เครื่องวัดไฟฟ้า1: 2012

การประยุกต์ผลของสนามแม่เหล็กต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

เราทราบแล้วว่า เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบ ทำให้ขดลวดหมุน หลักการนี้นำไปใช้สร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (dc motor) และแกลแวนอมิเตอร์ (galvanometer) ซึ่งอุปกรณ์ทั้งสองมีหลักการทำงานดังนี้

แกลแวนอมิเตอร์

แกลแวนอมิเตอร์เป็นเครื่องวัดไฟฟ้าประกอบด้วยขดลวดที่หมุนได้รอบแกน มีลักษณะเป็นขดลวดสี่เหลี่ยมที่มีแกนหมุน ปลายข้างหนึ่งของแกนหมุนอยู่ติดสปริงก้นหอยและเข็มชี้ขดลวดเคลื่อนที่นี้หมุนอยู่ในสนามแม่เหล็ก ดังรูป 16.76 แกลแวนอมิเตอร์มีหลักการทำงานดังนี้

รูป 16.76 โครงสร้างของแกลแวนอมิเตอร์

รูป 16.77 หลักการทำงานของแกนแวนอมิเตอร์

เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบ ทำให้ระนาบของขดลวดหมุนและสปริงก้นหอยบิด จนกระทั่งโมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริงก้นหอยเท่ากับโมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำบนขดลวด ขดลวดก็จะหยุดหมุน ซึ่งมีผลให้เข็มชี้หยุดนิ่งด้วย ดังรูป 16.77

มุมเบนของเข็มชี้ทำให้ทราบค่าของโมเมนต์ของแรงคู่ควบ M ซึ่งนำไปหาค่าของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด ตามสมการ (16.18) ได้ ถ้าทราบขนาดของสนามแม่เหล็ก B จำนวนรอบ N ของขดลวด พื้นที่ระนาบ A ของขดลวด และมุม $\displaystyle \theta$ ระหว่างระนาบของลวดกับสนามแม่เหล็ก จะพบว่าโมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวดขึ้นกับกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด หลักการนี้นำไปใช้สร้างเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าที่มีค้าน้อย ซึ่งเรียกว่า แกลแวนอมิเตอร์ (galvanometer) ที่สามารถนำไปดัดแปลงเป็นแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ได้

รูป 16.78 ส่วนประกอบภายในของแกลแวนอมิเตอร์

ขดลวดของแกลแวนอมิเตอร์มักทำด้วยลวดทองแดงอาบน้ำยาเส้นเล็กๆ พันรอบกรอบที่ติดบนแกนที่สามารถหมุนได้คล่อง ซึ่งจะใช้วัตถุที่มีความแข็งมาก เช่น ทับทิม เป็นฐานรองรับการหมุนที่ปลายทั้งสองของแกนหมุนเพื่อลดแรงเสียดทาน ส่วนสปริงก้นหอยติดกับแกนหมุน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบที่บิดกรอบให้หมุนไปเล็กน้อย ทำให้เข็มชี้ที่ติดอยู่กับกรอบเบนตามไปด้วย โดยมุมที่เข็มชี้เบนไปแปรผันตรงกับขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด เพราะแรงบิดกลับของสปริงก้นหอยจะมีค่าเพิ่มขึ้นตามมุมที่เข็มชี้เบน ดังนั้นเข็มจะเบนจนกระทั่งโมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริงก้นหอยเท่ากับโมเมนต์ของแรงคู่ควบ เข็มชี้จึงหยุดนิ่งที่มุมหนึ่งๆ และเมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าในขดลวด แรงบิดกลับของสปริงก้นหอยจะทำให้ขดลวดกลับมาอยู่ที่ตำแหน่งเริ่มต้น

การสร้างสเกลเพื่ออ่านกระแสไฟฟ้า ทำได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าที่ทราบค่าเข้าขดลวดแล้วแบ่งขีดสเกลตามกระแสไฟฟ้าขนาดต่างๆนั้น

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประกอบด้วยขดลวดทองแดงเคลือบน้ำยา ที่พันรอบแกนสี่เหลี่ยมซึ่งติดอยู่กับแกนหมุนในสนามแม่เหล็ก ปลายทั้งสองของขดลวดต่อกับขั้วของแบตเตอรี่ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด ขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำให้ขดลวดหมุนรอบแกนหมุน

รูป 16.79 แรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวด

พิจารณาขดลวด ABCD ขณะที่ระนาบของขดลวดวางตัวขนานกับสนามแม่เหล็ก ดังรูป 16.79 ก โดยลวด AB อยู่ใกล้ขั้วเหนือ และ CD อยู่ใกล้ขั้วใต้ โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้นจะหมุนขดลวดทวนเข็มนาฬิกา เมื่อขดลวดหมุนไป ¼ รอบ หรือ 90 องศา ขณะนี้ระนาบของขดลวดจะตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over B}$ แรงที่กระทำต่อขดลวดจะอยู่ในแนวขนานกับระนาบ ABCD และผ่านแกนหมุนดังรูป 16.79 ข โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวดจึงมีค่าเป็นศูนย์ แต่ขดลวดจะหมุนไปอีกเล็กน้อยอันเป็นผลเนื่องจากความเฉื่อยของขดลวด และโมเมนต์ของแรงคู่ควบก็จะเพิ่มค่าจนระนาบของขดลวดขนานกับสนามแม่เหล็กอีกครั้ง โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้น จะทำให้ขดลวดหมุนตามเข็มนาฬิกา ดังรูป 16.79 ค นั่นคือขดลวดจะหมุนจนระนาบขดลวดขนานสนามแม่เหล็กอีก

เพื่อให้ขดลวดหมุนอย่างต่อเนื่องทิศเดียว จึงมีอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนทิศของกระแสไฟฟ้าในขดลวด ประกอบด้วย ตัวทำสลับที่หรือ คอมมิวเทเตอร์(commutator)และแปรง(brush) ดังรูป 16.80 คอมมิวเทเตอร์ทำด้วยโลหะตัวนำรูปทรงกลมกระบอกผ่าซีก วางสัมผัสปลายของตัวนำที่เรียกว่า แปรง สังเกตการณ์หมุนของขดลวด ขณะกระแสไฟฟ้าผ่านแปรงและคอมมิวเทเตอร์ได้ดังนี้

รูป 16.80 ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

ในรูป 16.80 ก กระแสไฟฟ้าในขดลวดผ่านตามแนว ABCD ทำให้เกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบหมนุขดลวดตามเข็มนาฬิกา เมื่อขดลวดหมุนไปจนระนาบของขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ความเฉื่อยจะทำให้ขดลวดหมุนต่อไปอีกเล็กน้อย มีผลทำให้แปรง P และ Qเปลี่ยนตำแหน่งจาก x และ y ไปสัมผัสกับคอมมิวเทเตอร์ y และ x ตามลำดับ ทำให้กระแสไฟฟ้าในขดลวดมีทิศตามแนว DCBA โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้นในตอนนี้จะทำให้ขดลวดหมุนในทางเดิมต่อไป ดังรูป 16.80 ข เพราะทิศของกระแสไฟฟ้าในขดลวดเปลี่ยนทุกครั้งที่ระนาบขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ดังนั้นขดลวดจึงหมุนทางเดียวตลอดเวลา

จะเห็นว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนี้มีขดลวดเพียงระนาบเดียว จึงใช้คอมมิวเทเตอร์ 1 คู่ ถ้าพิจารณาในขณะที่ระนาบของขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก โมเมนต์ของแรงคู่ควบจะมีค่าเป็นศูนย์ (ตามสมการ 16.18 เพราะ $\displaystyle \cos 90^ \circ = 0$ ) แต่ขดลวดจะหมุนต่อไปได้อีกเนื่องจากความเฉื่อย ดังนั้นตำแหน่งที่ระนาบของขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กจึงเป็นตำแหน่งที่มอเตอร์มีโมเมนต์กระทำน้อยที่สุด ดังนั้นเพื่อให้โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวดมีค่ามากขึ้น จึงต้องเพิ่มขดลวดในระนาบอื่นอีก โดยอาจใช้ตั้งแต่ 3 ระนาบขึ้นไป

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงถูกนำไปใช้ทำให้เกิดการเคลื่อนที่หรือการหมุนของอุปกรณ์ในเครื่องยนต์ เครื่องมือและเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น ชิ้นส่วนในของเล่นเด็ก ตัวหมุนเทปในเครื่องบันทึกเสียง ตัวหมุนเครื่องยนต์ของรถเมื่อเริ่มสตาร์ท เป็นต้น

ในบทนี้ได้ศึกษาแล้วว่า กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบตัวนำในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กก็ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำได้เช่นกัน สนามแม่เหล็กสามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำได้อย่างไร และมีประโยชน์อะไรบ้าง จะศึกษาในบทต่อไป

การทดลองและกิจกรรม

การทดลอง 16.1 ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ระหว่างปลายของลวดโลหะ

วิธีทดลอง ต่อวงจรไฟฟ้าประกอบด้วยลวดนิโครมและแบตเตอรี่ 1 ก้อน ดังรูป 16.81 ก ต่อแอมมิเตอร์ เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าในวงจร ดังรูป 16.81 ข จากนั้นต่อโวลต์มิเตอร์ เพื่อวัดความต่างศักย์ระหว่างปลายของลวดนิโครม ดังรูป 16.81 ค อ่านและบันทึกกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ ทดลองซ้ำโดยเพิ่มแบตเตอรี่เป็น 2, 3 และ 4 ก้อน นำข้อมูลที่ได้ไปเขียนกราฟ โดยให้กระแสไฟฟ้าเป็นแอมแปร์ อยู่บนแกนยืน และความต่างศักย์เป็นโวลต์ อยู่บนแกนนอน

รูป 16.81 วงจรไฟฟ้าเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์

- กราฟระหว่างกระแสไฟฟ้ากับความต่างศักย์มีลักษณะอย่างไร

- จากกราฟที่ได้ กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์มีความสัมพันธ์กันอย่างไร

การทดลอง 16.2 ความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาเปรียบเทียบความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่ เมื่อไม่ได้ต่อเป็นวงจรกับตัวต้านทาน และเมื่อต่อเป็นวงจรกับตัวต้านทานภายนอกค่าต่างๆ

วิธีทดลอง นำปลายข้างหนึ่งของตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1.0 โอห์ม 3.3 โอห์ม 1 กิโลโอห์ม และ 10 กิโลโอห์ม มาต่อกัน แล้วต่อปลายรวมเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่ ส่วนปลายที่เหลือของตัวต้านทานปล่อยอิสระ ต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่กับขั้วบวกของโวลต์มิเตอร์ และต่อขั้วลบของแบตเตอรี่กับขั้วลบของโวลต์มิเตอร์ ดังรูป 16.82 บันทึกความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่จากโวลต์มิเตอร์

รูป 16.82 การวัดความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่

ใช้สายไฟต่อระหว่างขั้วลบของแบตเตอรี่กับตัวต้านทาน 1.0 โอห์ม บันทึกความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่ ทดลองซ้ำ โดยนำปลายของสายไฟไปต่อกับตัวต้านทาน 3.3 โอห์ม 1 กิโลโอห์ม และ 10 กิโลโอห์ม ทีละตัว ตามลำดับ

- ความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่ที่วัดได้ทั้ง 5 กรณีเท่ากันหรือไม่ อย่างไร

การทดลอง 16.3 กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานที่ต่อกันแบบอนุกรมและแบบขนาน

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง

1. กระแสไฟฟ้าในวงจรกับกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวที่ต่อแบบอนุกรมและแบบขนาน

2. ความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานแต่ละตัว กับความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานทั้งสองที่ต่อกันแบบอนุกรม และแบบขนาน

วิธีทดลอง

ตอนที่ 1 นำตัวต้านทาน $\displaystyle R_1$ และ $\displaystyle R_2$ มีความต้านทาน 100 โอห์ม และ 200 โอห์ม ตามลำดับ มาต่อแบบอนุกรม และต่อกับแอมมิเตอร์ A และแบตเตอรี่ดังรูป 16.83 ก บันทึกกระแสไฟฟ้า $\displaystyle I_1$ ที่ผ่านตัวต้านทาน $\displaystyle R_1$ ทดลองซ้ำ โดยเปลี่ยนตำแหน่งแอมมิเตอร์ A ดังรูป 16.83 ข และ ค เพื่อวัดกระแสไฟฟ้า $\displaystyle I_2$ และ I ที่ผ่านตัวต้านทาน $\displaystyle R_2$ และผ่านแบตเตอรี่ตามลำดับ

รูป 16.83 การวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรที่มีตัวต้านทานต่อแบบอนุกรม

นำตัวต้านทาน $\displaystyle R_1$ และ $\displaystyle R_2$ มาต่อกันแบบขนาน แล้วเปลี่ยนตำแหน่งแอมมิเตอร์ A เพื่อวัดกระแสไฟฟ้า $\displaystyle I_1 I_2$ และ I ที่ผ่านตัวต้านทาน $\displaystyle R_1 R_2$ และแบตเตอรี่ ดังรูป 16.84 ก ข และ ค ตามลำดับ

รูป 16.84 การวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรที่มีตัวต้านทานต่อแบบขนาน

ตอนที่ 2 นำตัวต้านทานในตอนที่ 1 มาต่อแบบอนุกรมและต่อโวลต์มิเตอร์ V ดังรูป 16.85 ก บันทึกความต่างศักย์ระหว่างจุด a และ b $\displaystyle (V_{ab} )$ ทดลองซ้ำโดยเปลี่ยนตำแหน่งโวลต์มิเตอร์ V เพื่อวัดความต่างศักย์ $\displaystyle V_1 V_2$ ระหว่างปลายของตัวต้านทานทั้งสอง ดังรูป 16.85 ข และ ค ตามลำดับ

รูป 16.85 การวัดความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานที่ต่อแบบอนุกรม

นำตัวต้านทานทั้งสองมาต่อแบบขนาน แล้วเปลี่ยนตำแหน่งโวลต์มิเตอร์ V เพื่อวัด $\displaystyle (V_{ab} )$ $\displaystyle V_1$ และ $\displaystyle V_2$ ดังรูป 16.86 ก ข และ ค ตามลำดับ

รูป 16.86 การวัดความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานที่ต่อแบบขนาน

- ในการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้า $\displaystyle I I_1$ และ $\displaystyle I_2$ ต่างกันหรือไม่ ผลรวมของ $\displaystyle V_1$ และ $\displaystyle V_2$ เท่ากับ $\displaystyle (V_{ab} )$ หรือไม่ อย่างไร
- ในการต่อตัวต้านทานแบบขนาน ผลรวมของกระแสไฟฟ้า $\displaystyle I_1$ และ $\displaystyle I_1$ เท่ากับ I หรือไม่ ความต่างศักย์ $\displaystyle (V_{ab} )$ $\displaystyle V_1$ และ $\displaystyle V_2$ ต่างกันหรือไม่ อย่างไร

การทดลอง16.4 ตัวแบ่งศักย์

จุดประสงค์ เพื่อศึกษา

1. ความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอรี่ $\displaystyle (V_{in})$ และความต่างศักย์ที่ต้องการ
$\displaystyle (V_{out})$ 2. อิทธิพลของความต้านทานของโหลด (lode) ที่มีต่อ $\displaystyle V_{out}$

วิธีทดลอง

รูป 16.87 วงจรตัวแบ่งศักย์

ตอนที่ 1 วงจรดังรูป 16.87 ก ประกอบด้วยตัวต้านทาน $\displaystyle R_1$ และ $\displaystyle R_2$ ที่มีความต้านทาน 330 โอห์ม และ 470 โอห์ม ต่ออนุกรมกัน และต่อกับแบตเตอรี่ที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าก้อนละ 1.5 โวลต์ จำนวน 4 ก้อน บันทึก $\displaystyle V{out}$ เมื่อ $\displaystyle V_{in}$ มีค่า 0, 1.5 , 3.0, 4.5 และ 6.0 โวลต์ เขียนกราฟระหว่าง $\displaystyle V_{in}$ และ $\displaystyle V_{out}$

- กราฟที่ได้มีลักษณะอย่างไร
- $\displaystyle V_{in}$ และ $\displaystyle V_{out}$ มีความสัมพันธ์กันอย่างไร

ตอนที่ 2 คำนวณ $\displaystyle V_{out}$ ในตอนที่ 1 เมื่อ $\displaystyle V_{in}$ เท่ากับ 6 โวลต์
นำตัวต้านทาน $\displaystyle R_3$ ที่มีความต้านทาน 10 กิโลโอห์ม ไปต่อขนานกับตัวต้านทาน $\displaystyle R_2$ ในวงจรตอนที่ 1 และต่อโวลต์มิเตอร์กับแอมมิเตอร์ ดังรูป 16.87 ข เปิดสวิตช์ บันทึก $\displaystyle V_{out}$ และ I ที่ผ่าน $\displaystyle R_3$ เปลี่ยนตัวต้านทานจาก $\displaystyle R_3$ เป็น $\displaystyle R_4$ ที่มีความต้านทาน 1 กิโลโอห์ม

- $\displaystyle V_{out}$ ที่คำนวณได้ และที่วัดได้ขณะมีตัวต้านทาน $\displaystyle R_3, R_4$ มีค่าเท่ากันหรือไม่ เพราะเหตุใด
- กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทาน $\displaystyle R_3, R_4$ มีอิทธิพลต่อ $\displaystyle V_{out}$ หรือไม่ อย่างไร

กิจกรรม 16.1 การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก

วิธีทำ ต่อขั้วแอโนดและขั้วแคโทดของหลอดรังสีแคโทดเข้ากับขั้วที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงและขั้วที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำของแหล่งจ่ายไฟโวลต์สูง (12000- 15000 โวลต์) ตามลำดับ ดังรูป 16.88 สังเกตเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น เมื่อนำขั้วเหนือของแม่เหล็กเข้าใกล้หลอด จากนั้นสลับขั้ว แล้วนำขั้วใต้ของแม่เหล็กเข้าใกล้หลอด สังเกตการเปลี่ยนแปลง

รูป 16.88 หลอดรังสีแคโทด

- เมื่อหลอดรังสีแคโทดทำงาน สังเกตเห็นอะไร และสิ่งนั้นเกิดได้อย่างไร

- ทิศของแรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอนขึ้นกับทิศของสนามแม่เหล็กหรือไม่ อย่างไร

กิจกรรม 16.2 สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาทิศของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ ลวดวงกลมและโซเลนอยด์

รูป 16.89 การจัดอุปกรณ์

วิธีทำ สอดลวดตัวนำตรงผ่านกระดาษแข็ง แล้วต่อปลายทั้งสองของลวดตัวนำตรงกับหม้อแปลงโวลต์ต่ำ 5 Vdc ดังรูป 16.89 วางเข็มทิศบนกระดาษแข็ง ณ ตำแหน่งต่างๆ เปิดสวิตช์ สังเกตการณ์วางตัวของเข็มทิศ ปิดสวิตช์ แล้วทดลองซ้ำ โดยกลับทิศของกระแสไฟฟ้า สังเกตการณ์วางตัวของเข็มทิศ

ตอนที่ 2 ทดลองซ้ำ แต่เปลี่ยนลวดตัวนำตรงเป็นลวดตัวนำวงกลม

ตอนที่ 3 ทดลองซ้ำ แต่เปลี่ยนลวดตัวนำวงกลมเป็นโซเลนอยด์

- ขณะไม่มีกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำกับเมื่อมีกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ การวางตัวของเข็มทิศต่างกันหรือไม่ อย่างไร

- เมื่อกลับทิศของกระแสไฟฟ้า เข็มทิศเปลี่ยนแปลงการวางตัวหรือไม่ อย่างไร

- การวางตัวของเข็มทิศในทั้งสามกรณีเหมือนหรือต่างกัน อย่างไร

กิจกรรม 16.3 แรงที่กระทำต่อลวดตัวนำขณะมีกระแสไฟฟ้าผ่านและลวดอยู่ในสนามแม่เหล็ก

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาแรงที่กระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดยู่ในสนามแม่เหล็ก

วิธีทำ วางลวดตัวนำตรงบนฐานรองรับ A และ B แล้วต่อกับหม้อแปลงโวลต์ต่ำ 5 Vdc เข้ากับฐานรองรับ ดังรูป 16.90 จัดลวดตัวนำตรงให้อยู่ระหว่างขั้วทั้งสองของแม่เหล็กรูปตัวยู และให้ลวดตัวนำตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก โดยให้ทิศของสนามแม่เหล็กอยู่ในแนวดิ่ง เปิดสวิตช์หม้อแปลงโวลต์ต่ำ สังเกตการณ์เคลื่อนที่ของลวดตัวนำ แล้วปิดสวิตช์

ทดลองซ้ำ โดยกลับขั้วแม่เหล็กรูปตัวยู และกลับทิศของกระแสไฟฟ้า

เขียนแผนภาพแสดงทิศของกระแสไฟฟ้า ทิศของสนามแม่เหล็กและทิศการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำ

รูป 16.90 การจัดอุปกรณ์

- ขณะสนามแม่เหล็กมีทิศพุ่งขึ้น กระแสไฟฟ้ามีทิศจาก A ไป B ลวดตัวนำเคลื่อนที่ไปทางใด

- ขณะสนามแม่เหล็กมีทิศพุ่งขึ้น กระแสไฟฟ้ามีทิศจาก B ไป A ลวดตัวนำเคลื่อนที่ไปทางใด

- สนามแม่เหล็กมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านหรือไม่ อย่างไร

- ทิศของกระแสไฟฟ้ามีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำหรือไม่ อย่างไร

- เหตุใดลวดตัวนำจึงเคลื่อนที่ได้

- ในแต่ละกรณี ลวดตัวนำเคลื่อนที่ในทิศที่ตั้งฉากกับทิศของกระแสไฟฟ้า และทิศของสนามแม่เหล็กหรือไม่ อย่างไร

กิจกรรม 16.4 แรงระหว่างลวดตัวนำสองเส้นที่ขนานกันและมีกระแสไฟฟ้าผ่าน

จุดประสงค์ เพื่อศึกษาแรงระหว่างลวดตัวนำสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

วิธีทำ ใช้ชุดศึกษาแรงระหว่างลวดตัวนำ วางคานที่ติดกับลวดบนที่รองรับ แล้วปรับคานให้สมดุลโดยการเลื่อนจุกยาง ขณะที่คานสมดุล ลวดที่ติดคานจะอยู่เหนือกลุ่มของลวดในกล่องเล็กน้อยและอยู่ขนานกัน ต่อวงจรไฟฟ้า ดังรูป 16.91 เพื่อให้กระแสไฟฟ้าในลวดทั้งสองชุดมีทิศเดียวกัน เปิดสวิตช์หม้อแปลงโวลต์ต่ำ สังเกตการณ์เคลื่อนที่ของลวดตัวนำที่ติดคาน สลับขั้วสายไฟ เพื่อให้กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทั้งสองมีทิศตรงกันข้าม สังเกตการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำที่ติดคานอีกครั้ง

รูป 16.91 การจัดอุปกรณ์

- ขณะกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำทั้งสองชุด มีแรงกระทำเกิดขึ้นหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร

- เมื่อกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทั้งสองชุดมีทิศเดียวกัน การเบนของลวดตัวนำที่ติดคานเป็นอย่างไร เปรียบเทียบกับกรณีที่ กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทั้งสองชุดมีทิศตรงกันข้าม

วันศุกร์ที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2555

การประยุกต์ผลของสนามแม่เหล็กต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน