ชุดที่ 2 แรงแม่เหล็ก

1

ก ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์เรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ชุดนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อส่งเสริมแนวคิดและพัฒนาผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักเรียน ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ผู้จัดทำได้เรียบเรียงเนื้อหาความรู้โดยยึดตามหลักสูตร แกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 ซึ่งมีเนื้อหาที่เหมาะสมกับ นักเรียน เพื่อให้นักเรียนได้ใช้ประกอบการเรียน ในห้องเรียนและศึกษาค้นคว้า เพิ่มเติมด้วยตนเอง ชุดกิจกรรมฉบับนี้มีเนื้อหาทั้งหมด 5 เรื่องใหญ่ๆ ได้แก่ แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก การประยุกต์ผลของสนามแม่เหล็กต่อขดลวดที่มี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำและอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ไฟฟ้า กระแสสลับ ชุดกิจกรรมชุดนี้เป็นชุดที่ 2 ใช้ประกอบการเรียนรู้แผนการจัดการ เรียนรู้ที่ 1 ที่มีองค์ประกอบที่สำคัญ คือ แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน บัตร ความรู้ บัตรกิจกรรม ได้เน้นให้นักเรียนได้สืบเสาะหาความรู้ ได้ฝึกปฏิบัติและ สามารถสร้างองค์ความรู้ด้วยตนเองได้เมื่อผู้เรียนฝึกปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนที่ ผู้สอนกำหนดไว้ได้ ผู้จัดทำขอบคุณผู้ที่มีส่วนเกี่ยวกับข้องกับทุกท่านที่ให้คำแนะนำ ให้คำปรึกษา ตรวจสอบความถูกต้องของเนื้อหา จนทำให้ชุดกิจกรรมฉบับนี้ สำเร็จลุล่วงได้ด้วยดี หวังเป็นอย่างยิ่งว่าชุดกิจกรรมการเรียนรู้ฉบับนี้ จะเป็นประโยชน์แก่นักเรียนและ ครูผู้สอนท่านอื่นๆ ที่นำไปใช้ในการพัฒนาการเรียนการสอนให้มีประสิทธิภาพ ต่อไป สายรุ้ง สุวรรณไตรย์

ข เรื่อง หน้า คำนำ ก สารบัญ ข คำชี้แจง .................................................................................................... 1 คำแนะนำสำหรับนักเรียน.......................................................................... 3 ผลการเรียนรู้ และสาระการเรียนรู้เพิ่มเติม................................................. 4 จุดประสงค์การเรียนรู้ชั่วโมงที่ 1-2.............................................................. 5 แบบทดสอบก่อนเรียน เรื่อง แรงแม่เหล็ก........................... 6 บัตรความรู้1 เรื่อง แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็ก....................................................................................... 9 บัตรกิจกรรมที่ 2.1 กิจกรรมทดลอง เรื่อง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทด..................................................... 15 บัตรกิจกรรมที่ 2.2 โจทย์ปัญหา เรื่อง แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งเคลื่อนที่ในสนาม.................................................................................. 20 จุดประสงค์การเรียนรู้ชั่วโมงที่ 3-4............................................................. 24 บัตรความรู้2 เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และอยู่ในสนามแม่เหล็ก............................................................................ 25 บัตรกิจกรรมที่ 2.3 กิจกรรมทดลอง เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำขณะ ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก..................................... 29 บัตรกิจกรรมที่ 2.4 โจทย์ปัญหา เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำขณะที่มี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก.......................................... 34 จุดประสงค์การเรียนรู้ชั่วโมงที่ 5-6............................................................ 38 บัตรความรู้3 เรื่อง แรงระหว่างลวดตัวนำ 2 เส้นที่ขนานกันและมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน............................................................................... 39

ค เรื่อง หน้า บัตรกิจกรรมที่ 2.5 กิจกรรมทดลอง เรื่อง แรงลวดตัวนำสองเส้นที่ขนานกัน และมีกระแสไฟฟ้าผ่าน.............................................................................. 49 บัตรกิจกรรมที่ 2.6 เรียนรู้เรื่อง แรงระหว่างลวดตัวนำ 2 เส้นที่ขนานกัน และมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน........................................................................ 54 แบบทดสอบหลังเรียน เรื่อง แรงแม่เหล็ก................................................... 57 บรรณานุกรม........................................................................................... 58 ภาคผนวก 60 เฉลยแบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน.................................................. 62 เฉลยคำตอบบัตรกิจกรรมที่ 2.1-2.6............................................................ 62

1 ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์เรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มสาระการเรียน รู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 เป็น ชุดกิจกรรมที่เน้นการพัฒนาความสามารถในการแก้ปัญหาด้วยวิธีการฝึกให้นักเรียน รู้จักศึกษาค้นคว้าหาความรู้ โดยกระตุ้นให้นักเรียนใช้กระบวนการทางความคิด หา เหตุผลจนค้นพบความรู้สึกหรือแนวทางในการแก้ปัญหาที่ถูกต้องด้วยตนเอง โดย เรียนรู้ตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในชุดกิจกรรมด้วยความตั้งใจและมีความซื่อสัตย์ต่อ ตนเอง ซึ่งมีองค์ประกอบ ดังนี้ 1. ขอบข่ายเนื้อหา ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์ เรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 แบ่งเนื้อหา ออกเป็น 5 เรื่อง ดังนี้ ชุดที่ 1 เรื่อง แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก ชุดที่ 2 เรื่อง แรงแม่เหล็ก ชุดที่ 3 เรื่อง การประยุกต์ผลของสนามแม่เหล็กต่อขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้า ไหลผ่าน ชุดที่ 4 เรื่อง กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำและอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ชุดที่ 5 เรื่อง ไฟฟ้ากระแสสลับ

2 1. เวลาการจัดกิจกรรม ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์ เรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ใช้เวลาในการจัด กิจกรรม ทั้งหมด15 ชั่วโมง 1. องค์ประกอบของชุดกิจกรรม ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์เรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีรายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ในชุดกิจกรรม ชุดนี้มีองค์ประกอบ ดังนี้ 1. คำชี้แจง 2. คำแนะนำสำหรับนักเรียน 3. สาระและผลการเรียนรู้ 4. สาระสำคัญ จุดประสงค์การเรียนรู้ 5. แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน 6. บัตรความรู้ 7. บัตรกิจกรรมที่ 2.1-2.6 8. เฉลยบัตรกิจกรรม 9. บรรณานุกรม 10. ภาคผนวกเฉลยแบบทดสอบก่อนเรียน - หลังเรียน

3 ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์เรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ชุดที่ 2 เรื่อง แรงแม่เหล็ก ใช้เวลาในการสอน 6 ชั่วโมง ดังนี้ ⚫ ชั่วโมงที่ 1–2 เรื่อง แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็ก ⚫ ชั่วโมงที่ 3-4 เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและ อยู่ในสนามแม่เหล็ก ⚫ ชั่วโมงที่ 5-6 เรื่อง แรงระหว่างลวดตัวนำ 2 เส้นที่ขนานกันและมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เพื่อให้นักเรียนทราบบทบาทหน้าที่ของตนเองในขณะที่เรียนจากชุดกิจกรรม ซึ่งนักเรียนต้องปฏิบัติดังนี้ 1. ศึกษาจุดประสงค์การเรียนรู้ให้เข้าใจอย่างละเอียดชัดเจน 2. ทำแบบทดสอบก่อนเรียน จำนวน 10 ข้อ เพื่อประเมินความรู้พื้นฐาน ของนักเรียน 3. ฟังคำแนะนำในการใช้ชุดกิจกรรม ตั้งใจเรียนรู้ตามลำดับขั้นตอนที่กำหนด ไว้ขณะปฏิบัติกิจกรรมร่วมกันเป็นกลุ่มนักเรียนต้องทำงานด้วยความตั้งใจ 4. ลงมือปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนในชุดกิจกรรม (ศึกษาบัตรความรู้ และทำบัตรกิจกรรม) ตามขั้นตอน รวมถึงการนำเสนอผลการปฏิบัติกิจกรรม 5. เมื่อนักเรียนทำกิจกรรมครบแล้ว ทำแบบทดสอบหลังเรียน จำนวน 10 ข้อ เพื่อวัดความเข้าใจและเปรียบเทียบความก้าวหน้าทางการเรียนของนักเรียน หมายเหตุครูเป็นที่ปรึกษาคอยชี้แนะ แนะนำในการปฏิบัติกิจกรรม ทุกขั้นตอนอย่างใกล้ชิด

4 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ชุดที่ 2 เรื่อง แรงแม่เหล็ก ผลการเรียนรู้ 1. สังเกต และอธิบายเส้นสนามแม่เหล็ก อธิบายและคำนวณฟลักซ์แม่เหล็ก ในบริเวณที่กำหนดรวมทั้งสังเกตและอธิบายสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า ในลวดตัวนำเส้นตรงและโซเลนอยด์ได้ 2. อธิบาย และคำนวณแรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็กแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและวางใน สนามแม่เหล็ก รัศมีความโค้งของการเคลื่อนที่เมื่อประจุเคลื่อนที่ตั้งฉากกับ สนามแม่เหล็ก รวมทั้งอธิบายแรงระหว่างเส้นลวดตัวนำคู่ขนานที่มีกระแสไฟฟ้า ผ่านได้ 3. อธิบายหลักการทำงานของแกลแวนอมิเตอร์และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง รวมทั้งคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องได้ 4. สังเกต และอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ กฎการเหนี่ยวนำของ ฟาราเดย์และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งนำความรู้เรื่องอีเอ็มเอฟ เหนี่ยวนำไปอธิบายการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าได้ 5. อธิบายและคำนวณความต่างศักย์อาร์เอ็มเอสและกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็มเอสได้ 6. อธิบายหลักการทำงานและประโยชน์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส การแปลงอีเอ็มเอฟของหม้อแปลง และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องได้ ไปศึกษาจุดประสงค์ การเรียนรู้พร้อม ๆ กันค่ะ

5 เรื่อง แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็ก กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถส่วนประกอบของหลักการทำงานของหลอดรังสีแคโทดได้ 2. นักเรียนสามารถอธิบายการเคลื่อนของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กได้ 3. นักเรียนสามารถบอกได้ว่าสนามแม่เหล็กทำให้เกิดแรงกระทำต่อ อิเล็กตรอนให้เบนไปจากเดิมได้ ด้านทักษะ/กระบวนการ (P) 4. นักเรียนสามารถทำกิจกรรมภาคปฏิบัติเพื่อศึกษาพฤติกรรมของอิเล็กตรอน ในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทดได้ 5. นักเรียนสามารถคำนวณหาแรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่ง เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจากโจทย์ที่กำหนดให้ได้ 6. นักเรียนมีทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 7. นักเรียนมีทักษะกระบวนการทำงานเป็นกลุ่ม ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 8. นักเรียนมีความซื่อสัตย์สุจริต มีวินัย ใฝ่เรียนรู้อยู่อย่างพอเพียง มุ่งมั่น ในการทำงานและมีจิตสาธารณะ

6 เรื่อง แรงแม่เหล็ก ......................................................................................................................... รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 คำชี้แจง แบบทดสอบเป็นปรนัย จำนวน 10 ข้อ รวม 10 คะแนน คำสั่ง ให้นักเรียนทำเครื่องหมายกากบาท () ที่นักเรียนเห็นว่าถูกต้องที่สุด เพียงคำตอบเดียวลงในกระดาษคำตอบ 1. ข้อใดเป็นทิศของเส้นแรงแม่เหล็ก ก. ภายนอกพุ่งออกจากขั้วใต้ไปยังขั้วเหนือ ข. ภายนอกพุ่งออกจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้ ค. ภายในพุ่งออกจากกึ่งกลางไปยังปลายทั้งสอง ง. ภายในพุ่งออกจากขั้วเหนือไปขั้วยังใต้ 2. สนามแม่เหล็กไม่มีผลต่อข้อใด ก. ประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง ข. ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ ค. แม่เหล็กถาวรที่อยู่นิ่ง ง. แม่เหล็กถาวรที่ 3. อิเล็กตรอนวิ่งด้วยความเร็ว 108 เมตรต่อวินาที เข้าไปในทิศตั้งฉากกับ สนามแม่เหล็กขนาด 10–5 เทสลา ขนาดของแรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอนเป็นเท่าใด ก. 1.6 X 10– 16 N ข. 1.6 X 10– 17 N ค. 1.6 X 10– 18 N ง. 1.6 X 10– 19 N

7 4. รังสีแคโทดมีลำอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กขนาด 9.1 X 10-3 เทสลา ทำให้เห็นทางโค้งบนฉากเรืองแสง ถ้าทางโค้งมีรัศมีความโค้ง 20 cm จงหาความเร็ว ของรังสีแคโทด กำหนดมวลอิเล็กตรอน = 9.1 X 10-31 กิโลกรัม 10-3 เทสลา มีประจุ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ ก. 1.6 X107 m/s ข. 3.2 X107 m/s ค. 1.6 X108 m/s ง. 3.2 X108 m/s 5. ลวดยาว 10 cm มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 5 A วางในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ 5 เทสลา โดยลวดเอียงทำมุม 30๐ กับสนามแม่เหล็ก ดังรูปจงหาขนาดของแรงที่สนามแม่เหล็ก กระทำต่อลวดเส้นนี้ ก. 1.5 ข. 1.25 ค. 0.75 ง. 0.45 6. เมื่อกระแสไฟฟ้า I แอมแปร์เข้าไปในลวดยาว L เมตร ซึ่งวางในสนามแม่เหล็ก ความเข้ม B เทสลา ดังรูป ผลที่เกิดขึ้นคือข้อใด ก. เส้นลวดเคลื่อนที่ในทิศเดียวกับ สนามแม่เหล็ก ข. เส้นลวดเคลื่อนที่ไปทางซ้าย ค. เส้นลวดเคลื่อนที่ไปทางขวา ง. ลวดนิ่งอยู่กับที่ 7. ขดลวดตัวนำมีพื้นที่ 0.10 cm2 วางอยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กขนาดสม่ำเสมอ 1 T จงหาค่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวด เมื่อระนาบของขดลวดทำมุม ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ก. 1 X10-2 Wb ข. 1 X10-3 Wb ค. 1 X10-4 Wb ง. 1 X10-5 Wb 30o B I I B

8 8. ถ้าความเข้มของสนามแม่เหล็กเป็น 4 เทสลา ทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก จำนวน 0.02 เวเบอร์ จงหาพื้นที่ที่ตกตั้งฉากว่ามีค่าเท่าใด ก. 5 x 10-2 m 2 ข. 5 x 10-3 m 2 ค. 8 x 10-2 m 2 ง. 8 x 10-3 m 2 9. สิ่งต่อไปนี้อะไรบ้างที่มีผลต่อทิศทางของแรงที่กระทำต่ออนุภาคมีประจุที่วิ่งใน แนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก 1) ทิศทางของสนามแม่เหล็ก 2) ขนาดของประจุ 3) ขนาดของสนามแม่เหล็ก 4) ชนิดของประจุ ข้อที่ถูกต้องคือข้อใด ก. 1)และ 2) ข. 1)และ 3) ค. 1)และ 4) ง. 2) และ 3) 10. ถ้ามีอิเล็กตรอนวิ่งตามแนวราบไปทางขวาผ่านสนามแม่เหล็กขนาดสม่ำเสมอ ซึ่งมีทิศพุ่งออกมาตั้งฉากกับระนาบของแผ่นกระดาษ แนวทางการเคลื่อนที่ ของอิเล็กตรอนคือข้อใด ก. วิ่งในแนวราบตามเดิม ข. เบี่ยงเบนจากแนวเดิมลงข้างล่าง ค. เบี่ยงเบนพุ่งออกมาจากแผ่นกระดาษตามทิศของสนามแม่เหล็ก ง. เบี่ยงเบนจากแนวเดิมขึ้นข้างบน ************************************************* e v

9 สนามแม่เหล็กนอกจากส่งแรงกระทำต่อสารแม่เหล็กแล้ว สนามแม่เหล็กยัง ส่งแรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเช่นเดียวกับแรงไฟฟ้าด้วย แต่ต่างกันที่ สน ามแม่เหล็กจะส่งแรงกระทำอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อน ที่ใน สนามแม่เหล็กเท่านั้น ขณะที่สนามไฟฟ้าจะส่งแรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ไม่ว่าอนุภาคนั้นจะอยู่นิ่งหรือกำลังเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า และข้อแตกต่างอีกอย่าง หนึ่งระหว่างแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็ก คือ แรงไฟฟ้าจะมีทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า (ประจุบวก) หรือทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า (ประจุลบ) ขณะที่ทิศของแรงแม่เหล็ก ( F ) จะมีทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ( B ) และความเร็วของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ( v ) โดยแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก (เช่น โปรตอน) จะมีทิศตรงข้าม กับแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ (เช่น อิเล็กตรอน) ดังภาพที่ 1 ภาพที่ 1 ทิศของแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็ก ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 11

10 ขนาดและทิศทางของแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็ก F สามารถหาได้จากสมการ F = q v B ( ) F คือ แรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) q คือ ขนาดของประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็น คูลอมบ์(C) v คือ ความเร็วของประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที(m/s) B คือ สนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น เทสลา (T) จากสมการ เราสามารถหาขนาดของแรงที่กระทำต่ออนุภาคไฟฟ้าได้ จากสมการ F qv = sin เมื่อ เป็นมุมระหว่างความเร็ว ของอนุภาคกับสนามแม่เหล็ก B ในกรณีที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก = 90 แรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าจะมีค่ามากที่สุด เขียนเป็นสมการได้ดังนี้ max F qvB = เมื่อประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในแนวเดียวกับสนามแม่เหล็ก กล่าวคือ = 0 หรือ 180o (sin sin180 = =0) เราสามารถหาทิศของแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกได้จาก กฎมือขวา (right hand rule) ดังภาพที่ 2 โดยเริ่มจากกางมือขวาดออกให้นิ้วทั้งสี่ชิด กันและตั้งฉากกับนิ้วหัวแม่มือ จากนั้นวางมือขวาให้ปลายนิ้วทั้งสี่ชี้ไปในทิศของ ความเร็ว v โดยที่สนามแม่เหล็ก B อยู่ทางด้านฝ่ามือ แล้วบิดข้อมือโค้งนิ้วทั้งสี่วน เข้าหาสนามแม่เหล็กนิ้ว B หัวแม่มือขวาจะชี้ไปในทิศของผลคูณเชิงเวกเตอร์ V B หรือทิศของแรงแม่เหล็ก F บนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก

11 ภาพที่ 2 การหาทิศของแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก โดยใช้กฎมือขวาสำหรับผลคูณเชิงเวกเตอร์ ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 12 กฎมือขวาสำหรับผลคูณเชิงเวกเตอร์ใช้หาทิศของแรงแม่เหล็กที่กระทำบน อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบได้เช่นกัน โดยวิธีการเหมือนกับการหาทิศของแรงแม่เหล็ก บนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกเพียงแค่กลับทิศ 180 องศา (ตรงกันข้าม) ก็จะได้ทิศ ของแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบที่ต้องการ ซึ่งก็คือ ทิศตรงกันข้ามกับ นิ้วหัวแม่มือขวา ดังภาพที่ 3 ภาพที่ 3 การหาทิศของแรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ โดยใช้ กฎมือขวาสำหรับผลคูณเชิงเวกเตอร์ ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 12 แรงแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามีค่าสูงสุดเมื่อความเร็วของอนุภาค มีทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ดังภาพที่ 4 (ก) และมีค่าลดลงเมื่อความเร็วมีทิศทำมุม กับสนามแม่เหล็ก ดังภาพที่ 4 (ข) และมีค่าเป็นศูนย์เมื่อความเร็วของอนุภาคอยู่ ใน แนวขน าน (ทิศเดียวกัน หรือทิศตรงข้าม) ดังภาพที่ 4 (ค) กล่าวได้ว่า สนามแม่เหล็กส่งแรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ในแนวทำมุม ใด ๆ กับสนามแม่เหล็กที่ไม่ใช่ทิศเดียวกันหรือทิศตรงข้าม

12 ภาพที่ 4 ทิศของความเร็วของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าทำมุมต่าง ๆ กับสนามแม่เหล็ก ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 12 แรงแม่เหล็กมีทิศตั้งฉากกับความเร็วของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า จึงไม่ ส่งผลให้ขนาดของความเร็วของอนุภาคเปลี่ยนไป (ต่างจากแรงไฟฟ้าจาก สนามไฟฟ้า) แรงแม่เหล็กจึงมีผลต่อทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เท่านั้น กล่าวคือ ทำให้ทิศของความเร็วของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้แนวการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเบนไปจากแนวการเคลื่อนที่ เดิม เช่น การเบนแนวการเคลื่อนที่อิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กส่งผลให้ลำ อิเล็กตรอนในหลอดรังสีแคโทดเบนขึ้นหรือเบนลงจากแนวระดับ เมื่อนำแม่เหล็ก เข้ามาใกล้ ตัวอย่างที่ 1 อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า 3.2 x 10-19 คูลอมบ์ได้รับแรงกระทำ 9.6 x 10-14 นิวตัน เมื่อเคลื่อนที่เข้าไปในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กด้วยความเร็ว 2.0 x 105 เมตรต่อวินาที ในทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก จงหาขนาดของสนามแม่เหล็ก วิธีทำ จากสมการ F = qvBsin F = qvBsin 90 B = F qv = − 14 -19 5 9.6 10 N (3.2 10 C)(2.0 10 m/s) ดังนั้น ขนาดของสนามแม่เหล็กมีค่า 1.5 เทสลา

13 ตัวอย่างที่ 2 อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าสู่สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอขนาด 1.5 เทสลา ด้วยความเร็ว 5 x 105 เมตรต่อวินาที จงหาแรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออิเล็กตรอนนี้ เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในทิศทาง ก. ทำมุม 30 องศากับสนามแม่เหล็ก วิธีทำ จากสมการ F = qvBsin F = -19 5 (1.6 10 C)(5 10 m/s)(1.5 T)sin30 F = -14 6 10 N ดังนั้น แรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในทิศ ทำมุม 30 องศากับสนามแม่เหล็ก เท่ากับ 6 x 10-14 นิวตัน ข. ทำมุมฉากกับสนามแม่เหล็ก วิธีทำ จากสมการ F = qvBsin F = -19 5 (1.6 10 C)(5 10 m/s)(1.5 T)sin90 F = -13 1.2 10 N ดังนั้น แรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในทิศ ทำมุมฉากกับสนามแม่เหล็ก เท่ากับ 1.2 x 10-13 นิวตัน ตัวอย่างที่ 3 จากภาพอิเล็กตรอนที่จุด A มีความเร็ว 0 -7 (v )2 10 เมตรต่อวินาที จงหา

14 ตัวอย่างที่ 3 (ต่อ) ก. ขนาดของความเข้มสนามแม่เหล็กที่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จาก A ไป B วิธีทำ จากสมการ r = mv qB B = mv qr = -31 7 -2 -19 (9.1 10 kg)(2 10 m/s) 10 10 (1.6 10 C)( m) 2 B = -3 2.3 10 T=2.3 mT ดังนั้น ขนาดของความเข้มสนามแม่เหล็กเท่ากับ 2.3 มิลลิเทสลา ข. แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่ออิเล็กตรอน วิธีทำ จากสมการ F = qvBsin F = qvBsin 90 = -19 7 -3 (1.6 10 C)(2 10 m/s)(2.3 10 T)(1) F = -15 7.4 10 N ดังนั้น แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่ออิเล็กตรอน 7.4 x 10-15 นิวตัน ค. เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่จาก A ไป B วิธีทำ จากสมการ v = 2 r R T = T = 2 r T = -2 7 10 10 2 m 2 2 10 m/s T = -9 16 10 s จากภาพ จะเห็นได้ว่า จาก A ไป B อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นครึ่งวงกลม ดังนั้น 9 16 10 19 8 10 2 2 T s t s − − = = ดังนั้น เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่จาก A ไป B เท่ากับ 8 x 10-9 วินาที

15 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนและบันทึกผล ขื่อกลุ่ม.......................................................... ปฏิบัติกิจกรรมวันที่......... เดือน.................................. พ.ศ........... เวลา............ สมาชิกกลุ่ม จำนวน ................... คน 1. .................................................................................... เลขที่.................. 2. .................................................................................... เลขที่.................. 3. .................................................................................... เลขที่.................. 4. .................................................................................... เลขที่.................. 5. .................................................................................... เลขที่.................. 1. จุดประสงค์การปฏิบัติกิจกรรม เพื่อศึกษาพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทด กิจกรรมทดลอง เรื่อง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทด

16 2. วัสดุและอุปกรณ์ รายการ จำนวน/กลุ่ม 1. หลอดรังสีแคโทด 1 หลอด 2. แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงโวลต์สูง (ขดลวดเหนี่ยวนำ) 1 ชุด 3. แม่เหล็ก 1 อัน 4. สายไฟ 2 เส้น 3. ขั้นตอนการดำเนินกิจกรรม 3.1 ใช้สายไฟฟ้าต่อวงจรต่อหลอดรังสีแคโทดกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง โวลต์สูง โดยขั้วแคโทดของหลอดเข้ากับขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟฟ้า และต่อขั้ว แอโนดของหลอดเข้ากับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟฟ้า จากนั้นเปิดสวิตซ์ของแหล่ง จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงโวลต์สูง จากนั้นจะปรากฏแนวสว่างขึ้นในหลอดรังสีแคโทด ดังภาพ 3.2 นำขั้ว (N) ของแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำอิเล็กตรอนทางด้านข้างหลอดรังสี แคโทด โดยให้แท่งแม่เหล็กอยู่ในระดับเดียวกันและตั้งฉากกับรังสีแคโทด สังเกตผลที่ผิดขึ้นแล้วบันทึกผล 3.3 ปฏิบัติซ้ำข้อ 3.2 โดยเปลี่ยนจากขั้วเหนือเป็นขั้วใต้ (S) ของแท่งแม่เหล็ก สังเกตผลที่เกิดขึ้นแล้วบันทึกผล

17 3.4 นำขั้วเหนือของแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำอิเล็กตรอนทางด้านบนของหลอดรังสี แคโทด โดยจับแท่งแม่เหล็กให้วางตัวในแนวดิ่ง สังเกตผลที่เกิดขึ้น แล้วบันทึกผล 3.5 ปฏิบัติซ้ำข้อ 3.4 โดยเปลี่ยนจากขั้วเหนือเป็นขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็ก สังเกต ผลที่เกิดขึ้นแล้วบันทึกผล 3.6 นำแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำอิเล็กตรอนทางด้านข้างของหลอดรังสีแคโทด โดยจับแท่งแม่เหล็กให้อยู่ในระดับเดียวกันและขนานกับลำอิเล็กตรอน สังเกตผล ที่เกิดขึ้นแล้วบันทึกผล 4. บันทึกผลการทำกิจกรรม ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................

18 5. คำถามท้ายกิจกรรม 5.1 เมื่อหันขั้วหรือของแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้หลอดรังสีแคโทด ลำอิเล็กตรอน จะเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือไม่อย่างไร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5.2 เมื่อหันขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้หลอดรังสีแคโทด ลำอิเล็กตรอน จะเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือไม่อย่างไร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ เกณฑ์การประเมินบัตรกิจกรรมที่ 2.1 1. เกณฑ์การประเมิน 1.1 การบันทึกผลการทำกิจกรรม รายการ คะแนน บันทึกผลการทำกิจกรรมได้ถูกต้อง ชัดเจน ครบถ้วน 2 บันทึกผลการทำกิจกรรมได้ถูกต้อง แต่ยังไม่ครบถ้วน 1 บันทึกผลการทำกิจกรรมไม่ถูกต้อง 0 1.2 การตอบคำถามหลังกิจกรรม รายการ คะแนน ตอบคำถามได้ถูกต้อง ชัดเจน ครบถ้วนทุกข้อ 2 ตอบคำถามได้ถูกต้อง แต่ยังไม่ครบถ้วน 1 ตอบคำถามไม่ถูกต้อง หรือไม่ตอบ 0

19 1.3 การปฏิบัติกิจกรรม รายการ คะแนน ปฏิบัติกิจกรรมตามวิธีการและขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างถูกต้องให้ความ ร่วมมือและปฏิบัติกิจกรรมร่วมกับผู้อื่นตลอดเวลา 2 ปฏิบัติกิจกรรมตามวิธีการและขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างถูกต้องให้ความ ร่วมมือและปฏิบัติกิจกรรมร่วมกับผู้อื่นบ้าง มีครูคอยกระตุ้น 1 ไม่ปฏิบัติกิจกรรมและไม่ให้ความร่วมมือกับผู้อื่น 0 1.4 สรุปผลการทำกิจกรรม รายการ คะแนน สรุปผลการทำกิจกรรมได้อย่างถูกต้อง กระชับ ชัดเจน และครอบคลุม ข้อมูลจากการวิเคราะห์ทั้งหมด 2 สรุปผลการทำกิจกรรมได้ถูกต้อง แต่ยังไม่ครอบคลุมข้อมูลจาก การวิเคราะห์ทั้งหมด 1 สรุปผลการทำกิจกรรมได้ตามความเห็นของตนเอง โดยไม่ใช้ข้อมูลอ้างอิง 0 1.5 การเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์และการจัดเก็บ รายการ คะแนน จัดเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์ได้ถูกต้อง ครบถ้วนและมีการทำความสะอาดและ จัดเก็บอย่างถูกต้องตามหลักการ 2 จัดเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์ได้ถูกต้อง และมีการทำความสะอาดแต่จัดเก็บไม่ ถูกต้อง 1 จัดเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์ไม่ถูกต้อง และไม่สนใจทำความสะอาดรวมทั้ง จัดเก็บไม่ถูกต้อง 0 2. เกณฑ์การตัดสินระดับคุณภาพ ช่วงคะแนน ระดับคุณภาพ ระดับคุณภาพ 8 – 10 3 ☺ = ดี 5 – 7 2 = พอใช้ 0 – 4 1 = ปรับปรุง 3. นักเรียนต้องได้คะแนนในระดับคุณภาพ 3 ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์

20 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชื่อ-นามสกุล........................................................................ เลขที่ ......... ชั้น ม.6 คำชี้แจง ให้นักเรียนแสดงวิธีหาคำตอบให้ถูกต้อง 1. จากรูป อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้า -1.6 x 10 -19 คูลอมบ์ถูกยิงเข้าไปใน บริเวณสนามแม่เหล็กขนาด 1 เทสลา ด้วยความเร็ว 5.0 x 106 เมตรต่อนาที ดังรูป จะเกิดแรงเนื่องสนามแม่เหล็กบนอิเล็กตรอนขนาดเท่าไร ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ โจทย์ปัญหา เรื่อง แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุ ไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก

21 2. อิเล็กตรอนตัวหนึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว 2.0 x 108 เมตรต่อวินาที ใน ทิศจากซ้ายไปขวาเข้าไปในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอขนาด 5x10-3 เทสลา และสนามแม่เหล็กมีทิศพุ่งเข้าสู่กระดาษ ขนาดและทิศทางของแรงที่กระทำ ต่ออิเล็กตรอนจะเป็นอย่างไร ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................

22 3. อิเล็ กตรอน วิ่งด้วยความ เร็ว 106 เมต รต่ อวิน าที ใน ทิศ ตั้ งฉ ากกับ สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอขนาด 10-2 เทสลา ปริมาณต่างๆ ต่อไปนี้มีค่าเท่าไร ก. แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่ออิเล็กตรอน ข. รัศมีความโค้งของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................

23 เกณฑ์การประเมินบัตรกิจกรรมที่ 2.2 1. เกณฑ์การประเมิน รายการ คะแนน การเขียนประโยคสัญลักษณ์ 1. เขียนประโยคสัญลักษณ์ถูกต้อง 2. เขียนประโยคสัญลักษณ์ได้ถูกต้องแต่ไม่สมบูรณ์ 3. เขียนประโยคสัญลักษณ์ไม่ถูกต้อง 2 1 0 การเขียนแสดงวิธีทำ 1. เขียนแสดงวิธีทำได้ถูกต้อง ชัดเจน 2. เขียนแสดงวิธีทำได้แต่ไม่สมบูรณ์ 3. เขียนแสดงวิธีทำไม่ถูกต้อง 2 1 0 การแสดงคำตอบ 1. เขียนแสดงคำตอบถูกต้อง 2. เขียนแสดงคำตอบไม่ถูกต้อง 1 0 2. เกณฑ์การตัดสินระดับคุณภาพ ช่วงคะแนน ระดับคุณภาพ ระดับคุณภาพ 12 – 15 3 ☺ = ดี 8 – 11 2 = พอใช้ 0 – 7 1 = ปรับปรุง 3. นักเรียนต้องได้คะแนนในระดับคุณภาพ 3 ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์

24 เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และอยู่ในสนามแม่เหล็ก กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถอธิบาย สืบค้น และอภิปรายเกี่ยวกับแรงกระทำต่อลวด ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็กได้ 2. นักเรียนสามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างทิศของกระแสไฟฟ้า ทิศของ สนามแม่เหล็กและทิศการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำได้ ด้านทักษะ/กระบวนการ (P) 3. นักเรียนสามารถทำกิจกรรมภาคปฏิบัติเพื่อศึกษาแรงที่กระทำต่อลวดตัวนำ ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็กได้อย่างถูกต้อง 4. นักเรียนสามารถคำนวณหาแรงกระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหล ผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็กจากโจทย์ที่กำหนดให้ได้ 5. นักเรียนมีทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 6. นักเรียนมีทักษะกระบวนการทำงานเป็นกลุ่ม ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 7. นักเรียนมีความซื่อสัตย์สุจริต มีวินัย ใฝ่เรียนรู้ อยู่อย่างพอเพียง มุ่งมั่น ในการทำงานและมีจิตสาธารณะ

25 เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะมีแรงแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่านั้น และเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดตัวนำใดแสดง ว่ามีประจุไฟฟ้าเคลื่อนผ่านลวดตัวนำนั้น หากลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอยู่ ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจะส่งผล ให้เกิดแรงแม่เหล็กกระทำต่อลวดตัวนำนั้นด้วย เมื่อมีกระแสผ่านลวดตัวนำ ab ความยาว L พื้นที่หน้าตัด A วางตั้งฉากกับ สนามแม่เหล็ก B ถ้าให้กระแสไฟฟ้าไหลจาก a ไปยัง b แสดงว่ามีกระแสอิเล็กตรอน (electron current) ไหลจาก b ไปยัง a ดังนั้น อิเล็กตรอนทุกตัวที่เคลื่อนที่อยู่ใน เส้นลวดจะเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก B เนื่องจากอิเล็กตรอนแต่ละตัวมีประจุ ไฟฟ้า ดังภาพที่ 1 ภาพที่ 1 แรงกระทำต่อลวดตัวนำเมื่อนำไปวางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 24

26 เมื่อพิจารณาแรงเนื่องจากสนามแม่เหล็กที่กระทำต่ออิเล็กตรอนแต่ละตัว จะเป็นไปตามสมการ F qvB = sin เมื่อทิศของกระแสไฟฟ้า l ตั้งฉาก กับสนามแม่เหล็ก B จะได้ว่า F qvB = sin90 F qvB = ดังนั้น แรงที่กระทำอิเล็กตรอนแต่ละตัวเป็น F evB = และเนื่องจาก จำนวนอิเล็กตรอนในลวดตัวนำทั้งหมดเท่ากับ nLA โดยที่ n เป็นจำนวนของ อิเล็กตรอนต่อปริมาตร แรงลัพธ์ทั้งหมดที่กระทำต่ออิเล็กตรอนหรือแรงที่กระทำต่อ ตัวนำ จะเป็นไปดังสมการ F nevABL = โดยที่ e เป็นประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน v เป็นความเร็วของอิเล็กตรอน A เป็นพื้นที่หน้าตัดของลวดตัวนำ และ L เป็นความยาวของลวดตัวนำ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำโลหะเป็นไปตามสมการ l nevA = จะได้ว่า F ILB = F คือ แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำ มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) I คือ กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์(A) L คือ ความยาวของลวดตัวนำ มีหน่วยเป็นเมตร (m) B คือ สนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็นเทสลา (T)

27 ถ้ากระแสไฟฟ้าของลวดตัวนำวางทำมุม กับสนามแม่เหล็ก ดังภาพที่ 2 จะได้สมการเป็น F ILB = sin ภาพที่ 2 การหาทิศทางของแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำตรงโดยใช้กฎมือขวา ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 25 แรงที่กระทำต่อลวดตัวนำที่เกิดขึ้นจะมีทิศตั้งฉากกับทิศของกระแสไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กเสมอ การพิจารณาทิศของแรงหาได้จาก L B ซึ่งใช้กฎมือขวาช่วย ในการพิจารณา โดยกำนิ้วทั้งสี่ของมือ ขวาจาก I ผ่านมุมที่น้อยกว่า 180 องศา เข้าหา B นิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศ ของแรง ดังภาพที่ 3 ภาพที่ 3 ลวดตัวนำวางทำมุม กับสนามแม่เหล็ก ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 25

28 และเขียนเป็นสมการเวกเตอร์ได้เป็น F I L B = ( ) ตัวอย่างที่ 4 ลวดเส้นหนึ่งยาว 15 เซนติเมตร มีกระแสไฟฟ้า 6 แอมแปร์ ไหลผ่าน วางอยู่ ในสนามแม่เหล็กขนาดสม่ำเสมอ 10-3 เทสลา โดยลวดเอียงทำมุม 30 องศากับ สนามแม่เหล็ก จงหาของแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดเส้นนี้ วิธีทำ จากสมการ F = ILBsin F = ILBsin30 = -2 -3 1 (6 A)(15 10 m)(10 T) 2 F = -4 4.5 10 N ดังนั้น ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดเส้นนี้เท่ากับ 4.5 x 10-4 นิวตัน

29 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนและบันทึกผล ขื่อกลุ่ม.......................................................... ปฏิบัติกิจกรรมวันที่......... เดือน.................................. พ.ศ........... เวลา............ สมาชิกกลุ่ม จำนวน ................... คน 1. .................................................................................... เลขที่.................. 2. .................................................................................... เลขที่.................. 3. .................................................................................... เลขที่.................. 4. .................................................................................... เลขที่.................. 5. .................................................................................... เลขที่.................. 1. จุดประสงค์การปฏิบัติกิจกรรม เพื่อศึกษาแรงที่กระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและลวดอยู่ใน สนามแม่เหล็ก กิจกรรมทดลอง เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำขณะ ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก

30 2. วัสดุและอุปกรณ์ รายการ จำนวน/กลุ่ม 1. หม้อแปลงไฟฟ้าโวลต์ต่ำ 1 เครื่อง 2. แม่เหล็กรูปตัวยู 1 อัน 3. ลวดตัวนำอะลูมิเนียม 1 เส้น 4. สายไฟฟ้า 2 เส้น 5. ฐานรองรับลวดตัวนำ 1 ชุด 3. ขั้นตอนการดำเนินกิจกรรม 3.1 ต่อวงจรไฟฟ้าเข้ากับฐานรองรับ A และ B ดังภาพ 3.2 จากนั้นวางลวดตัวนำบนฐานรองรับ 3.3 นำแม่เหล็กรูปตัวยูเข้ามาใกล้ฐานรองรับลวดตัวนำ โดยให้ลวดตัวนำอยู่ ระหว่างขั้วทั้งสองของแม่เหล็กรูปตัวยูและแนวของเส้นลวดตั้งฉากกับทิศ ของสนามแม่เหล็ก 3.4 เปิดสวิตซ์หม้อแปลงโวลต์ต่ำ สังเกตการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำว่าเคลื่อนที่ เข้าหรือออกจากแม่เหล็กรูปตัวยู 3.5 กลับขั้วแม่เหล็กรูปตัวยู แล้วทำการทดลองซ้ำข้อ 3.2 – 3.4 3.6 กลับขั้วไฟฟ้าที่เสียบกับฐานรองรับ แล้วทำการทดลองซ้ำข้อ 3.2 – 3.4

31 4. บันทึกผลการทำกิจกรรม ทิศทาง สนามแม่เหล็ก ทิศทางของ กระแสไฟฟ้า ในลวดตัวนำ ทิศทางการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำ เข้าหาแม่เหล็ก รูปตัวยู ออกจาก แม่เหล็กตัวยู ไม่เคลื่อนที่ ทิศลงตาม แนวดิ่ง จาก A ไป B จาก B ไป A ทิศขึ้นตาม แนวดิ่ง จาก A ไป B จาก B ไป A ไม่มี สนามแม่เหล็ก จาก A ไป B จาก B ไป A 5. คำถามท้ายกิจกรรม 5.1 กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรงมีทิศทางจาก B ไป A สนามแม่เหล็ก มีทิศทางชี้ลง ลวดตัวนำเส้นตรงเคลื่อนที่ไปทางใด ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5.2 กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรงมีทิศทางจาก A ไป B สนามแม่เหล็ก มีทิศทางชี้ลง ลวดตัวนำเส้นตรงเคลื่อนที่ไปทางใด ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5.3 ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีผลต่อการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำ เส้นตรงหรือไม่ อย่างไร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5.4 เมื่อกลับขั้วของแม่เหล็กรูปตัวยูสนามแม่เหล็กมีทิศทางไปทางใดและลวด ตัวนำ เคลื่อนที่อย่างไรเมื่อเทียบกับตอนแรก ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................

32 5.5 ทิศทางของสนามแม่เหล็กมีผลต่อการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำ เส้นตรงที่มี กระแสไฟฟ้าผ่านหรือไม่อย่างไร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5.6 เพราะเหตุใด เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรงจึงเคลื่อนที่ได้ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5.7 ในแต่ละกรณีลวดตัวนำ เส้นตรงเคลื่อนที่ในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทาง ของกระแสไฟฟ้า และทิศทางของสนามแม่เหล็กหรือไม่ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ เกณฑ์การประเมินบัตรกิจกรรมที่ 2.3 1. เกณฑ์การประเมิน 1.1 การบันทึกผลการทำกิจกรรม รายการ คะแนน บันทึกผลการทำกิจกรรมได้ถูกต้อง ชัดเจน ครบถ้วน 2 บันทึกผลการทำกิจกรรมได้ถูกต้อง แต่ยังไม่ครบถ้วน 1 บันทึกผลการทำกิจกรรมไม่ถูกต้อง 0 1.2 การตอบคำถามหลังกิจกรรม รายการ คะแนน ตอบคำถามได้ถูกต้อง ชัดเจน ครบถ้วนทุกข้อ 2 ตอบคำถามได้ถูกต้อง แต่ยังไม่ครบถ้วน 1 ตอบคำถามไม่ถูกต้อง หรือไม่ตอบ 0

33 1.3 การปฏิบัติกิจกรรม รายการ คะแนน ปฏิบัติกิจกรรมตามวิธีการและขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างถูกต้องให้ความ ร่วมมือและปฏิบัติกิจกรรมร่วมกับผู้อื่นตลอดเวลา 2 ปฏิบัติกิจกรรมตามวิธีการและขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างถูกต้องให้ความ ร่วมมือและปฏิบัติกิจกรรมร่วมกับผู้อื่นบ้าง มีครูคอยกระตุ้น 1 ไม่ปฏิบัติกิจกรรมและไม่ให้ความร่วมมือกับผู้อื่น 0 1.4 สรุปผลการทำกิจกรรม รายการ คะแนน สรุปผลการทำกิจกรรมได้อย่างถูกต้อง กระชับ ชัดเจน และครอบคลุม ข้อมูลจากการวิเคราะห์ทั้งหมด 2 สรุปผลการทำกิจกรรมได้ถูกต้อง แต่ยังไม่ครอบคลุมข้อมูลจาก การวิเคราะห์ทั้งหมด 1 สรุปผลการทำกิจกรรมได้ตามความเห็นของตนเอง โดยไม่ใช้ข้อมูลอ้างอิง 0 1.5 การเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์และการจัดเก็บ รายการ คะแนน จัดเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์ได้ถูกต้อง ครบถ้วนและมีการทำความสะอาดและ จัดเก็บอย่างถูกต้องตามหลักการ 2 จัดเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์ได้ถูกต้อง และมีการทำความสะอาดแต่จัดเก็บไม่ ถูกต้อง 1 จัดเตรียมวัสดุ/อุปกรณ์ไม่ถูกต้อง และไม่สนใจทำความสะอาดรวมทั้งจัดเก็บ ไม่ถูกต้อง 0 2. เกณฑ์การตัดสินระดับคุณภาพ ช่วงคะแนน ระดับคุณภาพ ระดับคุณภาพ 8 – 10 3 ☺ = ดี 5 – 7 2 = พอใช้ 0 – 4 1 = ปรับปรุง 3. นักเรียนต้องได้คะแนนในระดับคุณภาพ 3 ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์

34 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชื่อ-นามสกุล........................................................................ เลขที่ ......... ชั้น ม.6 คำชี้แจง ให้นักเรียนแสดงวิธีหาคำตอบให้ถูกต้อง 1. ลวดตัวนำเส้นหนึ่งยาว 12 เซนติเมตร มีกระแสไหลในเส้นลวด 30 แอมแปร์ เมื่อวางเส้นลวดเส้นนี้ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กความเข้ม 0.9 เทสลา ด้วยมุม 60 องศา กับสนามแม่เหล็ก ขนาดของแรงที่กระทำต่อเส้นลวดนี้ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ โจทย์ปัญหา เรื่อง แรงกระทำต่อลวดตัวนำขณะที่มี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก

35 2. ลวดตัวนำเส้นหนึ่งยาว 5.0 เซนติเมตร มีกระแสไฟฟ้าไหลในเส้นลวด 2.0 แอมแปร์ เมื่อวางเส้นลวดเส้นนี้เอียงทำมุม 30 องศากับสนามแม่เหล็ก ดังรูป เกิดแรงแม่เหล็กกระทำต่อลวด 1 x 10-4 นิวตัน ขนาดของสนามแม่เหล็ก มีค่าเท่าไร ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................

36 3. ลวดตัวนำ AB มวล 20 กรัม วางพาดอยู่บนรางตัวนำซึ่งต่อกับแบตเตอรี่ 12 โวลต์ ในลักษณะที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ดังรูป ถ้า AB อยู่ในบริเวณ สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอขนาด 0.2 เทสลา และมีความต้านทาน 3 โอห์ม ก. แรงที่กระทำต่อเส้นลวดมีขนาดเท่าไร ข. นานเท่าไรเส้นลวดจึงเคลื่อนที่ได้ 4 เซนติเมตร ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................

37 เกณฑ์การประเมินบัตรกิจกรรมที่ 2.4 1. เกณฑ์การประเมิน รายการ คะแนน การเขียนประโยคสัญลักษณ์ 1. เขียนประโยคสัญลักษณ์ถูกต้อง 2. เขียนประโยคสัญลักษณ์ได้ถูกต้องแต่ไม่สมบูรณ์ 3. เขียนประโยคสัญลักษณ์ไม่ถูกต้อง 2 1 0 การเขียนแสดงวิธีทำ 1. เขียนแสดงวิธีทำได้ถูกต้อง ชัดเจน 2. เขียนแสดงวิธีทำได้แต่ไม่สมบูรณ์ 3. เขียนแสดงวิธีทำไม่ถูกต้อง 2 1 0 การแสดงคำตอบ 1. เขียนแสดงคำตอบถูกต้อง 2.เขียนแสดงคำตอบไม่ถูกต้อง 1 0 2. เกณฑ์การตัดสินระดับคุณภาพ ช่วงคะแนน ระดับคุณภาพ ระดับคุณภาพ 12 – 15 3 ☺ = ดี 8 – 11 2 = พอใช้ 0 – 7 1 = ปรับปรุง 3. นักเรียนต้องได้คะแนนในระดับคุณภาพ 3 ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์

38 เรื่อง แรงระหว่างลวดตัวนำ 2 เส้นที่ขนานกันและมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถอธิบายแรงระหว่างลวดตัวนำ 2 เส้น ที่วางขนานกัน และ มีกระแสไหลผ่านในทิศเดียวกันและทิศตรงกันข้ามได้ ด้านทักษะ/กระบวนการ (P) 2. นักเรียนสามารถทำกิจกรรมภาคปฏิบัติเพื่อศึกษาแรงกระทำระหว่างลวด ตัวนำเส้นตรงสองเส้นที่วางขนานและห่างกัน ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านจะมีแรง กระทำระหว่างลวดทั้งสองได้อย่างถูกต้อง 3. นักเรียนสามารถคำนวณหาค่าแรงระหว่างลวดตัวนำ 2 เส้นที่ขนานกัน และมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจากโจทย์ที่กำหนดให้ได้ 4. นักเรียนมีทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 5. นักเรียนมีทักษะกระบวนการทำงานเป็นกลุ่ม ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 6. นักเรียนมีความซื่อสัตย์สุจริต มีวินัย ใฝ่เรียนรู้ อยู่อย่างพอเพียง มุ่งมั่น ในการทำงานและมีจิตสาธารณะ

39 เมื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดตัวนำ 2 เส้น ที่ขนานกันจะเกิดกระทำ ระหว่างลวดตัวนำทั้งสอง โดยทิศทางแรงจะขึ้นอยู่กับทิศของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ลวดตัวนำทั้งสอง ซึ่งกล่าวได้ว่า ถ้ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำมีทิศทางเดียวกัน จะ เกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน ดังภาพที่ 1 (ก) และถ้ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทั้งสอง มีทิศทางตรงข้ามกัน จะเกิดแรงผลักซึ่งกันและกัน ดังภาพที่ 2 (ข) ภาพที่ 1 (ก) แรงระหว่างลวดตัวนำทั้ง 2 เส้น ที่ขนานกันและมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศเดียวกัน ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 28

40 ภาพที่ 2 (ข) แรงระหว่างลวดตัวนำทั้ง 2 เส้น ที่ขนานกันและมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศตรงกันข้าม ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 28 จากภาพที่ 2 (ก) สนามแม่เหล็กจากลวดตัวนำเส้นที่ ( 1 B ) ณ บริเวณ ลวดตัวนำเส้นที่ เมื่อพิจารณาตามสมการ จะได้เป็น 0 1 1 2 l B R = เนื่องจากลวดเส้นที่ อยู่ในสนามแม่เหล็ก 1 B จะมีแรงแม่เหล็ก 1 F กระทำในทิศเข้าหาลวดตัวนำเส้นที่ เมื่อพิจารณาตามสมการ จะได้เป็น 1 2 1 F I LB = 0 1 1 1 2 l l L F R = โดย 0 คือ สภาพซึมผ่านของสุญญากาศ มีค่าเท่ากับ 7 4 10 − เทสลา เมตรต่อแอมแปร์ในทำนองเดียวกัน จะได้ว่า แรง 1 F ที่ลวดตัวนำที่ ดึงดูดลวด ตัวนำที่ จะมีค่าเท่ากับแรง 2 F และแรงทั้งสองจะมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรง ข้ามกัน

41 เมื่อกระแสฟ้าผ่านลวดตัวนำเส้นตรงจะเกิดสนามแม่เหล็กโดยรอบหากลวด ตัวนำเส้นตรง สองเส้นมาวางใกล้กัน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำทั้งสองจะมี การเปลี่ยนแปลงอย่างไร จะได้ศึกษาจากสถานการณ์ดังนี้ เครื่องชั่งกระแสประกอบด้วยขดลวดตัวนำ ที่มีจำนวนประมาณ 10 รอบติดกับ กล่องและลวดตัวนำ ที่ต่อกับคาน 1 เส้น ซึ่งสามารถปรับสมดุลได้โดยการเลื่อนจุก ยาง และมีฝากล่องใส่ใช้ปิดด้านบน ดังภาพที่ 3 ภาพที่ 3 เครื่องชั่งกระแส ที่มาภาพ คลังภาพ สสวท. หน้า 45 ปรับคานของลวดตัวนำให้ลวดตัวนำอยู่ในแนวระดับโดยเลื่อนจุกยาง จากนั้น ต่อเครื่องชั่งกระแสเป็นวงจรไฟฟ้า ดังภาพที่ 4 (ก) เพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด ตัวนำส่วน ab และลวดตัวนำ ส่วน cd มีทิศทางเดียวกัน เปิดสวิตซ์ สังเกตการ เคลื่อนที่ของลวดตัวนำส่วน cd ทำซ้ำโดยต่อวงจรไฟฟ้า ดังภาพที่ 4 (ข) เพื่อ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดตัวนำ ส่วน ab และลวดตัวนำส่วน cd มีทิศทางตรง ข้ามกัน

42 หลังเปิดสวิตซ์ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำทั้งสองส่วนมีทิศทางเดียวกัน พบว่าลวดตัวนำ ส่วน cd เคลื่อนที่เข้าหาส่วน ab และเมื่อต่อวงจรไฟฟ้าให้ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำทั้งสองจำมีทิศทางตรงข้ามกัน พบว่าลวดตัวนำส่วน cd ออกห่างจากส่วน ab ภาพที่ 4 การต่อเครื่องชั่งกระแสกับวงจรไฟฟ้า ที่มาภาพ คลังภาพ สสวท. หน้า 46 จากสถานการณ์แสดงว่า มีแรงกระทำต่อลวดตัวนำส่วน cd อธิบายได้ดังนี้ กรณีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำส่วน ab และลวดตัวนำส่วน cd ในทิศ เดียวกันเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำทั้งสองจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบลวด ตัวนำ โดยลวดตัวนำส่วน cd อยู่ในสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดตัวนำส่วน ab ( Bab ) และขดลวดตัวนำส่วน ab อยู่ในสนามแม่เหล็กที่เกิดจากลวดตัวนำ cd ( Bcd ) ดังภาพที่ 4 (ก) และภาพที่ 4 (ข) ตามลำดับ ลวดตัวนำ cd อยู่ในสนามแม่เหล็ก Bab ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า ab l ผ่าน ขดลวดตัวนำส่วน ab ดังภาพที่ 5 (ก) เมื่อกระแสไฟฟ้า cd l ผ่านลวดตัวนำส่วน cd จะเกิดแรงแม่เหล็ก กระทำลวดตัวนำ ทิศทางของแรงหาได้โดยใช้มือขวา ดังภาพที่ 5 (ข) ก. กระแสไฟฟ้าขดลวตัวน าส่วน ab และลวดตัวน าส่วน cd มีทิศทางเดียวกัน ข. กระแสไฟฟ้าขดลวตัวน าส่วน ab และลวดตัวน าส่วน cd มีทิศทางตรงข้ามกัน

43 ภาพที่ 5 แรงแม่เหล็กเนื่องจากสถานการณ์แม่เหล็ก ของขดลวดตัวนำส่วน ab ที่กระทำต่อลวดตัวนำส่วน cd ที่มาภาพ คลังภาพ สสวท. หน้า 46 ในทำนองเดียวกัน ขดลวดตัวนำส่วน ab อยู่ในสนามแม่เหล็ก Bcd ที่เกิด จากกระแสไฟฟ้า cd I ผ่านลวดตัวนำส่วน cd ดังภาพที่ 6 (ก) เมื่อกระแสไฟฟ้า ผ่านขดลวดตัวนำส่วน ab จะเกิดแรงแม่เหล็ก FBcd กระทำต่อลวดตัวนำส่วน cd ดังภาพที่ 6 (ข) ภาพที่ 6 แรงแม่เหล็กจากสนามแม่เหล็กของลวดตัวนำ ส่วน cd ที่กระทำต่อขดลวดตัวนำส่วน ab ที่มาภาพ คลังภาพ สสวท. หน้า 46 C d a b Iab Bab Bab ก. ลวดตัวนำส่วน cd อยู่ใน Bab C d a b Bcd Bcd Icd ข. ลวดตัวนำส่วน ab อยู่ใน Bcd c d b a Iab Bab ก. สนามแม่เหล็ก Bab รอบขดลวด ab ข. แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำ cd c d b a Iab Bab FBab

44 จะเห็นว่า FBab แรง FBcd และ มีทิศทางเข้าหัน แต่เนื่องจากขดลวดตัวนำ ส่วน ab ถูกตรึงไว้กับกล่องจึงทำให้สังเกตเห็นเฉพาะลวดตัวนำส่วน cd เคลื่อนที่ ในทิศลงเข้าหาขดลวดตัวนำส่วน ab กรณีกลับทิศทางกระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำส่วน cd ให้มีทิศทางตรงข้ามกับ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดตัวนำส่วน ab หลังเปิดสวิตซ์ พิจารณาแรงแม่เหล็กที่ กระทำต่อขดลวดตัวนำส่วน ab และลวดตัวนำ cd ในทำนองเดียวกับกรณีข้างต้น จะกล่าวได้ว่า เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำส่วน ab และลวดตัวนำส่วน cd ในทิศทางตรงข้ามกัน จะเกิดแรงแม่เหล็กกระทำต่อลวดตัวนำส่วน cd และลวดตัวนำ ส่วน cd ในทิศตรงข้ามกัน จะเกิดแรงแม่เหล็กกระทำต่อลวดตัวนำส่วน cd และ แรงแม่เหล็กกระทำต่อลวดตัวนำส่วน ab ดังภาพที่ 7 (ก) และภาพที่ 7 (ข) ตามลำดับ ภาพที่ 7 แรงแม่เหล็กจากสนามแม่เหล็กของลวดตัวนำทั้งสอง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำในทิศทางตรงข้ามกัน ที่มาภาพ คลังภาพ สสวท. หน้า 47 จะเห็นว่าแรง FBab แรง FBcd มีทิศทางตรงข้ามกัน แต่เนื่องจากขดลวด ตัวนำส่วน ab ถูกตรึงไว้กับกล่องจึงทำให้สังเกตเห็นเฉพาะลวดตัวนำส่วน cd เคลื่อนที่ในทิศขึ้นออกจากขดลวดตัวนำส่วน ab จึงสรุปได้ว่า ถ้าวางลวดตัวนำ c d b a Icd Bcd ก. สนามแม่เหล็ก Bcd รอบขดลวด cd ข. แรงเหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำส่วน ab c d b a Icd Bcd Iab FB cd

45 เส้นตรงสองเส้นขนานกัน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำทั้งสองในทิศทาง เดียวกน ถ้าวางลวดตัวนำเส้นตรงสองเส้นขนานกัน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวด ตัวนำทั้งสองในทิศทางเดียวกัน จะเกิดแรงถึงดูดระหว่างลวดตัวนำทั้งสองดังภาพที่ 8 (ก) แต่ถ้ากระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำในทิศทางตรงข้ามกัน จะเกิดแรงผลักระหว่าง ลวดตัวนำทั้งสอง ดังภาพที่ 8 (ข) ภาพที่ 8 แรงระหว่างลวดตัวนำสองเส้นที่วางขนานกัน และมีกระแสไฟฟ้าผ่าน ที่มาภาพ คลังภาพ สสวท. หน้า 48 เมื่อลวดตัวนำตรงที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและวางอยู่ในสนามแม่เหล็กจะมี กระทำต่อลวดนำนั้น เมื่อเปลี่ยนลวดตัวนำตรงเป็นขดลวด จะไม่เกิดแรงกระทำต่อ ลวดถ้าทิศทางของกระแสไฟฟ้าขนานกับสนามแม่เหล็ก แต่จะเกิดแรงกระทำต่อลวด เมื่อทิศทางของกระแสไฟฟ้าตั้งฉากกับทิศของสนามแม่เหล็ก เมื่อมีกระแสไฟฟ้า l ไหลผ่านขดลวดสี่เหลี่ยมที่มีความกว้าง a และยาว b วางอยู่ในสนามแม่เหล็กเหนือ-ใต้ ถ้าขณะนั้นระนาบของขดลวดทำมุม กับระนาบ ที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก B แรงที่กระทำ F ต่อขดลวดด้าน PQ และ RS จะมี ทิศทาง ดังภาพที่ 9 c d a b Iad Bab ก. แรงแม่เหล็ก Bcd รอบขดลวด cd ข. แรงเหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำส่วน ab c d b a Icd Bcd Iab Icd FBab FB cd

46 ภาพที่ 9 แรงกระทำต่อขดลวดในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ที่มาภาพ คลังภาพ อจท. หน้า 30 กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด PQ และ RS จะตั้งฉากกับทิศของสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดเป็นแรงกระทำต่อขดลวดทั้งสองนี้ โดยทิศของแรงหาได้ได้ตามกฎมือขวา ซึ่งพบว่า แรงกระทำขดลวด PQ มีทิศขึ้น ขณะที่แรงกระทำขดลวด RS มีทิศลง โดยแรงทั้งสองนี้มีขนาดเท่ากัน คือ PQ RS F F IbB = = แรงทั้งสองนี้มีขนาด เท่ากัน แต่มีทิศตรงกันข้ามจึงเป็นแรงคู่ควบ ทำให้ขดลวดเกิดการหมุนขึ้นโดยมี โมเมนต์ของแรงคู่ควบ M ซึ่งเป็นไปตามสมการ โมเมนต์ของแรงคู่ควบ = แรงคู่ควบ x ระยะตั้งฉากระหว่างแรงทั้งสอง M = Fa M = ( ) IbB a M = BIA