แผนการสอน วิทยาศาสตร์งานไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และการสื่อสาร

จะสะท้อนกลับมาเข้าเครื่องรับเครื่องรับจะทำการวัดช่องเวลาที่เสียงเดินทางไป และกลับ หลังจากนั้นจึง คำนวณหาระยะทางของวัตถุจากความเร็วของคลื่นเสียงใต้น้ำ รูป แสดงโซนาร์ของเรือหาปลา อัลตร้าซาวด์(ultrasound scanner) เป็นคลื่นเสียงชนิดหนึ่ง ซึ่งมีความถี่สูงกว่า 20,000 Hz คลื่น เสียงอัลตร้าซาวด์นี้ปัจจุบันได้ถูกนำมาพัฒนาเป็นเครื่องมือในทางการแพทย์ ใช้ในการตรวจวินิจฉัยโรคต่างๆ รวมทั้งการตรวจสุขภาพของทารกในครรภ์ หลักการทำงานของเครื่องอัลตร้าซาวด์ โดยเครื่องจะทำการส่ง คลื่นเสียงอัลตร้าซาวด์ออกไปจากหัวตรวจ ผ่านผิวหนังลงไปยังเนื้อเยื่อที่อยู่ภายในร่างกาย แล้วสะท้อนกลับ ออกมาเป็นภาพให้เห็น แต่เนื้อเยื่อต่างๆในร่างกายของเรานั้นมีความสามารถในการดูดซับคลื่นอัลตร้าซาวด์ ไม่เท่ากันจึงสะท้อนคลื่นกลับออกมาแตกต่างกัน หัวตรวจจะทำหน้าที่รับสัญญาณคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับมา ในระดับต่างๆ และคอมพิวเตอร์ที่อยู่ในเครื่องอัลตร้าซาวด์จะทำการประมวลสัญญาณที่สะท้อนกลับมาและ สร้างเป็นภาพขึ้นมาได้ อัลตร้าซาวด์แบบสองมิติ (2D) คือภาพที่มีความกว้างและความยาว อัลตร้าซาวด์สาม มิติ (3D)ซึ่งมีความลึกของภาพ และปัจจุบันมีอัลตร้าซาวด์สี่มิติ (4D) โดยเอาภาพมาเรียงต่อกันเป็น ภาพเคลื่อนไหว เช่น เห็นทารก การดูดนิ้ว การหาว หรือยิ้ม เป็นต้น 2. การหักเห เมื่อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปสู่อีกตัวกลางหนึ่ง จะทำให้อัตราเร็วเสียงและทิศ ทางการเคลื่อนที่ของเสียงเปลี่ยนไปด้วย เช่น ฟ้าผ่าแต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เนื่องจากเสียงเดินทางผ่าน ตัวกลางอากาศในแต่ละชั้นซึ่งมีอุณหภูมิแตกต่างกัน ทำให้เสียงเกิดการหักเหโดยที่มุมหักเหมากกว่า 90 องศา เสียงจะเกิดการสะท้อนกลับหมดเราจึงไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เป็นต้น 3. การเลี้ยวเบน แหล่งกำเนิดที่มีสิ่งกีดขวางกั้นไว้ ซึ่งเมื่อเสียงเลี้ยวเบนจะทำให้แอมพลิจูดลดลง จากเดิมเหมือนคลื่นน้ำ เราจะได้ยินเสียงเบาลง เช่น เสียงพูดคุยจากห้องข้าง ๆ ขณะที่เราอยู่หลังกำแพงห้อง เราสามารถได้ยินเสียงดังมาจากอีกด้านหนึ่ง 4. การแทรกสอด การเสียงจากแหล่งกำเนิดเหมือนกันสองแหล่งเกิดการรวมกัน ทั้งแบบ เสริมกันและแบบหักล้าง ทำให้บริเวณระหว่างแหล่งกำเนิดเสียงทั้งสองนั้นบางจุดจะมีเสียงดังมาก บางจุดมี เสียงเบาสลับกันไป เช่น การได้ยินของมนุษย์หูเป็นอวัยวะในการรับฟังเสียงของมนุษย์ แบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ หูส่วนนอก ประกอบด้วย ใบหู ช่องหู แก้วหู หูส่วนกลาง ประกอบด้วย กระดูดค้อน ทั่ง โกลน และหูส่วนในประกอบ ด้วย คลอเคลีย เวสติบูลา

รูป แสดงหูของมนุษย์ โดยเมื่อคนเราได้ยินเสียงเข้ามาในช่องหู กระทบเยื่อแก้วหู เยื่อแก้วหูมีหน้าที่ปรับหรือกรองเสียงหรือ ลดระดับเสียงให้ปลอดภัย ส่งในหูส่วนกลาง โดยผ่านกระดูกชิ้นเล็กๆ 3 ชิ้น คือ กระดูกค้อน ซึ่งติดอยู่กับเยื่อ แก้วหู กระดูกทั่งซึ่งอยู่ระหว่างกระดูกค้อน กระดูกโกลนซึ่งทำหน้าที่นำเสียงเข้าไปสู่หูส่วนใน หรือ คอเคลีย ภายในหูส่วนในจะมีของเหลวที่เคลื่อนไหวได้ จะกระตุ้นเซลล์เล็กๆที่มีขน (Hair cells) ของคอเคลียซึ่งมีอยู่ ประมาณ 20,000 เซลล์ เปลี่ยนการสั่นสะเทือนให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า และส่งต่อไปยังประสาทของการได้ยิน ไปสู่ประสาทส่วนกลางในสมอง และทำให้เกิดการได้ยิน มลพิษทางเสียง เป็นสภาวะที่มีการก่อให้เกิดเสียงที่มีการรบกวน อาจมาจากแหล่งกำเนิดเสียงต่างๆ ทั้งจากมนุษย์, สัตว์ หรือเครื่องจักรต่างๆ โดยหากเกิน 85 เดซิเบล อาจทำให้เกิดอันตรายต่อการได้ยินของ มนุษย์ แหล่งที่มาของเสียงภายนอกส่วนใหญ่มาจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การก่อสร้าง การคมนาคม ขนส่ง พาหนะยานยนต์เครื่องบิน และรถไฟ แหล่งอุตสาหกรรม เป็นต้น ผลกระทบจากมลพิษทางเสียง 1. อาการที่เกิดขึ้นกับหูโดยตรง ทำให้เกิดอาการหูตึงหรือหูหนวก 2. อาการที่ไม่เกิดขึ้นกับหูโดยตรง ได้แก่ การทำให้เกิดอาการอ่อนเปลี้ย เพลียแรง ทั้งทางร่างกาย และจิตใจ เกิดความรำคาญ เสียบุคลิกลักษณะ และเพิ่มอัตราการเกิดอุบัติเหตุ หลักการควบคุมป้องกันเสียง 1. การป้องกันที่ต้นเสียง เช่น จัดหาเครื่องมือที่มีเสียงเบาลงมาทดแทน หรือทำการปรับปรุงแก้ไข เครื่องมือที่มีเสียงดัง เช่น ใช้ผนังกั้นอุปกรณ์ที่ก่อให้เกิดเสียง หรือหุ้มทับ ใช้ฉนวนหรืออุปกรณ์ลดเสียง 2. การบ้องกันที่ตัวบุคคลที่เกี่ยวข้องกับเสียงดัง เช่น ที่ปิดหู ที่อุดหู เป็นต้น เครื่องช่วยฟัง (HEARING AIDS) เป็นเครื่องขยายเสียงขนาดเล็กที่สามารถใส่ติดไว้ที่หู เพื่อทำ หน้าที่ขยายเสียง จากภายนอกทำให้ผู้ฟังรับรู้เสียงได้ดีขึ้น เครื่องช่วยฟังถือเป็นอุปกรณ์ช่วยการได้ยิน (Hearing devices ) ชนิดหนึ่งสำหรับผู้ที่มีความบกพร่องทางการได้ยิน

มีหลักการทำงานของเครื่องช่วยฟังซึ่งจะมีระบบประสาทหูเทียมโดยไมโครโฟนจะรับเสียงและแปลง เสียงทั่วไปให้กลายเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งสัญญาณไฟฟ้าที่ว่านี้จะไปกระตุ้นเส้นประสาทในก้นหอย ประสาท รับเสียง (การได้ยิน) จะส่งสัญญาณต่อไปยังสมองเพื่อแปลความหมายของเสีัยง ซึ่งอุปกรณ์ภายในจะทำการ กระตุ้นอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง สมองจะได้รับข้อมูลเสียงอย่างรวดเร็ว ทำให้เราได้ยินทันทีที่เกิดเสียง 4. กิจกรรมการเรียนการสอน 4.1 ขั้นนำ 1.ให้นักเรียนทำแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียน แล้วแบ่งนักเรียนออกเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ ได้คะแนนสูง ปานกลาง และต่ำ หลังจากนั้นแบ่งนักเรียนเป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 คน โดยมีนักเรียนที่มี ความสามารถครบทั้ง 3 กลุ่ม 2. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบก่อนเรียนเรื่อง คลื่น 4.2 ขั้นสอน 1. สนทนาทบทวนเกี่ยวกับคลื่น 2. ตั้งคำถามว่า นักเรียนคิดว่าความหมายของคลื่น คืออะไร และ จำแนกประเภทของคลื่นอธิบาย คาบ ความถี่ ความยาวคลื่น และบอกความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วของคลื่น ความถี่และความยาวคลื่นว่า เป็นอย่างไรบ้าง 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันสืบค้นเกี่ยวกับความหมายของคลื่น จำแนกประเภทของคลื่น อธิบายคาบ ความถี่ ความยาวคลื่น และบอกความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วของคลื่น ความถี่และความยาว คลื่น รวบรวมข้อมูลจากหนังสือเรียน หรือจากอินเทอร์เน็ต การศึกษาค้นคว้าให้ได้มากที่สุด และต้องมีการ แบ่งหน้าที่กันทำงาน โดยไม่ให้ซ้ำกับหน้าที่ เดิมที่เคยปฏิบัติมาแล้ว ครูซ้ำเกี่ยวกับการประเมินนักเรียนใน ระหว่างการเรียนและการทำงาน 4. นำข้อมูลที่ได้มาร่วมกันวิเคราะห์ แปลความหมาย จัดกระทำ ลงข้อสรุปแล้วอธิบายซักถาม กันภายในกลุ่มจนเข้าใจตรงกัน 5. สุ่มตัวแทนนักเรียนจากกลุ่มต่างๆ ประมาณ 1 - 2 กลุ่ม นำเสนอข้อสรุปที่ได้เกี่ยวกับ ความหมายของคลื่น จำแนกประเภทของคลื่นอธิบายคาบ ความถี่ ความยาวคลื่น และบอกความสัมพันธ์ ระหว่างอัตราเร็วของคลื่น ความถี่และความยาวคลื่น จากนั้นร่วมกันอภิปรายซักถามเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่ สมบูรณ์ที่สุด 6. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงและสมดุลของแรงโดยใช้สื่อ power point และสื่อ animation 4.3 ขั้นสรุป 7. เปิดโอกาสให้นักเรียนซักถามข้อสงสัย ที่นักเรียนยังไม่เข้าใจเกี่ยวกับเรื่องที่เรียน

8. สุ่มนักเรียนอภิปรายสรุปเกี่ยวกับความรู้ที่ได้รับในการศึกษาในครั้งนี้ 9. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบหลังเรียน เรื่อง คลื่น 9. นักเรียนบันทึกผลการเรียนรู้ในสมุดบันทึกผลการเรียนรู้รายชั่วโมง 10. ติชม/เสนอแนะเกี่ยวกับข้อค้นพบต่างๆ จากทำงานของนักเรียน 5. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 5.1 หนังสือเรียน รายวิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 30000 – 1301ของ สำนักพิมพ์ศูนย์ส่งเสริมอาชีวะ 5.2 แบบฝึกหัดเสริมทักษะประจำหน่วย 5.3 แบบทดสอบก่อนเรียน 5.4 แบบทดสอบหลังเรียน 6. การวัดและการประเมินผล 6.1 ทำแบบประเมินผลการเรียน เกณฑ์ผ่าน 60% 6.2 ร่วมทำกิจกรรมกลุ่ม ประเมินโดยใช้แบบประเมิน เกณฑ์ผ่าน 80% 7. การบูรณาการเชื่อมโยง สาระการเรียนรู้ การบูรณาการ กิจกรรม คลื่น - ภาษาไทย - คอมพิวเตอร์ - สังคม - นำเสนอผลงานกลุ่ม - หาข้อมูลทาง Internet - การทำงานกลุ่ม

แผนการจัดการเรียนรู้แบบเน้นสมรรถนะ และบูรณาการ แผนที่4 วิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 30000 – 1301 จำนวน 6 ชั่วโมง บทเรียน :คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทั้งหมด 54 ชั่วโมง 1. สาระสำคัญ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า สนามทั้งสองจะ เหนี่ยวนำซึ่งกันและกันทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแผ่กระจายไปได้ทุกที่ไม่ว่า จะเป็นที่ว่างเปล่า หรือในตัวกลางใดๆ จัดเป็นคลื่นตามขวางที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วย คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์ คลื่นไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรด แสง รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา ซึ่งเราสามารถนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาใช้ประโยชน์ในหลาย ด้าน เช่น การสื่อสาร เครื่องใช้ต่างๆ ทางการแพทย์ การอุตสาหกรรม แต่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็มีอันตรายถ้า เราใช้ไม่ถูกต้องและไม่ระมัดระวัง 2. สมรรถนะประจำหน่วย 1. อธิบายการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและลักษณะสำคัญของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ 2. อธิบายเกี่ยวกับสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ 3. นำความรู้เกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กฟ้าไปอธิบายสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันได้ 4. มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ จิตวิทยาศาสตร์ และสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้ 5. มีคุณธรรม จริยธรรม และน้อมนำหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียงนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 3. เนื้อหาสาระ ประวัติการศึกษาแม่เหล็กไฟฟ้า เดิมนั้นไฟฟ้าและแม่เหล็กถูกคิดว่าเป็นสองแรงแยกออกจากกัน ในปีค.ศ.1873 ความคิดนี้เปลี่ยนไป เมื่อ เจมส์ เคลิค แมกซ์เวลล์บ่งว่า ปฏิสัมพันธ์ของประจุบวกและประจุลบถูกควบคุมโดยแรงเดียว ผลของการ ปฏิสัมพันธ์ทำให้เกิดผลกระทบ คือ ประจุไฟฟ้าดูดหรือผลักกันด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนผกผันกับระยะทางกำลัง สองระหว่างประจุนั้น ประจุต่างกันดูดกัน ประจุเหมือนกันผลักกัน ขั้วแม่เหล็ก (หรือสภาวะการวางตัวที่จุด ใดๆ) ดูดและผลักกันในทำนองเดียวกัน และ ขั้วแม่เหล็กมาเป็นคู่ คือขั้วเหนือและขั้วใต้ไฟฟ้าที่ไหลในเส้น ลวดสร้างสนามแม่เหล็กเป็นวงกลมรอบเส้นลวดนั้น ทิศทางของสนามแม่เหล็ก(ตามเข็มหรือทวนเข็มนาฬิกา) ขึ้นอยู่กับกระแส กระแสจะถูกเหนี่ยวนำในขดลวด เมื่อขดลวดเคลื่อนที่เข้าหรือออกจากสนามแม่เหล็ก หรือ แม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าหรือออกจากขดลวด ทิศทางของกระแสขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่

เจมส์ เคลิค แมกซ์เวลล์ ฮันส์ คริสเตียน ออร์สเตด อังเดร-มาเรีย แอมแปร์ ไมเคิล ฟารา เดย์ ขณะที่ ฮันส์ คริสเตียน ออร์สเตด ได้พบว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรีถูกปิดหรือเปิดเข็มทิศจะขยับออก จากทิศเหนือ สรุปได้ว่า กระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไหลผ่านเส้นลวด เป็นความสัมพันธ์ โดยตรงระหว่างไฟฟ้าและอำนาจแม่เหล็กที่สามารถพิสูจน์ได้คำว่า ออร์สเตด จึงเป็นหน่วยวัดการเหนี่ยวนำ ของแม่เหล็ก ถูกตั้งให้เป็นเกียรติแก่เขาในฐานะมีคุณูปการต่อวิชาการด้านทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ต่อมาอังเดรมาเรีย แอมแปร์ ที่พัฒนารูปแบบทางคณิตศาสตร์แบบเดียวเพื่อแสดงอำนาจแม่เหล็กระหว่างตัวนำหลายตัวที่ มีกระแสไหลผ่าน การค้นพบของออร์สเตดยังเป็นก้าวสำคัญในการทำให้ห้ไมเคิล ฟาราเดย์ นำไปใช้, ขยาย เพิ่มเติมโดย เจมส์ เคลิค แมกซ์เวลล์ และสร้างสูตรบางส่วนขึ้นมาโดย โอลิเวอร์ เฮฟวีไซด์ และ ไฮน์ริช เฮิทส์ เป็นความสำเร็จอย่างสำคัญสำหรับฟิสิกส์คณิตศาสตร์ในศตวรรษที่ 19 นั้นก็คือการอธิบายธรรมชาติของแสง เป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่รังสีออกไปด้วยตัวเองในรูปคลื่นแกว่งไปมาซึ่งถูกเรียกว่า โฟตอน เป็นอนุภาคที่ ไม่มีมวล แต่เป็นพลังงาน ประมาณ 2000 ปีมาแล้ว ชาวกรีกที่อาศัยในเมืองแมกนีเซียได้พบว่าแร่ชนิดหนึ่งสามารถดูดเหล็กได้ จึงเรียก แร่นี้ว่า แมกนีไทต์ และเรียกวัตถุที่ดูดเหล็กได้ว่า แม่เหล็ก ส่วนวัตถุที่แม่เหล็กออกแรงกระทำ เรียกว่า สาร แม่เหล็ก รูปแสดงแมกนีไทต์ หลังจากนั้นจึงมีผู้คิดค้นเพื่อนำแม่เหล็กมาใช้งานกันแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน ปกติแล้วถ้านำแท่งแม่เหล็กไป แขวนลอยไว้อย่างอิสระปลายทั้งสองข้างของมันจะชี้ไปทางทิศเหนือและทิศใต้โดยอัตโนมัติ โดยปลายข้างที่ชี้ ไปทางทิศเหนือเรียกว่า “ขั้วเหนือหรือขั้ว N” และปลายข้างที่ชี้ไปทางทิศใต้เรียกว่า “ขั้วใต้หรือขั้ว S”

รูปแสดงเข็มทิศ 1. สนามแม่เหล็ก เมื่อวางแท่งแม่เหล็ก แล้วโรยผงเหล็กลงจะพบว่าแท่งแม่เหล็กมีแรงกระทําต่อผงเหล็กแรง กระทําต่อผงเหล็กเรียกสนามแม่เหล็ก (magnetic field) และแรงกระทํานี้เหล็กเรียงตัวเป็นแนวเรียกว่าเส้น สนามแม่เหล็ก (magnetic field line) รูปแสดงสนามแม่เหล็ก รูปแสดงเส้นสนามแม่เหล็ก 2. สนามแม่เหล็กโลก (Magnetosphere) สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการกระบวนการไดนาโมของโลก กล่าวคือโลหะหนักที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อยู่ ในแกนโลกมีการหมุนวน ทำให้เกิดสนามแม่เล็กที่เอียงทำมุมประมาณ 10 องศาจากแกนหมุนของโลก ที่ผิว โลกมีความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกประมาณ 30,000 - 60,000 นาโนเทสลา และความเข้มจะค่อยๆ ลดลง เมื่ออยู่ห่างจากผิวโลกมากขึ้น บริเวณขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์และลึกลงไปจากผิวโลกเปรียบเสมือนมี ขั้วแม่เหล็กขนาดใหญ่และเป็น ขั้วแม่เหล็กชนิดขั้วใต้หรือบางครั้งเรียกว่า ขั้วแม่เหล็กโลกทางทิศเหนือ และ บริเวณขั้วโลกใต้ทางภูมิศาสตร์เปรียบเสมือนมีขั้วแม่เหล็กชนิดขั้วเหนือ

รูปแสดงสนามแม่เหล็กโลก สน ามแม่เห ล็กโลกมีป ระโยชน์ สำคัญ อีกป ระการห นึ่ งคือเป็ น โล่ป้ องกัน อันตรายจาก ล ม สุริยะ (solar wind) ซึ่งเป็นกระแสอนุภาคที่มีประจุ ส่วนใหญ่เป็นโปรตรอนและอิเล็กตรอนที่ถูกขับ ออกมาจากดวงอาทิตย์ โดยสนามแม่เหล็กโลกจะป้องกันไม่ให้อนุภาคเหล่านั้นทำลายชั้นบรรยากาศ ซึ่งจะ เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหลายบนโลก อันตรกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กโลกกับลมสุริยะทำให้ สนามแม่เหล็กโลกด้านตรงข้ามดวงอาทิตย์ลู่ไปคล้ายหางของดาวหาง ซึ่งเรียกว่า แมกนีโตสเฟียร์ (magnetosphere) รูปแสดงแมกนีโตสเฟียร์ แต่ก็มีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจากลมสุริยะบางส่วนถูกสนามแม่เหล็กโลกผลักให้ผ่านเข้าบรรยากาศบริเวณ ขั้วแม่เหล็กโลก เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเหล่านี้ชนกับโมเลกุลของออกซิเจนและไนโตรเจน ในบรรยากาศที่ ระดับ 100 - 300 กิโลเมตร โมเลกุลของออกซิเจนและไนโตรเจน ก็จะปล่อยแสงในช่วงที่ตาเห็นออกมา เรียกว่า ออโรรา (aurora) โดยบางครั้งจะเรียกว่า แสงเหนือ หรือ แสงใต้ในบริเวณรอบขั้วแม่เหล็กโลก

รูปแสดงออโรรา 3. ฟลักซ์แม่เหล็ก การศึกษาสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก พบว่า เส้นสนามแม่เหล็กแผ่ออกจากขั้วเหนือเป็นบริเวณสาม มิติ บริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กทั้งสองจะมีเส้นสนามแม่เหล็กหนาแน่นยิ่งกว่าบริเวณอื่น เรียกเส้นสนามแม่เหล็กที่ ผ่านพี้นที่นี้ว่า ฟลักซ์แม่เหล็ก พบว่า อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กต่อพื้นที่ตั้งฉากกับสนามหนึ่งตาราง หน่วย เรียกว่า ขนาดของสนามแม่เหล็ก(B) หรือ ค่าของจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่เส้นแรง แม่เหล็กตั้งได้ฉากเรียกว่า ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic flux density) จะได้ความสัมพันธ์ ดังนี้ A B = เมื่อ B : ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (เทสลา, 2 Wb m ,T) : จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่พุ่งผ่านพื้นผิวในแนวตั้งฉากหรือฟลักซ์แม่เหล็ก (Wb) A : พื้นที่ที่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่าน ( 2 m ) ถ้าทิศของสนามแม่เหล็ก ทำมุม กับเวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับพื้นที่รองรับ ซึ่งมี สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอผ่าน เขียนสมการได้เป็น = BAcos รูปแสดงทิศของสนามแม่เหล็ก ทำมุม กับเวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับพื้นที่รองรับ ตัวอย่างที่ 1 ในบริเวณพื้นที่หนึ่งซึ่งมีขนาด 3 ตารางเซนติเมตร ได้มีความเข้มของสนามแม่เหล็กแผ่เข้ามา ในปริมาณ 30 เทสลา จงหาว่าฟลักซ์แม่เหล็กบริเวณดังกล่าวมีค่าเท่ากับเท่าใด

วิธีทำ จากสมการ A B = แทนค่า 4 3 10 30 − = 3 9 10− = ดังนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กมีค่า 3 9 10− เวเบอร์ ตอบ 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation (EM radiation หรือ EMR)) เกิดจากการรบกวนทาง แม่เหล็กไฟฟ้า โดยการทำให้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการ เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงก็จะเหนี่ยวนำให้เกิด สนามไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีคุณสมบัติ ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด ในสุญญากาศเท่ากับ 3x108m/s ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง เป็นคลื่นตามขวาง ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่ง ไปอีกที่หนึ่ง ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร ไม่มีประจุไฟฟ้า คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ มีการสั่นในแนวตั้งฉากกัน และอยู่บนระนาบตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่น ที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้เช่น คลื่นวิทยุ (Radio waves) คลื่น ไมโครเวฟ (Microwaves) ปัจจุบันมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในหลาย ๆ ด้าน เช่น การติดต่อสื่อสาร (มือถือ โทรทัศน์ วิทยุ เรดาร์ ใยแก้วนำแสง) ทางการแพทย์ (รังสีเอกซ์) การทำอาหาร (คลื่นไมโครเวฟ) การควบคุม รีโมท (รังสีอินฟราเรด)

5. ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ แมกซ์เวลล์ได้ทำนายว่าสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กและใน ขณะเดียวกันสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาก็ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าด้วยโดยสนามไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กต่างก็มีทิศตั้งฉากกัน แมกซ์เวลล์ยังทำนายอีกว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องระหว่างสนามแม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กทำให้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เคลื่อนที่ไปในสุญญากาศด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของแสง แมกซ์เวลล์เสนอความคิดว่า แสง เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ช่วงหนึ่ง(ได้รับการยืนยันว่าเป็น จริงโดยการทดลองของเฮิรตซ์) 6. การทดลองของเฮิรตซ์ เฮิรตซ์ ได้ทดลองเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำ ที่ให้ค่าความต่างศักย์สูงเชื่อมต่อกับโลหะทรงกลม 2 ลูกซึ่งวางใกล้กันมาก จะมีหน้าที่คล้ายกับตัวเก็บประจุ อุปกรณ์ชิ้นนี้คล้ายกับวงจร LC ของเครื่องส่งคลื่นวิทยุ การออสซิลเลตของคลื่นทำได้โดย ป้อนความต่างศักย์ เป็นช่วงคลื่นสั้นๆ เข้าไปที่ขดลวดตัวนำ จะเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ประมาณ 100 MHz จากนั้นเฮ ริตซ์สร้างวงจรขึ้นมาอีกวงหนึ่ง ประกอบด้วยขดลวดเพียงขดเดียว ที่ปลายขดลวดมีทรงกลมตัวนำวางไว้ใกล้ กัน วงจรชุดนี้ทำหน้าที่คล้ายเครื่องรับคลื่น เฮิรตซ์พบอีกว่าวงจรรับคลื่น จะสามารถรับคลื่นได้ก็ต่อเมื่อ ความถี่ที่ส่งมานั้นเป็นความถี่รีโซแน นซ์ของวงจรรับคลื่นพอดี ถ้าความต่างศักย์บนขดลวดชุดรับคลื่นมีค่าสูง จะทำให้เกิดประกายไฟข้ามไปมา ระหว่างทรงกลมทั้งสอง การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า พลังงานสามารถส่งผ่านจากที่หนึ่งไปยังที่หนึ่งได้โดยอยู่ในรูปคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้า จากทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์จะมีสมบัติดังนี้คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด จะมีอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศโดยประมาณเท่ากัน คือ 3 10 m/s 8 เราใช้สัญลักษณ์ c แทนอัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับตัวกลางอื่น อัตราเร็วอาจน้อยกว่านี้ ดังสมการ c = f

เมื่อ C = อัตราเร็วแสงในสุญญากาศ 3 10 m/s 8 f = ความถี่ มีหน่วยเป็นเฮริตร์ Hz = ความยาวคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร m พลังค์(Max Karl Ernst Ludwig Planck) ผู้เสนอแนวคิดว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแสงเป็นพลังงานรูปหนึ่ง และพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนสัมพันธ์กับความถี่ และความยาวของคลื่น โดยพลังงานหาได้จาก hc E =hf = hV = เมื่อ E = พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็น J h =ค่าคงที่ของแพลงค์มีค่าเท่ากับ 6.62 10 J.s −34 f =ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็น Hz C = อัตราเร็วแสงในสุญญากาศ 3 10 m/s 8 = ความยาวคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร m ตัวอย่าง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นหนึ่งมีความยาวคลื่น 500 นาโนเมตร จะมีความถี่เท่าไร วิธีทำ จากสมการ c = f แทนค่า f 8 9 3 10 8 10− = f Hz 15 = 37.5010 ดังนั้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ Hz 15 37.5010 ตอบ ตัวอย่าง แสงสีเขียวมีความยาวคลื่น 500 นาโนเมตร จะมีความถี่และพลังงานคลื่นเท่าใด วิธีทำ จากสมการ c = f แทนค่า f 8 9 3 10 500 10− = f Hz 14 = 610 จากสมการ E =hf แทนค่า 14 34 6 10 6.62 10− E= E J 20 39.72 10− = ดังนั้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ E J 20 39.72 10− = ตอบ

ตัวอย่าง สเปกตรัมของแสงสีเหลืองมีความยาวคลื่น 590 นาโนเมตร จะมีพลังงานเท่าใด จากสมการ hc E = แทนค่า 9 34 8 590 10 6.62 10 3 10 − − E = 37 3.36 10− E = ดังนั้น แสงสีเหลืองมีพลังงาน 37 3.36 10− J ตอบ กฎของเวน (Wien’s Law) วิลเฮล์ม เวน (Wilhelm Wien) ได้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความร้อนวัตถุทุกชนิด ที่มีอุณภูมิสูงกว่า 0 เคลวิน (-273°C) มีพลังงานภายในตัว และมีการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สรุปได้ว่า ความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแปรผกผันกับอุณหภูมิ เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ สมการ max =0.0029 /T เมื่อ max = ความยาวคลื่นที่มีพลังงานสูงสุด มีหน่วยเป็นเมตร (m) T = อุณหภูมิของวัตถุ มีหน่วยเป็นเคลวิน (K) ตัวอย่าง แสงสีแดงจากอาทิตย์มีความยาวคลื่น 760 นาโนเมตร จงหาอุณหภูมิกี่องศาเซลเซียส วิธีทำ จากสมการ max =0.0029 /T แทนค่า 760 10 0.0029/T 9 = − T K 9 =3.8110 ดังนั้น แสงสีแดงมีอุณหภูมิ C 9 276.8110 ตอบ 7. สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic spectrum) สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า คือ แถบรังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างๆกัน สเปกตรัมที่ มองเห็นได้คือ แสง เมื่อแสงขาวผ่านปริซึมจะเกิดการหักเหเป็นแสงสีโดยเรียงตามความยาวคลื่นน้อยไปหา มากได้ ดังนี้ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง

รูปที่ 1 สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สเปกโตรสโคป (Spectroscope) หรือสเปกโตรมิเตอร์ (Spectrometer) เป็นเครื่องมือที่ใช้แยกสีตาม ความถี่ หรือเครื่องมือที่ใช้ศึกษาเกี่ยวกับสเปกตรัมสเปกตรัม สมัยนิวตัน โดยใช้ปริซึมแยกแสงอาทิตย์ ออกเป็นแถบสีรวม 7 สี ซึ่งภายหลังเคอร์ชอฟ (Gustav Krchhoff) ชาวเยอรมัน ได้ประดิษฐ์สเปกโตรสโค ปขึ้น ใช้ในการแยกสเปกตรัมของแสงขาว และต่อมาบุนเสน (Robert Bunsen) ได้นำความรู้เกี่ยวกับ สเปกตรัมไปวิเคราะห์แร่ชนิดต่าง ๆ ซึ่งทำให้ทราบว่าแร่นั้นมีธาตุอะไรเป็นองค์ประกอบ Spectroscope of Kirchhoff and Bunsen สีของสเปกตรัม ความยาวคลื่น (nm) ความถี่คลื่น (Hz) พลังงาน (J) ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม แดง 380 - 420 420 - 460 460 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700 7.89 x 1014 - 7.14 x 1014 7.14 x 1014 - 6.52 x 1014 6.52 x 1014 - 6.12 x 1014 6.12 x 1014 - 5.17 x 1014 5.17 x 1014 - 5.08 x 1014 5.08 x 1014 - 4.62 x 1014 4.62 x 1014 - 4.29 x 1014 5.23 x 10 -19 - 4.73 x 10-19 4.73 x 10-19 - 4.32 x 10-19 4.32 x 10-19 - 4.06 x 10-19 4.06 x 10-19 - 3.43 x 10-19 3.43 x 10-19 - 3.37 x 10-19 3.37 x 10-19 - 3.06 x 10-19 3.06 x 10-19 - 2.84 x 10-19 แสงที่ตามองเห็น (Visible light) เป็นเพียงส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงซึ่งประสาทตา ของมนุษย์สามารถสัมผัสได้ ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 400 – 700 นาโนเมตร (1 เมตร = 1,000,000,000 นาโนเมตร) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ ซึ่งเรียงลำดับตามความยาวคลื่นได้ดังนี้ 1. คลื่นวิทยุมีความถี่ช่วง 104 - 109 Hz ( เฮิรตซ์ ) สามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางที่มีขนาด ใกล้เคียงกับความยาวคลื่นได้ใช้ในการสื่อสาร ส่งข่าวสารและสาระบันเทิงไปยังผู้รับ โดยจะนำคลื่นเสียง เปลี่ยนรูปเป็นสัญญาณไฟฟ้ารวมกับคลื่นวิทยุซึ่งทำหน้าที่เป็นคลื่นพาหะแล้วจึงส่งอากาศไปยังผู้รับ การส่ง สัญญาณคลื่นวิทยุ มี 2 ระบบ คือ 1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation) มีช่วงความถี่ 530 - 1600 kHz

สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้าไปกับคลื่นวิทยุที่เรียกว่า "คลื่นพาหะ" โดย สัญญาณเสียงจะไปบังคับให้แอม พลิจูดของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง ระบบการผสมคลื่นที่เมื่อผสมกันแล้วทำให้ความสูงของคลื่นวิทยุ เปลี่ยนแปลงไปตามคลื่นเสียง จึงเรียกว่าการผสมทางความสูงของคลื่น (Amplitude Modulation) หรือ AM วิทยุ AM จะมีคุณภาพเสียงไม่ดีเกิดการรบกวนได้ง่าย เช่น การรบกวนจากสถานีข้างเคียง เครื่องใช้ไฟฟ้า เวลาฝนตก ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า จะทำให้เสียงขาดหายจนฟังไม่รู้เรื่อง 1.2 ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation) มีช่วงความถี่ 88 - 108 MHz สื่อสาร โดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้ากับคลื่นพาหะ โดยสัญญาณเสียงจะไปบังคับให้ความถี่ของคลื่นพาหะ เปลี่ยนแปลง เป็นการผสมคลื่นทางความถี่ (Frequency Modulation) คือคลื่นวิทยุที่ผสมกับคลื่นเสียงแล้ว จะมีความถี่ไม่สม่ำเสมอ เปลี่ยนแปลงไปตามคลื่นเสียง แต่ความสูงของคลื่นยังคงเดิม ลื่นวิทยุระบบเอฟเอ็ม ซึ่งมีความถี่สูงจะมีการสะท้อนที่ชั้นไอโอโนสเฟีย วิทยุ FM ส่งด้วยความถี่ 88 -108 MHz ในประเทศไทยมี จำนวนกว่า 100 สถานี กระจายอยู่ตามจังหวัดต่างๆ ทั่วประเทศ ให้คุณภาพเสียงดีเยี่ยม ไม่เกิดสัญญาณ รบกวนจากสภาพอากาศแปรปรวน แต่ส่งได้ในระยะประมาณไม่เกินประมาณ 150 กิโลเมตร ปัจจุบันนิยมส่ง ในแบบ สเตอริโอ ที่เรียกว่าระบบ FM Sterio Multiplex ซึ่งเครื่องรับวิทยุสามารถแยกสัญญาณแอกเป็น 2 ข้าง คือ สัญญาณสำหรับลำโพงด้านซ้าย (L) และ สัญญาณสำหรับลำโพงขวา (R) คลื่นดิน ( Ground Wave ) คือ คลื่นที่วิ่งไปตามแนวราบระดับพื้นดินจากสถานีส่งถึงผู้รับฟัง เป็นแนวเส้นตรงปกติจะมีรัศมีประมาณ 80 กิโลเมตร ส่วนคลื่นฟ้า ( Sky Wave ) คือ คลื่นที่วิ่งขึ้นไปกระทบบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ 2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ มีความถี่ช่วง 108 - 1012 Hz จะไม่สะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอ โอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไปนอกโลก มีประโยชน์ในการสื่อสาร โดยในการถ่ายทอดสัญญาณ โทรทัศน์จะต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง และผิวโลกมีความโค้ง สัญญาณจึงไปได้ไกลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตร บนผิวโลก คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้น จึงไม่ สามารถเลี้ยวเบน อ้อมผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆได้ เช่น เครื่องบิน อาคาร เป็นต้น เนื่องจากไมโครเวฟจะสะท้อน กับผิวโลหะได้ดีจึงนาไปใช้ประโยชน์ในการตรวจหาตาแหน่งของอากาศยาน เรียกอุปกรณ์ดังกล่าวว่า เรดาร์ เรดาร์(RADAR; radio detection and Ranging) เป็นระบบที่ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเครื่องมือ ในการระบุระยะ (range), ความสูง (altitude) รวมถึงทิศทางหรือความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ ซึ่งมี หลักการทำงานโดยส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากจานสายอากาศ โดยส่งเป็นช่วง ๆ ในขณะที่จานสายอากาศ หมุนรอบ 360 องศา และทำหน้าที่รวมคลื่นจะรับสัญญาณที่สะท้อนกลับมาด้วยในเวลาเดียวกัน คลื่นที่ ส่งออกไปนี้จะเดินทางด้วยความเร็วเท่าความเร็วของแสง และเมื่อคลื่นไปกระทบเป้าก็จะสะท้อนกลับมายัง จานสายอากาศแล้วส่งต่อไปถึงเครื่องรับจะถูกส่งต่อไปยังหน่วยประมวลผลเพื่อประมวลผลแล้วส่งผลที่ได้ไป แสดงที่จอภาพ ในปัจจุบันมีการนำมาประยุกต์ใช้งานากขึ้น ได้แก่ เรดาร์จับความเร็วรถยนต์ การใช้เรดาร์ใน การพยากรณ์อากาศ ใช้นำทางเครื่องบินโดยสาร ใช้เป็นระบบเตือนการชนสิ่งกีดขวางของรถยนต์ ใช้ในระบบ ดาวเทียมภาพถ่ายทางอากาศ เป็นต้น

รูปแสดงเดาร์ของสนามบิน 3. รังสีอินฟาเรด (infrared rays:IR) รังสีใต้แดง หรือรังสีความร้อน มีช่วงความถี่ 1011 - 1014 Hz คาบเกี่ยวกับไมโครเวฟ โดยที่ เฮอ เซล (Sir William Herschel) ค้นพบ อินฟาเรด ในปี 1800 โดยเขาได้ทำการทดลองวัดอุณหภูมิของแถบสีต่าง ๆ จากปริซึม และพบว่าอุณหภูมิความร้อนจะเพิ่มขึ้น ตามลำดับและสูงสุดที่แถบสีสีแดง คุณสมบัติเฉพาะตัวของรังสีอินฟราเรด เช่น ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก ไฟฟ้า ที่แตกต่างกันก็คือ คุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับความถี่ คือยิ่งความถี่สูงมากขึ้น พลังงานก็สูงขึ้นด้วย รังสีอิน ฟาเรดสามารถตรวจรับได้ด้วยประสาทสัมผัสทางผิวหนังหรือฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดได้โดยปกติสิ่งมีชีวิตจะแผ่ รังสีอินฟราเรดออกมาตลอดเวลา และรังสีอินฟราเรดสามารถทะลุผ่านเมฆหมอกที่หนาเกินกว่าที่แสงธรรมดา จะผ่านได้ จึงอาศัยสมบัตินี้ในการถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม เช่น กล้องดาวเทียม กล้องถ่ายภาพความ ร้อนผู้ป่วย รีโมท กล้องตรวจวัตถุทางอุสาหกรรม เป็นต้น กล้องอินฟาเรดหรือกล้องถ่ายภาพความร้อน ภาพจริงที่ปรากฏจากกล้องมันจะจับพลังงานรังสี อินฟราเรด โดยพลังงานของรังสีจะแผ่จากวัตถุส่งผ่านเลนส์ของกล้องและจะถูกโฟกัสโดยเลนส์ไปยังตัว ตรวจจับโดยเซนเซอร์จะทำการแปลงรังสีอินฟราเรดให้อยู่ในรูปสัญญาณไฟฟ้า หลังจากนั้นอิเลคทรอนิกส์ เซนเซอร์จะทำการแปลงข้อมูลแสดงผลบนจอภาพ ซึ่งภาพที่ได้ในส่วนของวัตถุที่อุณหภูมิกว่าจะแสดงสีสว่าง และวัตถุที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะแสดงสีมืดกว่า

รีโมทคอนโทรล เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ใช้สำหรับควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น โทรทัศน์เครื่องเสียง เครื่องเล่นดีวีดีจากระยะไกล โดยไม่ใช้สายไฟเป็นตัวส่งสัญญาณ แต่ใช้อินฟราเรดแทน ปัจจุบันมีการส่งสัญญาณด้วยเส้นใยนำแสง (Optical fiber) แต่สิ่งที่เป็นพาหะนำสัญญาณคือ รังสีอินฟราเรด เพราะถ้าใช้แสงธรรมดานำสัญญาณอาจมีการรบกวนจากแสงภายนอกได้ง่าย 4. แสง (light) มีช่วงความถี่ 1014Hz หรือความยาวคลื่น 4x10-7 - 7x10-7 เมตร แสงจาก ดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับและแยกได้คือ แสงสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง เมื่อแสงทั้งเจ็ดสีรวมกันจะเป็นสีขาว เปลวไฟสีแดงจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าเปลว ไฟสีม่วง การมองเห็นสีของมนุษย์เมื่อแสงขาวตกกระทบวัตถุทึบแสง วัตถุนั้นจะดูดกลืนแสงแต่ละสีที่ ประกอบเป็นแสงขาวนั้นไว้ในปริมาณต่าง ๆ กัน แสงส่วนที่เหลือจากการดูดกลืนจะสะท้อนกลับเข้าตา ทำให้ เราเห็นวัตถุเป็นสีเดียวกับแสงที่สะท้อนมาเข้าตามากที่สุด เช่น เรามองดูต้นไม้เป็นสีเขียว เพราะต้นไม้มีคลอ โรฟิลเป็นสารดูดกลืนแสงสีอื่นๆไว้หมด แล้วปล่อยแสงสีเขียวและสีใกล้เคียงให้สะท้อนกลับเข้าตาเรา ส่วน วัตถุที่มีสีดำจะดูดกลืนแสงทุกสีและสารสีขาวนั้นจะสะท้อนแสงทุกสีที่ตกกระทบ ตาบอดสีเป็นโรคชนิดหนึ่งของดวงตาเมื่อเป็นแล้วจะส่งผลให้การแปรภาพของสีต่าง ๆ ที่มองเห็น ผิดเพี้ยนไป จากผู้อื่นที่เป็นตาปกติเกิดขึ้นจากเซลล์ประสาทในม่านตามีความบกพร่องหรือพิการ ทำให้ไม่ สามารถมองเห็นสีบางสีได้ ที่พบบ่อยคือ ตาบอดสีแดง ตาบอดสีเขียว และตาบอดสีน้ำเงิน ยกตัวอย่าง เช่น คนตาบอดสีแดงจะมองเห็นสีแดง สีเหลืองเป็นสีเขียว และมองเห็นสีเขียวเป็นสีเหลือง จะมากจะน้อยขึ้นอยู่ กับอาการผิดปกติของเซลล์ประสาทของแต่ละคน ซึ่งอาจเกิดปัญหาในการดำรงชีวิตยกตัวอย่าง เช่น การเห็น สีของไฟจราจร เป็นต้น รุ้งกินน้ำ (Rainbow) เป็นปรากฏการณ์เกิดจากแสงอาทิตย์ที่ส่องลงมายังพื้นโลกภายหลังฝนตก มักจะมีละอองน้ำเล็กๆ ลอยอยู่ในอากาศ จะทำหน้าที่เสมือนปริซึมหักเหแสงอาทิตย์ให้แยกออกเป็นสี โดย ลำแสงจากดวงอาทิตย์ที่ถูกหักเหเข้าสู่แนวสายตาเป็นมุมประมาณ 40° จะปรากฏเห็นรุ้งกินน้ำเส้นโค้ง โดยจะ

มีสีจากล่างขึ้นบนเรียงลำดับ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง รุ้งกินน้ำยังอาจพบเห็นได้ในบริเวณ น้ำตกและน้ำพุ หรือการพ่นละอองน้ำไปในอากาศกลางที่มีแสงแดดได้เช่นกัน รูปแสดงสีของรุ้งกินน้ำ 5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays) หรือ รังสีเหนือม่วง มีความถี่ช่วง 1015 - 1018 Hz เป็นรังสีตามธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและ ไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆได้ ทะลุผ่านแก้วได้บ้าง เล็กน้อย แต่ผ่านควอตซ์ได้ดี แต่สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้สร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไป ในหลอดที่บรรจุไอปรอท เช่น ในหลอดฟลูออเรสเซนต์ การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้ายังทำให้เกิดรังสี อัลตราไวโอเลตความเข้มสูง ในปริมาณที่เป็นอันตรายต่อนัยน์ตา จึงจำเป็นต้องสวมแว่นสำหรับป้องกัน โดยเฉพาะ หากร่างกายได้รับรังสีในขนาดต่ำจะเป็นประโยชน์ต่อการสร้าง วิตามินดี แต่ถ้าได้รับมากเกินไป เป็นเวลานานจะมีผลในการทำลายระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย รวมทั้ง ผิวหนัง ตา และก่อให้เกิดมะเร็ง โดย รังสีUV ทำให้ผิวหนังร้อนแดงได้อย่างเฉียบพลัน และถ้าได้รับรังสีมากก็จะทำให้เกิดเป็น เม็ดพุพอง และ ทำลายเซลล์ผิวหนังชั้นบน ผลของรังสีUV ต่อตาอย่างเฉียบพลัน คือ กระจกตาอักเสบ และเยื่อตาขาวอักเสบ ซึ่งป้องกันได้ ด้วยการสวมแว่นกันแดดที่เหมาะสม แต่ผล ต่อเนื่องเรื้อรังที่จะเกิด คือ การเกิดต้อเนื้อ มะเร็งของเยื่อตาขาว และต้อกระจกได้ 6. รังสีเอกซ์(X-rays) หรือ รังสีเรินเกนต์ มีความถี่ช่วง 1016 - 1022 Hz สามารถทะลุสิ่งกีด ขวางหนา ๆ ได้แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่ ใช้ ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง ในทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายใน ร่างกาย รวมถึงเมื่อให้รังสีเอ็กซ์ที่มีความยาวคลื่นประมาณ 10 เมตรซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและ ช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึก ผ่านก้อนผลึกอะตอมที่จัดเรียงตัวกันอย่างมีระเบียบทำให้รังสีเอ็กซ์เลี้ยวเบน อย่างมีระเบียบ เช่นเดียวกับเมื่อแสงผ่านเกรตติง จึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างของผลึกได้การผลิตรังสีเอ็กซ์ วีธี หนึ่งใช้หลักการเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน

เครื่องเอกซเรย์ จากการค้นพบของ Wilhelm Conrad Roentgen ว่ารังสีเอกซ์สามารถบอก รูปร่างของกระดูกได้ รังสีเอกซ์ได้ถูกพัฒนาเพื่อนำมาใช้ในการถ่ายภาพในการแพทย์ โดยนำรังสีมาถ่ายภาพ อวัยวะต่างๆ ที่แพทย์สงสัยว่าจะมีโรค ทำให้แพทย์มองเห็นภาพอวัยวะนั้นในการช่วยการวินิจฉัยโรคนั่นเอง รังสีเอกซ์ได้ถูกพัฒนานำไปใช้ในหลายสาขา เช่น การวิจัยทางดาราศาสตร์การถ่ายภาพและผลิตภาพใน ขนาดเล็ก การตรวจหารอยร้าวขนาดเล็กในโลหะ การตรวจหาอาวุธปืนหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง เป็นต้น การตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Magnetic resonance imaging, MRI) เครื่องมือที่อาศัยคุณสมบัติความเป็นแม่เหล็กของไฮโดรเจนอะตอมที่เป็นส่วนประกอบในร่างกาย เช่น น้ำ เลือด เนิ้อเยื่อ เป็นต้น เครื่องจะส่งคลื่นที่มีความถี่จำเพาะ (Radiofrequency) เข้าไปกระตุ้นระบบอวัยวะที่ จะตรวจ หลังจากนั้นไฮโดรเจนอะตอมจะมีการคายพลังงาน โดยจะมีอุปกรณ์รับสัญญาณแปลงเป็นสัญญาณ ภาพบนจอภาพ Medical MRI scanner 7. รังสีแกมมา (g-rays) มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ มีอำนาจทะลุ ทะลวงสูง ที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตภาพรังสีรังสีคอสมิคที่มาจาก อวกาศก็มีรังสีแกมมาได้ และสามารถทำให้เกิดขึ้นได้ เช่น การแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าที่ถูกเร่งด้วยความต่าง ศักย์ไฟฟ้าสูงๆ ในเครื่องเร่งอนุภาค การใช้รังสีแกมมาในทางการแพทย์ มีการนิยมในการใช้ คือ การรักษาโรคมะเร็งหรือเนื้อ งอก การตรวจและวินิจฉัยโรค และการปลอดเชื้อผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์สำหรับการรักษาโรคมะเร็ง บริเวณต่างๆ ในร่างกาย ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น โคบอลต์-60 ไอโดดีน-131 ทอง-198 และสทรอน เชียม-90 เป็นต้น การใช้รังสีแกมมาในทางอุตสาหกรรมเกษตรโดยใช้รังสีแกมมาใช้ มีตัวอย่าง ดังนี้ - การควบคุมและกำจัดแมลงโดยช้เทคนิคการใช้แมลงที่เป็นหมัน (SIT) ประกอบด้วยการเลี้ยงแมลงทำ หมันกมลงที่เลี้ยงด้วยการฉายรังสีแกมมา การปล่อยแมลงไปผสมพันธุ์กับแมลงที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ทำให้ตัว เมียวางไข่ที่ไม่สามารถฟักออกเป็นตัวหนอนจะช่วยลดประชากรแมลงในธรรมชาติเช่น แมลงวันทองในสวน มะม่วง เป็นต้น - การปรับปรุงพันธุ์พืชด้วยรังสี (Mutation) รังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ ฉายผ่านเนื้อเยื่อจนเกิดการ เปลี่ยนแปลงในระดับยีนส์ (genes) ซึ่งเป็นหน่วยพันธุกรรม หรือทำให้เกิดการขาดของโครโมโซม ทำให้ได้

ลักษณะพันธุ์ใหม่ๆ ขึ้นมา เช่น ข้าวพันธุ์ กข6 ข้าวพันธุ์ กข10 และข้าวพันธุ์ กข15 ซึ่งมีความต้านทานโรค เพิ่มมากขึ้น ให้ผลผลิตสูง - นอกจากนั้นยังมีการใช้ยืดอายุการเก็บรักษา ชะลอการสุกของผลไม้ ยับยั้งการงอกระหว่างการเก็บรักษา ทำลายและยับยั้งการแพร่พันธุ์ของแมลง นอกจากนั้นยังมีการประยุกต์ใช้เทคนิคคาร์บอน-14 ในการหาอายุ น้ำบาดาล การใช้รังสีแกมมาวิทยาการทางดาราศาสตร์โดยใช้รังสีแกมมาวิเคราะห์ อวกาศ ดวงดาว และแกแลกซี โดยกล้องโทรทัศน์ที่มีเครื่องตรวจจับรังสีแกมมาเพื่อการศึกษาโครงสร้างดาว และแกแลกซีได้รายละเอียด มากขึ้น เช่น ดูภาพของดวงอาทิตย์ หลุมดำ หรือดาวนิวตรอนได้ลึกขึ้น 4. กิจกรรมการเรียนการสอน 4.1 ขั้นนำ 1.ให้นักเรียนทำแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียน แล้วแบ่งนักเรียนออกเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ ได้คะแนนสูง ปานกลาง และต่ำ หลังจากนั้นแบ่งนักเรียนเป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 คน โดยมีนักเรียนที่มี ความสามารถครบทั้ง 3 กลุ่ม 2. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบก่อนเรียนเรื่อง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 4.2 ขั้นสอน 1. สนทนาทบทวนเกี่ยวกับคลื่น 2. ตั้งคำถามว่า นักเรียนคิดว่าความหมายและการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมทั้งบอก ลักษณะสำคัญของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันสืบค้นเกี่ยวกับความหมายการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและ ลักษณะสำคัญของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การนำความรู้เกี่ยวกับคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าไปอธิบายสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวัน รวบรวมข้อมูลจากหนังสือเรียน หรือจาก อินเทอร์เน็ต การศึกษาค้นคว้าให้ได้มากที่สุด และต้องมีการแบ่งหน้าที่กันทำงาน โดยไม่ให้ซ้ำกับหน้าที่ เดิมที่ เคยปฏิบัติมาแล้ว ครูซ้ำเกี่ยวกับการประเมินนักเรียนในระหว่างการเรียนและการทำงาน 4. นำข้อมูลที่ได้มาร่วมกันวิเคราะห์ แปลความหมาย จัดกระทำ ลงข้อสรุปแล้วอธิบายซักถาม กันภายในกลุ่มจนเข้าใจตรงกัน 5. สุ่มตัวแทนนักเรียนจากกลุ่มต่างๆ ประมาณ 1 - 2 กลุ่ม นำเสนอข้อสรุปที่ได้เกี่ยวกับคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าและสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถนำความรู้ไปอธิบายสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับ ชีวิตประจำวัน จากนั้นร่วมกันอภิปรายซักถามเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่สมบูรณ์ที่สุด 6. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยใช้สื่อ power point และสื่อ animation

4.3 ขั้นสรุป 7. เปิดโอกาสให้นักเรียนซักถามข้อสงสัย ที่นักเรียนยังไม่เข้าใจเกี่ยวกับเรื่องที่เรียน 8. สุ่มนักเรียนอภิปรายสรุปเกี่ยวกับความรู้ที่ได้รับในการศึกษาในครั้งนี้ 9. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบหลังเรียน เรื่อง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 9. นักเรียนบันทึกผลการเรียนรู้ในสมุดบันทึกผลการเรียนรู้รายชั่วโมง 10. ติชม/เสนอแนะเกี่ยวกับข้อค้นพบต่างๆ จากทำงานของนักเรียน 5. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 5.1 หนังสือเรียน รายวิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 3000 – 1301ของ สำนักพิมพ์ศูนย์ส่งเสริมอาชีวะ 5.2 แบบฝึกหัดเสริมทักษะประจำหน่วย 5.3 แบบทดสอบก่อนเรียน 5.4 แบบทดสอบหลังเรียน 6. การวัดและการประเมินผล 6.1 ทำแบบประเมินผลการเรียน เกณฑ์ผ่าน 60% 6.2 ร่วมทำกิจกรรมกลุ่ม ประเมินโดยใช้แบบประเมิน เกณฑ์ผ่าน 80% 7. การบูรณาการเชื่อมโยง สาระการเรียนรู้ การบูรณาการ กิจกรรม คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - ภาษาไทย - คอมพิวเตอร์ - สังคม - นำเสนอผลงานกลุ่ม - หาข้อมูลทาง Internet - การทำงานกลุ่ม

แผนการจัดการเรียนรู้แบบเน้นสมรรถนะ และบูรณาการ แผนที่5 วิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 3000 – 1301 จำนวน 9ชั่วโมง บทเรียน :ไฟฟ้าสถิต ทั้งหมด 54 ชั่วโมง 1. สาระสำคัญ วัตถุทุกชนิดมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน ถ้าเรานำวัตถุต่าง ๆ มาถูกัน ทำให้มีการ ถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยวัตถุที่รับอิเล็กตรอนเพิ่มจะแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป็นลบ(มีประจุลบ) วัตถุที่ สูญเสีย อิเล็กตรอนไปจะแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นบวกแต่ผลรวมของประจุก่อนและหลังการถ่ายโอนยังคงเท่าเดิมซึ่ง เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า วัตถุที่ยอมให้ประจุหรือไฟฟ้าไหลผ่านเรียกว่าตัวนำ ส่วนวัตถุที่ไม่ ยอมให้ประจุหรือไฟฟ้าไหลผ่านเรียกว่า ฉนวน ส่วนสนามไฟฟ้าเป็นบริเวณโดยรอบวัตถุมีประจุที่มีแรงทาง ไฟฟ้าส่งไปถึง สนามไฟฟ้ามีทิศพุ่งออกจากประจุบวกและพุ่งเข้าหาประจุลบ ในสนามไฟฟ้า พลังงาน ศักย์ไฟฟ้าของจุดประจุจะเปลี่ยนไป พลังงานศักย์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปต่อ หน่วยประจุของจุดประจุเรียกว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดปลายกับจุดต้นในการเคลื่อนจุดประจุ 2. สมรรถนะประจำหน่วย 1. บอกวิธีการทำให้เกิดประจุไฟฟ้า ใช้แบบจำลองอะตอม อธิบายการเกิดประจุบวกหรือประจุลบบน วัตถุได้ 2. จำแนกประเภทวัตถุต่าง ๆ ออกเป็น ตัวนำและฉนวน โดยใช้สมบัติของการยอมและไม่ยอมให้ ประจุเคลื่อนที่ผ่านได้เป็นเกณฑ์ 3. อธิบายสนามไฟฟ้า พลังงานศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า และศักย์ไฟฟ้าได้ 4. คำนวณแก้ปัญหาโจทย์เกี่ยวกับสนามไฟฟ้า พลังงานศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า และศักย์ไฟฟ้า ได้ 5. มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ จิตวิทยาศาสตร์ และสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้ 6. มีคุณธรรม จริยธรรม และน้อมนำหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียงนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 3. เนื้อหาสาระ 1. ไฟฟ้าสถิตย์ ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatics ) หมายถึง การศึกษาเกี่ยวกับประจุไฟฟ้าขณะ อยู่นิ่งกับที่ การศึกษาไฟฟ้าสถิต มนุษย์ค้นพบปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าสถิตมานานแล้ว โดย ทาลีส นักปราชญ์ ชาวกรีก ได้พบว่าถ้านำเอาแท่งอำพัน (ยางสนที่ทับถมนานจนกลายเป็นหิน สมัยกรีกเรียกว่า Electron) มาถู กับผ้าขนสัตว์แล้ว แท่งอำพันนั้นจะสามารถดูดวัตถุเบาๆได้ อำนาจที่เกิดขึ้นนี้ถูกเรียกว่า ไฟฟ้า ต่อมาพบว่ามี วัตถุบางชนิดเช่นพลาสติก เมื่อนำมาถูกับผ้าสักหลาดจะสามารถดึงดูดวัตถุเบาๆได้ และแรงดึงดูดนี้ไม่ใช่แรง

ดึงดูดระหว่างมวลเพราะจะเกิดขึ้นภายหลังที่มีการนำวัตถุดังกล่าวมาถูกันเท่านั้น และเรียกว่าสิ่งที่ทำให้เกิด แรงนี้คือ ประจุไฟฟ้า หรือเรียกสั้นๆว่า ประจุ การเกิดไฟฟ้าสถิต 1. วิธีการขัดถูกันของวัตถุ เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสี กัน พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน โดยจะเกิดกับวัสดุ ประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่าฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง พลาสติก และแก้ว การขัดสีหรือการถู วัตถุ 2 ชนิดที่มาขัดสี หรือถูกัน จะทำให้มีการถ่ายเทของประจุไฟฟ้า(อิเล็กตรอน)ระหว่างวัตถุทั้งสอง วัตถุใดสูญเสีย อิเล็กตรอนไปวัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเล็กตรอนมา จะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ใน การขัดสีหรือถู จำนวนประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นชนิดตรงข้าม 2. วิธีการถ่ายเทประจุคือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิว วัสดุ2 ชนิดไม่เท่ากันตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า เมื่อเราใส่รองเท้าหนังแล้ว เดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูหรือคอมพิวเตอร์จะมีความรู้สึกว่าถูก ไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ2 ชนิด วัตถุใดสูญเสีย อิเล็กตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็กตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ซึ่งขึ้นอยู่กับ วัตถุที่มาขัดสีกัน ร่างกายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี เช่น ในฤดูหนาวซึ่งมีอากาศแห้ง เมื่อหวีผม แล้ว นำหวีมาใกล้กับกระดาษชิ้นเล็กๆ จะพบว่าหวีสามารถดูดกระดาษได้และถ้านำหวีนั้น มาใกล้กับผิวหนัง จะพบว่าขนบนผิวหนังถูกหวีดูดให้ตั้งขึ้น สำหรับผู้ที่อยู่ในภูมิภาคที่มีอากาศหนาวเย็นจะพบปรากฏการณ์ ทำนองนี้บ่อยครั้ง เพราะแม้แต่เดินแทรกผ่านเข้าไปในแถวเสื้อขนสัตว์ที่แขวนอยู่เรียงราย จะพบว่ามีประกาย ไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างเสื้อที่เราสวมใส่กับเสื้อขนสัตว์ที่แขวนอยู่ 3. วิธีการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้าการทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำ ทำได้โดยการนำวัตถุ ซึ่งมีประจุไฟฟ้าเข้าไปใกล้ ๆ วัตถุที่เป็นกลางจะทำให้ เกิดการเหนี่ยวนำให้ประจุไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุที่เป็นกลาง เกิดการจัดเรียงตัวใหม่ เนื่องจากแรงทางคูลอมบ์ เป็นผลทำให้วัตถุที่เป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น โดย ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตรงด้านใกล้กับวัตถุที่มาเหนี่ยวนำจะเป็นชนิดตรงกันข้ามกับประจุที่มาเหนี่ยวนำ และ ด้านไกลกับวัตถุที่มาเหนี่ยวนำจะเกิดประจุชนิดเดียวกัน เช่น การทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกบนวัตถุตัวนำทรง กล อิเล็กโทรสโคปเป็นเครื่องมือสำหรับตรวจไฟฟ้าสถิต มี 2 ชนิด 3.1 อิเล็กโทรสโคปแบบพิธบอล (Pith ball electroscope) ประกอบด้วยลูกกลมเล็กทำ ด้วยเม็ดโฟม หรือไส้หญ้าปล้องซึ่งมีน้ำหนักเบามาก ตัวลูกกลมแขวนด้วยเชือกด้าย หรือไหมเส้นเล็กๆ จาก ปลายเสาที่ตั้งบนแท่นฉนวนไฟฟ้า ดังรูป

อิเล็กโทรสโคปแบบพิธบอล การตรวจวัตถุใดมีประจุไฟฟ้าหรือไม่ ปฏิบัติดังนี้ ใช้นิ้วคลึงลูกกลมให้ทั่ว แน่ใจว่า ลูกกลมเป็นกลาง จริงๆ จากนี้นำวัตถุที่ต้องการตรวจว่ามีประจุไฟฟ้าหรือไม่ เข้ามาใกล้ๆ ลูกกลมนั้น หากปรากฏว่าลูกกลม เคลื่อนที่โดยดูดเข้าหาวัตถุนั้น เมื่อปรากฏเช่นนี้ก็แสดงว่า วัตถุที่นำมาทดลองนั้นมีประจุไฟฟ้า แต่ไม่สามารถ ระบุชนิดของประจุได้ ถ้าปรากฏว่าเมื่อนำวัตถุที่ต้องการตรวจสอบเข้าใกล้ลูกกลมนั้นแล้วลูกกลมไม่ เคลื่อนที่เลย ก็แสดงว่าวัตถุนั้นเป็นกลาง (ไม่มีประจุไฟฟ้า) 2. อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นโลหะบาง ( leaf electroscope) อิเล็กโทรสโคปแบบนี้ประกอบแผ่น โลหะบางๆ สองแผ่น ติดห้อยประกบกันที่ปลายแท่งโลหะปลายบนของแท่งโลหะนี้เชื่อมติดกับจานโลหะ ตัว แท่งโลหะสอดติดแน่นอยู่ในฉนวนไฟฟ้าท่อนหนึ่ง การตรวจประจุไฟฟ้า โดยสังเกตการกางของแผ่นโลหะ บาง ๆ ของอิเล็กโทรสโคป กล่าวคือ เมื่อนำวัตถุที่มีประจุมาใกล้จานโลหะของอิเล็กโทรสโคป จะเกิดการ เหนี่ยวนำทำให้ที่จานโลหะจะมีประจุชนิดตรงกันข้ามกับประจุบนวัตถุ จึงทำให้แผ่นขนานข้างล่างเป็นประจุ ชนิดเดียวกันทั้งสองแผ่น แผ่นโลหะบางของอิเล็กโทรสโคปจะกางออก เพราะผลจากการผลักกันของประจุ ชนิดเดียวกันของแผ่นโลหะบาง อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นโลหะบาง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต (Electrostatic generator) เครื่องจักรวิมส์เฮิรสต์(Wimshurst machine) เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีจานหมุนสอง อัน ซึ่งสร้างประจุไฟฟ้า ด้วยการขัดสีแล้วประจุจะถูกรวบรวมไว้โดยหวีโลหะ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวนเดอกราฟฟ์( Van de Graaff generator) มีสายพานเลื่อนอันหนึ่งซึ่งจะ ได้รับประจุเมื่อมันผ่านไปเหนือแถวของโลหะ ปลายแหลมสายพานจะนำประจุไปยังโดมโลหะกลวงที่ยอดของ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ถ้าเราวางโดมโลหะอีกอันหนึ่งไว้ข้างๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะทำให้เกิดประกายไฟฟ้าสถิต ขนาดใหญ่ข้ามระหว่างโดมสองอัน 1.2 อนุภาคมูลฐาน เดิมเราเคยเชื่อกันว่าอะตอมเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสาร ต่อมานักฟิสิกส์ได้พบว่าอะตอม ประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมลงไปอีก คือ อิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอน เราจึงเรียกอนุภาค เหล่านี้ว่า อนุภาคมูลฐาน (elementary particles) หลังจากนั้นมีนักฟิสิกส์พยายามศึกษาต่อไปว่าใน อะตอมนอกจากอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอนแล้ว ยังมีอนุภาคอื่น ๆ อีกหรือไม่ ในที่สุดก็ได้พบอนุภาคต่างๆ อีกมากมายนอกเหนือจากอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอน ปัจจุบัน การศึกษาค้นคว้าหาอนุภาคมูลฐานเหล่านี้ ยังคงดำเนินต่อไปอีกเรื่อยๆ ซึ่งการค้นพบอนุภาคใหม่ๆ เหล่านี้ ทำ ให้เราสามารถเข้าใจโครงสร้างของสสารในจักรวาลและปรากฏการณ์ต่างๆ ได้ดียิ่งขึ้น นักฟิสิกส์อธิบายว่าการที่โปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสสามารถอยู่รวมกันได้เพราะมีแรงนิวเคลียร์ กระทำ แรงแรงนี้เกิดเมื่อโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน มีการสูญเสียมวล ทำให้เกิดพลังงานที่ทำให้ องค์ประกอบของนิวเคลียส เรียก พลังงานยึดเหนี่ยว (binding energy) ซึ่งมีค่าเท่ากับพลังงานที่ทำให้ องค์ประกอบของนิวเคลียสแยกออกจากกัน พลังงานนี้เกิดจาก มวลพร่อง (mass defect) ซึ่งหาได้จาก 2 E =mc ในปัจจุบันมีการศึกษาค้นคว้าอนุภาคต่างๆ จนมีการค้นพบ ควาก (quark) เป็นอนุภาคมูลฐานที่เล็ก ที่สุดของสสารที่ค้นพบซึ่งอยู่ในอนุภาคโปรตอน ควากแบ่งเป็น 6 ชนิดคือ ชนิด up down strange charm bottom และ top แทนด้วยสัญลักษณ์ u d s c b และ t สำหรับประจุของควากนั้นจะมีทั้งบวกและลบ ซึ่งจะเป็นเศษส่วนเท่าของประจุอิเล็กตรอนดังแสดงใน ตาราง ตารางที่ 1.1 แสดงสัญลักษณ์และประจุไฟฟ้าของควาก ควาก สัญลักษณ์ ประจุไฟฟ้า (หน่วยของ e) up down strange charm bottom top u d s c b t 3 2 + 3 1 − 3 1 − 3 2 + 3 1 − 3 2 +

ดังนั้น นิวตรอนจึงประกอบด้วย ควาก up 1 ตัว ควาก down 2 ตัว และประจุลัพธ์เป็น ดังนี้ 0 3 1 3 1 3 2 e − e − e = โปรตอนประกอบด้วย ควาก up 2 ตัว ควาก down 1 ตัว และประจุลัพธ์เป็น ดังนี้ 1 3 1 3 2 3 2 e + e − e = และ อิเล็กตรอนไม่มีควากภายใน 1.3 ประจุไฟฟ้า (Electric charge) ประจุไฟฟ้า (Electric charge) หมายถึง ปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติของ สสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อย ๆ ที่มีลักษณะ และมีสมบัติเหมือนกัน ที่เรียกว่า อะตอม (atom) ภายใน อะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิดได้แก่ โปรตอน (proton) นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron) โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็น แกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือ จะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน เป็นไปตาม กฏการอนุรักษ์ประจุ ( Law of Conservation of Charge ) เมื่อนำวัตถุสองชนิดมาถูกันจะเกิดการถ่ายเท ประจุระหว่างวัตถุทั้งสองชนิดทำให้วัตถุหนึ่งมีปริมาณประจุบวกมากกว่าประจุลบ จึงมีประจุสุทธิเป็นบวก และวัตถุอีกอันหนึ่งมีปริมาณ ประจุลบมากกว่าประจุบวก จึงมีประจุสุทธิเป็นลบ เราสามารถวัดค่าไฟฟ้าสถิต ได้โดยใช้ Static Field Meter โดยหน่วยที่วัดคือ โวลท์ นักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้ทำการทดลองแล้วเสนอแนะเป็นกฎเกี่ยวกับไฟฟ้าไว้ดังนี้ 1. ประจุไฟฟ้ามีอยู่เพียง 2 ชนิด - ประจุไฟฟ้าบวก (Positive charge) หรือเรียกสั้น ๆ ว่าประจุบวก (+) เป็นประจุที่เกิดบน แท่งแก้วเมื่อถูด้วยผ้าไหม - ประจุไฟฟ้าลบ (Negative charge) หรือเรียกสั้น ๆ ว่าประจุลบ (-) เป็นประจุที่เกิดบนแท่ง อำพัน เมื่อถูด้วยผ้าขนสัตว์

2. แรงกระทำที่เกิดขึ้นระหว่างประจุไฟฟ้า แบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ - แรงดึงดูดกัน เป็นแรงกระทำระหว่างประจุต่างชนิดกัน - แรงผลักกัน เป็นแรงกระทำระหว่างประจุชนิดเดียวกัน แรงกระทำที่เกิดขึ้นระหว่างประจุไฟฟ้า 1.4 กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า (Conservation of Charge) การที่แผ่นพีวีซีและแผ่นเปอร์สเปกซ์ก่อนนำมาถูกับผ้าสักหลาดไม่แสดงอำนาจไฟฟ้า แต่หลังจากถูกับผ้า สักหลาดแล้วแสดงอำนาจไฟฟ้าออกมา คำอธิบายของปรากฏการณ์ที่ว่าต้องอาศัยทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้าง อะตอม กล่าวคือ วัตถุทุกชนิดย่อมประกอบด้วย อะตอม (atom) จำนวนมาก แต่ละอะตอมประกอบด้วย นิวเคลียส เป็นแกนกลาง ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก เรียกว่า โปรตอน (Proton) และอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเรียกว่า นิวตรอน (neutron) นอกนิวเคลียส มีอนุภาคที่มีประจุลบ เรียกว่า อิเล็กตรอน (electron) เคลื่อนที่รอบนิวเคลียสด้วยพลังงานในการเคลื่อนที่ค่าหนึ่ง อิเล็กตรอนมี มวลน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสมาก สามารถหลุดออกจากอะตอมหนึ่งไปสู่อีกอะตอมหนึ่งได้ ถ้าได้รับ พลังงานมากพอ ประจุและมวลของอนุภาคทั้งสามในอะตอม ดูได้จากตาราง 1.2 ตาราง 1.2 ประจุและมวลของอนุภาคในอะตอม

อนุภาค มวล ( kg ) ประจุไฟฟ้า ( C ) อิเล็กตรอน ( − e ) โปรตอน ( p ) นิวตรอน ( n ) 31 9.1 10 − 27 1.67 10 − 27 1.67 10 − 19 1.6 10 − − 19 1.6 10 − + เป็นกลาง โดยปกติอะตอมของธาตุย่อมเป็นกลางทางไฟฟ้า คือ ไม่แสดงอำนาจไฟฟ้าออกมา ทั้งนี้เพราะว่าในภาวะ ปกติอะตอมจะมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน แต่ถ้าเมื่อใดที่จำนวนอนุภาคทั้งสองไม่เท่ากัน วัตถุ นั้นจะอยู่ในสภาพที่มีประจุไฟฟ้าและจะแสดงอำนาจไฟฟ้าออกมา โดยจะแสดงว่า มีประจุบวกถ้ามีจำนวน โปรตอนมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอนหรือในทางกลับกันจะแสดงว่ามีประจุลบถ้ามีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่า จำนวนโปรตอน การอธิบายการแสดงอำนาจไฟฟ้าของวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเนื่องจากการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอน เพราะโปรตอนจะหลุดออกจากนิวเคลียสได้ค่อนข้างยาก ส่วนอิเล็กตรอนจะหลุดออกจากอะตอม หนึ่งไปสู่อีกอะตอมหนึ่งได้ง่าย จึงสรุปได้ว่า อะตอมใดที่เสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุลบลดลง ส่วนอะตอมใด ที่ได้รับอิเล็กตรอน จะมีประจุลบเพิ่มขึ้น นั่นคือ สำหรับอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเมื่อเสียอิเล็กตรอนไปจะ กลายเป็นอะตอมที่มีประจุบวก ส่วนอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุลบ สำหรับการนำวัตถุมาถูกันแล้วมีผลทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าขึ้นอธิบายได้ว่า เป็นเพราะงานหรือพลังงานกล เนื่องจากการถูถ่ายโอนให้กับอิเล็กตรอนของอะตอมบริเวณที่ถูกัน ทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนสูงขึ้นจน สามารถหลุดเป็นอิสระออกจากอะตอมของวัตถุหนึ่งไปสู่อะตอมของอีกวัตถุหนึ่ง ดังนั้น อิเล็กตรอนได้ถูก ถ่ายเทจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุที่มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจะมีประจุลบ ส่วนวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนจะมี ประจุบวก ในเหตุการณ์ดังกล่าวนี้ จึงสรุปได้ว่าการทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าไม่ใช่การสร้างประจุขึ้นใหม่ แต่เป็น เพียงการย้ายประจุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเท่านั้น โดยผลรวมของจำนวนประจุทั้งหมดของระบบที่พิจารณา ยังคงเท่าเดิม ซึ่งจากข้อสรุปดังกล่าวนี้ มีชื่อว่า กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า 1.5 ตัวนำไฟฟ้า (Conductor) และฉนวนไฟฟ้า (Insulator) ตัวนำไฟฟ้า คือ สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อุปกรณ์ที่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย หรือวัตถุที่มี ความต้านทานต่ำ ได้แก่ ทองแดง อลูมิเนียม ทอง และ เงิน ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุด แต่ในสายไฟทั่วไปจะ ใช้ทองแดงเป็นตัวนำ เพราะตัวนำที่ทำจากจะเงินมีราคาแพง ฉนวนไฟฟ้า คือ สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อุปกรณ์ที่ไม่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้ หรือ ต้าน การไหลของกระแสไฟฟ้าไม่ให้ผ่านไปได้ ได้แก่ ไม้แห้ง พลาสติก, ยาง, แก้ว และกระดาษแห้ง เป็นต้น สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า คือ วัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน เป็นวัสดุที่ใช้ทำ อุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ มักมีตัวประกอบของ germanium, selenium, silicon วัสดุเนื้อแข็งผลึกพวกหนึ่งที่ มีสมบัติเป็นตัวนำ หรือสื่อไฟฟ้าก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะหรือฉนวน ความเป็นตัวนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิและสิ่งไม่บริสุทธิ์ที่มีเจือปนอยู่ในวัสดุพวกนี้ ซึ่งอาจเป็นธาตุหรือสารประกอบก็มี เช่น ธาตุ เจอร์เมเนียม ซิลิคอน ซีลีเนียม และตะกั่วเทลลูไรด์เป็นต้น 1. สนามไฟฟ้า (Electric field) “E”

สนามไฟฟ้า (Electric field) หมายถึง เป็นบริเวณโดยรอบวัตถุมีประจุที่มีแรงทางไฟฟ้าส่งไปถึง สนามไฟฟ้าสถิต หรือ บริเวณโดยรอบประจุไฟฟ้า ซึ่งประจุไฟฟ้า สามารถส่งอำนาจไปถึง เส้นแรงไฟฟ้า หมายถึง เส้นสมมติที่ใช้แสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุที่วางอยู่ในบริเวณที่มี สนามไฟฟ้า ความหนาแน่นของเส้นแรงไฟฟ้าแสดงถึงขนาดความเข้มของสนามไฟฟ้า ถ้าเส้นแรงหนาแน่น มากหมายถึงค่าความเข้มสนามไฟฟ้ามากด้วย สนามไฟฟ้า ความเข้มสนามไฟฟ้าประจุทดสอบ q เขียนเป็นสมการได้เป็น q F E = E = ความเข้มสนามไฟฟ้า จึงมีหน่วยเป็น นิวตันต่อคูลอมบ์(N/C) F = แรงมีหน่วยเป็นนิวตัน (N) q = ปริมาณประจุไฟฟ้ามีหน่วยเป็นคูลอมบ์(C) แรงที่เกิดขึ้นบนประจุ +1 คูลอมบ์ ที่เอาไปวางในสนามไฟฟ้านั้น สนามไฟฟ้าจากประจุ Q ใด ๆ ได้ความเข้มสนามไฟฟ้าประจุต้นกำเนิดสนาม Q 2 r kQ E = E = ความเข้มสนามไฟฟ้า จึงมีหน่วยเป็น นิวตันต่อคูลอมบ์(N/C) k = 9 10 Nm / C 9 2 Q = ประจุแหล่งกำเนิดไฟฟ้า มีหน่วยเป็นคูลอมบ์(C)

r = ระยะจากแหล่งกำเนิดถึงจุดที่ต้องการรู้ค่าสนามไฟฟ้า หน่วย เมตร (m) Charles Augustin de Coulomb นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับแรงระหว่าง ประจุแล้วตั้งทฤษฎีขึ้นมา โดยอาศัยหลักที่ว่าประจุเหมือนกันจะผลักกัน และประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน ดังรูป เรียกว่า กฎของคูลอมบ์ (Coulomb’s law) คือ แรงระหว่างประจุจะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของ ประจุ และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างประจุยกกำลังสอง ซึ่งเขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ว่า 2 1 2 r kQ Q F = เมื่อ F = แรงระหว่างประจุ มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) k = 9 10 Nm / C 9 2 Q = ประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็นคูลอมบ์(C) r = ระยะห่างระหว่างประจุ หน่วย เมตร (m) ตัวอย่าง จงหาสนามไฟฟ้า ณ จุด A ซึ่งอยู่ห่างจากจุดประจุ 20C เป็นระยะ 15 cm. วิธีทำ สมการ 2 r kQ E = 2 2 9 6 (15 10 ) 9 10 20 10 − − E = E 8 10 N /C 6 = ดังนั้น สนามไฟฟ้า ณ จุด A 8 10 N /C 6 ตอบ 2. พลังงานศักย์ไฟฟ้า พลังงานศักย์ไฟฟ้า (Electric potential energy) หมายถึง พลังงานของประจุขนาด q อยู่ในตำ เเหน่งใดๆของสนามไฟฟ้า หรือ ประจุไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปมีค่าเท่ากับผลคูณระหว่างปริมาณประจุ q ของ ประจุ ไฟฟ้ากับความต่างศักย์ระหว่างจุดปลายกับจุดต้นที่เคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล (J) r kQ Ep = qV =

Ep = พลังงานศักย์ไฟฟ้า q = ประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็น คูลอมบ์ V = ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลต์ ศักย์ไฟฟ้า(Electric potential) หมายถึง ระดับไฟฟ้าที่มีอยู่ในวัตถุนั้น ๆ ประจุลบจะเคลื่อนที่จาก จุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังศักย์ไฟฟ้าสูง ส่วนประจุบวกจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปสู่จุดที่มีศักย์ไฟฟ้า ต่ำ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) ศักย์ไฟฟ้ามี2 ชนิด ศักย์ไฟฟ้าบวก เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุบวก และศักย์ไฟฟ้าลบ เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุลบ r kQ V = V = ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) Q = ประจุไฟฟ้า R = ระยะจากประจุไฟฟ้า ถึงจุดที่ต้องการหาศักย์ไฟฟ้า k = ค่าคงที่ = 9x109 Nm2/c2 ตัวอย่าง จงหาศักย์ไฟฟ้าของจุดประจุ + 20C เป็นระยะทาง 35 cm. มีค่าเท่าใด วิธีทำ สมการ r kQ V = 2 9 6 35 10 9 10 20 10 − − V = E = 51.4V ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้า 51.40 V ตอบ 3. ความจุไฟฟ้า ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์เก็บสะสมประจุไฟฟ้าหรือพลังงานไฟฟ้า ประกอบด้วยตัวนารูปทรงใดๆ 2 ชิ้น ซึ่งวางแยกกัน โดยบนผิวตัวนา ทั้งสองมีประจุไฟฟ้าปริมาณเท่ากันแต่เป็นประจุชนิดตรงข้าม (ประจุบวก กับ ประจุลบ) กระจายอยู่และบริเวณระหว่างตัวนา เป็นที่ว่างหรือไดอิเล็กทริก ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุนิยามให้เป็นอัตราส่วนระหว่างปริมาณประจุบนตัวนา กับความต่าง ศักย์ระหว่าง ตัวนา ทั้งสอง ถ้าปริมาณประจุบนตัวนา เป็น Q และความต่างศักย์ระหว่างตัวนา ทั้งสองมีค่าเป็น V ความจุไฟฟ้า (C) ของ ตัวเก็บประจุจะหาได้จากสมการ V Q C =

ความจุไฟฟ้าจึงมีหน่วยเป็น คูลอมบ์ต่อโวลต์(C/V) หรือ ฟารัด (farad; F) แต่หน่วยฟารัดเป็นหน่วยใหญ่ ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่ใช้งานกันโดยทั่ วไปจะมีความจุไฟฟ้าอยู่ในย่านไมโครฟารัด ( F) นาโนฟารัด (nF) และพิโคฟารัด (pF) ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้า ตัวเก็บประจุแบบต่างๆ ที่สร้างขึ้นมาใช้งานอาจมีค่าความจุไฟฟ้าไม่ตรงกับค่าที่ต้องการ วิธีการหนึ่งที่ช่วย แก้ปัญหานี้ได้คือ การนา ตัวเก็บประจุหลายๆ ตัว (กลุ่มของตัวเก็บประจุ) มาต่อกันเป็นวงจร ซึ่งมีวิธีต่อ 3 แบบ คือ แบบขนาน แบบอนุกรม และแบบผสม เพื่อให้ได้ความจุไฟฟ้ารวมเท่ากับค่าความจุไฟฟ้าที่ต้องการ หรือใกล้เคียงกับ ค่าความจุไฟฟ้าที่ต้องการมากที่สุด 1. ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุที่ต่อกันแบบขนาน ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุทึ่ต่อ กันแบบขนานจึงมีค่าเท่ากับผลบวกของความจุไฟฟ้าของ ตัวเก็บประจุแต่ละตัว C = C1 +C2 +C3 ถ้าต้องการแทนตัวเก็บประจุทั้งสามด้วยตัวเก็บประจุเพียงตัวเดียวที่มีความจุไฟฟ้าเป็น C ต่อกับแหล่ง กา เนิดไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าเป็น V ปริมาณประจุQ บนตัวเก็บประจุนี้ต้องมีค่าเท่ากับ ผลรวม ของปริมาณ ประจุบนตัวเก็บประจุทั้งสาม 2. ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุที่ต่อกันแบบอนุกรม ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุทึ่ ต่อกันแบบขนานจึงมีค่าเท่ากับผลบวกของ ส่วน กลับของความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแต่ละตัว 1 2 3 1 1 1 1 C C C C = + + 3. ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุที่ต่อกันแบบผสม

การหาความจุไฟฟ้ารวมของการต่อแบบผสม ถ้าเป็นการต่อแบบขนาน-อนุกรม ต้องเริ่มจากการหา ความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุที่ต่อกันแบบขนานก่อน ถ้าเป็นการต่อแบบอนุกรม-ขนาน ต้องเริ่ม จากการหาความจุไฟฟ้ารวมของกลุ่มตัวเก็บประจุที่ต่อกันแบบอนุกรมก่อน ตัวอย่าง จากวงจรของกลุ่มตัวเก็บประจุดังภาพ ถ้าC1 =10 C2 = 20 F และ C3 = 15 F และ V = 25 V จงหา ความจุไฟฟ้ารวม ปริมาณประจุไฟฟ้าต่ละตัว และความต่างศักย์ตกคร่อมตัวเก็บประจุแต่ละตัว วิธีทา 1. หาความจุไฟฟ้ารวมสมการ C = C12 + C3 สมการความจุไฟฟ้า 12 1 2 1 1 1 C C C = + แทนค่า 20 1 10 1 1 12 = + C 20 1 2 1 12 + = C C12 = 6.67F ตอบ สมการความจุไฟฟ้า C = C12 + C3 แทนค่า C = 6.67 +15 C = 21.67F ตอบ ดังนั้น ความจุไฟฟ้ารวม 21.67F ตอบ 2. หาปริมารประจุไฟฟ้าแต่ละตัว 2.1 C12 สมการ V Q C = Q = CV แทนค่า Q = 6.6712 Q = 80.04C Q = 80.04C ตอบ 2.2 C3 สมการ V Q C =

Q = CV แทนค่า Q = 1512 Q = 180C Q = 180C ตอบ 3. หาความต่างศักย์ตกคร่อมแต่ละตัว 3.1 C1 สมการ V Q C = C Q V = แทนค่า 10 80.04 V = V = 8.004V ตอบ 3.2 C2 สมการ V Q C = C Q V = แทนค่า 20 80.04 V = V = 4.002V ตอบ 2.2 C3 สมการ V Q C = C Q V = แทนค่า 15 180 V = V = 12V ตอบ ตัวเก็บประจุ (Capacitor)หรือ คอนเดนเซอร์หรือ ตัวซี (C) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บประจุ (Charge) และสามารถคายประจุ (Discharge) ใช้วงจรทางด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ หลักการโดยนำสาร ตัวนำ 2 ชิ้นมาวางในลักษณะขนานใกล้ ๆ กัน แต่ไม่ได้ต่อถึงกัน ระหว่างตัวนำทั้งสองจะถูกกั้นด้วยฉนวนที่ เรียกว่าไดอีเล็กตริก (Dielectric) ซึ่งไดอิเล็กตริกนี้อาจจะเป็นอากาศ ไมก้า พลาสติก เซรามิคหรือสารที่มี สภาพคล้ายฉนวนอื่น ๆ เป็นต้น การนำความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตไปใช้ประโยชน์ มีการนำความรู้จากไฟฟ้าสถิตไปใช้ประโยชน์ ดังต่อไปนี้ เครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศ เป็นอุปกรณ์ใช้กำจัดอนุภาคจากแก๊สเผาไหม้หรือจากอากาศร้อนที่มี อนุภาคดังกล่าวแขวนลอยอยู่ โดยมีหลักการคือใช้ความต่างศักย์สูงจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงต่อเข้ากับ

แกน กลางและท่อโลหะโดยต่อขั้วลบเข้ากับแกนกลางและขั้วบวกเข้ากับท่อ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีค่าสูง มากพอที่จะทำให้อนุภาคซึ่งมีอยู่ในอากาศที่ผ่านเข้าไปในท่อรับอิเล็กตรอนจากแกนกลาง แล้วกลายเป็น อนุภาคที่มีประจุลบ และถูกดึงดูดเข้าไปเกาะที่ท่อ ท่อจะทำให้สั่นเป็นจังหวะทำให้อนุภาคที่เกาะสะสมบนท่อ ร่วงหล่นและถูกเก็บรวบรวมไว้ทางตอนล่างของท่อ แล้วถูกปล่อยให้ออกทางช่องที่ให้ฝุ่นออก ส่วนอากาศหรือ แก๊สทีผ่านท่อไปจะกลายเป็นอากาศหรือแก๊สสะอาด เครื่องพ่นสีเป็นอุปกรณ์ใช้สำหรับพ่นผงหรือละอองสี ซึ่งทำให้สีเกาะติดชิ้นงานได้ดีกว่าการพ่น แบบธรรมดา ใช้หลักการทำให้ผงหรือละอองสีกลายเป็นอนุภาคมีประจุไฟฟ้าขณะถูกพ่นออกจากเครื่อง พ่น ซึ่งเป็นผลให้ผลหรือละอองที่มีประจุไฟฟ้านั้นเกิดแรงดึงดูดกับชิ้นงานและจะยึดเกาะติดชิ้นงานนั้นได้ ดีขึ้น เครื่องถ่ายลายนิ้วมือ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ถ่ายลายนิ้วมือบนผิวของวัตถุที่เป็นกระดาษหรือพลาสติก เช่น ธนบัตร หรือถุงใส่ ของหลักการคือ ให้ความต่างศักย์สูงต่อกับแผ่นโลหะและชิ้นวัตถุที่ต้องการตรวจ โดยแผ่นโลหะนั้นเคลือบ ด้วยผงซิลิคอนคาร์ไบด์และต่อเข้ากับขั้วบวก ชิ้นวัตถุต่อเข้ากับขั้วลบ เมื่อเครื่องมือทำงาน ผงซิลิคอนคาร์ไบด์ จะกลายเป็นประจุบวก และถูกผลักจากแผ่นโลหะไปกระทบชิ้นวัตถุ อนุภาคของผงซิลิคอนคาร์ไบด์จะยึด เกาะตรงบริเวณลายนิ้วมือจึงปรากฏให้เห็น

เครื่องถ่ายเอกสาร เป็นอุปกรณ์ถ่ายสำเนาสิ่งพิมพ์ที่เป็นตัวอักษรหรือภาพลายเส้น หลักการที่ สำคัญคือ แผ่นฟิล์มที่ฉาบด้วยวัสดุตัวนำที่ขึ้นกับแสง ซึ่งมีสมบัติเป็นตัวนำเมื่อถูกแสงและเป็นฉนวนเมื่อไม่ถูก แสง เมื่อเครื่องเริ่มทำงานแผ่นฟิล์มนี้จะทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกตลอดทั้งแผ่น ต่อจากนั้นจะมีแสงสว่างส่องไป ที่สิ่งพิมพ์สะท้อนผ่านเลนส์ไปกระทบแผ่นฟิล์มบริเวณที่เป็นสีขาวบนแผ่นฟิล์ม จะให้แสงสว่างผ่านออกมา กระทบแผ่นฟิล์มทำให้บริเวณที่กระทบแสงกลายเป็นตัวนำ เป็นผลให้บริเวณนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนตัว อักษรหรือภาพลายเส้นบนสิ่งพิมพ์ที่เป็นสีดำดูดกลืนแสงจึงจะไม่ให้แสงสว่างผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์ม ทำ ให้บริเวณที่ไม่ถูกแสงบนแผ่นฟิล์มคงยังมี ประจุไฟฟ้าบวกอยู่ เมื่อพ่นผงหมึกที่มีประจุไฟฟ้าลบที่แผ่นฟิล์มนี้ ผงหมึกจะไปเกาะที่บริเวณที่มีประจุไฟฟ้าบวกนั้น ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดจากส่วนที่เป็นตัวอักษรหรือภาพ ลายเส้นดัง สำหรับบริเวณอื่นที่ไม่มีประจุไฟฟ้าจะไม่มีผงหมึกไปเกาะ ทำให้ปรากฏเป็นภาพของต้นฉบับบน แผ่นฟิล์มเมื่อกดแผ่นกระดาษประจุบวกลงบนแผ่นฟิล์มที่มีผงหมึกก็จะได้ภาพสำเนาปรากฏบนแผ่นกระดาษ เครื่องพิมพ์เลเซอร์ หลักการดรัมแม่แบบ (Photoreceptor Drum Assembly) ทำหน้าที่ให้มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และเลเซอร์ (Laser Scanning Unit) ยิงแสงเลเซอร์ผ่านกระจกเลนส์(Lens) และเกิดการหักเหของแสงไปในทิศทางต่างๆ กัน และตกกระทบมา ที่ดรัมแม่แบบ แสงที่ตกลงมาข้อความรูปภาพที่เราสั่งพิมพ์ตัวดรัมจะหมุนไปตามทิศทางของการยิงของแสงเลเซอร์ ส่วนผง หมึกและดรัมซึ่งมีประจุไฟฟ้าต่างกัน จึงถูกดูดติดกันกับตัวดรัม และกระดาษจะถูกดูดเข้ามาเพื่อสัมผัสกับผงหมึก และจะถูก รีดด้วยชุดทำความร้อน (Fuser) เพื่อให้ผงหมึกติดกับกระดาษ และสั่งพิมพ์

ที่มา: http://th.wikipedia.org/wiki/เครื่องพิมพ์เลเซอร์ ชุดประดิษฐ์เส้นใยนาโน ผลงานรางวัลชมเชย ประจำปี 2549 ของสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติผลงานประดิษฐ์ " ระบบอิเล็กโตรสปินนิ่งควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ สำหรับประดิษฐ์เส้นใยนาโน ” ( Computer-controlled Electrospinning System for Nanofibres Fabrication ) จากทีมวิจัย ภาควิชาฟิสิกส์คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่นได้รับรางวัลชมเชยผลงานประดิษฐ์คิดค้น สาขาด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและ อุตสาหกรรม ( สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์) ประจำปี 2549 ของสำนักงานคณะกรรมการ วิจัยแห่งชาติ ( วช.) ในปัจจุบัน เส้นใยนาโน (nanofibres) ซึ่งจัดเป็นหนึ่งในวัสดุนาโนที่สำคัญ เป็นเส้นใยสังเคราะห์ที่ กำลังได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากเส้นใยมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางในระดับนาโนเมตร ซึ่งมีข้อดี คือ มี อัตราส่วนระหว่างพื้นผิวต่อปริมาตร (surface-to-volume ratio) สูงมากกว่า 1,000 เท่า เมื่อเทียบกับเส้น ใยในระดับไมโครเมตร (microfibres) และมีขนาดของรูพรุน (pore) ที่เล็ก ส่งผลทำให้มีสมบัติต่าง ๆ เช่น สมบัติเชิงกล สมบัติทางไฟฟ้า หรือสมบัติอื่น ๆ ที่ดีมาก เหมาะสำหรับงานเฉพาะด้าน เช่น การประยุกต์ใช้ งานของเส้นใยนาโนพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ ไม่เป็นพิษ และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ สำหรับงานทางด้าน วิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก ผ้าปิดแผล ระบบส่งยา ระบบการกรองอย่างละเอียด เป็นต้น โทษและอันตรายจากไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้าสถิตมีอันตรายดังต่อไปนี้ 1. บริเวณรอบ ๆ วัตถุที่เกิดประจุ ถ้ามีก๊าชที่ติดไฟ ไอนํ้า และฝุ่นละอองอยู่ ประกายไฟที่เกิดจากกา รสปาร์คจะทำให้เกิดการติดไฟและไฟไหม้ระเบิดขึ้นได้เช่น ปั้มน้ำมัน หากว่ามีน้ำมันหกเลอะ และกระเด็นลง พื้น เนื่องจากไอน้ำมันซึ่งง่ายต่อการติดไฟ สามารถติดไฟโดยประกายไฟของไฟฟ้าสถิต จากการเปิดอุปกรณ์ ไฟฟ้า เช่น โทรศัพท์มือถือ รีโมทคอนโทรล ดังนั้นมีหลักปฏิบัติคือ ดับเครื่องยนต์ อย่าใช้โทรศัพท์ถ้าออกมา ยืนนอกรถ ในระหว่างการ เติมน้ำมัน อย่าเข้าไปในรถจนกว่าจะเติมน้ำมันเสร็จ ก่อนสตาร์ทรถ ควรทำความ สะอาดน้ำมันที่หกเลอะนั้นเสียก่อน

2. การไปสัมผัสถูกวัตถุที่กำลังเกิดประจุไฟฟ้า ความตกใจที่เกิดจากการถูกไฟดูด จะเป็นสาเหตุให้ เกิดอุบัติเหตุ เช่น เสาส่งสัญญาณ เสาไฟฟ้า การก่อสร้างตึกสูงการตกจากที่สูงได้มีหลักปฏิบัติคือ ส่วมใส่ชุด ป้องกันไฟฟ้าขณะปฏิบัติงาน 3. ไฟฟ้าสถิตเป็นสาเหตุของการเกิดเพลิงไหม้หรือการระเบิดของของเหลวไวไฟหรือของเหลวติดไฟ การระเบิดระหว่างการเคลื่อนย้าย การถ่ายเท และในกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับของเหลวไวไฟ หรือ ของเหลวติดไฟ ประจุไฟฟ้าสถิตสามารถเกิดขึ้นได้กับวัตถุ หรือของเหลว เมื่อของเหลว (เช่น ตัวทำละลาย ปิโตรเลียม เชื้อเพลิง) เคลื่อนที่สัมผัสกับวัตถุอื่น เช่น ถัง หรือท่อจากการเท การสูบถ่าย การกรอง การกวน การเขย่า การไหลผ่านท่อ ลักษณะการ สัมผัสเหล่านี้จะมีผลทำให้เกิดประจุไฟฟ้า มีหลักปฏิบัติคือ การเพิ่ม ความสามารถในการนำไฟฟ้าด้วยการเติม Antiststic additive หรือของเหลวที่มีการนำไฟฟ้าสูงกว่าลงไป additive เหล่านี้จะไม่มีผลต่ออัตราการเกิดประจุ และต่อสายดิน (Grounding) เพื่อป้องกันการสะสมของ ประจุไฟฟ้าสถิต และลดความเป็นไปได้ในการเกิดการจุดติดไฟจากการเกิดประกายไฟของประจุ 4. กิจกรรมการเรียนการสอน 4.1 ขั้นนำ 1.ให้นักเรียนทำแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียน แล้วแบ่งนักเรียนออกเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ ได้คะแนนสูง ปานกลาง และต่ำ หลังจากนั้นแบ่งนักเรียนเป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 คน โดยมีนักเรียนที่มี ความสามารถครบทั้ง 3 กลุ่ม 2. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบก่อนเรียนเรื่อง ไฟฟ้าสถิต 4.2 ขั้นสอน 1. สนทนาทบทวนเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 2. ตั้งคำถามว่า นักเรียนคิดว่าการเกิดประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไร 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันสืบค้นเกี่ยวกับความหมายการเกิดประจุไฟฟ้า แรงระหว่าง ประจุ กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ตัวนำ ฉนวน และทำการทดลองเพื่อศึกษาชนิดของประจุไฟฟ้า แรง ระหว่างประจุไฟฟ้า และการแก้ปัญหาโจทย์เกี่ยวกับสนามไฟฟ้า พลังงานศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า และศักย์ไฟฟ้า โดยการรวบรวมข้อมูลจากหนังสือเรียน หรือจากอินเทอร์เน็ต การศึกษาค้นคว้าให้ได้มากที่สุด และต้องมีการแบ่งหน้าที่กันทำงาน โดยไม่ให้ซ้ำกับหน้าที่ เดิมที่เคยปฏิบัติมาแล้ว ครูซ้ำเกี่ยวกับการประเมิน นักเรียนในระหว่างการเรียนและการทำงาน 4. นำข้อมูลที่ได้มาร่วมกันวิเคราะห์ แปลความหมาย จัดกระทำ ลงข้อสรุปแล้วอธิบายซักถาม กันภายในกลุ่มจนเข้าใจตรงกัน 5. สุ่มตัวแทนนักเรียนจากกลุ่มต่างๆ ประมาณ 3-4 กลุ่ม นำเสนอข้อสรุปที่ได้เกี่ยวกับ ความหมายการเกิดประจุไฟฟ้า แรงระหว่างประจุ กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ตัวนำ ฉนวน และทำการ ทดลองเพื่อศึกษาชนิดของประจุไฟฟ้า แรงระหว่างประจุไฟฟ้า และการแก้ปัญหาโจทย์เกี่ยวกับสนามไฟฟ้า

พลังงานศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า และศักย์ไฟฟ้า จากนั้นร่วมกันอภิปรายซักถามเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่ สมบูรณ์ที่สุด 6. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต โดยใช้สื่อ power point และสื่อ animation 4.3 ขั้นสรุป 7. เปิดโอกาสให้นักเรียนซักถามข้อสงสัย ที่นักเรียนยังไม่เข้าใจเกี่ยวกับเรื่องที่เรียน 8. สุ่มนักเรียนอภิปรายสรุปเกี่ยวกับความรู้ที่ได้รับในการศึกษาในครั้งนี้ 9. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบหลังเรียน เรื่อง ไฟฟ้าสถิต 9. นักเรียนบันทึกผลการเรียนรู้ในสมุดบันทึกผลการเรียนรู้รายชั่วโมง 10. ติชม/เสนอแนะเกี่ยวกับข้อค้นพบต่างๆ จากทำงานของนักเรียน 5. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 5.1 หนังสือเรียน รายวิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 3000 – 1301 ของ สำนักพิมพ์ศูนย์ส่งเสริมอาชีวะ 5.2 แบบฝึกหัดเสริมทักษะประจำหน่วย 5.3 แบบทดสอบก่อนเรียน 5.4 แบบทดสอบหลังเรียน 6. การวัดและการประเมินผล 6.1 ทำแบบประเมินผลการเรียน เกณฑ์ผ่าน 60% 6.2 ร่วมทำกิจกรรมกลุ่ม ประเมินโดยใช้แบบประเมิน เกณฑ์ผ่าน 80% 7. การบูรณาการเชื่อมโยง สาระการเรียนรู้ การบูรณาการ กิจกรรม ไฟฟ้าสถิต - ภาษาไทย - คอมพิวเตอร์ - สังคม - นำเสนอผลงานกลุ่ม - หาข้อมูลทาง Internet - การทำงานกลุ่ม

แผนการจัดการเรียนรู้แบบเน้นสมรรถนะ และบูรณาการ แผนที่6 วิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 3000 – 1301 จำนวน 9ชั่วโมง บทเรียน :สารละลาย ทั้งหมด 54 ชั่วโมง 1. สาระสำคัญ สารละลายเป็นสารประกอบด้วยตัวทำละลายและตัวถูกละลาย ปริมาณของตัวละลายใน สารละลายเรียกว่าความเข้มข้นของสารละลาย นิยมบอกเป็นปริมาตรหรือมวลของตัวละลายในสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร (ร้อยละโดยปริมาตร ต่อปริมาตร หรือร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร) การเตรียม สารละลายที่มีความเข้าข้นต่าง ๆ มีวิธีการทำโดย คำนวณหามวล หรือปริมาตรของตัวละลายและตัวทำ ละลายสารไม่บริสุทธิ์เกิดจากสารตั้งแต่สองชนิดมารวมกันเป็นสรผสม ในสรผสมนั้นอนุภาคของสารหนึ่ง แทรกอยู่ระหว่างอนุภาคของอีกสารหนึ่ง สารที่มีลักษณะของอนุภาคสอดแทรกอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว อาจเป็นสารแขวนลอย หรือ คอลลอยด์การเตรียมสาระละลาย และการคำนวณความเข้มข้นของสารละลาย 2. สมรรถนะประจำหน่วย 1. อธิบายสมบัติและยกตัวอย่างสารละลายที่พบในชีวิตประจำวัน 2. คำนวณความเข้มข้นของสารละลายได้ 3. อธิบายความแตกต่างระหว่างสมบัติ ลักษณะของสารละลาย สารแขวนลอย คอลลอยด์ 4. มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้จิตวิทยาศาสตร์ และสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้ 5. มีคุณธรรม จริยธรรม และน้อมนำหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียงนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 3. เนื้อหาสาระ 1. ความหมายของสารละลาย สารละลาย (Solution) หมายถึง สารเนื้อเดียวที่มีอย่างน้อย 2 องค์ประกอบคือตัวถูกละลาย (Solute) และตัวทำละลาย (Solvent) โดยสัดส่วนของตัวถูกละลายและตัวทำละลายไม่คงที่ขึ้นกับความ เข้มข้นของสารละลาย สารละลายเกิดขึ้นได้ทุกสถานะ เช่น ไม่เพียงแต่ของแข็งที่สามารถละลายในของเหลว เห มื อ น เก ลื อ ห รือ น้ ำต าล ที่ ล ะล าย ใน น้ ำ (ห รือ แ ม้ แ ต่ท อ งค ำที่ล ะ ล าย ใน ป รอ ท แ ล้ ว เกิ ด เป็นอะมัลกัม (amalgam)) แต่ก๊าซก็สามารถละลายในของเหลวได้ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์หรือออกซิเจน สามารถละลายในน้ำ เป็นต้น การเรียกสารละลายนั้น ถ้ามีน้ำเป็นตัวทำละลาย จะขึ้นต้นด้วยคำว่า สารละลาย แล้วตามด้วยชื่อ ตัวถูกละลาย เช่น สารละลายโซเดียมคลอไรด์ สารละลายกรดอะซิติก ถ้าสารละลายมีสารอื่นที่ไม่ใช่น้ำเป็น ตัวทำละลาย จะขึ้นต้นด้วยคำว่า สารละลาย ตามด้วยชื่อ ตัวถูกละลาย และคำว่า ในตามด้วย ตัวทำละลาย เช่น สารละลายคลอรีนในคาร์บอนเตตระคลอไรด์ สารละลายไอโอดีนในเฮกเซน ฯ 2. ชนิดของสารละลาย สามารถแบ่งตามสถานะของสาร ดังนี้

1) สารละลายแก๊ส (Gas solution) ตัวทำละลายคือ แก๊ส ตัวถูกละลายคือ แก๊ส เช่น O2 , CO2 , Ar และแก๊สอื่น ๆ ที่อยู่ในอากาศ ตัวทำ ละลายคือ แก๊ส ตัวถูกละลายคือ ของเหลว เช่น ละอองน้ำในอากาศ (H2O + อากาศ) ตัวทำละลายคือ แก๊ส ตัวถูกละลายคือ ของแข็ง เช่น ไอของไอโอดีนในอากาศ (I2 + อากาศ) 2) สารละลายของเหลว ( Liguid solution ) ตัวทำละลายคือ ของเหลว ตัวถูกละลายคือ แก๊ส เช่น ตัวทำละลายคือ ของเหลว ตัวถูกละลายคือ ของเหลว เช่น เอทานอล (CH3CH2OH) ที่ละลายอยู่ในน้ำเช่น เบียร์เป็นเครื่องดื่มพวกแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งที่มีปริมาณเอทานอลที่ละลายอยู่ ตัวทำละลาย คือ ของเหลว ตัวถูกละลายคือ ของแข็ง เช่น เกลือ (โซเดียมคลอไรด์, NaCl) ในน้ำ 3) สารละลายของแข็ง (Solid solution) ตัวทำละลายคือ ของแข็ง ตัวถูกละลายคือ ของแข็ง เช่น ไฮโดรเจนในแพลเลเดียม ตัวทำละลายคือ ของแข็ง ตัวถูกละลายคือ ของเหลวปรอทในเงิน, ปรอทในโลหะ ต่าง ๆ เช่น ตัวทำละลายคือ ของแข็ง ตัวถูกละลายคือ ของแข็ง เช่น ทองเหลือง (ทองแดงผสมกับสังกะสี, Cu+Zn) ความสามารถในการละลายได้ของสาร ณ อุณหภูมิเดียวกัน สารแต่ละชนิดละลายไม่เท่ากัน ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับปัจจัยคือ ชนิดของตัวทำละลาย ชนิดของตัวถูกละลาย ความดันในกรณีที่ตัวถูกละลายมีสถานะเป็น ก๊าซ ถ้าความดันเพิ่มจะละลายได้มากขึ้น อุณหภูมิความสามารถในการละลายของสารบางชนิดเพิ่มขึ้น เมื่อ อุณหภูมิเพิ่ม แต่บางชนิดละลายได้น้อยลง (ตกตะกอนผลึกออกมา) ปัจจัยที่มีผลต่อการละลายของสาร ชนิดของตัวทำละลาย ชนิดของตัวถูกละลาย ความดัน ในกรณีที่ ตัวละลายมีสถานะเป็นก๊าซ ถ้าความดันเพิ่มจะละลายได้มากขึ้น และอุณหภูมิ ในการตรวจสอบสารละลายบริสุทธิ์ 1. หาจุดเดือด คือ นำสารละลายมาหาจุดเดือด ถ้าสารละลายนั้นมีจุดเดือดคงที่หรือมีอุณหภูมิขณะ เดือดคงที่ แสดงว่าสารละลายนั้นเป็นสารบริสุทธิ์แต่ถ้ามีอุณหภูมิขณะเดือดไม่คงที่แสดงว่าสารละลายนั้น ไม่ใช่สารละลายบริสุทธิ์ 2. หาจุดหลอมเหลว คือ นำสารละลายมาหาจุดหลอมเหลว ถ้าเป็นสารบริสุทธิ์จะมีจุดหลอมเหลว คงที่ และมีช่วงอุณหภูมิของการหลอมเหลวแคบ แต่ถ้าเป็นสารละลาย จุดหลอมเหลวจะไม่คงที่ และมีช่วง อุณหภูมิของการหลอมเหลวกว้าง 3. การระเหยแห้ง คือ ถ้านำสารลายไประเหยแห้ง แล้วพบว่ามีของแข็งเหลืออยู่ แสดงว่าสารนั้นเป็น สารละลาย แต่ถ้าไม่มีอะไรเหลืออยู่เลย ก็ยังไม่สามารถสรุปได้ว่า สารนั้นเป็นสารบริสุทธิ์ต้องนำไปหาจุด เดือด จุดหลอมเหลวต่อไป สมบัติของสารละลาย เนื่องจากสารละลายเป็นสารผสมเนื้อเดียวของสารบริสุทธิ์ สมบัติของ สารละลายจึงไม่ต่างจากสมบัติของสารบริสุทธิ์ที่เป็นส่วนประกอบของสารละลายนั้น เช่น น้ำเชื่อมเป็น สารละลายของน้ำกับน้ำตาล สมบัติของน้ำเชื่อมยังคงหวานเหมือนน้ำตาล และเป็นของเหลวเหมือนน้ำ สารละลายเป็นสารผสมเนื้อเดียว ทุกส่วนของสารละลายจึงมีสมบัติเหมือนกัน เช่น ความหนาแน่น ดัชนีหัก เหของแสง นอกจากนี้มวลของสารละลายเท่ากับผลบวกของมวลของส่วนประกอบรวมกัน แต่ปริมาตรของ

สารละลายอาจเท่าหรือไม่เท่ากับผลบวกของปริมาตรของสารที่เป็นส่วนประกอบ ตัวอย่างเช่น เกลือแกง ละลายในน้ำ สารละลายที่ได้จะมีมวลเท่ากับมวลของเกลือแกงรวมกับมวลของน้ำ แต่ปริมาตรของสารละลาย จะไม่เท่ากับปริมาตรของเกลือแกงกับปริมาตรของน้ำรวมกัน แต่ถ้าเอาเอทิลแอลกอฮอล์ ผสมกับ เมทิลแอลกอฮอล์ สารละลายที่ได้มีปริมาตรรวมเท่ากับผลรวมของปริมาตรของเมทิลแอลกอฮอล์และ เอทิลแอลกอฮอล์สารละลายโดยเฉพาะสารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลายจะมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตและ การเกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ มาก ตัวอย่างเช่นพลาสมา (Plasma) เป็นสารละลายที่มีโปรตีน ไขมันสารอินทรีย์ หลายชนิด เกลือแร่ และมีน้ำเป็นส่วนประกอบอยู่ถึง 90% พลาสมาทำหน้ำ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ เปลี่ยนแปลงทางเคมีของสิ่งมีชีวิต 4. ความเข้มข้นของสารละลาย (Concentration of solution) ความเข้มข้นของสารละลาย คือ ค่าที่แสดงสัดส่วนของตัวถูกละลายและตัวทำละลายในสารละลาย หน่วยความเข้มข้นของสารละลายมีหลาย ประเภท โดยสามารถคำนวณเปลี่ยนจากหน่วยความเข้มข้นจากหน่วยหนึ่งไปเป็นอีกหน่วยหนึ่งได้โดยการ เทียบบัญญัติไตรยางศ์ในกรณีที่สารละลายไม่ได้ระบุชนิดของตัวทำละลาย ให้นักศึกษาคำนวณโดยคิดว่าตัว ทำละลาย คือ น้ำ หน่วยความเข้มข้นของสารละลายที่สำคัญมี ดังนี้ 4.1 ร้อยละความเข้มข้น 1) ร้อยละโดยมวล (percent mass by mass) (มวล/มวล) ปริมาณของตัวละลาย เป็น กรัมหรือกิโลกรัม ในสารละลาย 100 กรัม หรือกิโลกรัม มวลของตัวละลายที่ละลายในสารละลาย 100 หน่วยมวลเดียวกัน เช่น - น้ำเชื่อม เข้มข้นร้อยละ 20 โดยมวล หมายถึง ในน้ำเชื่อม 100 กรัม มีน้ำตาล 20 กรัม - น้ำเกลือ เข้มข้นร้อยละ 8 โดยมวล หมายถึง ในน้ำเกลือ 100 กรัม มี เกลือ 8 กรัม - สารละลายด่างทับทิมเข้มข้น 2 % หมายถึง ในสารละลายด่างทับทิม 100 กรัม มีด่างทับทิม 2 กรัม % โดยมวล = ตัวอย่าง ประสิทธ์ต้องการเตรียมน้ำเกลือ 10 % โดยมวล จำนวน 700 กรัม จะต้องใช้เกลือกี่กรัม วิธีทำ สมการ % โดยมวล =

น้ำเกลือ 100 กรัม ใช้เกลือ 5 กรัม น้ำเกลือ 500 กรัม ใช้เกลือ = 100 10 700 กรัม น้ำเกลือ 500 กรัม ใช้เกลือ 70 กรัม ดังนั้น ใช้เกลือ 70 กรัม ตอบ ตัวอย่าง จงหาความเข้มข้นของเกลือ จำนวน 200 กรัม แล้วนำมาละลายน้ำ จำนวน 1000 กรัม สารละลายที่ได้มีความเข้มข้นเท่าใด วิธีทำ สมการ % โดยมวล = น้ำเกลือ 1200 กรัม มีเกลือ 200 กรัม น้ำเกลือ 100 กรัม มีเกลือ 1200 200100 กรัม ดังนั้น สารละลายมีความเข้มข้น 16.67 % โดยมวล 4.2 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร (percent mass by volume) (มวล/ปริมาตร) เป็นอัตราส่วน ร้อยละของมวลของตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย เช่น ถ้ามวลของตัวละลายมีหน่วยเป็นกรัม ปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เซนติเมตรหรือถ้ามวลของตัวละลายมีหน่วยเป็นกิโลกรัม ปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เดซิเมตรหรือลิตรเช่น สารละลาย เข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวล ต่อปริมาตร หมายความว่า สารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร ละลายอยู่ 10 กรัม เขียนสมการได้เป็น % โดยมวล/ปริมาตร = ตัวอย่าง ปรีชาชั่งน้ำตาลทราย จำนวน 200 กรัม แล้วนำมาละลายกับน้ำจนมีปริมาตรสารละลาย 2500 ลูกบาศก์เซนติเมตร สารละลายมีน้ำตาลทรายมีความเข้มข้นเท่าใด วิธีทำ สมการ % โดยมวล/ปริมาตร = 100 2500 200 = ดังนั้น สารละลายมีความเข้มข้น 8 % โดยมวล ตอบ 4.3 ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร (percent volume by volume) (ปริมาตร/ปริมาตร) เป็นอัตราส่วนร้อยละของปริมาตรของตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย เช่น สารละลายกรดไฮโดร คลอริกเข้มข้นร้อยละ 10 โดยปริมาตร หมายความว่าสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร

มีกรดไฮโดรคลอริกบริสุทธิ์ 10 ลูกบาศก์เซนติเมตร (หน่วยปริมาตรอาจเป็นลูกบาศก์เดซิเมตร ( ) หรือลิตร (L) มีสมการ ดังนี้ % โดยปริมาตร = ตัวอย่าง เมื่อนำโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 300 g ละลายในน้ำ 1000 g จงคำนวณหาความเข้มข้น ของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ วิธีทำ สมการ % โดยปริมาตร = แทนค่า 100 1500 300 = ดังนั้น สารละลายโซเดียมคลอไรด์ จะมีความเข้มข้น 20 % โดยมวล ตอบ 4.4 เศษส่วนโมล (Mole fraction) อัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของสารแต่ละชนิด ต่อจำนวนโม ลของสารทั้งหมด (ในสารละลาย) เศษส่วนโมลของตัวทำละลาย จึงหมายถึงอัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของ ตัวทำละลายต่อจำนวนโมลของสารละลาย เศษส่วนโมลของตัวถูกละลาย จึงหมายถึง อัตราส่วนระหว่าง จำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อจำนวนโมลของสารละลาย ใช้สัญลักษณ์เป็น” x ” สามารถเขียนได้ดังนี้ เศษส่วนโมล A = = ตัวอย่าง ที่อุณภูมิ 25 oC เมื่อนำเอทานอล (CH3CH2OH) 50.0 g ละลายในน้ำ 1000 mL จง คำนวณหาเศษส่วนโมลของเอทานอลในสารละลาย ความหนาแน่นของน้ำที่อุณภูมิ 25 oC เท่ากับ 1 g/mL วิธีทำ สมการ เศษส่วนโมล A = แทนค่า เศษส่วนโมลของเอทานอล = 18 1000 46 50 46 50 + เศษส่วนโมลของเอทานอล = 0.018 ตอบ

ตัวอย่าง น้ำตาลทราย (C12H22O11) 25 กรัม และ น้ำ (H2O) 1500 กรัม (H = 1,C = 12 ,O = 16) จงหาเศษส่วนโมลขององค์ประกอบแต่ละชนิดในสารละลาย วิธีทำ สมการ เศษส่วนโมล A = แทนค่า เศษส่วนโมลของน้ำตาลทราย = 18 1500 342 70 342 70 + เศษส่วนโมลของน้ำตาลทราย = 0.0024 สมการ เศษส่วนโมล A = แทนค่า เศษส่วนโมลของน้ำ = 342 70 18 1500 18 1500 + เศษส่วนโมลของน้ำ = 0.997 4.5 ส่วนในล้านส่วน (parts per million ใช้อักษรย่อ ppm) และ ส่วนในพันล้านส่วน (parts per billion; ppb) เป็นหน่วยที่บอกปริมาณตัวละลายเป็นมวลหรือปริมาตรที่ละลายในสารละลาย 1 ล้านหน่วย และ 1 พันล้านหน่วยตามลำดับ เช่น - น้ำแม่น้ำใกล้เหมืองแร่มีสารตะกั่วปนเปื้อน 0.2 ppm หมายความว่าน้ำในแหล่งน้ำนั้น 1 ล้านกรัมมีตะกั่วละลายอยู่ 0.2 กรัม - ในผักกจากพื้นที่ภูขาไฟมีสารปรอทปนเปื้อนอยู่ 5 ppb หมายความว่า ในผัก 1 พันล้าน กรัม มีสารปรอทปนเปื้อนอยู่ 1 กรัม ความเข้มข้นในหน่วยนี้เขียนความสัมพันธ์ได้ ดังนี้ สมการ ppm (มวล) = (มวลของตัวละลาย / มวลของสารละลาย) x 106 ppm (ปริมาตร) = (ปริมาตรของตัวละลาย / ปริมาตรของสารละลาย) x 106 ppb (มวล) = (มวลของตัวละลาย / มวลของสารละลาย) x 109 ppb (ปริมาตร) = ปริมาตรของตัวละลาย / ปริมาตรของสารละลาย x 109 ตัวอย่าง น้ำตัวอย่างจากแม่น้ำในกรุงเทพมหานครวิเคราะห์พบว่ามีสารตะกั่วปนเปื้อนอยู่ร้อยละ 2 x 10-2 โดยมวล จงคำนวณหาความเข้มข้นในหน่วย ppm และหน่วย ppb วิธีทำ คำนวณหาความเข้มข้นในหน่วย ppm

สมการ ppm (มวล) = (มวลของตัวละลาย / มวลของสารละลาย) x 106 แทนค่า ppm (มวล) = (2 x 10-2 / 100 ) x 106 ppm (มวล) = (2 x 10-2 / 100 ) x 106 ppm (มวล) = 2 x 102 ดังนั้น มีสารตะกั่วปนเปื้อน 200 ppm ตอบ คำนวณหาความเข้มข้นในหน่วย ppb สมการ ppb (มวล) = (มวลของตัวละลาย / มวลของสารละลาย) x 109 แทนค่า ppb (มวล) = (2 x 10-2 / 100 ) x 109 ppb (มวล) = (2 x 10-2 / 100 ) x 109 ppb (มวล) = 2 x 109 ดังนั้น มีสารตะกั่วปนเปื้อน 200,000 ppb ตอบ 5. สารละลายอิ่มตัว ( Saturated solution ) สารละลายอิ่มตัว หมายถึง สารละลายที่มีตัวถูกละลายละลายอยู่เต็มความจุของตัวทำละลาย ปริมาณหนึ่ง ณ อุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งจะไม่สามารถละลายตัวถูกละลายได้อีก สารละลายที่ได้เรียก สารละลายอิ่มตัว เมื่อได้สารละลายอิ่มตัวแล้ว ถ้าเพิ่มปริมาณของตัวทำละลายหรือเพิ่มอุณหภูมิให้กับ สารละลาย สารละลายนี้จะหมดความเป็นสารละลายอิ่มตัว (เป็นสารละลายไม่อิ่มตัว) และสามารถละลาย ตัวถูกละลายเพิ่มได้อีก 6. คอลลอยด์ คอลลอยด์ (Colloids) เป็นสภาวะของของผสมที่อยู่ระหว่างสารละลายกับสารแขวนลอย เนื่องจากสภาวะคอลลอยด์มีขนาดอนุภาคที่เล็กเกินกว่าจะตกตะกอนออกจากสารตัวกลางได้ดังเช่นสาร แขวนลอย แต่อนุภาคก็มีขนาดใหญ่พอที่จะทาให้เกิดความขุ่นเพราะเกิดการกระเจิงแสง ไม่ใสเป็นเนื้อเดียว เหมือนสารละลาย โดยทั่วไปอนุภาคของคอลลอยด์จะอยู่ระหว่าง 10 -10,000 Ao ขณะที่สารละลายมี อนุภาคที่มีขนาดระหว่าง 1 -10 Ao และของผสมมีอนุภาคที่มีขนาดมากกว่า 10,000 Ao ตารางที่ 6.3 แสดง ชนิดของคอลลอยด์ซึ่งแบ่งได้จากขนาดของอนุภาคที่กระจายอยู่ในสารตัวกลาง ปรากฏการณ์ทินแดลล์ (Tyndall effect) เป็นปรากฏการณ์ที่ใช้ในการจำแนกสารละลายและ คอลลอยด์ทาโดยการฉายแสง ถ้าฉายแสงผ่านสารละลายจะมองไม่เห็นลาแสง แต่ถ้าเป็นคอลลอยด์จะเห็น ลาแสง เนื่องจากอนุภาคคอลลอยด์มีใหญ่กว่าช่วงความยาวคลื่นแสงที่ตามองเห็น (Visible Light 400-720 nm) ทาให้เกิดการกระจายของแสง ลักษณะพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้ 1) คอลลอยด์ชนิดไฮโดรฟิลิก (Hydrophilic colloids) ซึ่งจะมีหมู่ที่มีขั้วหรือมีประจุอยู่ที่ผิว ทาให้ กระจายอยู่ในน้ำ หรือตัวกลางที่มีขั้วได้เช่นโปรตีนในน้ำ และแป้งในน้ำ 2) คอลลอยด์ชนิดไฮโดรโฟบิก (Hydrophobic colloids) ซึ่งจะไม่มีหมู่ที่มีขั้วหรือไม่มีประจุอยู่ที่ ผิว ทาให้ไม่สามารถกระจายอยู่ในน้ำ หรือตัวกลางที่มีขั้วได้

อิมัลซิฟายเออร์(Emulsifier) ซึ่งเป็นสารที่ปกคลุมอนุภาคให้กระจายตัวอยู่ในตัวกลางได้อย่าง เสถียรโดยไม่รวมตัวกันแยกชั้นออกมา โมเลกุลของสารอิมัลซิฟายเออร์จะมีลักษณะที่ประกอบด้วยส่วนที่มีขั้ว และไม่มีขั้วอยู่ภายในโมเลกุล เมื่ออยู่ในน้ำ จะหันด้านที่ไม่มีขั้วเข้าหากันและหันด้านที่มีขั้วเข้าหาน้ำ เกิด โครงสร้างที่เรียกว่า ไมเซลล์(Micelle) ดังรูปที่ 6.7 ตัวอย่างของสารอิมัลซิฟายเออร์ที่ใช้กันในชีวิตประจาวัน ได้แก่ สบู่ และผงซักฟอกที่ใช้ในการชะล้างสิ่งสกปรกที่เป็นคราบน้ำ มันหรือไขมัน (ไม่มีขั้ว) และไม่สามารถ ล้างออกได้ด้วยน้ำ เปล่า การเคลื่อนที่แบบบราวน์(Brownian Motion) คือ การเคลื่อนที่ของอนุภาคคอลลอยด์ซึ่งเกิดจากการ เคลื่อนที่แบบสุ่ม โดยการชนไปมาของอนุภาคจากส่วนเนื้อเดียว ซึ่งโรเบิร์ต บราวน์ค้นพบปรากฏการณ์นี้ใน การส่องควันโดยกล้องจุลทรรศน์ การเคลื่อนที่แบบไม่มีระเบียบ เกิดกับอนุภาคที่แขวนลอยในสิ่งอื่น เช่น อนุภาคในน้ำ อนุภาคของควัน ในอากาศ ทำให้เกิดการชนไม่สม่ำเสมอกับโมเลกุลรอบ ๆ อนุภาคนั้น การเคลื่อนที่แบบบราวน์ตั้งชื่อเป็นเกียรติแก่ โรเบิร์ต บราวน์ ผrobert Brown) นักชีววิทยาชาว อังกฤษ (พ.ศ. 2316 –2401) ที่ค้นพบการเคลื่อนที่ในลักษณะนี้ในปี พ.ศ. 2370 7. การเตรียมสาระละลาย สารเคมีที่ใช้ในห้องปฏิบัติการมีทั้ง ของแข็ง ของเหลว ในการนำสารเคมีมาเตรียมเป็นสารละลาย เจือจางก่อนนำไปทำการทดลองโดยการคำนวณน้ำหนัก/ปริมาตรของสารเคมีแล้วตวงวัด ก่อนนำมาละลาย ด้วยน้ำกลั่นให้มีปริมาตรตามต้องการ ในการเตรียมสารละลายมีวีธีเตรียม ดังนี้ 7.1 การเตรียมสารละลายจากสารบริสุทธิ์ทำได้โดยละลายสารบริสุทธิ์ตามปริมาณที่ต้องการในตัว ทำละลายปริมาณเล็กน้อย แล้วปรับ ปริมาตรของสารละลายให้ได้ตามที่ต้องการเตรียม ถ้าต้องการเตรียม เป็นหน่วยโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ตัวอย่าง จงเตรียมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์NaOH ที่มีความเข้มข้น 3 mol/dm3 จำนวน 200 cm3 (Na = 23, O = 16, H = 1) วิธีทำ หา mol ของโซเดียมไฮดรอกไซด์NaOH เข้มข้น 3 mol/ dm3 สมการ mol = 1000 3 / 200 3 3 mol dm cm mol = 1000 3 / 200 3 3 mol dm cm mol = 0.6 mol สมการ มวล=มวลโมเลกุล× mol มวล= 40 × 0.6 มวล= 24 g ดังนั้น ต้องเตรียม NaOH 24 g ตอบ 2. การเตรียมสารละลายจากสารละลายเข้มข้น เป็นการเตรียม สารละลายโดยใช้สารละลายเดิมซึ่งมีความเข้มข้นมากกว่าสารละลายที่จะเตรียม มาเติมน้ำให้เจือจางลงจนมี

ความเข้มข้นตามที่ต้องการในการทำให้สารละลายเข้มข้นเจือจางลงนั้น ความเข้มข้นของสารละลายจะ ถูกต้องเพียงใด ขึ้นอยู่กับการวัดปริมาตร สมการ C1V1 = C2V2 C1 = ความเข้มข้นสารละลายก่อนเจือจาง (mol/dm3 ) C2 = ความเข้มข้นสารละลายหลังเจือจาง (mol/dm3 ) V1 = ปริมาตรสารละลายก่อนเจือจาง (dm3 ) V2 = ปริมาตรสารละลายหลังเจือจาง (dm3 ) ตัวอย่าง ต้องการเตรียมโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 1.0 mol/dm3 จำนวน 100 cm3 จาก สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 0.5 mol/dm3 วิธีทำ สมการ C1V1 = C2V2 แทนค่า (1.0 mol/dm3 ) (100 cm3 ) = (0.5 mol/dm3 ) V2 V2 = 200 cm3 ดังนั้น เตรียมโซเดียมไฮดรอกไซด์ 200 cm3 ตอบ 4. กิจกรรมการเรียนการสอน 4.1 ขั้นนำ 1.ให้นักเรียนทำแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียน แล้วแบ่งนักเรียนออกเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ ได้คะแนนสูง ปานกลาง และต่ำ หลังจากนั้นแบ่งนักเรียนเป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 คน โดยมีนักเรียนที่มี ความสามารถครบทั้ง 3 กลุ่ม 2. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบก่อนเรียนเรื่อง สารละลาย 4.2 ขั้นสอน 1. สนทนาทบทวนเกี่ยวกับสารละลาย 2. ตั้งคำถามว่า นักเรียนคิดว่าความแตกต่างระหว่างสมบัติ ลักษณะของสารละลาย สาร แขวนลอย คอลลอยด์เป็นอย่างไร 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันสืบค้นเกี่ยวกับความหมายอธิบายสมบัติและยกตัวอย่าง สารละลายที่พบในชีวิตประจำวัน คำนวณความเข้มข้นของสารละลาย อธิบายความแตกต่างระหว่างสมบัติ ลักษณะของสารละลาย สารแขวนลอย คอลลอยด์ โดยการรวบรวมข้อมูลจากหนังสือเรียน หรือจาก อินเทอร์เน็ต การศึกษาค้นคว้าให้ได้มากที่สุด และต้องมีการแบ่งหน้าที่กันทำงาน โดยไม่ให้ซ้ำกับหน้าที่ เดิมที่ เคยปฏิบัติมาแล้ว ครูซ้ำเกี่ยวกับการประเมินนักเรียนในระหว่างการเรียนและการทำงาน 4. นำข้อมูลที่ได้มาร่วมกันวิเคราะห์ แปลความหมาย จัดกระทำ ลงข้อสรุปแล้วอธิบายซักถาม กันภายในกลุ่มจนเข้าใจตรงกัน

5. สุ่มตัวแทนนักเรียนจากกลุ่มต่างๆ ประมาณ 3-4 กลุ่ม นำเสนอข้อสรุปที่ได้เกี่ยวกับ ความหมายอธิบายสมบัติและยกตัวอย่างสารละลายที่พบในชีวิตประจำวัน คำนวณความเข้มข้นของ สารละลาย อธิบายความแตกต่างระหว่างสมบัติ ลักษณะของสารละลาย สารแขวนลอย คอลลอยด์ จากนั้น ร่วมกันอภิปรายซักถามเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่สมบูรณ์ที่สุด 6. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต โดยใช้สื่อ power point และสื่อ animation 4.3 ขั้นสรุป 7. เปิดโอกาสให้นักเรียนซักถามข้อสงสัย ที่นักเรียนยังไม่เข้าใจเกี่ยวกับเรื่องที่เรียน 8. สุ่มนักเรียนอภิปรายสรุปเกี่ยวกับความรู้ที่ได้รับในการศึกษาในครั้งนี้ 9. ให้นักเรียนทำแบบทดสอบหลังเรียน เรื่อง สารละลาย 9. นักเรียนบันทึกผลการเรียนรู้ในสมุดบันทึกผลการเรียนรู้รายชั่วโมง 10. ติชม/เสนอแนะเกี่ยวกับข้อค้นพบต่างๆ จากทำงานของนักเรียน 5. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 5.1 หนังสือเรียน รายวิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 3000 – 1301 ของ สำนักพิมพ์ศูนย์ส่งเสริมอาชีวะ 5.2 แบบฝึกหัดเสริมทักษะประจำหน่วย 5.3 แบบทดสอบก่อนเรียน 5.4 แบบทดสอบหลังเรียน 6. การวัดและการประเมินผล 6.1 ทำแบบประเมินผลการเรียน เกณฑ์ผ่าน 60% 6.2 ร่วมทำกิจกรรมกลุ่ม ประเมินโดยใช้แบบประเมิน เกณฑ์ผ่าน 80% 7. การบูรณาการเชื่อมโยง สาระการเรียนรู้ การบูรณาการ กิจกรรม สารละลาย - ภาษาไทย - คอมพิวเตอร์ - สังคม - นำเสนอผลงานกลุ่ม - หาข้อมูลทาง Internet - การทำงานกลุ่ม

แผนการจัดการเรียนรู้แบบเน้นสมรรถนะ และบูรณาการ แผนที่7 วิชาวิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการสื่อสาร รหัสวิชา 3000 – 1301 จำนวน 9ชั่วโมง บทเรียน :ปฏิกิริยาเคมีและเคมีไฟฟ้า ทั้งหมด 54 ชั่วโมง 1. สาระสำคัญ ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ อาจจะเกิดขึ้นได้เร็วหรือช้าต่างกัน ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยา ในการนี้จึงจำเป็นที่ จะต้องเรียนรู้เกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยา เรียนรู้สภาวะต่างๆ ที่ใช้ในการควบคุมการผลิต หรือสภาวะ ต่างๆ ที่ใช้ควบคุมการเกิดปฏิกิริยา ต้องทราบว่าปัจจัยอะไรบ้างที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา จะทำให้ ปฏิกิริยาเกิดเร็วหรือช้าได้ การศึกษาปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ปฏิกิริยารีดอกซ์ เซลล์ไฟฟ้าเคมี เซลล์กัลวานิก เซลล์อิเล็กโทรไลด์ และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับเซลล์ไฟฟ้าเคมี 2. สมรรถนะประจำหน่วย 1. อธิบายหลักการการเกิดปฏิกิริยาเคมีเขียนสมการเคมีดุลสมการเคมีและปฏิกิริยาเคมีใน ชีวิตประจำวันได้ 2. อธิบายหลักการทำงานพร้อมทั้งเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเกี่ยวกับปฏิกิริยา รีดอกซ์ การดุล สมการรีดอกซ์ การเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ เซลล์ไฟฟ้าเคมีและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ เซลล์ไฟฟ้าเคมี 3. มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ จิตวิทยาศาสตร์ และสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้ 4. มีคุณธรรม จริยธรรม และน้อมนำหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียงนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 3. เนื้อหาสาระ 1. การเกิดปฏิกิริยาเคมี การเกิดปฏิกิริยาเคมี หมายถึง การที่สารสร้างพันธะเคมีต่อกันแล้วได้สารใหม่ที่มีสมบัติต่างไปจาก สารเดิม อาจสังเกตได้จากการเกิดตะกอน การเกิดก๊าซ การเปลี่ยนสี และความเป็นกรด-เบสของสาร เปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น ตัวอย่าง 1 ปฏิกิริยาระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สออกซิเจน ได้น้ำเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งเขียนแทน สมการดังนี้ ไฮโดรเจน+ออกซิเจน น้ำ 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) ตัวอย่าง 2 ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของถ่านไม้ ได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เขียนแทนด้วยสมการเคมี ดังนี้ ถ่านไม้ + ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์