หน่วยที่ 3 แม่เหล็กไฟฟ้า

หน่วยการเรียนรู้ท่ี 1 แรงและการเคลื่อนที่
หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 คล่ืน
หน่วยการเรียนรู้ท่ี 3 แม่เหล็กไฟฟ้า
หน่วยการเรียนรู้ที่ 4 ฟิ สิกส์นิวเคลียร์
หน่วยการเรียนรู้ท่ี 5 พลงั งานและพลงั งานทดแทน

ผลการเรียนรู้
1. สังเกตและอธิบายการเกิดสนามแม่เหล็กเน่ืองจากกระแสไฟฟ้า (มฐ. ว 2.2 ม.5/7)
2. สังเกตและอธิบายแรงแม่เหล็กท่ีกระทาต่ออนุภาคท่ีมีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนท่ีใน

ส น า ม แ ม่ เ ห ล็ ก แ ล ะ แ ร ง แ ม่ เ ห ล็ ก ที่ ก ร ะ ท า ต่ อ ล ว ด ตัว น า ท่ี มี ก ร ะ แ ส ไ ฟ ฟ้ า ผ่ า น ใ น
สนามแม่เหลก็ รวมท้งั อธิบายหลกั การทางานของมอเตอร์ (มฐ. ว 2.2 ม.5/8)
3. สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟ รวมท้งั ยกตวั อยา่ งการนาความรู้ไปใชป้ ระโยชน์ (มฐ.
ว 2.2 ม.5/9)
4. สืบคน้ ขอ้ มูลและอธิบายคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า ส่วนประกอบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และหลกั การ
ทางานของอุปกรณ์บางชนิดทีอ่ าศยั คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า (มฐ. ว 2.3 ม.5/11)
5. สืบคน้ ขอ้ มูลและอธิบายการสื่อสาร โดยอาศยั คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการส่งผ่านสารสนเทศ
และเปรียบเทียบการสื่อสารดว้ ยสญั ญาณแอนะลอ็ กกบั สัญญาณดิจิทลั (มฐ. ว 2.3 ม.5/12)

1/83

ปรากฏการณ์แสงเหนือและแสงใต้ แมเ่ หล็กไฟฟ้า
มกั เกิดข้ึนที่บริเวณข้วั โลก แสงเหนือและ คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า
คาถามทา้ ยหน่วยการเรียนรู้
แสงใตเ้ กิดข้ึนไดอ้ ยา่ งไร
2/83
ออโรราที่ปรากฏน้ันเกิดจากอนุภาคมีพลงั งานเคล่ือนที่
ตามเส้นสนามแม่เหล็กมาจากเมกนีโตเทล (megnetotail)
มายงั บรรยากาศช้นั บน อนุภาคส่วนใหญ่ คือ อิเล็กตรอน แต่
อาจมีโปรตอนและไอออนอ่ืน ๆ เม่ืออนุภาคมีประจุพุ่งมายงั
ช้ันบรรยากาศจะเกิดการชนกบั แก๊สซ่ึงทาให้อะตอมของ
แก๊สปลดปล่อยพลงั งานออกมาในรูปของแสง

● 1 ใน 4 แรงพ้ืนฐานในธรรมชาติ คือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซ่ึงเป็ น 3/83
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอม ทาให้
อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสได้ และยงั เป็ นแรงยึดเหน่ียวระหวา่ ง
โมเลกลุ ของสสารดว้ ย

● บริเวณท่ีมีแม่เหลก็ จะมีสนามแม่เหล็กอยู่รอบ ๆ เม่ืออนุภาคที่มี
ประจุไฟฟ้าเคล่ือนที่ในสนามแม่เหลก็ จะมีแรงกระทาต่ออนุภาคน้นั หรือ
ลวดตวั นาที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวางอยู่ในสนามแม่เหล็กจะมีแรง
กระทาต่อลวดตวั นาเช่นกนั

● แม่เหล็กและไฟฟ้ามีความสัมพนั ธ์กัน โดยการเปลี่ยนแปลง
สนามไฟฟ้าทาให้เกิดสนามแม่เหล็ก และการเปลี่ยนแปลงสนามแมเ่ หล็ก
จะทาให้เกิดสนามไฟฟ้าได้ ซ่ึงหลกั การเก่ียวกบั แม่เหล็กไฟฟ้านาไปใช้
สร้างจอภาพ มอเตอร์ไฟฟ้า หรือเครื่องกาเนิดไฟฟ้าได้

1.1 สนามแม่เหลก็

ในอดีต ชาวกรีกไดค้ น้ พบแร่ชนิดหน่ึงที่สามารถดึงดูดเหลก็ ไดแ้ ละช้ีไปในทิศทางเดียวเสมอหลงั จากที่ทาใหแ้ กวง่
อยา่ งอิสระ แร่น้ีกค็ ือ แมกนีไทต์ ซ่ึงเป็ นแร่ที่มีสารแมเ่ หลก็ ประกอบอยู่

แมเ่ หลก็ มี 2 ข้วั คือ ข้วั เหนือและข้วั ใต้ ถา้ นาแท่งแม่เหลก็ 2 แท่งมาวางใกลก้ นั ดา้ นท่ีมีข้วั แมเ่ หลก็ เหมือนกนั จะออก
แรงผลกั กนั ส่วนดา้ นที่มีข้วั แมเ่ หลก็ ต่างกนั จะออกแรงดึงดูดกนั ดงั รูป

ก. แท่งแม่เหลก็ ออกแรงดึงดูดกนั ข. แทง่ แม่เหล็กออกแรงผลกั กนั

แรงกระทาระหวา่ งแท่งแม่เหลก็ 2 แท่งที่อยใู่ กลก้ นั 4/83

● แม่เหล็กสามารถดึงดูดวตั ถุที่มีสารแม่เหล็กได้
เช่น เหลก็ นิกเกิล โคบอลต์ รวมถึงแมเ่ หลก็ ดว้ ยกนั เอง

● ถา้ นาวตั ถุที่มีสารแม่เหล็กเขา้ ไปใกลแ้ ม่เหล็ก
แม่เหล็กจะสามารถออกแรงกระทาต่อวตั ถุน้ันได้ โดย
แรงน้ีจะกระจายอยรู่ อบ ๆ แท่งแมเ่ หลก็

● บริเวณท่ีมีแรงกระทาเนื่องจากแมเ่ หลก็ เรียกวา่
สนามแม่เหลก็ (magnetic field)

แม่เหลก็ สามารถดูดวตั ถทุ ี่มีสารแม่เหลก็ ได้

5/83

(หนงั สือเรียนหนา้ 93)

กจิ กรรมที่ 3.1 สนามแมเ่ หลก็

สรุปผลการทดลอง

ในบริเวณท่ีมีสนามแม่เหล็ก ผงตะไบเหล็กจะเรียงตวั
ต่อกนั จากข้วั แม่เหล็กดา้ นหน่ึงไปยงั ข้วั อีกดา้ นหน่ึง โดยมี
ความหนาแน่นมากตรงบริเวณข้วั ท้งั สองของแม่เหล็ก และ
เมื่อนาเขม็ ทิศมาวางใกล้ ๆ แท่งแม่เหล็ก เขม็ ทิศจะช้ีไปตาม
แนวการเรียงตวั ของผงตะไบเหลก็ โดยมีทิศพงุ่ จากข้วั เหนือ
ไปยงั ข้ัวใต้ของแท่งแม่เหล็ก ซ่ึงแสดงให้เห็นว่าบริเวณ
รอบ ๆ แท่งแมเ่ หลก็ น้นั จะมีสนามแม่เหลก็ อยู่

6/83

คาถามท้ายกจิ กรรม 3. การช้ีของเข็มทิศท่ีวางอยู่ใกลแ้ ท่งแม่เหล็ก
ในแต่ละตาแหน่งมีลกั ษณะอยา่ งไร
1. การเปล่ียนแปลงของผงตะไบเหล็กบนแผน่ กระดาษสีขาว
ท่ีมีแท่งแม่เหล็กแตกต่างจากแผ่นกระดาษท่ีไม่มีแท่ง
แมเ่ หลก็ หรือไม่ อยา่ งไร

2. เม่ือวางแท่งแม่เหล็ก 2 แท่งใต้แผ่นกระดาษสี ขาว
ในลักษณะต่าง ๆ การจัดเรี ยงตัวของผงตะไบเหล็ก
แตกตา่ งกนั หรือไม่ อยา่ งไร

7/83

● แนวการเรียงตวั ของผงตะไบเหล็กจะเรียกว่า
เส้นสนามแม่เหลก็ (magnetic field line) ซ่ึงมีทิศพุง่ จาก
ข้วั เหนือไปสู่ข้วั ใต้

● ปริมาณเส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพ้ืนท่ีบริเวณ
หน่ึง เรียกว่า ฟลักซ์ แม่เหล็ก (magnetic flux) ซ่ึงจะมี
คา่ มากตรงบริเวณข้วั แมเ่ หลก็ ท้งั สอง

เสน้ สนามแม่เหลก็ และการหาทิศของเสน้ สนามแม่เหลก็ โดยใชเ้ ขม็ ทิศ

8/83

เม่ือวางแท่งแม่เหล็ก 2 แท่ง ไวใ้ กล้กนั ในลกั ษณะต่าง ๆ เส้นสนามแม่เหล็กจะเกิดการผลกั และดูดกันตามชนิดของ
ข้วั แมเ่ หลก็ หากวางแท่งแมเ่ หลก็ ข้วั ตา่ งกนั ไวใ้ กลก้ นั ผงตะไบเหลก็ จะเรียงตวั เป็ นแนวจากข้วั หน่ึงไปยงั อีกข้วั หน่ึงเสมอ

ลกั ษณะเสน้ สนามแมเ่ หลก็ เมื่อวางแท่งแม่เหลก็ ข้วั ตา่ งกนั ไวใ้ กลก้ นั

SN NS 9/83
SN
วางในแนวเดียวกนั
วางขนานกนั

กรณีที่วางแท่งแม่เหล็กข้วั เหมือนกนั ไวใ้ กลก้ นั จะส่งผลให้บางบริเวณไม่เกิดการเรียงตวั ของผงตะไบเหล็กเน่ืองจาก
การผลกั กนั ของเสน้ สนามแมเ่ หลก็ โดยบริเวณดงั กลา่ วจะไม่มีเสน้ สนามแมเ่ หลก็ อยู่ เรียกวา่ จดุ สะเทนิ

ลกั ษณะเสน้ สนามแมเ่ หลก็ เม่ือวางแท่งแมเ่ หลก็ ข้วั เหมือนกนั ไวใ้ กลก้ นั

SS NS
NS

วางในแนวเดียวกนั เครื่องหมาย × คือ จุดสะเทิน วางขนานกนั 10/83

สนามแม่เหลก็ จะเขม้ มากตรงบริเวณข้วั ของแท่งแมเ่ หลก็ สนามแม่เหล็กในบริเวณต่าง ๆ รอบ
แท่งแม่เหล็กมีความหนาแน่นไม่เท่ากนั โดย
สังเกตไดจ้ ากการเรียงตวั ของผงตะไบเหล็ก
บริเวณข้วั ของแท่งแมเ่ หลก็ จะมีผงตะไบเหลก็
หนาแน่นกวา่ บริเวณอื่น ๆ

11/83

(หนงั สือเรียนหนา้ 97)

กจิ กรรมที่ 3.2 สนามแมเ่ หลก็ สม่าเสมอ

สรุปผลการทดลอง

บริเวณที่มีสนามแมเ่ หลก็ คงตวั หรือสนามแม่เหลก็ สม่าเสมอ
เส้นสนามแม่เหล็กจะมีลกั ษณะเป็ นเส้นตรงขนานกนั มีทิศทาง
เดียวกนั จากข้วั เหนือไปยงั ข้วั ใต้ และมีค่าเท่ากนั ทุก ๆ ตาแหน่ง

12/83

คาถามท้ายกจิ กรรม S N
1. ภาพวาดแสดงเส้นสนามแม่เหล็กที่ได้จากการลากเส้น
เชื่อมโยงตามแนวการช้ีของเขม็ ทิศมีลกั ษณะเป็ นอยา่ งไร 13/83

2. เส้นที่นักเรียนเขียนเช่ือมโยงตามแนวการช้ีของเข็มทิศ
แต่ละเสน้ เหมือนหรือแตกตา่ งกนั อยา่ งไร

บริเวณท่ีมีสนามแม่เหล็กคงตัวหรื อ N S
สนามแม่เหล็กสม่าเสมอ เส้นสนามแม่เหล็ก
จะมีลกั ษณะเป็ นเส้นตรงขนานกนั มีทิศทาง
เดียวกันจากข้ัวเหนือไปยงั ข้ัวใต้ และมีค่า
เท่ากนั ทุก ๆ ตาแหน่ง

เสน้ สนามแมเ่ หลก็ บริเวณท่ีสนามแมเ่ หลก็ สม่าเสมอ

14/83

1.2 สนามแม่เหลก็ โลก

โลกของเรานอกจากจะประกอบไปด้วย
พ้นื ดิน แหลง่ น้า บรรยากาศ และทรัพยากรธรรมชาติ
ตา่ ง ๆ แลว้ ยงั มีสนามแม่เหลก็ ท่ีห่อหุม้ โลกไว้ ซ่ึงช่วย
ป้องกันอันตรายจากรังสีต่าง ๆ นอกโลก เรียกว่า
สนามแม่เหลก็ โลก (earth’s magnetic field)

15/83

(หนงั สือเรียนหนา้ 98)

กจิ กรรมท่ี 3.3 สนามแมเ่ หลก็ โลก

สรุปผลการทดลอง

โลกมีสนามแม่เหล็กอยจู่ ริง เพราะเมื่อนาแท่งแม่เหล็ก
มาแขวนให้สามารถแกว่งได้อย่างอิสระ แท่งแม่เหล็ก
จะวางตวั ในแนวเหนือ-ใตเ้ ช่นเดียวกบั เขม็ ทิศเสมอ

16/83

คาถามท้ายกจิ กรรม 3. นักเรียนจะสรุปและอธิบายผลการทดลอง
1. ทุก ๆ ตาแหน่งท่ีนกั เรียนทาการทดลอง ข้วั เหนือและข้วั ใต้ ไดว้ า่ อยา่ งไร
ของแท่งแมเ่ หลก็ วางตวั แตกตา่ งกนั หรือไม่อยา่ งไร

2. เมื่อเปรียบเทียบกบั การวางตวั ของเข็มทิศมีความแตกต่าง
กนั หรือไม่ อยา่ งไร

17/83

แกนหมุน ข้วั โลกเหนือ เสน้ ● การเคลื่อนที่ของโลหะร้อนใต้ผิวโลก
ข้วั แม่เหล็ก ของโลก สนามแม่เหล็ก ทาให้โลกเสมือนมีแท่งแม่เหล็กขนาดใหญ่ฝังอยู่
ภายใน ซ่ึงวางตวั ในแนวข้วั โลกเหนือและใต้
ใต้
● บริเวณข้วั โลกเหนือจะเป็ นข้วั แม่เหลก็ ใต้
เสน้ ข้วั โลกใต้ ข้วั แม่เหล็กเหนือ ● บริเวณข้วั โลกใตจ้ ะเป็ นข้วั แม่เหลก็ เหนือ
สนามแม่เหลก็ ● เสน้ สนามแม่เหลก็ โลกจะมีทิศทางพุ่งจาก
ข้วั โลกใตไ้ ปยงั ข้วั โลกเหนือ ดงั รูป
สนามแมเ่ หลก็ โลก
18/83

ในอดีต มนุษยร์ ู้จักใช้ประโยชน์ของสนามแม่เหล็ก
โลกในการหาทิศทาง โดยการวางแท่งแม่เหล็กขนาดเล็ก ๆ
บนวตั ถปุ ลายแหลมที่สามารถหมุนในแนวราบไดอ้ ยา่ งอสิ ระ
ซ่ึงเมื่อแท่งแมเ่ หลก็ หยดุ นิ่งแลว้ จะวางตวั อยใู่ นแนวเหนือ-ใต้
เสมอ จึงได้นาความรู้น้ีมาพัฒนาและสร้างเป็ นเข็มทิศ
ที่ใชก้ นั อยใู่ นชีวติ ประจาวนั

19/83

สนามแม่เหล็กโลกมีประโยชน์ 20/83
ต่อส่ิงมีชีวิตท่ีอาศยั อยบู่ นโลกอยา่ งมาก
เนื่องจากสนามแม่เหล็กโลกทาหนา้ ที่
เป็ นโล่ป้ องกันอันตรายจากรั งสี ท่ี
เกิดจากลมสุริยะหรือพายสุ ุริยะ ซ่ึงเป็ น
อนุภาคที่ มีประจุไฟฟ้าพลังงานสู ง
โดยส่วนใหญ่จะเป็ นอนุภาคโปรตอน
และอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยออกมา

จ า ก ช้ ั น บ ร ร ย า ก า ศ ข อ ง ด ว ง อ า ทิ ต ย์
ส น า ม แ ม่ เ ห ล็ ก โ ล ก จ ะ ป้ อ ง กัน ไ ม่ ใ ห้
อ นุ ภ า ค เ ห ล่ า น้ี ท า ล า ย ช้ ัน บ ร ร ย า กา ศ
ของโลกและส่ิงมีชีวติ บนโลก

สนามแม่เหล็กโลกจะเบี่ยงเบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจากลมสุริยะให้เคล่ือนท่ีออ้ มโลก โดยสนามแม่เหล็กโลกบริเวณ
ดา้ นหลงั จะมีลกั ษณะยดื ยาวออกไปคลา้ ยดาวหาง บริเวณท่ีมีสนามแม่เหลก็ โลกอยเู่ รียกวา่ แมกนโี ตสเฟี ยร์ (magnetosphere)

การเบ่ียงเบนแนวของลมสุริยะโดยสนามแม่เหลก็ โลก 21/83

ส น า ม แ ม่ เ ห ล็ ก โ ล ก ท่ี เ บ่ี ย ง เ บ น

อนุภาคจากลมสุ ริ ยะออกไป จะทาให้
อนุภาคบางส่วนเคล่ือนที่เขา้ สู่บรรยากาศ

ช้นั ไอโอโนสเฟี ยร์บริเวณข้วั โลกเหนือและ
ข้ั ว โ ล ก ใ ต้ เ ม่ื อ อ นุ ภ า ค ที่ มี ป ร ะ จุ
ไ ฟ ฟ้ า ป ะ ท ะ กับ อ ะ ต อ ม ข อ ง แ ก๊ ส ใ น
ช้นั ไอโอโนสเฟี ยร์ จะส่งผลใหอ้ ะตอมของ
แก๊ ส ค า ย พ ลัง ง า น อ อ ก ม า ใ น รู ป ข อ ง แ ส ง
ปรากฏเป็ นม่านแสงสีต่าง ๆ บนท้องฟ้า
เรียกว่า ออโรรา (aurora) หรือแสงเหนือ
และแสงใตน้ น่ั เอง

22/83

1.3 การเคล่ือนทข่ี องอนุภาคทมี่ ปี ระจุไฟฟ้าในสนามแม่เหลก็ ××× ×××
× × × × × ×
ถา้ อิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบเคล่ือนท่ีในทิศต้งั ฉากกบั e– × × × × × ×
สนามแม่เหล็กที่มีทิศพุ่งเขา้ หากระดาษ แนวการเคลื่อนที่ของ × × × × × ×
อิเล็กตรอนจะเบนลงจากเดิม แต่เม่ือกลบั ทิศของสนามแม่เหล็ก ●
ให้มีทิศพงุ่ ออกจากกระดาษแนวการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนจะ
เบนข้ึน แสดงวา่ มีแรงกระทาต่ออิเล็กตรอนให้เคลื่อนท่ีเบนข้ึน ××× ×××
หรือลงไปจากแนวเดิม เรียกแรงที่มากระทาน้ีว่า แรงแม่เหล็ก ××× ×××
(magnetic force) × แทน สนามแม่เหล็กมีทิศต้งั ฉากเขา้ หากระดาษ

ถ้าเปลี่ยนจากอิเล็กตรอนเป็ นโปรตอน แรงที่กระทาต่อ ●●● ●●●
อนุภาคจะมีทิศทางตรงข้ามกับอิเล็กตรอน แต่เม่ืออนุภาคท่ีมี
ประจุไฟฟ้าใด ๆ เคล่ือนที่ขนานกบั ทิศของสนามแมเ่ หลก็ จะไม่มี e– ●●● ●●●
แรงแมเ่ หลก็ กระทาตอ่ อนุภาค
● ● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ●

●●● ●●●

●●● ●●●

● แทน สนามแมเ่ หล็กมีทิศต้งั ฉากออกจากกระดาษ

23/83

ทิศทางการเคลื่อนท่ีของอนุภาคจึงไม่เปลี่ยนแปลง ทิศทางของ
ไปจากเดิม การหาทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคท่ีมี แรงแมเ่ หลก็
ประจุบวกในสนามแม่เหล็กสามารถทาได้โดยใช้
กฎมือขวา (right hand rule) โดย ทิศทางของ
อนุภาค
● นิ้วช้ีแทนทิศทางการเคล่ือนท่ีของอนุภาค
● นิ้วกลางแทนทิศทางของสนามแม่เหลก็ ทิศทางของ
● นิ้วหัวแม่มือแทนทิศทางของแรงแม่เหล็ก สนามแม่เหลก็
ที่กระทาตอ่ อนุภาคแต่ถา้ เป็ นการเคล่ือนที่ของอนุภาคท่ี
มีประจุลบทิศทางของแรงแม่เหล็กจะมีทิศตรงขา้ มเดิม
หรืออาจใชม้ ือซา้ ยในการหาทิศทางแทนก็ได้

การหาทิศทางการเคล่ือนท่ีของอนุภาคที่มีประจุบวกโดยใชก้ ฎมอื ขวา

24/83

อนุภาคท่ีมีประจุไฟฟ้าเคล่ือนท่ีในทิศทาง y แนวการเคลื่อนที่
ของอนุภาค
ทามุมใด ๆ กับสนามแม่เหล็ก ท่ีไม่ใช่ทิศทางท่ี
z + +q ทิศทางของ
ต้งั ฉากหรือขนานกับสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรง สนามแม่เหลก็
แม่เหล็กท่ีกระทาต่ออนุภาคให้เคล่ือนท่ีโคง้ เป็ น
x
รูปเกลียว จะส่งผลให้มีแรงแม่เหล็กกระทาต่อ
การเคลื่อนที่ของอนุภาค
อนุภาคในลกั ษณะแตกต่างกนั ข้ึนอย่กู บั ลกั ษณะ ที่มีประจุไฟฟ้าในทิศทางทามมุ ใด ๆ กบั สนามแมเ่ หลก็
ก า ร เ ค ล่ื อ น ท่ี ข อ ง อ นุ ภ า ค ใ น ส น า ม แ ม่ เ ห ล็ ก
25/83
ซ่ึงหลักการน้ีสามารถนาไปใช้ประโยชน์ เช่น
สร้างหลอดภาพของจอโทรทศั น์หรือคอมพวิ เตอร์
ท่ีใชก้ นั ในอดีตได้

จอภาพของโทรทศั น์และคอมพิวเตอร์ในอดีต ขดลวดเบ่ียงเบน จอเรืองแสง
จะมีส่วนประกอบสาคญั 3 ส่วน ข้วั แคโทด 26/83

● ส่วนแรก คือ ปื นอิเลก็ ตรอนเป็ นข้วั แคโทด
ทาหนา้ ท่ีผลิตลาอิเลก็ ตรอน

● ส่วนที่สอง คือ จอเรืองแสงที่ฉาบดว้ ยสาร
เรืองแสง เม่ือมีอิเล็กตรอนตกกระทบทาให้เกิด
จุดสวา่ งบนจอ

● ส่วนสุดทา้ ย คือ ขดลวดเบ่ียงเบน ทาหนา้ ท่ี
ผลิตสนามแม่เหล็กที่ทาให้ลาอิเล็กตรอนเบี่ยงเบน
ใช้ควบคุมลาอิเล็กตรอนให้เคล่ือนที่กวาดไปบน
จอภาพในแนวระดับด้วยความเร็วสูง ในขณะที่
ลาอิเล็กตรอนกระทบกับจอภาพจะทาให้เกิดภาพ
และรังสีข้ึน

1.4 ผลของสนามแม่เหลก็ ทมี่ ตี ่อลวดตวั นาทมี่ กี ระแสไฟฟ้า 27/83

เ มื่ อ น า ล ว ด ตัวน า ที่ มี ก ร ะ แ สไ ฟ ฟ้ า ไ ห ล ผ่ า น
ไปวางในสนามแม่เหลก็ จะมีแรงแม่เหล็กกระทาต่อลวด
ตวั นาให้เคลื่อนที่ ทิศทางของแรงแม่เหล็กที่กระทาต่อ
ลวดตัวนาจะข้ึนอยู่กับทิ ศของกระแสไฟฟ้ าและ
สนามแม่เหล็กซ่ึงเป็ นไปตามกฎมือขวา หลักการน้ี
สามารถนาไปใช้สร้างมอเตอร์ไฟฟ้าและเคร่ืองวดั ทาง
ไฟฟ้าต่าง ๆ โดยการดัดแปลงลวดตัวนาให้มีลกั ษณะ
เป็ นขดลวด เม่ือกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนาท่ีวาง
อ ยู่ ใ น ส น า ม แ ม่ เ ห ล็ ก จ ะ เ กิ ด โ ม เ ม น ต์ ข อ ง แ ร ง คู่ ค ว บ
ทาให้ขดลวดหมุนได้ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
แกลแวนอมิเตอร์

แ ก ล แ ว น อ มิ เ ต อ ร์ เ ป็ น เ ค รื่ อ ง วัด ท า ง ไ ฟ ฟ้ า

ประกอบด้วยขดลวดส่ีเหลี่ยมหมุนได้รอบแกนวางอยู่ใน

สนามแม่เหล็ก มีปลายข้างหน่ึงของแกนหมุนติดอยู่กับ เขม็ ช้ี
สปริ งรูปก้นหอยและเข็มช้ีเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบ ทาให้ระนาบของ ข้วั ไฟฟ้า
ขดลวดหมุนและสปริงก้นหอยบิดไปเรื่อย ๆ จนกระทั่ง ลบ
โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทาบนขดลวดมีค่าเท่ากับ

แรงบิดกลบั ของสปริงกน้ หอย ทาให้ขดลวดหยดุ หมุนและ แมเ่ หล็กข้วั เหนือ ทิศทางการหมุน
เขม็ ช้ีกจ็ ะหยดุ นิ่งดว้ ย ของขดลวด

เม่ือผ่านกระแสไฟฟ้าที่ทราบค่าเข้าไปในขดลวด ข้วั ไฟฟ้า แมเ่ หล็กข้วั ใต้
แลว้ แบ่งขีดสเกลตามกระแสไฟฟ้าท่ีค่าต่าง ๆ ก็จะสร้าง บวก สปริงรูปกน้ หอย
แ ก ล แ ว น อ มิ เ ต อ ร์ ที่ ส า ม า ร ถ ใ ช้ว ัด ค่ า ก ร ะ แ ส ไ ฟ ฟ้ า ใ น
วงจรไฟฟ้าอื่น ๆ ได้ โครงสร้างของแกลแวนอมิเตอร์

28/83

มอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง เป็ นอุปกรณ์ท่ี แรงแม่เหล็ก ทิศการหมนุ
S
เ ป ล่ี ย น พ ลั ง ง า น ไ ฟ ฟ้ า เ ป็ น พ ลั ง ง า น ก ล IC
ประกอบด้วยขดลวดทองแดงเคลือบน้ ายาที่ พนั B N
รอบแกนหมุนรูปส่ีเหล่ียมวางอยใู่ นสนามแม่เหล็ก I
แ ล ะ ป ล า ย ท้ ั ง ส อ ง ข อ ง ข ด ล ว ด ต่ อ กั บ ข้ ั ว ข อ ง
แบตเตอร่ี เมื่อกระแสไฟฟ้าผา่ นขดลวด ABCD จะ A
เกิดแรงกระทาต่อขดลวดดา้ น AB ในทิศทางตรง
ขา้ มกับแรงกระทาต่อขดลวดดา้ น CD ซ่ึงจึงเกิด + _ แปรง D
โมเมนตข์ องแรงคูค่ วบกระทาให้ขดลวดหมุนรอบ
แกนหมนุ ได้ แหล่งกาเนิดไฟฟ้า แรงแมเ่ หล็ก

แรงคู่ควบที่กระทาตอ่ ขดลวด

29/83

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจะนาไปใชเ้ ป็ นส่วนประกอบของเครื่องมือหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เก่ียวขอ้ งกบั การหมุน เช่น
พดั ลม เครื่องดูดฝ่ นุ เคร่ืองป๊ัมน้า สวา่ นไฟฟ้า ของเล่น เครื่องผสมอาหาร

ของเล่น

เครื่องป๊ัมน้า

พดั ลม เคร่ืองผสมอาหาร
30/83
เคร่ืองดูดฝ่ นุ สวา่ นไฟฟ้า

เคร่ืองใชไ้ ฟฟ้าที่มีส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้า

1.5 การเกดิ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนา

เมื่อหมุนขดลวดตดั ผ่านสนามแม่เหล็กหรือเคลื่อน
แท่งแม่เหล็กให้ตดั ผ่านขดลวด จะทาให้เส้นสนามแม่เหล็ก
ท่ี ตัด ผ่าน ข ดล วด เกิ ด การ เ ปลี่ ย น แป ล ง มี ผ ล ให้เ กิ ด
กระแสไฟฟ้าในขดลวดได้ กระแสไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนน้ีเรียกว่า
กระแสไฟฟ้าเหน่ียวนา (induced current) คน้ พบโดยไมเคิล
ฟาราเดย์ (Michael Faraday) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ
เม่ือ พ.ศ. 2374

31/83

กระแสไฟฟ้าเหน่ียวนาจะเกิดข้ึนเมื่อมีการเปล่ียนแปลงฟลกั ซ์แม่เหล็กท่ีตดั ผ่านขดลวด โดยปริมาณของกระแสไฟฟ้า
เหน่ียวนาจะข้ึนอยกู่ บั พ้ืนท่ีของขดลวด จานวนรอบของขดลวด ความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ และความเร็ว

S
หมุน N

N
N

N

แรงแมเ่ หลก็ การเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนา 32/83

ในการเคล่ือนที่ของขดลวดหรือแท่งแม่เหล็ก เม่ือ “
มีกระแสไฟฟ้าเหน่ียวนาเกิดข้ึนก็จะเกิดความต่างศกั ย์
ระหว่างปลายท้ังสองของขดลวดซ่ึงทาหน้าท่ีเป็ น แรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวนา
แรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวนา (inducted electromotive จะเกิดข้ึนเม่ือมีการเปล่ียนแปลง
ฟลกั ซ์แม่เหลก็ ท่ีตดั ผา่ นขดลวด
force) หรื อ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนา (inducted emf)
”
ซ่ึงเป็ นไปตามกฎของฟาราเดย์ ท่ีกล่าววา่

หลกั การน้ีสามารถนาไปใชส้ ร้างไดนาโมหรือเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าได้

33/83

เครื่ องกาเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าจะใช้
หลกั การง่าย ๆ ดงั น้ี

1. ใชค้ วามร้อน เช่น การเผาไหมข้ องถ่านหิน
ความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ไปตม้ น้าเพื่อทาให้
น้าเดือด

2. แรงดนั ไอน้าที่เกิดจากน้าเดือดจะไปหมุน
กังหันที่ต่อกับขดลวดให้ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก
หรือหมุนแท่งแมเ่ หลก็ ให้ตดั ผา่ นขดลวด ทาให้เกิด
แรงเคล่ือนไฟฟ้าข้ึนที่ปลายของขดลวด

3. สาหรับโรงไฟฟ้าพลงั งานน้าจะใชแ้ รงดนั
น้าไปผลกั กงั หนั ใหห้ มนุ แทนการใชไ้ อน้า

34/83

เออร์สเตดเตด (Hans Christian Oersted) นักฟิ สิกส์และเคมี
ไดท้ ดลองวางเข็มทิศไวใ้ กลก้ บั สายไฟฟ้าแลว้ พบวา่ เข็มของเข็มทิศ
เบนไปจากเดิมเมื่อสายไฟฟ้ามีกระแสไฟฟ้าผ่านเขา้ ไป การคน้ พบน้ี
ทาให้สรุปไดว้ ่า ลวดตวั นาที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะทาให้เกิด
สนามแมเ่ หลก็ ข้ึนรอบ ๆ ลวดตวั นาน้นั ซ่ึงเป็ นสนามแม่เหลก็ ที่เกิด
จากการเหน่ียวนาไฟฟ้าเรียกวา่ สนามแม่เหลก็ เหนี่ยวนา

35/83

โดยทิศทางของเสน้ สนามแม่เหล็กเหน่ียวนาจะหาไดโ้ ดยใชก้ ฎมือขวา I
ให้นิ้วหัวแม่มือแทนทิศทางของกระแสไฟฟ้า นิ้วมือท่ีเหลือท้ัง 4 นิ้วแทน
ทิศทางของสนามแม่เหลก็ ที่เกิดข้ึนรอบเสน้ ลวด

I

B

ทิศทางของเสน้ สนามแม่เหลก็ เหนี่ยวนา
เมื่อผา่ นกระแสไฟฟ้าเขา้ ไปในลวดตวั นาตรง

36/83

1.6 แม่เหลก็ ไฟฟ้ากบั ชีวติ ประจาวนั

แท่นยกแม่เหลก็

แท่นยกแม่เหลก็ เป็ นเครื่องกลท่ีอาศยั หลกั การ
ของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเม่ือปล่อยกระแสไฟฟ้าเขา้ ไป
ในขดลวดจะเกิดการเหน่ียวนาให้เกิดสนามแม่เหล็กท่ีมี
ความเขม้ สูง ทาใหด้ ูดเศษเหลก็ ขนาดใหญข่ ้ึนมาได้ และ
เม่ือปิ ดสวิตช์ไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดก็จะ
วางเศษเหลก็ จากแท่นยกได้

37/83

กระดง่ิ ไฟฟ้า แท่งเหล็ก แมเ่ หล็กไฟฟ้า

กระดิ่ งไฟฟ้ามีส่ วนประกอบท่ีเป็ น กระดิ่ง สวติ ช์
ขดลวดและแท่งเหลก็ อยภู่ ายใน เมื่อมีกระแสไฟฟ้า แผน่ เหลก็
ไหลผา่ นขดลวดจะเหน่ียวนาให้เกิดแม่เหล็กไฟฟ้า ขดลวด
ข้ึนในวงจร ทาใหอ้ ปุ กรณ์สามารถทางานได้

38/83

รถไฟฟ้าแม่เหลก็ (maglev)

ส่วนประกอบของรางและรถไฟฟ้าจะ
เป็ นขดลวดเม่ือให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด
ภายในรางและรถไฟฟ้าในทิศทางตรงขา้ มกนั จะ
เ กิ ด ก า ร เ ห นี่ ย ว น า ใ ห้ เ กิ ด ส น า ม แ ม่ เ ห ล็ ก ที่ มี ข้ ัว
ต่ า ง กัน ซ่ึ ง จ ะ เ กิ ด แ ร ง ดู ด แ ล ะ แ ร ง ผ ลัก ท า ใ ห้ ร ถ
เคล่ือนที่ไดโ้ ดยไม่ตอ้ งสมั ผสั กบั ราง

39/83

กลอนประตูไฟฟ้า ประตู ผนงั
ขดลวดโซเลนอยด์
ส่วนประกอบของกลอนประตูไฟฟ้าจะมี
แกนเหลก็ และขดลวดโซเลนอยด์อยภู่ ายใน เม่ือกด เหล็ก
สวิตช์จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเขา้ ไปยงั ขดลวด
โซเลนอยด์ ทาใหเ้ กิดสนามแม่เหลก็ บริเวณขดลวด 40/83
แรงแม่เหล็กจะดูดกลอนเหล็กให้ประตูเปิ ดออก
โดยสปริงท่ีติดอยกู่ บั แกนเหลก็ จะยดื ออก เม่ือไม่มี
กระแสไฟฟ้าผา่ น สปริงจะกลบั สู่ภาวะสมดุลทาให้
แกนเหลก็ เล่ือนกลบั มาลอ็ กประตไู ด้

(หนงั สือเรียนหนา้ 107)

41/83

1. ความรู้เกี่ยวกับการเคล่ือนท่ีของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า
ในสนามแมเ่ หลก็ สามารถนาไปใชป้ ระโยชน์อะไรไดบ้ า้ ง

2. ถา้ วางลวดตวั นาท่ีมีกระแสไฟฟ้าผ่านให้ขนานกบั ทิศทางของ
สนามแม่เหลก็ นกั เรียนคิดวา่ จะเกิดแรงแม่เหล็กกระทาต่อลวด
ตวั นาหรือไม่ อยา่ งไร

42/83

3. จากรูป นกั เรียนคิดวา่ กระแสไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนจะแตกตา่ งกนั หรือไม่ อยา่ งไร

43/83

4. จากรูป ถา้ นกั เรียนสลบั ข้วั แม่เหลก็ โดยนาข้วั ใตเ้ คล่ือนท่ีเขา้ ไปหาขดลวด
จะเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือไม่อยา่ งไร

5. นกั เรียนคิดวา่ บริเวณรอบ ๆ สายไฟฟ้าที่เราใชใ้ นบา้ นจะมีสนามแม่เหล็ก
เหน่ียวนาเกิดข้ึนหรือไม่ เพราะเหตุใด และนกั เรียนจะพสิ ูจน์ไดอ้ ยา่ งไร

44/83

6. สนามแมเ่ หลก็ โลกเกิดข้ึนไดอ้ ยา่ งไร และถา้ โลกไม่มีสนามแมเ่ หลก็ โลกจะเป็ นอยา่ งไร

45/83

คล่ื นแม่เหล็กไฟฟ้ าเกิ ดจากการเหนี่ ยวนาให้เกิด
สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก โดยมีการเปลี่ยนแปลงของ
สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหลก็ ในทิศทางต้งั ฉากกนั ตลอดเวลา

นาไปใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น การสื่อสารดว้ ย
คล่ืนวทิ ยหุ รือไมโครเวฟ สร้างเตาไมโครเวฟ เคร่ืองเอกซ์เรย์

ในดา้ นการสื่อสาร คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกใชเ้ ป็ นคล่ืน
พาหะ โดยการแปลงให้อยู่ในรูปของสัญญาณแอนะล็อกหรือ
ดิจิทัล ซ่ึงการส่งสัญญาณดิจิทัลจะมีความผิดพลาดน้อยกว่า
สญั ญาณแอนะลอ็ ก

46/83

จากการศึกษาเก่ียวกับไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้ากระแส และไฟฟ้าแม่เหล็ก สามารถสรุป 47/83
หลกั การสาคญั ไดด้ งั น้ี

1. ประจุไฟฟ้าอิสระจะทาให้เกิดสนามไฟฟ้ารอบ ๆ ประจุน้ัน โดยความเขม้ ของ
สนามไฟฟ้าตาแหน่งใด ๆ จะแปรผกผนั กบั ระยะทางกาลงั สองจากประจุไฟฟ้าน้นั ตามกฎ
ของคูลอมบ์

2. เม่ือมีประจุไฟฟ้าเคล่ือนที่ในตวั นาไฟฟ้ายอ่ มมีสนามแม่เหล็กเกิดข้ึนรอบ ๆ ตวั นา
โดยทิศของสนามแมเ่ หลก็ จะวนรอบตวั นา และต้งั ฉากกบั ทิศของกระแสไฟฟ้าตามกฎของ
เออร์สเตด

3. เม่ือมีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหลก็ ย่อมมีการเหนี่ยวนาให้เกิดกระแสไฟฟ้าข้ึน
ซ่ึงจะทาใหเ้ กิดสนามไฟฟ้าในตวั นา ตามกฎของฟาราเดย์

จากหลกั การพ้ืนฐานท้งั 3 ขอ้ เจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk เจมส์ คลาร์ก แมกซเ์ วลล์
Maxwell) ได้รวบรวมหลักการและแนวคิดเก่ียวกับแม่เหล็กไฟฟ้าและ 48/83
ได้เสนอทฤษฎีคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า โดยอธิบายเก่ียวกับการเหน่ียวนา
ระหวา่ งสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่ทาใหเ้ กิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้

ดงั น้ี
1. ถา้ มีการเปล่ียนแปลงสนามแม่เหลก็ จะทาใหเ้ กิดสนามไฟฟ้ารอบ ๆ

การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหลก็ น้นั
2. ถา้ มีการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าจะทาใหเ้ กิดสนามแม่เหล็กรอบ ๆ

การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าน้ันหลังจากน้ัน ไฮน์ริช รูดอล์ฟ เฮิรตซ์
(Heinrich Rudolf Hertz) ได้ยืน ยันท ฤษฎี ค ล่ื นแม่ เหล็กไฟฟ้ าขอ ง
แมกซ์เวลล์ โดยการทดลองของเฮิรตซ์สามารถสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
จากการเหนี่ยวนาระหวา่ งไฟฟ้าและแมเ่ หลก็ ได้

คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave : EMW) เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการทาใหส้ นามไฟฟ้า
หรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เม่ือสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงจะเหน่ียวนาให้เกิดสนามแม่เหล็กหรือถ้า
สนามแมเ่ หลก็ มีการเปล่ียนแปลงก็จะเหน่ียวนาใหเ้ กิดสนามไฟฟ้า โดยคล่ืนจะประกอบดว้ ยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหลก็ ที่มี
การเปล่ียนแปลงในแนวต้งั ฉากกนั และต้งั ฉากกบั ทิศการเคลื่อนที่ของคล่ืน

สนามไฟฟ้า

สนามแม่เหล็ก

คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ทิศการเคลื่อนท่ีของคล่ืน
49/83