ่านขดลวดส่เหล่ยมท่อย่ใน
ี
ี
ื
ี
ู
ี
สนามแม่เหล็ก ขณะระนาบของขดลวด สนามแม่เหล็ก ขณะระนาบของขดลวด
ั
ั
ต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะมีโมเมนต์ของ ต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะมีโมเมนต์ของ
แรงคู่ควบมากที่สุด แรงคู่ควบเป็นศูนย์
ู
ี
ื
2. เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดท่อย่ใน 2. เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดท่อย ู ่
ี
ื
สนามแม่เหล็ก ขณะระนาบขดลวดไม ่ ในสนามแม่เหล็ก ขณะระนาบขดลวดไม ่
ั
ั
ำ
ต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงกระทา ต้งฉากกับสนามแมเหล็ก จะเกิดโมเมนต ์
่
ี
ื
ให้ขดลวดเคล่อนท่ในแนวต้งฉากกับ ของแรงค่ควบทาให้ขดลวดหมุนตัด
ั
ำ
ู
สนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

54 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 55




แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 8 ของหัวข้อ 15.3 ตามหนังสือเรียน

ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.3.1 โดยใช้รูป 15.38 ในหนังสือเรียน แล้วตั้งคำาถามว่า เมื่อมีกระแสไฟฟ้า
ั
ำ
ำ
ผ่านขดลวดจะเกิดแรงแม่เหล็กกระทาต่อลวดแต่ละด้านในทิศใด ขนาดเท่าใด จากน้นครูนาอภิปรายจน
สรุปได้ว่า ขณะระนาบขดลวดวางขนานกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก ขดลวดด้าน PS และ QR ไม่มี
ื
ำ
แรงกระทา เน่องจากกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนาในทิศทางขนานกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก แต ่
ำ
ขดลวดด้าน PQ และ RS กระแสไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ทำาให้มีขนาดแรงกระทำาต่อขดลวดแต่ละ
ด้านเท่ากัน โดยขนาดของแรงหาได้จาก F = IL B และทิศทางของแรงหาได้โดยใช้มือขวา พบว่าแรง
2
ทั้งสองด้านมีทิศทางตรงข้ามกัน ดังรูป 15.39
ครูนำาอภิปรายต่อเกี่ยวกับแรงที่เกิดกับลวดทั้งสองด้านเป็นแรงคู่ควบ ซึ่งอยู่ห่างกันเป็นระยะ l จึง
1
ู
ทาให้เกิดโมเมนต์ของแรงค่ควบตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ความสัมพันธ M = IAB
์
ำ
ในทิศทวนเข็มนาฬิกา
ั
ำ
ี
ี
ั
ำ
ื
จากน้นครูใช้รูป 15.40 ต้งคาถามว่า เม่อระนาบขดลวดรูปส่เหล่ยมมุมฉากทามุม θ กับสนามแม่เหล็ก
ู
ึ
ู
ี
ำ
ั
ำ
ขนาดโมเมนต์ของแรงค่ควบท่กระทาต่อขดลวดมีค่าข้นอย่กับมุม θ อย่างไร หลังจากน้นครูใช้รูป 15.41 นา
อภิปรายจนสรุปได้ว่า ขนาดโมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดมีค่า M = IABcosθ
ู
ำ
ครูต้งคาถามว่าถ้าขดลวดมีจานวน N รอบ ขนาดของโมเมนต์ของแรงค่ควบจะมีค่าเป็นอย่างไร
ั
ำ
ู
ำ
และเกิดผลอย่างไรตามมา ครูนาอภิปรายจนสรุปได้ว่า ขนาดโมเมนต์ของแรงค่ควบของขดลวดจานวน
ำ
N รอบ จะมีโมเมนต์ของแรงคู่ควบเป็น N เท่าของขดลวด 1 รอบตามสมการ (15.6) ครูควรชี้แจงเพิ่มเติม
ว่าระนาบของขดลวดรูปทรงอื่น เช่น ขดลวดระนาบรูปวงกลม โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวดยัง
คงหาได้จากสมการ (15.6)
ครูอาจตั้งคำาถามว่าถ้ามีลวดยาว L หนึ่งเส้น นักเรียนจะออกแบบเป็นขดลวดสี่เหลี่ยมหนึ่งรอบเพื่อ
ู
ให้เกิดโมเมนต์แรงค่ควบสูงสุดได้อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม ่
คาดหวังคำาตอบที่ถูกต้อง ครูใช้ความสัมพันธ์ M = IAB นำาอภิปรายจนได้ข้อสรุปว่า ขดลวดที่ออกแบบ
ี
เพ่อให้เกิดโมเมนต์แรงค่ควบสูงสุดจะต้องมีพ้นท่มากท่สุด โดยส่เหล่ยมท่มีพ้นท่มากท่สุดสาหรับเส้นรอบรูป
ี
ื
ี
ื
ี
ี
ื
ี
ำ
ี
ู
 L  2
้
ุ
ึ
ี
ี
ื
ี
่
ี
ู
คาหน่งคือ รปสเหล่ยมจตุรส เช่น ลวดยาว L จะมรูปร่างเป็นส่เหลยมจัตรัสยาวดานละ ซ่งมีพ้นท่มากท่สด
่
ึ
ั
ุ
ี
่
ี
ั
ี


 L  2  4 
เท่ากับ  
 4 
ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.8 โดยครูเป็นผู้แนะนำา
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

54 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 55




15.3.2 แกลแวนอมิเตอร์

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น
-

แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 9 ของหัวข้อ 15.3 ตามหนังสือเรียน
ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.3.2 โดยถามว่าโมเมนต์แรงคู่ควบของขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก

สามารถนำาไปประยุกต์ใช้อย่างไรได้บ้าง หากจะนำาความรู้นี้มาประยุกต์ใช้ในการสร้างเป็นเครื่องวัดทางไฟฟ้า
ำ
ำ
จะสามารถทาได้อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบ
ที่ถูกต้อง
ำ
ี
์
ครูใช้รูป 15.42 นาอภิปรายเก่ยวกับส่วนประกอบของแกลแวนอมิเตอร ซ่งประกอบด้วยขดลวด
ึ
ี
ี
ี
ำ
ั
ู
ี
ส่เหล่ยมท่ติดเข็มช้และหมุนได้คล่อง อย่ในสนามแม่เหล็ก จากน้นให้ศึกษาหลักการทางานของ
ำ
ื
แกลแวนอมิเตอร์ในหนังสือเรียนหรือแหล่งความร้อ่น ให้นักเรียนนาเสนอผลการศึกษา แล้วอภิปราย
ู
์
ำ
ร่วมกันจนสรุปได้ว่า เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดแกลแวนอมิเตอร จะทาให้ขดลวดหมุนพร้อมกับเข็มช ้ ี
ื
เบนไป โดยการเบนของเข็มจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้า ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ิ
ครูอาจนานักเรียนอภิปรายเพ่อให้ความร้เพ่มเติมเก่ยวกับการดัดแปลงแกลแวนอมิเตอร์เป็น
ี
ื
ำ
ู
เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น เรียกว่า แอมมิเตอร์ และวัดความต่างศักย์ได้มากขึ้น เรียกว่า โวลต์มิเตอร์
ความรู้เพิ่มเติมสำาหรับครู
แกลแวนอมิเตอร์
แกลแวนอมิเตอร์โดยทั่วไปจะมีเหล็กอ่อนรูปทรงกระบอกอยู่ตรงกลางระหว่างขั้ว N และ ขั้ว S
ของแม่เหล็กโค้ง ทำาให้สนามแม่เหล็กมีทิศทางอยู่ในแนวรัศมีของรูปทรงกระบอก ดังรูป ระนาบของ
ขดลวดสี่เหลี่ยมจะอยู่ในแนวขนานกับสนามแม่เหล็กทุกตำาแหน่งที่ขดลวดหมุนไป



S N








รูป สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กโค้ง


สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

56 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 57






ด้วยเหตุนี้มุมที่ระนาบของขดลวดทำากับสนามแม่เหล็กจึงเท่ากับ 0 องศา นั่นคือ ระนาบของ

ขดลวดขนานกับสนามแม่เหล็กตลอดเวลา
จากสมการ M = NIABcosθ
ดังนั้นจะได้ M = NIABcos0 = NIAB
เนื่องจากจำานวนรอบของขดลวด N พื้นที่ระนาบของขดลวด A และสนามแม่เหล็ก B เป็น

ค่าคงตัว
ดังนั้น M ∝ I
เมื่อมีกระแสไฟฟ้าค่าหนึ่งผ่านขดลวดแกลแวนอมิเตอร์ ขดลวดจะหมุนด้วยโมเมนต์ของแรง
คู่ควบค่าหนึ่ง การหมุนของขดลวดเป็นเหตุให้เกิดแรงบิดกลับในสปริงก้นหอย ซึ่งต้านการหมุนของ

ขดลวด โดยพยายามบิดให้ขดลวดเบนกลับสู่ตำาแหน่งเดิม จนกระทั่งขดลวดหยุดนิ่งที่ตำาแหน่งหนึ่ง
นั่นคือ โมเมนต์ของแรงบิดกลับในสปริงมีทิศทางตรงข้ามกับโมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวด
และมีขนาดเท่ากันพอดีที่ตำาแหน่งนั้น ซึ่งจะได้
โมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริง = โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวด

ถ้าพิจารณาขณะขดลวดหมุนไปหยุด ณ ตำาแหน่งที่ทำามุม θ กับแนวเดิม จะได้
โมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริง = k' θ

เมื่อ k' คือ ค่าคงตัวโมเมนต์แรงบิดกลับของสปริงก้นหอย (torsion constant)
(k' คล้ายกับกรณีของสปริงในสมการ F = ks ซึ่งอยู่ในแนวแกนตามยาวของสปริง)

นั่นคือ k' θ = NIAB
θ NIAB
' k

เนื่องจาก k' N A และ B มีค่าคงตัว
ดังนั้น θ ∝ I
ี
ี
ี
การท่มุมท่ขดลวดเบนไปจากเดิมหรือมุมท่เข็มช้ของแกลแวนอมิเตอร์เบนไปจากเดิม
ี
แปรผันตาม I ทำาให้สามารถกำาหนดสเกลที่เข็มชี้เบน เพื่อระบุค่ากระแสไฟฟ้าได้















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

56 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 57






์
ิ
แอมมเตอร (ammeter)
ั
ิ
็
์
ั
ู
แอมมเตอร ดงรป ก. เปนการดดแปลง
์
้
ิ
ุ
ู
้
ั
แกลแวนอมเตอรเพือวดกระแสไฟฟาไดสงสด I ตาม
่
้
ู
ี
ทตองการ ซงมคามากกวากระแสไฟฟาสงสดของ
้
่
่
ึ
่
ี
่
ุ
ิ
์
ำ
็
็
แกลแวนอมเตอร I (เขมเตมสเกล) ทาไดโดยนา
้
ำ
G
่
่
ั
้
ี
้
ี
่
ั
์
ตวตานทานทีเรยกวา ชนต (shunt) ซึงมความตานทาน
R มาตอขนานกบแกลแวนอมเตอร เพือแบงกระแส
ั
่
์
่
ิ
่
s
่
ุ
็
่
่
่
ื
ไฟฟาสงสด I ออกเปนสองสวน คอสวนหนึงทีผาน
่
้
ู
ก. แอมมิเตอร์
ิ
่
่
ื
ี
่
ี
่
ั
แกลแวนอมเตอรเทากบ I สวนทเหลอทผานชนต ์
ั
์
่
G
เทากบ I ดงรป ข. นันคอ
ั
่
ื
ั
่
ู
s
I = I − I G
s
ข. วงจรไฟฟ้าของแอมมิเตอร์
เนื่องจากแกลแวนอมิเตอร์และชันต์ต่อขนานกัน ดังนั้นความต่างศักย์ระหว่างปลายของชันต์
จะเท่ากับความต่างศักย์ระหว่างขั้วของแกลแวนอมิเตอร์
หรือ I R = I R
S S G G
จะได้ R = I G R G
S
I S
์
์
โวลตมเตอร (voltmeter)
ิ
็
ั
์
ั
ิ
โวลตมเตอร ดงรป ค. เปนการดดแปลง
์
ู
์
ิ
่
ั
ู
แกลแวนอมเตอร เพือวดความตางศกยสงสด V ตาม
ุ
์
่
ั
้
่
ึ
ั
ุ
์
่
่
ู
่
ทตองการ ซงมคามากกวาความตางศกยสงสดของ
ี
ี
่
ี
่
ำ
ิ
ำ
้
์
้
แกลแวนอมเตอร V ทาไดโดยนาตวตานทาน เรยกวา
ั
G
ั
ิ
์
มลตพลายเออร (multiplier) ทีมความตานทาน R มา
่
ี
้
m
ตออนกรมกบแกลแวนอมเตอร เพือแบงความตางศกย ์
่
ั
่
ั
์
ิ
่
ุ
่
่
ู
็
สงสดทีตองการวด V ออกเปนสองสวน
่
้
ั
ุ
ค. โวลต์มิเตอร์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

58 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 59






ส่วนหน่งเป็นความต่างศักย์ระหว่างปลายของมัลติพลายเออร ์
ึ
V อีกส่วนหนึ่งเป็นความต่างศักย์สูงสุดของแกลแวนอมิเตอร์
m
V ดังรูป ง. นั่นคือ
G
V = V + V G
m
จะได้ V = I R + I R
G G
G m
V − I R
R = G G ง. วงจรไฟฟ้าของโวลต์มิเตอร์
m
I G


15.3.3 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง


ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง


ี
้
ื
ี
ู
ี
ู
ื
่
1. เม่อมีกระแสไฟฟ้าในขดลวดท่อย่ใน 1. เม่อมกระแสไฟฟาในขดลวดทอย่ใน
สนามแม่เหล็ก ขดลวดจะหมุนโดยโมเมนต ์ สนามแม่เหล็ก ขดลวดจะหมุนโดยโมเมนต ์
ี
ู
่
่
ี
ั
ของแรงคู่ควบมีค่าคงตัวเสมอ ของแรงคควบมค่าไม่คงตว โดยจะมคามาก
ื
ำ
่
่
ุ
ทสดเมอระนาบของขดลวดทามม 0˚ กับ
ี
ุ
สนามแม่เหล็ก และมีค่าน้อยลงจนเป็น
ำ
ื
ศูนย์เม่อ ระนาบของขดลวดทามุม 90˚ กบ
ั
สนามแม่เหล็ก
สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า
กรณีครูสาธิตกิจกรรมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแม่เหล็กไฟฟ้า
1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแม่เหล็กไฟฟ้า 1 ชุด
2. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา (หรือแบตเตอรี่ 4.5 - 6.0 V) 1 เครื่อง
3. สายไฟ 2 เส้น



สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

58 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 59





กรณีครูสาธิตมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย
1. ลวดทองแดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.3 มิลลิเมตร 1 เส้น
หรือลวดเบอร์ 28 ยาวประมาณ 1 เมตร
2. แท่งแม่เหล็กขั้วข้าง 1 อัน
3. เสาลวดสายไฟฟ้าทองแดงปลายมีห่วง 2 เส้น

4. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 1 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด


กิจกรรมสาธิต มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง



จุดประสงค์
1. อธิบายหลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

เวลาที่ใช้ 30 นาที

วัสดุและอุปกรณ์
1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแม่เหล็กไฟฟ้า 1 ชุด

ื
2. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา (หรือแบตเตอรี่ 4.5 - 6.0 V) 1 เคร่อง
3. สายไฟ 2 เส้น

แนะนำาก่อนทำากิจกรรม
ำ
์
่
1. ต่อมอเตอร์กับไฟฟ้ากระแสตรงจากหม้อแปลงโวลต์ตาขนาด 4-6 โวลต (หรืออาจใช้แบตเตอร ี ่
4.5 - 6.0 V) ดังรูป


















รูป การต่อมอเตอร์กับไฟฟ้ากระแสตรง






สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

60 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 61






่
2. เปิดสวิตซ์หม้อแปลงโวลต์ตา ถ้าขดลวดของมอเตอร์ยังไม่หมุน อาจเป็นเพราะความเสียดทาน
ำ
ระหว่างแกนของขดลวดกับท่รองรับแกน ควรช่วยหมุนขดลวด อาจหมุนทวนเข็มนาฬิกาหรือ
ี
หมุนตามเข็มนาฬิกา แต่ถ้าหมุนทวนเข็มนาฬิกาแล้ว ปรากฏว่าขดลวดหมุนไป 2-3
รอบแล้วหยุด แสดงว่าการหมุนของขดลวดในสนามแม่เหล็กโดยลำาพังจะหมุนตามเข็มนาฬิกา
ดังนั้นควรหมุนอีกครั้งหนึ่งโดยหมุนตามเข็มนาฬิกา ขดลวดก็จะหมุนได้ต่อไปเรื่อยๆ




กิจกรรมสาธิต มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย


จุดประสงค์

1. อธิบายหลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
เวลาที่ใช้ 30 นาที


วัสดุและอุปกรณ์
1. ลวดทองแดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.3 มิลลิเมตร 1 เส้น
หรือลวดเบอร์ 28 ยาวประมาณ 1 เมตร
2. แท่งแม่เหล็กขั้วข้าง 1 อัน
3. เสาลวดสายไฟฟ้าทองแดงปลายมีห่วง 2 เส้น

4. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 1 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด

แนะนำาก่อนทำากิจกรรม
1. สร้างขดลวดของมอเตอร โดยนาลวดทองแดง
ำ
์
พันเป็นวงกลมให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ
ั
3 เซนติเมตร และเหลือปลายท้งสองด้านให้เป็น
แกนหมุน ดังรูป
รูป ตัวอย่างขดลวดของมอเตอร์


2. สร้างฐานรองรับ โดยติดแท่งแม่เหล็กเข้ากับ
แบตเตอรี่ที่ติดกับเสาลวดทองแดง ดังรูป





รูป ตัวอย่างฐานรองรับ



สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

60 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 61






ำ
ื
3. นาขดลวดในข้อ 1 วางบนฐานรองรับเพ่อหา
ี
ตาแหน่งท่แกนขดลวดสัมผัสกับห่วงเสาทองแดง
ำ
ดังรูป


รูป การหาตำาแหน่งที่แกนขดลวดสัมผัส
กับห่วงเสาทองแดง
4. ขูดฉนวนห้มลวดทองแดงบริเวณท่สัมผัสกับ
ี
ุ
เขมขดรัดสายไฟท้งสองปลาย ดังรูป โดยขูดคร่ง
ั
ั
ึ
็
ซีกด้านเดียวกันทั้งสองข้างปลาย

5. นาขดลวดในข้อ 4 วางบนฐานรองรับ หาก
ำ
ขดลวดไม่หมุนให้สังเกตบริเวณท่ขูดฉนวนออก
ี
ว่าสัมผัสกับเข็มขัดรัดสายไฟหรือไม่ รูป ลวดทองแดงที่ขูดฉนวน
หุ้มออกครึ่งซีก


แนวการจัดการเรียนรู้

ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 9 ของหัวข้อ 15.3 ตามหนังสือเรียน
ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.3.3 โดยใช้รูป 15.43 ในหนังสือเรียน หรือชุดสาธิตการทำางานของมอเตอร์
กระแสตรง แล้วต้งคาถามว่า มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมีส่วนประกอบอะไรบ้าง เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดง
ำ
ั
ความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นนาอภิปรายเก่ยวกับส่วนประกอบของ
ำ
ำ
ั
ี
ี
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง จนสามารถระบุส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้
ครูตั้งคำาถามว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงหมุนได้อย่างไร เกี่ยวข้องกับโมเมนต์แรงคู่ควบของขดลวด
ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ
ำ
ี
ื
โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นให้นักเรียนสืบค้นจากหนังสือเรียนหรือจากส่ออ่น ๆ เก่ยวกับ
ี
ั
ื
หลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
ให้นักเรียนนาเสนอผลการสืบค้น แล้วครูนาอภิปราย โดยใช้รูป 15.44 ในหนังสือเรียน จนสรุป
ำ
ำ
หลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.9 โดยครูเป็นผู้แนะนำา
ำ
ครูให้นักเรียนตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.3 และทาแบบฝึกหัด 15.3 โดยครูอาจมีการเฉลย
ำ
คำาตอบและอภิปรายคำาตอบร่วมกัน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

62 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 63




แนวการวัดและประเมินผล
ู
ำ
ื
ี
ำ
ี
1. ความร้เก่ยวกับโมเมนต์ของแรงค่ควบกระทาต่อขดลวดตัวนาท่อย่ในสนามแม่เหล็ก เม่อ
ู
ู
ำ
์
กระแสไฟฟ้าผ่าน หลักการทางานของแกลแวนอมิเตอร และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจาก
การนำาเสนอผล การอภิปรายร่วมกัน คำาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.3 และแบบฝึกหัด 15.3
ำ
2. ทักษะการสังเกต การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป จากการสรุปผลการทา
กิจกรรม
ู
้
ั
ื
ำ
่
3. ทักษะดานการส่อสารสารสนเทศและการร้เท่าทันสอ จากการอภิปรายร่วมกนและการนาเสนอผล
ื
และทักษะด้านความร่วมมือ จากการทำากิจกรรมร่วมกัน
4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความซื่อสัตย์ ความมุ่งมั่นอดทน จากการอภิปรายและการทำากิจกรรม

แนวคาตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.3
ำ
ำ
ำ
ู
ี
1. จงเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์ของแรงค่ควบท่กระทาต่อขดลวดกับมุมท ี ่
ระนาบของขดลวดทำากับสนามแม่เหล็ก
ู
แนวคาตอบ เขยนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์ของแรงคควบทกระทาตอขดลวดกบมม
่
ี
่
ำ
ำ
่
ี
ุ
ั
ำ
ี
ท่ระนาบของขดลวดทากับสนามแม่เหล็ก ตามสมการ M = NIABcosθ โดยให้แกน y เป็น
ำ
ู
โมเมนต์ของแรงค่ควบและแกน x คือ มุมท่ระนาบขดลวดทากับสนามแม่เหล็ก
ี
จะได้กราฟความสัมพันธ์ y = kcos x เมื่อ k = NIAB เป็นค่าคงตัว y เป็น M และ x เป็น θ
ดังรูป
M
θ
π π 3π 2π
2 2





รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจ ข้อ 1




สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

62 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 63






2. เพราะเหตุใด การสร้างแกลแวนอมิเตอร์จึงใช้ขดลวดขนาดเล็กและมีน้ำาหนักเบา

ี
แนวคาตอบ เพราะต้องการให้แกลแวนอมิเตอร์มีความไวต่อกระแสไฟฟ้าหรือมีขดลวดท่หมุน
ำ
ได้ง่าย เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าที่มีปริมาณน้อย ๆ ได้ ขดลวดจึงต้องมีมวลน้อย ๆ
3. โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดของมอเตอร์จะมากขึ้นหรือน้อยลง ถ้า
ก. กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำามากขึ้น จงอธิบายเหตุผลประกอบ

ข. สนามแม่เหล็กในมอเตอร์มีค่ามากขึ้น จงอธิบายเหตุผลประกอบ
ค. จำานวนรอบของขดลวดมีค่ามากขึ้น จงอธิบายเหตุผลประกอบ
แนวคำาตอบ
ก. กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำามากขึ้น โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดมากขึ้น

ข. สนามแม่เหล็กในมอเตอร์มีค่ามากขึ้น โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดมากขึ้น
ค. จำานวนรอบของขดลวดมีค่ามากขึ้น โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดมากขึ้น
เพราะโมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดของมอเตอร์เป็นไปตามสมการ M = NIABcosθ จะเห็นว่า
ี
ำ
ำ
ี
ค่าโมเมนต์ท่กระทากับขดลวดแปรผันตามกระแสไฟฟ้าท่ผ่านขดลวดตัวนา สนามแม่เหล็ก และ
จำานวนรอบของขดลวด

เฉลยแบบฝึกหัด 15.3




ี
ื
ำ
ู
1. ขดลวดวงกลมมีพ้นท่หน้าตัด 60 ตารางเซนติเมตร มีขดลวดพันอย่จานวน 600 รอบ และม ี
กระแสไฟฟ้าผ่าน 1 แอมแปร วางไว้ในสนามแม่เหล็กท่มีขนาดเท่ากับ 1 เทสลา จงหาโมเมนต ์
ี
์
สูงสุดของขดลวด
วิธีทำา โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดเป็นไป ตามสมการ
M = NIABcosθ
มีค่าสูงสุดเมื่อ cosθ = 1 จะได้ว่าโมเมนต์สูงสุดของขดลวด
M = NIAB
แทนค่าได้ M = (600)(1A)(60 × 10 m )(1T)
-2
-4
= 3.6 N m
ตอบ โมเมนต์สูงสุดของขดลวดเท่ากับ 3.6 นิวตันเมตร








สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

64 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 65






2. ขดลวดตัวนำารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีพื้นที่ 10 ตารางเซนติเมตร วางอยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก

ำ
ำ
ู
ขนาดเท่ากับ 5 เทสลา ถ้าจานวนขดของลวดตัวนาเท่ากับ 400 รอบ จงหาโมเมนต์ของแรงค่ควบ
ึ
ี
ื
ำ
ำ
ท่เกิดข้นเม่อระนาบขดลวดทามุม 60 องศากับทิศทางของสนามแม่เหล็ก (กาหนดให้กระแสไฟฟ้า
ที่ผ่านขดลวดเท่ากับ 6 แอมแปร์)
วิธีทำา โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดเป็นไป ตามสมการ
M = NIABcosθ
แทนค่าได้ M = (400)(6A)(10 × 10 m )(5T)(cos60˚)
-4
-2
= 6 N m
ตอบ โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้นเท่ากับ 6 นิวตันเมตร
3. ขดลวดวงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เซนติเมตร จำานวน 12 รอบ มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 5 แอมแปร์

วางอยู่ในสนามแม่เหล็กขนาด 0.6 เทสลา จงหา
ก. โมเมนต์ที่มากที่สุดของขดลวด
ึ
ึ
ข. มุมระหว่างระนาบของขดลวดกับสนามแม่เหล็กท่มีโมเมนต์เป็นคร่งหน่งของโมเมนต ์
ี
มากที่สุดที่กระทำาต่อขดลวด
วิธีทำา โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดเป็นไป ตามสมการ
M = NIABcosθ

มีค่าสูงสุดเมื่อ cosθ = 1 จะได้ว่าโมเมนต์สูงสุดของขดลวด
M = NIAB

ก. โมเมนต์ที่มากที่สุดของขดลวด หาได้จากสมการ
M = NIAB
  0.08  2 
แทนค่าได้ M = (12) (5A π   2   m  (0.6T )
2
)


= 0.18 N m  
ข. ขณะที่โมเมนต์เป็นครึ่งหนึ่งของโมเมนต์ที่มากที่สุด จะได้ว่า
1

M = NIAB 
2

1
NIAB

้
ได cosθ = NIAB 
2

cosθ = 1
2
ดังนั้น θ = 60˚


สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

64 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 65






ตอบ ก. โมเมนต์ที่มากที่สุดของขดลวดเท่ากับ 0.18 นิวตันเมตร

ี
ี
ำ
ข. ตาแหน่งของขดลวดท่มีโมเมนต์เป็นคร่งหน่งของโมเมนต์ท่มากท่สุด ทามุมกับ
ำ
ี
ึ
ึ
สนามแม่เหล็ก 60 องศา
15.4 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาและอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา
จุดประสงค์การเรียนรู้
1. สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา โดยใช้กฎของฟาราเดย์
2. อธิบายและหาทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา โดยใช้กฎของเลนซ์
3. อธิบายการทำางานของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา

4. อธิบายการทำางานของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา

สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า
กรณีครูสาธิตการเหนี่ยวนำากระแสไฟฟ้าโดยใช้เชือกพันแกนมอเตอร์กระแสตรง
1. มอเตอร์ไฟฟ้า
2. เชือก

3. หลอดไฟพร้อมขั้วขนาด 3 โวลต์หรือน้อยกว่า

แนวการจัดการเรียนรู้
ู
ำ
ี
ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.4 โดยการสาธิตการเหน่ยวนากระแสไฟฟ้า เช่น ใช้เชือกพันแกนมอเตอร์ไฟฟ้า
ำ
ี
้
ี
ำ
ั
ื
กระแสตรงเม่อดึงเชือกอย่างเร็วสามารถทาให้หลอดไฟท่ต่อกับข้วมอเตอร์สว่างได หรือกิจกรรมอ่น ๆ ท่แสดง
ื
ให้เห็นการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา แล้วครูตั้งคำาถามว่าเหตุการณ์เหล่านั้น เช่น หลอดไฟสว่างเมื่อหมุน
แกนมอเตอร์ เกิดขึ้นได้อย่างไร
ิ
ู
่
้
ั
ี
ำ
่
้
่
ั
้
ั
ี
ครเปดโอกาสใหนกเรยนแสดงความคดเหนอยางอสระ โดยไมคาดหวงคาตอบทถกตอง จากนนคร ู
ู
ิ
็
ิ
นาอภิปรายจนสรุปได้ว่า เคร่องกาเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เปล่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าใช้หลักการ
ำ
ี
ำ
ื
์
ี
ี
ี
เหน่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้า ซ่งค้นพบโดยไมเคิล ฟาราเดย แล้วครูช้แจงหัวข้อต่อไปน้นักเรียนจะได้ศึกษา
ำ
ึ
ี
การเหน่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้า และการนาความร้เก่ยวกับอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาไปประยุกต์ใช ตามรายละเอียด
้
ำ
ำ
ี
ี
ู
ำ
ในหนังสือเรียน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

66 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 67




15.4.1 กฎการเหนี่ยวนำาของฟาราเดย์

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

-

แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 10 และ 11 ของหัวข้อ 15.4 ตามหนังสือเรียน

ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.4.1 โดยทบทวนเกี่ยวกับฟลักซ์แม่เหล็ก โดยบริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กมีฟลักซ์
ี
์
แม่เหล็กหนาแน่นกว่าบริเวณท่ไกลออกไป และการใช้งานของแกลแวนอมิเตอร และทบทวนหัวข้อ 15.1
ี
ำ
ั
ำ
ำ
เก่ยวกับกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนาทาให้เกิดสนามแม่เหล็ก แล้วครูต้งคาถามว่า ในทางกลับกันสนามแม่เหล็ก
ทำาให้เกิดกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำาได้หรือไม่ อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ
โดยไม่คาดหวังคำาตอบ จากนั้นให้นักเรียนศึกษาการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาในขดลวดตัวนำาผ่านการทำา
กิจกรรม 15.3 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา

กิจกรรม 15.3 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา



จุดประสงค์
1. สังเกตการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาในขดลวดตัวนำา

เวลาที่ใช้ 30 นาที

วัสดุและอุปกรณ์
1. ขดลวดทองแดงเคลือบฉนวน 1 ขด
2. แกลแวนอมิเตอร์ 1 เครื่อง

3. แท่งแม่เหล็ก 1 อัน
4. สายไฟ 2 เส้น



















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

66 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 67






ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม


การเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็ก ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์


แท่งแม่เหล็กอยู่นิ่งในขดลวด
















เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กออก

จากขดลวด














เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็ก
เข้าขดลวด






















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

68 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 69






ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม


การเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็ก ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์


เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กออก
ขดลวดเร็วมากขึ้น
























เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กเข้า

ขดลวดเร็วมากขึ้น






























สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

68 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 69





แนวคำาตอบคำาถามท้ายกิจกรรม


□ ขณะแท่งแม่เหล็กอยู่นิ่งในขดลวดเคลือบฉนวน เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนจากเดิมหรือไม่
แนวคำาตอบ ไม่เบนจากเดิม
□ ขณะเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวด เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนอย่างไร

ื
ี
ำ
แนวคาตอบ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกจากขดลวดเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนจาก
ั
ึ
ำ
ตาแหน่งศูนย์ไปในทิศทางหน่ง และขณะเคล่อนท่เข้าขดลวดจะเบนจากตาแหน่งศูนย์ไปใน
ำ
ื
ี
ทิศทางตรงข้าม
ื
ึ
ั
ี
□ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวดเร็วมากข้น เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนต่างจาก
ตอนแรกอย่างไร
ำ
ำ
แนวคาตอบ เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนจากตาแหน่งศูนย์ไปในทิศทางเช่นเดียวกับตอนแรก
แต่เบนมากกว่าตอนแรก
□ ขณะเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกแล้วเข้า ขดลวดมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร
แนวคำาตอบ มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นสังเกตได้จากการเบนจากตำาแหน่งศูนย์ของเข็มแกลแวนอมิเตอร์
ื
ิ
ึ
่
ี
้
ี
่
ั
ี
ื
□ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกและขณะเคล่อนทเขาขดลวด กระแสไฟฟ้าทเกดข้นมีทิศ
เดียวกันหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร
ี
ี
ื
ั
ำ
ื
แนวคาตอบ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกและขณะเคล่อนท่เข้าขดลวดกระแสไฟฟ้าม ี
ทิศทางตรงกันข้ามกัน สังเกตได้จากทิศทางการเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์จากตำาแหน่งศูนย์
มีทิศทางตรงข้ามกัน
□ การเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวดด้วยความเร็วต่างกัน เกิดกระแสไฟฟ้าภายใน
ขดลวดมีขนาดเท่ากันหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร
ำ
แนวคาตอบ ไม่เท่ากัน สังเกตได้จากการเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์จากตาแหน่งศูนย์เบน
ำ
ไม่เท่ากัน







สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

70 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 71






อภิปรายหลังการทำากิจกรรม


ำ
ำ
หลังจากครูให้นักเรียนตอบคาถามท้ายกิจกรรม ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทา
กิจกรรม 15.3 จนสรุปได้ดังนี้
∙ ขณะแท่งแม่เหล็กอย่น่งเข็มแกลแวนอมิเตอร์อย่ท่ตำาแหน่งศูนย แสดงว่าไม่ม ี
ู
ี
ิ
ู
์
กระแสไฟฟ้าจากขดลวดผ่านแกลแวนอมิเตอร์
∙ เม่อเคล่อนปลายข้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวด เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนไปจาก
ื
ั
ื
ตาแหน่งศูนย์แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าจากขดลวดผ่านแกลแวนอมิเตอร และการท ี ่
ำ
์
เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนในทิศทางตรงข้ามกันแสดงว่ากระแสไฟฟ้าท่เกิดข้นใน
ี
ึ
ขดลวดมีทิศทางตรงข้ามกัน
∙ เมื่อเคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กเข้า - ออกจากขดลวดเร็วขึ้น เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบน
มากขึ้น แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าจากขดลวดมากขึ้น
ำ
ครูอาจถามคาถามชวนคิดในหน้า 64 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน
แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้



แนวคำาตอบชวนคิด

จากกิจกรรม 15.3 หากกลับปลายขั้วแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ออกแล้วเข้าจากขดลวด การเบนของ

เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะมีลักษณะเหมือนหรือแตกต่างจากกิจกรรมหรือไม่ อย่างไร
แนวคำาตอบ เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนออกจากตำาแหน่งศูนย์แตกต่างกัน โดยแต่ละกรณีการเบน
ของเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนตรงข้ามกับในกิจกรรม



ี
ื
ครูต้งคาถามว่าการเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกและเข้าขดลวดตัวนาทาให้ฟลักซ์แม่เหล็กท่ผ่าน
ั
ี
ั
ำ
ำ
ำ
ี
ขดลวดมีการเปล่ยนแปลงหรือไม อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ
่
ี
ำ
ี
โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นครูนาอภิปรายจนสรุปได้ว่ามีการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท่ผ่าน
ี
ำ
ั
ขดลวด ตั้งคำาถามว่า เมื่อเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกหรือเข้าขดลวดทำาให้ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวด
เปลี่ยนแปลงแล้วเกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด ได้อย่างไร ครูให้นักเรียนศึกษาความรู้เกี่ยวการเกิดอีเอ็มเอฟ
ี
ำ
้
เหนยวนาตามรายละเอยดในหนงสอเรยน หรอสบคนจากแหลงความรอน ๆ แลวนาเสนอผลการศกษาหรอ
ื
ึ
ำ
่
ื
้
ี
ื
ั
ื
่
ื
ี
้
่
ู
การสืบค้น
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

70 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 71




ี
ี
ื
ี
ครูกับนักเรียนร่วมกันอภิปรายเก่ยวกับการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท่ผ่านพ้นท่หน้าตัดขดลวด
ี
ี
ำ
ี
ี
ำ
ทาให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวดในกิจกรรม 15.3 จนสรุปได้เก่ยวกับ กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนา การเหน่ยวนา
ำ
่
ี
้
ี
็
์
ำ
้
่
ำ
ี
่
แมเหล็กไฟฟา อเอมเอฟเหนยวนา กฎการเหนยวนาของฟาราเดย์และกฎของเลนซ จนไดสมการ (15.7)
ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ี
ิ
ั
ู
้
่
ู
ั
ื
ี
้
จากนนครใชรป 15.46 และ 15.47 ในหนงสอเรยน นาอภปรายเกยวกบการหาทิศทางของ
ั
ำ
ำ
กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดตัวนาตามกฎของเลนซ์โดยใช้มือขวา จนสรุปได้ตามรายละเอียดใน
ำ
ี
หนังสือเรียน
ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.10 โดยครูเป็นผู้ให้คำาแนะนำา
15.4.2 เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า
ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น
ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง
ื
ี
ำ
ี
1. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน 1. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน
ื
ำ
อัตราการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท ี ่ อัตราการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กผ่าน
ี
ผ่านขดลวดมีค่าคงตัวตลอดเวลา ขดลวดมีค่าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
ำ
2. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน 2. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน
ี
ื
ื
ำ
ี
ี
ี
อัตราการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท ่ ี อัตราการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท ่ ี
ี
ี
ุ
่
ื
ื
ี
ผานขดลวดจะมคามากทสด เม่อระนาบ ผ่านขดลวดจะมีค่ามากท่สุด เม่อระนาบ
่
่
ขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ขดลวดขนานกับสนามแม่เหล็ก
แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 12 ของหัวข้อ 15.4 ตามหนังสือเรียน
ำ
ู
ำ
์
ื
ี
ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.4.2 โดยอภิปรายเพ่อทบทวนเก่ยวกับกฎการเหน่ยวนาของฟาราเดย และ
ี
ั
ำ
ื
การหมุนแกนของมอเตอร์ทาให้หลอดไฟสว่าง จากน้นอภิปรายเพ่อสรุปว่าฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดของ
มอเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงขณะหมุนทำาให้เกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา แสดงว่าพลังงานกลสามารถเปลี่ยนเป็น
พลงงานไฟฟ้าได้ จากนั้นครูตั้งคำาถามว่า เครื่องกำาเนิดไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านของเรามีหลักการทำางาน
ั
ี
่
ำ
อยางไร โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง
จากนั้นให้นักเรียนทำากิจกรรม 15.4 เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

72 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 73






กิจกรรม 15.4 เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า



จุดประสงค์
้
ั
ิ
้
่
ิ
้
ื
ำ
ั
1. สงเกตทศทางของกระแสไฟฟากระแสตรงและไฟฟากระแสสลบจากเครองกาเนดไฟฟา
อย่างง่าย
เวลาที่ใช้ 50 นาที
วัสดุและอุปกรณ์
1. ชุดเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า 1 เครื่อง
2. แกลแวนอมิเตอร์ 1 เครื่อง
3. สายไฟ 2 เส้น
ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม


การ ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์


วงแหวนแยก




































สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

72 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 73







ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

การ ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์


วงแหวนผ่าซีก


































แนวคำาตอบคำาถามท้ายกิจกรรม

ื
ำ
ี
ื
□ ในกรณีท่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนแยก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าการเบนของเข็ม
แกลแวนอมิเตอร์มีลักษณะเป็นอย่างไร
แนวคำาตอบ การเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนกลับไปกลับมาระหว่างบวกกับลบ
□ ในกรณีที่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนแยก ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีลักษณะอย่างไร สังเกตได้
อย่างไร

แนวคำาตอบ ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีลักษณะสลับทิศไปมา สังเกตได้จากเข็มแกลแวนอมิเตอร์
เบนกลับไปกลับมาระหว่างบวกกับลบ
ำ
ื
ื
ี
□ ในกรณีทแปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนผ่าซีก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าการเบนของเข็ม
่
แกลแวนอมิเตอร์มีลักษณะเป็นอย่างไร
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

74 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 75






แนวคาตอบ การเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์มีลักษณะเบนไปเบนมา ระหว่างศูนย์กับบวกหรือ
ำ
ศูนย์กับลบ ทางใดทางหนึ่ง
ื
ี
□ ในกรณีท่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนผ่าซีก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าในทิศทางตรงข้าม
ื
ำ
การเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์ มีลักษณะเป็นอย่างไร
แนวคาตอบ เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนออกจากตาแหน่งศูนย์เช่นเดียวกัน แต่เบนใน
ำ
ำ
ทิศตรงข้ามกับครั้งก่อน


อภิปรายหลังการทำากิจกรรม


ี
ื
ำ
ื
ในกรณีท่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนแยก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าจะสังเกตได้ว่าแปรง
สัมผัสจะแตะกับวงแหวนหน่งเสมอ และเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนกลับไปกลับมาระหว่างบวกกับ
ึ
ลบ แสดงว่ากระแสไฟฟ้าที่ผ่านแปรงสัมผัสมีทิศทางกลับไปกลับมา
ี
ื
ี
่
ี
ั
้
ในกรณท่แปรงสัมผสแตะกับวงแหวนผาซก เม่อหมุนเครองกาเนิดไฟฟาจะสงเกตไดว่าแปรง
้
ั
ำ
ื
่
ึ
สัมผัสจะสลับการแตะกับวงแหวนทุกคร่งรอบ และเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนไปเบนมาระหว่าง
ี
ึ
ศูนย์กับบวกหรือศูนย์กับลบทางใดทางหน่ง แสดงว่ากระแสไฟฟ้าท่ผ่านแปรงสัมผัสมีทิศทางเดียว
ตลอดเวลา
ความรู้เพิ่มเติมสำาหรับครู
กรณีกระแสตรงจากเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะไม่ชี้นิ่งที่ค่าใดค่าหนึ่งเนื่องจากเป็น
กระแสไฟฟ้าตรงที่มีค่าไม่สม่ำาเสมอ
ำ
ครูให้นักเรียนศึกษาส่วนประกอบของเคร่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับโดยใช้รูป 15.48 จากน้นให ้
ั
ื
นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปส่วนประกอบที่สำาคัญ ได้ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ครูให้นักเรียนศึกษาการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเมื่อหมุนขดลวด
ด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงตัวในช่วงเวลาหนึ่งคาบโดยใช้รูป 15.49 แล้วนำาอภิปรายเกี่ยวกับการเกิดอีเอ็มเอฟ
ี
ำ
ี
ำ
ำ
เหน่ยวนาและกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในแต่ละช่วงเวลาโดยใช้กฎการเหน่ยวนาของฟาราเดย์และกฎของ
ี
ึ
ื
ี
ำ
ิ
์
ั
เลนซ จนสรุปได้ว่าเม่อเร่มหมุนขดลวดจากตาแหน่งท่ระนาบขดลวดต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจนครบหน่ง
คาบ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำามีค่าเปลี่ยนแปลงตามเวลา สามารถเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟ
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

74 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 75




ี
์
ำ
เหน่ยวนากับเวลา ได้เป็นกราฟเป็นรูปฟังก์ชันแบบไซน ดังรูป 15.49 จ. และพบว่าทิศทางของกระแสไฟฟ้า
T T
เหนี่ยวนำาในช่วงเวลา 0 t≤≤ และ <≤
tT ที่ผ่านวงแหวนแยกและแปรงสัมผัสมายังอุปกรณ์ไฟฟ้า
2 2
มีทิศตรงข้ามกันทุกครึ่งคาบ ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ั
์
ี
ำ
ครูต้งคาถามว่าจากกราฟอีเอ็มเอฟเปล่ยนแปลงตามเวลาเป็นรูปฟังก์ชันแบบไซน สามารถเขียน
สมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหน่ยวนากับเวลาได้อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียน
ี
ำ
แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาถามที่ถูกต้อง
ำ
ำ
จากคาตอบของนักเรียนครูนาอภิปรายจนสรุปได้ว่าเม่อขดลวดหมุนด้วยอัตราเร็วเชิงมุม ω คงตัว
ื
ความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหน่ยวนากับเวลา t เป็นไปตามสมการ (15.8) ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ำ
ี
ครูอาจถามคาถามชวนคดในหนา 75 ให้นกเรยนอภิปรายรวมกน โดยครูเปดโอกาสให้นักเรียน
ำ
ั
ิ
้
ั
ิ
ี
่
แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้
แนวคำาตอบชวนคิด
หากต่อตัวต้านทานแทนอุปกรณ์ไฟฟ้ากับเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ กราฟความสัมพันธ์
ระหวางอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับกับเวลาเป็นดังรูป
่

อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ
ε 0
0 เวลา
T T 3T 2T
2 2
ε − 0



รูป กราฟความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับกับเวลา

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะมีลักษณะอย่างไร
แนวคำาตอบ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะเป็นรูปฟังก์ชัน
แบบไซน์เหมือนกับกราฟอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำากับเวลา ดังรูป โดยค่าของกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับค่า
ความต้านทานของตัวต้านทานที่นำามาต่อ









สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

76 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 77







กระแสไฟฟา


I 0

0 เวลา
T T 3T 2T
2 2
I − 0






ั
ครูให้นักเรียนศึกษาส่วนประกอบของเคร่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้รูป 15.50 จากน้นให ้
ื
ำ
นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปส่วนประกอบที่สำาคัญ ได้ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ื
ำ
ี
ำ
ื
ครูให้นักเรียนศึกษาการเกิดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาของเคร่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเม่อหมุนขดลวด
ด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงตัวในช่วงเวลาหนึ่งคาบโดยใช้รูป 15.51 แล้วนำาอภิปรายเกี่ยวกับการเกิดอีเอ็มเอฟ
ี
ำ
ี
ี
ำ
ำ
เหน่ยวนาและกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในแต่ละช่วงเวลาโดยใช้กฎการเหน่ยวนาของฟาราเดย์และกฎของ
ำ
เลนซ จนสรุปได้ว่าเม่อเร่มหมุนขดลวดจากตาแหน่งท่ระนาบขดลวดต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจนครบหน่ง
ี
ั
ื
์
ึ
ิ
คาบ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำามีค่าเปลี่ยนแปลงตามเวลา สามารถเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟ
T
เหน่ยวนากับเวลา ดังรูป 15.51 จ. และพบว่าทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในช่วงเวลา 0 t≤≤
ี
ำ
ี
ำ
T 2
และ <≤ ี
tT ท่ผ่านวงแหวนผ่าซีกและแปรงสัมผัสมายังอุปกรณ์ไฟฟ้ามีทิศทางเดียวกันตลอดเวลา
2
ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ครูอาจถามคาถามชวนคิดในหน้า 78 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน
ำ
แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้








สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

76 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 77






แนวคำาตอบชวนคิด


หากต่อตัวต้านทานแทนอุปกรณ์ไฟฟ้ากับเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง กราฟความสัมพันธ์ระหว่าง
อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงกับเวลาเป็นดังรูป

อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ
ε 0




0 T T 3T 2T เวลา
2 2
ε − 0



รูป กราฟความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงกับเวลา

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะมีลักษณะอย่างไร
แนวคำาตอบ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะเหมือนกับกราฟ
อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำากับเวลา ดังรูป โดยค่าของกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่ค่าความต้านทานของตัวต้านทาน
ที่นำามาต่อ

กระแสไฟฟา


I 0

0 เวลา
T T 3T 2T
2 2
I − 0



















สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

78 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 79




15.4.3 การประยุกต์ใช้นำาหลักการอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

-

แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 13 ของหัวข้อ 15.4 ตามหนังสือเรียน

ี
ี
่
ำ
ุ
ู
ี
์
ุ
ุ
้
่
ครให้นักเรียนยกตัวอยางอปกรณ์ไฟฟาทประยกตใช้การเหน่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้าและมการประยกต ์
ใช้การเหน่ยวนาแม่หล็กไฟฟ้าอย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ
ี
ำ
โดยไม่คาดหวังคำาถามที่ถูกต้อง
ำ
ี
ู
ครูให้นักเรียนศึกษาความร้เก่ยวการประยุกต์ใช้นาหลักการอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาของอุปกรณ์ไฟฟ้าใน
ำ
ี
หนังสือเรียน ได้แก แบลลัสต์แบบขดลวดของหลอดฟลูออเรสเซนต มอเตอร์ไฟฟ้าเหน่ยวนา กีตาร์ไฟฟ้า
ำ
่
์
ี
เตาแม่เหล็ก หรือสืบค้นจากแหล่งความรู้อื่น ๆ ให้นักเรียนนำาเสนอ จากนั้นนำาอภิปราย จนสรุปได้เกี่ยวกับ
การประยุกต์ใช้หลักการเหนี่ยวนำา ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน
ครูให้นักเรียนตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.4 และทาแบบฝึกหัด 15.4 โดยครูอาจมีการ
ำ
ำ
เฉลยคำาตอบและอภิปรายคำาตอบร่วมกัน
แนวการวัดและประเมินผล
ี
ำ
ู
ี
1. ความร้เก่ยวกับการเกิดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาและทิศทางของอีเอ็มเอฟเหน่ยวนา การทางานของ
ำ
ี
ำ
เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ จากการอภิปรายร่วมกัน แบบฝึกหัดและแบบทดสอบ
2. ทักษะการสื่อสารสารสนเทศและการรู้เท่าทันสื่อ จากการอภิปรายร่วมกันและการนำาเสนอผล
3. ทักษะการใช้จานวน ในการหาปริมาณต่าง ๆ ท่เก่ยวข้องกับอีเอ็มเอฟเหน่ยวนา จากแบบฝึกหัดและ
ำ
ี
ำ
ี
ี
แบบทดสอบ
4. ทักษะความร่วมมือ การทำางานเป็นทีมและภาวะผู้นำา จากการอภิปรายร่วมกัน
5. จิตวิทยาศาสตร ความรอบคอบ และความอยากร้อยากเห็น จากการทดลองและอภิปรายร่วมกัน
์
ู


สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

78 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 79





แนวคาตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.4
ำ
ำ


1.
วงแหวนอะลูมิเนียม












สวิตซ

รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 1
ื
ึ
จากรูปเม่อกดสวิตซ์ให้วงจรปิด ปรากฏว่าวงแหวนอะลูมิเนียมจะกระเด็นข้นจากตาแหน่งเดิม
ำ
จงอธิบายว่าวงแหวนอะลูมิเนียมกระเด็นขึ้นได้เพราะเหตุใด
้
่
์
แนวคาตอบ เมอกดสวิตซใหกระแสไฟฟาผ่านขดลวดจะทาใหเกดสนามแมเหล็กมขนาดเพ่มขน
้
ิ
ี
ึ
้
้
ำ
่
ิ
ำ
ื
ี
ำ
ำ
มีฟลักซ์แม่เหล็กเพ่มข้นผ่านวงแหวนอลูมิเนียม ทาให้เกิดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาและกระแสไฟฟ้า
ิ
ึ
ี
ำ
ี
์
เหน่ยวนาในวงแหวนมีทิศทางตามกฎของเลนซ กระแสเหน่ยวนาในวงแหวนจะเกิดในทิศทาง
ำ
ี
ึ
ิ
ั
สร้างสนามแม่เหล็กมีทิศตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของขดลวดในกรณีท่ฟลักซ์เพ่มข้น น้นคือ
กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาในวงแหวนจะมีทิศทางตรงข้ามกับกระแสไฟฟ้าในขดลวด ทำาให้เกิดแรง
ี
ู
ผลักระหว่างวงแหวนกับขดลวด เช่นเดียวกับแรงผลักระหว่างลวดตัวนาค่ขนานท่มีกระแสไฟฟ้า
ำ
ผ่านในทิศทางตรงข้ามกัน ทำาให้วงแหวนเคลื่อนที่ขึ้น
2.
N S
A B C D
รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2
จากรูป กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาจะผ่านตัวต้านทาน AB และ CD ในทิศทางใด เมื่อ
ก. เคลื่อนแท่งแม่เหล็กไปทางขวา
ข. เคลื่อนแท่งแม่เหล็กไปทางซ้าย
ี
ำ
แนวคาตอบ สามารถหาทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดโดยใช้มือขวา ตาม
ำ
รายละเอียดในหนังสือเรียนรูป 15.46 และ 15.47
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

80 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 81






ก. ขณะเคล่อนแท่งแม่เหล็กไปทางขวาขดลวดทางด้านซ้ายจะมีฟลักซ์แม่เหล็กลดลง ขณะท ี ่
ื
ึ
ิ
ั
ขดลวดทางด้านขวามีฟลักซ์แม่เหล็กเพ่มข้น จากกฎของเลนซ์จะได้กระแสไฟฟ้าท้งสอง ดังรูป
ี
จึงได้กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาจะผ่านตัวต้านทาน AB ในทิศทางจาก B ผ่านตัวต้านทานไป A
ำ
และผ่านตัวต้านทาน CD จาก C ผ่านตัวต้านทานไป D

NNNN N SSSS S

I A B I C D



รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 ก.

ำ
ข. กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาจะผ่านตัวต้านทาน AB ในทิศทางจาก A ผ่านตัวต้านทานไป B และ
ี
ผ่านตัวต้านทาน CD จาก D ผ่านตัวต้านทานไป C ดังรูป

N
N N N S S S S S
N
I A B I C D



รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 ข.

3.
เคลื่อนเขา

N S รูป 1





เคลื่อนออก


N S รูป 2





รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3





สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

80 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 81






ื
ื
ั
จากรูป 1 ถ้าเคล่อนข้ว N ของแท่งแม่เหล็กเข้าหาศูนย์กลางของขดลวด และจากรูป 2 เคล่อนข้ว
ั
ำ
N ของแม่เหล็กออกจากศูนย์กลางของขดลวด จงเขียนทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนา I
ี
ind
ที่เกิดขึ้นในขดลวด ทั้งสอง
ี
ื
ื
แนวคำาตอบ เม่อเคล่อนแม่เหล็กเข้าหาขดลวด จะเกิดการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กในทิศทาง
ี
ไปทางซ้าย จึงมีการสร้างสนามแม่เหล็กไปทางขวา เพ่อต้านทิศทางการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก
ื
ำ
โดยจะมีกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดในทิศทางตามการใช้มือขวาโดยให้น้วหัวแม่มือช้ไปทางขวา
ิ
ี
ี
ดังรูป 1 และสำาหรับเคลื่อนแม่เหล็กออกจากขดลวด จะเกิดการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กในทิศทาง
ี
ไปทางขวา จึงมีการสร้างสนามแม่เหล็กไปทางซ้าย เพ่อต้านทิศทางการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก
ื
ี
ี
ิ
โดยจะมีกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดในทิศทางตามการใช้มือขวาโดยให้น้วหัวแม่มือช้ไปทางซ้าย
ำ
ดังรูป 2

เคลื่อนเขา
I I
N S รูป 1
เคลื่อนออก
I I N S รูป 2






รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3
























สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

82 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 83





Ø˚ เฉลยแบบฝึกหัด 15.4



ิ
ี
ื
1. ในการเคล่อนแท่งแม่เหล็กเข้าหาขดลวดวงกลม ปรากฏว่าฟลักซ์แม่เหล็กท่ตัดกับขดลวดเพ่ม
-4
-4
จาก 1.0 × 10 เวเบอร เป็น 1.2 × 10 เวเบอร ในเวลา 0.2 วินาท จงหาขนาดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนา
ี
ี
์
์
ำ
เฉลี่ยที่เกิดขึ้นมีค่าเป็นเท่าใด
วิธีทำา หาขนาดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาเฉลี่ยที่เกิดขึ้นได้จากสมการ ε ∆ φ
t ∆
-4
การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก (Δϕ) เท่ากับ 1.2 × 10 Wb และ Δt = 0.2 s
แทนค่า ε
-4
= 1.0 × 10 V
-4
ตอบ ขนาดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาเฉลี่ยที่เกิดขึ้นมีค่าเป็น 1.0 × 10 โวลต์
2. วงจรหนึ่งประกอบด้วยหลอดไฟและลวดตัวนำาตรง PQ ที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กสม่ำาเสมอ
ด้วยความเร็วคงตัว v ในทิศทางจากซ้ายไปขวา ดังรูป

× × ×

P
× ×  ×
v

× ×  ×
Q B
× × ×

รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 2
ก. กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาที่ผ่านหลอดไฟมีทิศทางใด

ข. ปลายข้างใดของลวดตัวนำา (P หรือ Q) มีศักย์ไฟฟ้าสูง
วิธีทำา พิจารณาการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กในวงปิดในรูป
ื
ก. จากการเคล่อนท่ของวงจร ฟลักซ์แม่เหล็กตัดผ่านวงจรจะเพ่มข้นอย่างสมาเสมอทาให ้
ิ
ึ
่
ำ
ำ
ี
ี
ำ
ี
ี
เกิดกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาท่ทาให้เกิดสนามแม่เหล็กในทิศทางต้านการเปล่ยนแปลง
ำ
ึ
ื
ฟลักซ์แม่เหล็กท่ตัดผ่านวงจร ซ่งมีทิศทางช้ออกจากกระดาษ เม่อใช้มือขวาหาทิศทาง
ี
ี
ของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา จะมีทิศทวนเข็มนาฬิกา ดังรูป
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

82 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 83






× × ×
I P
× ×  ×
v
× ×  ×

I Q B
× × ×

รูป ประกอบวิธีทำาสำาหรับแบบฝึกหัดข้อ 2
ข. จากข้อ ก. กระแสไฟฟ้าจะออกจาก P ผ่านหลอดไฟ และเข้าสู่ Q ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะ
เคลื่อนที่จากตำาแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงผ่านอุปกรณ์ไปสู่ศักย์ไฟฟ้าต่ำา ดังนั้น ปลาย P

มีศักย์ไฟฟ้าสูง
ตอบ ก. ทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาจะมีทิศทวนเข็มนาฬิกา ดังรูป
ข. ปลาย P มีศักย์ไฟฟ้าสูง




15.5 ไฟฟ้ากระแสสลับ
จุดประสงค์การเรียนรู้
์
1. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย กระแสไฟฟ้ากับเวลา ในรูปของฟังก์ชันแบบไซน ์
ของไฟฟ้ากระแสสลับ
2. อธิบายและคำานวณ ความต่างศักย์อาร์เอ็มเอสและกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็มเอส
ิ
ำ
ำ
้
ื
3. อธบายหลักการทางานของเคร่องกาเนิดไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส และการส่งไฟฟ้ากระแสสลับ
ไปตามบ้านเรือน
4. อธิบายหลักการทำางานของหม้อแปลง และคำานวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง
แนวการจัดการเรียนรู้
ี
ู
ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.5 โดยครูทบทวนความร้เก่ยวกับไฟฟ้ากระแสสลับจากเคร่องกาเนิดไฟฟ้า
ู
ำ
ื
ำ
ำ
่
ั
ั
จากน้นครูต้งคาถามว่าเคยเห็นเสาไฟฟ้าแรงสูงหรือไม และไฟฟ้าแรงสูงหมายถึงอะไร ครูเปิดโอกาสให ้
ี
ี
ั
ำ
นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นครูช้แจ้งว่าในหัวข้อน ี ้
ี
ี
ี
นักเรียนจะได้ศึกษาเก่ยวกับปริมาณต่างๆ ท่เก่ยวข้องกับไฟฟ้ากระแสสลับ การผลิตรวมถึงการส่งไฟฟ้า
กระแสสลับจากโรงไฟฟ้า
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

84 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 85




15.5.1 ค่าอาร์เอ็มเอสของความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสสลับ

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น


ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง


ี
1. ค่ายังผลของไฟฟ้ากระแสสลับคือค่าสูงสุด 1. ค่ายังผลของไฟฟ้ากระแสสลับเป็นค่าเฉล่ย
ี
ำ
แบบรากท่สองกาลังสองเฉล่ย ซ่งมีค่าน้อย
ี
ึ
กว่าค่าสูงสุดเสมอ
2. ปริมาณไฟฟ้ากระแสสลับมีขนาดคงตัว 2. ปริมาณไฟฟ้ากระแสสลับมีขนาดเปล่ยน
ี
แต่มีทิศทางเปลี่ยนกลับไปกลับมา แปลงตามเวลา และมีทิศทางเปลี่ยน

กลับไปกลับมา


แนวการจัดการเรียนรู้
ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 14-15 ของหัวข้อ 15.5 ตามหนังสือเรียน

ครูนำาเข้าสู่หัวข้อ 15.5.1 โดยตั้งคำาถามว่า เมื่อต่อไฟฟ้ากระแสสลับกับอุปกรณ์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า
ี
ท่ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าจะมีค่าคงตัวหรือไม่อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ
ำ
โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นครูใช้สมการ ε (t) = ε sin (ωt) นาอภิปรายเก่ยวกับกระแสไฟฟ้า
ี
ี
ำ
ั
0
ำ
ู
ึ
ท่อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น ตัวต้านทาน ซ่งต่ออย่กับแหล่งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับดังรูป 15.57 จนสรุปได้ว่า
ี
์
ี
กระแสไฟฟ้าท่ผ่านตัวต้านทานมีการเปล่ยนแปลงตามเวลาในรูปของฟังก์ชันแบบไซน เหมือนความต่างศักย ์
ี
โดยมีเฟสตรงกัน ดังรูป 15.58
ครูตั้งคำาถามว่าความต่างศักย์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ตามบ้านเรือนในประเทศไทยมีค่าเป็นเท่าไร ให้
์
นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนตอบได้ว่าตามบ้านเรือนใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 230 โวลต หรือครูอาจ
สาธิตโดยใช้เครื่องวัดความต่างศักย์วัดกระแสไฟฟ้าจากปลั๊กไฟ นำามาอภิปรายร่วมกับนักเรียน จากนั้นตั้ง
ั
็
่
่
ี
ั
้
่
คาถามวาการระบความตางศกยขางตนเปนคาคงตวทาไดอยางไร ทงทไฟฟากระแสสลบมค่าความตางศกย ์
ำ
้
้
ั
่
ั
่
่
ุ
ี
้
ำ
้
ั
์
และกระแสไฟฟ้าเปล่ยนแปลงตามเวลา ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม ่
ี
ั
้
็
์
่
้
ั
้
ี
ั
่
ำ
ู
ั
้
ู
้
ี
่
คาดหวงคาตอบทีถกตอง จากนนใหนกเรยนศกษาความรเกยวกับคาอารเอมเอสของไฟฟากระแสสลบจาก
ึ
หนังสือเรียน หรือสืบค้นจากแหล่งความรู้อื่น แล้วให้นักเรียนนำาเสนอผลการศึกษาหรือการสืบค้น จากนั้น
ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกันจนสรุปได้ว่าค่าอาร์เอ็มเอสเป็นค่าเฉล่ยแบบรากท่สองของกาลัง
ำ
ี
ี
ี
ั
สองเฉล่ย บางคร้งเรียกว่าค่ายังผล หรือค่ามิเตอร์มีค่าตามสมการ (15.9) และ (15.10) ตามรายละเอียด
ในหนังสือเรียน จากนั้นให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.11
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

84 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 85




ำ
ครูอาจถามคาถามชวนคิดในหน้า 78 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน
แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้



แนวคำาตอบชวนคิด


ไฟฟ้าตามบ้านเรือน ที่ระบุความต่างศักย์ไฟฟ้า 230 โวลต์ จะมีความต่างศักย์สูงสุดเท่าใด

แนวคำาตอบ ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ระบุไว้เป็นความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส ซึ่งความต่างศักย์สูงสุดมีค่า
เป็น 1.414 เท่าของความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส ดังนั้นความต่างศักย์สูงสุดมีค่า 325 โวลต์




ความรู้เพิ่มเติมสำาหรับครู



ค่ายังผลของปริมาณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้ากระแสสลับ
ค่ายังผลเป็นค่าของกระแสไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับท ่ ี
้
่
้
ั
ี
่
่
ี
ี
้
่
ั
ี
ั
ี
เทยบคากบคาทวดไดจากวงจรไฟฟากระแสตรงทมตวตานทานทมความตานทานคาเดยวกน
ี
้
ี
ั
่
่
(หรือเหมือนกันทุกประการ) เกิดความร้อนเท่ากันในเวลาเท่ากัน อาจใช้วิธีอินติเกรต หาได้ดังนี้
ถ้าให้ R เป็นความต้านทาน และ W เป็นความร้อนในตัวต้านทาน
พิจารณาเมื่อกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ i = I sin (ωt) ผ่านตัวต้านทาน R ในช่วงเวลา 1 รอบ
0
คือ T
dW = i R dt
2
2
dW = (I sin (ωt)) R dt
0
W T
2 2
∫ dW IR sin ω
0 ∫
( ) tdt
0 0
IR T
2
W 0 ∫ sin 2 ( ) ( ) tω td ω
ω 0
∫ sin 2 θ d θ θ − sin 2θ
จาก 2 4
IR ω t sin2 t ω  T
2

จะได้ W 0  − 
ω  2 4 0 
2
IR  Tω 
W 0 − 0 − 0 − 0

ω  2 

2
IRT
W 0
2
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี