ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

1

บทท 2 สนามของแรง

2.1 สนามแมเหลก

2.1.1 สนามแมเหลก และเสนสนามแมเหลก แมเหลก ( magnet ) คอวตถทดดเหลกได และวตถทแมเหลกสงแรงกระท ำเรยกสารแมเหลก ( magnetic substance ) แทงแมเหลก 1 แทง จะม 2 ขว คอ ขวเหนอและขวใตเสมอ ขวแมเหลกชนด เดยวกนจะผลกกน และขวตำงกนจะดดกน เสมอ

เมอวำงแทงแมเหลกลงบนแผนกระดำษ แลวโปรยผงเหลกลงไป จะพบวำแทงแมเหลก จะมแรงกระท ำตอผงเหลกเหลำนน บรเวณทม แรงกระท ำตอผงเหลกเรยกสนามแมเหลก (ma- gnetic field) และแรงกระท ำนจะท ำใหผง เหลกเรยงตวเปนแนวเรยกแนวนวำเสนสนาม แมเหลก (magnetic field line)

สนำมแมเหลกเปนปรมำณเวกเตอรซง

ภำยนอกแทงแมเหลก จะมทศออกจำกขวแม เหลกเหนอเขำหำขวแมเหลกใต สวนภำยใน

แทงแมเหลกจะมทศจำกขวแมเหลกใตไปหำ

ขวแมเหลกเหนอ

แรงดด

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

2

1(แนว O-Net) จำกแผนภำพแสดงลกษณะของเสนสนำม แมเหลกทเกดจำกแทงแมเหลกสองแทง ขอใดตอไป นเปนขวแมเหลกเหนอ

1. A และ C 2. A และ D 3. B และ C 4. B และ D

2(แนว O–net) โดยปกตเขมทศจะวำงตวตำมแนวทศเหนอ - ใต

เมอน ำเขมมำวำงใกล ๆ กบกง กลำงแทงแมเหลกทต ำแหนง ดงรป เขมทศจะชในลกษณะใด

1. 2. 3. 4.

A

C

B

D

N

S

S

N

N S N S

N

เขมทศ

S

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

3

โลกของเรำนนเปนเสมอนแทงแมเหลกขนำด ใหญแทงหนง โดยทำงทศเหนอจะเปนขวแมเหลก ใต สวนทำงทศใตจะเปนขวแมเหลกเหนอดงรป ( ขวแมเหลกจะตรงขำมกบชอขวโลกทเรำเรยกกน ) รอบโลกของเรำจงเตมไปดวยสนำมแมเหลกเรยก สนามแมเหลกโลก (earth’s manetic field) และ เนองจำกสนำมแมเหลกภำยนอกแทงแมเหลก จะม ทศออกจำกขวแมเหลกเหนอไปหำขวแมเหลกใต ดงนนสนำมแมเหลกโลกจงมทศพงขนดงรป สนำมแมเหลกโลกท ำหนำทปองกนสงมชวต จากลมสรยะ (solar wind) จำกดวงอำทตย กลำว คอกำรระเบดทดวงอำทตยจะผลกดนใหมกระแสของ อนภำคทมประจพงออกมำ ซงเมอมำถงโลกอนภำคเหลำนจะถกสนำมแมเหลกโลกเบยงเบนใหเคลอนไปทำงอนไมสำมำรถเขำสโลกได และในชนบรรยำกำศโลกระดบควำมสง 100 – 300กโลเมตร อนภำคเหลำนจะชนเขำกบอะตอมของออกซเจนและไนโตรเจน จำกนนอะตอมออกซเจนและไนโตรเจนจะปลอยแสงในชวงทตำมองเหนออกมำ เรยกวำออโรรา (aurora)

3(แนว O-Net) ขอใดตอไปนแสดงสนามแมเหลกโลกไดถก ( ขางบนเปนขวเหนอภมศาสตร ) 1. 2.

3. 4.

N

S

N

S

S

N

S

N

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

4

4(มช 53) ขอใดกลำวถงสนำมแมเหลกโลกไดถกตองทสด 1. สนำมแมเหลกโลกชวยปองกนไมใหนวตรอนในลมสรยะท ำลำยชนบรรยำกำศ ของโลก 2. สนำมแมเหลกโลกมควำมเขมสงบรเวณเสนศนยสตร 3. สนำมแมเหลกโลกเปนสนำมแมเหลกทมคำคงตว 4. ขวโลกเหนอทำงภมศำสตรมสภำพเปนขวใตของสนำมแมเหลกโลก

2.1.2 ผลของสนามแมเหลกตอการเคลอนทของอนภาคทมประจไฟฟา เมออนภำคไฟฟำบวกเคลอนทตดสนำมแมเหลก จะเกดแรงของสนำมแมเหลกกระท ำตออนภำคไฟฟำบวกนน ในทศทำงซงสำมำรถหำไดโดยใชกฎมอขวำดงน ขน 1. แบมอขวำพรอมกำง หวแมมอออก แลวชนวทงสไปตำม แนวกำรเคลอนทของอนภำค ( v ) ขน 2. หนหนำมอแบไป ตำมทศของสนำมแมเหลก ( B ) ขน 3. หวแมมอทกำงออก จะชบอกทศของแรงทเกด ( F ) ดงรป

ในกรณทอนภำคไฟฟำลบเคลอนทตดสนำมแมเหลก จะเกดแรงของสนำมแมเหลกกระท ำตออนภำคไฟฟำลบนนเชนกน แตทศทำงของแรงทเกดจะตรงกนขำมกบแรงทกระท ำตออนภำคไฟฟำบวก เรำสำมำรถหำทศของแรงกระท ำตออนภำคไฟฟำลบไดโดยใชกฎมอซำยซงท ำไดตำมขนตอนเดยวกบกำรใชกฎมอขวำหำทศของแรงกระท ำตอประจบวกนนเอง

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

5

5(มช 54) ไอออนบวกไฮโดรเจน (H+) วงผำนแทงแมเหลกสองแทงดงรป ขอใดอธบำยกำร เคลอนทของไอออนดงกลำวไดถกตอง 1. ไอออนจะวงโคงไปทำงซำยของกระดำษ 2. ไอออนจะวงโคงไปทำงขวำของกระดำษ 3. ไอออนจะวงโคงออกจำกระดำษ 4. ไอออนจะวงโคงเขำไปในกระดำษ

ขอควรทราบเพมเตมเกยวกบแรงทสนามแมเหลกกระท าตออนภาคทเคลอนทตดผาน 1. กรณตอไปน แรงกระท ำตออนภำคนนมคำเปนศนยเสมอ

ก. เมออนภำคนนมไมมประจไฟฟำ เชนอนภำคนวตรอน ข. เมออนภำคนนอยนงๆ

ค. เมออนภำคนนเคลอนขนำนกบทศสนำมแมเหลก

2. อนภำคไฟฟำทเคลอนทตด ตงฉำกกบสนำมแมเหลก จะถก แรงสนำมแมเหลกกระท ำ ท ำให อนภำคนนเคลอนทโคงเปนรปวง กลมดงรป

N S N S

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

6

6(แนว O–net) ถารงสเอกซพงเขาไปในบรเวณทมสนามแมเหลกซงมทศต งฉากกบการ เคลอนทของรงสภายในสนามแมเหลกดงกลาว รงสเอกซมแนวทางการเคลอนทเปนไป ตาม ขอใด 1. เคลอนทในแนวทางเดม 2. ยอนกลบทางเดม 3. เบนไปดานขาง 4. เคลอนทเปนวงกลม

7(มช 55) การยงอนภาคไอโซโทปคารบอน ( C146 ) ผานสนามแมเหลกดงรป ขอใดถกตอง

1. อนภาคจะเบนเขาหาขวเหนอ 2. อนภาคจะเบนเขาหาขวใต 3. อนภาคจะมวนเปนเกลยว 4. อนภาคจะพงผานตรงไป

8(แนว O–net) อนภำคบตำลบเคลอนทเขำไปในทศขนำนกบสนำมแมเหลกซงมทศพงเขำ กระดำษ แนวกำรเคลอนทของอนภำคบตำลบจะเปนอยำงไร 1. วงตอไปเปนเสนตรงดวยควำมเรวคงตว 2. เบนไปทำงขวำ 3. วงตอไปเปนเสนตรงและถอยหลงกลบในทสด 4. เบนไปทำงซำย

9(มช 53) ถำอเลกตรอนก ำลงเคลอนทเขำไปในสนำมแมเหลกสม ำเสมอ สนำมแมเหลกควรม ทศทำงอยำงไรจงจะไมท ำใหล ำอเลกตรอนมเสนทำงเบยงเบนไปจำกเสนทำงเดม 1. ท ำมม 45 องศำกบเสนทำงกำรเคลอนทของล ำอเลกตรอน 2. ตงฉำกกบเสนทำงกำรเคลอนทของล ำอเลกตรอน 3. ขนำนกบเสนทำงกำรเคลอนทของล ำอเลกตรอน 4. ล ำอเลกตรอนจะเบยงเบนเสมอไมวำสนำมแมเหลกจะมทศทำงอยำงไร

S N

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

7

2.1.3 ผลของสนามแมเหลกตอการเคลอนทของตวน าทมกระแสไฟฟาผาน ในกรณทมเสนลวดตวน ำวำงอยใน สนำมแมเหลก เมอมกระแสไฟฟำไหล ผำนเสนลวดตวน ำ นน จะเกดแรงกระ ท ำตอเสนลวดนน เรำสำมำรถหำทศของ แรงทกระท ำนนไดจำกกฎมอขวำดงน ขน 1. แบมอขวำพรอมกำงหวแมมอออก แลวชนวทงสไปทศของกระแสไฟฟำ ขน 2. หนหนำมอแบไปตำมทศของสนำมแมเหลก ขน 3. หวแมมอทกำงออกจะชบอกทศของแรงกระท ำทเกดขน

10. เสนลวดวางตวอยในสนามแมเหลกและมกระแสไฟฟาไหลขนดงรป จะถกแรงของ สนามแมเหลกกระท าไปในทศตามขอใดตอไปน 1. ทศออกจากกระดาษ 2. ทศเขาไปในกระดาษ 3. ทศไปทางซาย 4. ทศไปทางขวา

หำกเรำน ำขดลวดไปไวในสนำมแมเหลก แลวปลอยกระแสไฟฟำเขำไปไหลวนดงรป จะ พบวำแรงกระท ำตอขดลวด 2 ขำงจะมทศตรง กนขำม สงผลท ำใหขดลวดนนเกดกำรหมนตว ดงแสดงในรป และจำกหลกกำรดงกลำวเรำ สำมำรถน ำไปประดษฐเครองมอทเรยกวำมอเตอร ไฟฟำใชในเครองใชไฟฟำหลำยอยำงเชนพดลม ปมน ำ เครองปนน ำผลไม เปนตน

S N I

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

8

ในทำงกลบกนหำกเรำหมนขดลวดตดสนำมแมเหลก กจะท ำใหเกดกระแสไฟฟำไหลยอนออกมำจำกขดลวดนนเรยกกระแสไฟฟำนวำ กระแสไฟฟำเหนยวน ำ หลกกำรนน ำไปสรำงเปนเครองก ำเนดไฟฟำเรยกวำ ไดนำโม

11. เครองมอใดตอไปน ท าหนาทเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปนพลงงานกล 1. ไดนำโม 2. มอเตอร 3. เครองอดไฮโดรรก 4. แมนอมเตอร

2.2 สนามไฟฟา

ปกตแลวประจไฟฟาใดๆ จะมแรงทางไฟฟา แผออกมารอบๆ ตวประจขนาดหนงเสมอ เราเรยก บรเวณรอบประจซงมแรงทางไฟฟาแผออกมานวา สนามไฟฟา ( E ) สนามไฟฟาเปนปรมาณเวกเตอร เพราะเปน ปรมาณทมทศทาง ทศของสนามไฟฟาก าหนดวา

ส าหรบประจบวก สนามไฟฟามทศออกตวประจ ส าหรบตวประจลบ สนามไฟฟามทศเขาตวประจ

ดงแสดงในรป เสนของแรงทเขยนแทนแรงทางไฟฟา ทแผออกมาเรยก เสนแรงไฟฟา

ในกรณทเรามแผนโลหะ 2 แผนวางขนานกน แผนหนงมประจไฟฟาบวกสะสมอย อกแผนหนงนน มประจไฟฟาลบสะสม สนามไฟฟาระหวางแผนทง สองจะมทศออกจากขวบวกเขาหาขวลบดงรป และ ขนาดของสนามไฟฟาทกๆ จดระหวางแผนคขนานน จะมคาเทากบทกจด เราจงเรยกสนามไฟฟาระหวาง แผนโลหะคขนานเชนนวาสนามไฟฟาสม าเสมอ

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

9

หากเราน าประจทดสอบ ( q ) ไปวางในสนามไฟฟาสม าเสมอ ประจทดสอบนนจะถก แรงกระท าแลวท าใหเกดการเคลอนทในสนามสม าเสมอนน โดยประจไฟฟาบวกจะวงไปหาขวไฟฟาลบ และประจไฟฟาลบจะวงไปหาขวไฟฟาบวกเสมอ โปรดสงเกตวา

แรงกระท าตอประจบวกจะมทศเดยวกบสนามไฟฟา แรงกระท าตอประจลบจะมทศตรงกนขามกบสนามไฟฟา

12(มช 53) ถำประจบวกและประจลบถกน ำไปวำงในสนำมไฟฟำสม ำเสมอ E ระหวำงแผน ตวน ำสองแผนทวำงขนำนกน รปใดทแสดงทศทำงกำรเคลอนทของประจทงสองไดถกตอง

1. 2.

3. 4.

13(แนว O-Net) วำงอนภำคโปรตอนลงในบรเวณซงมเฉพำะสนำมไฟฟำทมทศไปทำงขวำดง รปอนภำคโปรตอนจะมกำรเคลอนทเปนไปตำมขอใด

1. เคลอนทเปนเสนโคง เบนขนขำงบน 2. เคลอนทเปนเสนโคง เบนลงขำงลำง 3. เคลอนทเปนเสนตรงขนำนกบสนำมไฟฟำ ไปทำงขวำ 4. เคลอนทเปนเสนตรงขนำนกบสนำมไฟฟำ ไปทำงซำย

+

–

E

+

–

E

+

–

E

+

–

E

สนามไฟฟา

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

10

14(แนว O–net) จด A และ B อยภำยในเสนสนำมไฟฟำทมทศตำมลกศรดงรป ขอใดตอไปน ถกตอง 1. วำงประจลบลงท B ประจลบจะเคลอนไปท A 2. วำงประจบวกลงท B ประจบวกจะเคลอนไปท A 3. สนำมไฟฟำท A สงกวำสนำมไฟฟำท B 4. สนำมไฟฟำท A ต ำกวำสนำมไฟฟำท B

15(แนว O–net) ยงอนภาคโปรตอนเขาไปในแนวตงฉากกบสนามไฟฟาสม าเสมอทมทศพง ออกจากกระดาษ เสนทางการเคลอนทของโปรตอนจะเปนอยางไร

( g แทนทศสนามไฟฟาพงออก และตงฉากกบกระดาษ) 1. เบนขน 2. เบนลง 3. เบนพงออกจากกระดาษ 4. เบนพงเขาหากระดาษ

g g g g g

สนามไฟฟา

g g g g g

g g g g g

g g g g g โปรตอน

A B

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

11

16(แนว O–net) ในรปซาย X และ Y คอเสนทางการเคลอนทของอนภาค 2 อนภาคทถกยงมา จากจด P ไปทางขวาเขาไปในบรเวณทมสนามแมเหลก (ดรปซาย) ถาน าอนภาคทงสองไป วางลงใน บรเวณทมสนามไฟฟาดงรปขวา หากไมคดน าหนกอนภาคจะเกดอะไรขน

( ด แทนสนามแมเหลกทมทศพงเขาและตงฉากกบกระดาษ )

1. ทง X และ Y ตางกเคลอนทขนดานบน 2. ทง X และ Y ตางกอยนงกบท 3. X เคลอนทขนดานบน สวน Y เคลอนทลงดานลาง 4. X เคลอนทลงดานลาง สวน Y เคลอนทขนดานบน

17(มช 50) ขอใดเกดขนกบฝ นละอองในอำกำศ เมอใหอำกำศทมฝ นละอองผำนเครองก ำจดฝ น 1. ฝ นจะรบประจไฟฟำบวกจำกขวลบของเครอง และถกดดตดแนนโดยแผนขวบวกของ เครอง 2. ฝ นจะรบประจไฟฟำลบจำกขวบวกของเครอง และถกดดตดแนนโดยแผนขวลบของ เครอง 3. ฝ นจะรบประจไฟฟำบวกจำกขวบวกของเครอง และถกดดตดแนนโดยแผนขวบวก ของเครอง 4. ฝ นจะรบประจไฟฟำลบจำกขวลบของเครอง และถกดดตดแนนโดยแผนขวบวกของ เครอง

ด ด ด ด ด ด ด X

สนามไฟฟา

ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด ด

Y

P

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

12

18(แนว O–net) A , B และ C เปนลกพธ 3 ลกทท ำใหเกดประจไฟฟำโดยกำรถ ซงไดผล ดงน A และ B ผลกกน สวน A และ C ดดกน ขอใดตอไปนถกตอง 1. A และ B มประจลบ แต C มประจบวก 2. A และ C มประจบวก แต B มประจลบ 3. B และ C มประจลบ แต A มประจบวก 4. A และ C มประจลบ แต B มประจบวก

19(แนว O–net) วางเขมทศอนหนงบนโตะ เขมทศชขนในลกษณะดงรป ถาน าอนภาคไฟฟาลบไปวางไวทางดานซายของเขมทศ จะเกดอะไรขน

1. เขมทศชทางเดม 2. เขมทศชลง 3. เขมทศชไปทางขวา 3. เขมทศชไปทางซาย

2.3 สนามโนมถวง

ปกตแลวมวลหนงกอนใดๆ จะแผแรงดงดดมวลอนๆ ออก มารอบตวอยตลอดเวลา เราเรยกบรเวณรอบมวลซงปกตจะมแรง ดงดดแผออกมานนวา สนามโนมถวง

โลกของเรำนนจะมแรงดงดดมวลอนออกมำรอบโลกเสมอ บรเวณรอบโลกของเรำจงเรยกเปนสนำมโนมถวงของโลก และ เมอวตถทอยใกลผวโลกถกแรงดงดดของโลกดดเขำมำหำโลก วตถจะเคลอนทเขำสผวโลกดวยควำมเรงประมำณ 9.8 เมตรตอ- วนำท2 ควำมเรงนเรยกความเรงเนองจากแรงโนมถวงโลก นยม ใชสญลกษณแทนดวย g

m

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

13

ขอควรรเกยวกบความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก 1. ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลกทผวโลกจะมคา 9.8 เมตรตอวนำท2 หากขนไปอยบนทสงๆ หางจากผวโลกออกไป คาความเรงนจะมคาลดลง 2. ความเรงเนองจากดาวดวงอนจะมคาเปลยนไป ซงจะแปรผนตามมวลของดาวนน ส าหรบแรงทโลกหรอดวงดาวใดๆ ดดวตถใดๆ นน เราจะเรยกอกอยางวาเปนน าหนกของวตถนน ใชสญลกษณเปน W ซงหาคาไดจากสมการ

W = m g

เมอ W คอน าหนก ( นวตน ) m คอมวล ( กโลกรม ) g คอความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลกหรอดวงดาว ( เมตร/วนาท2 )

20(แนว มช) หนกอนหนงบนโลกมน ำหนก 49 นวตน ขณะทควำมเรงโนมถวงทผวโลกม ขนำดเทำกบ 9.8 เมตร/วนำท2 มวลของวตถกอนนจะมขนำดเทำกบกกโลกรม 1. 0.5 2. 1.0 3. 5.0 4. 10.0

21(แนว O-Net) เมออยบนดวงจนทรชงน าหนกของวตถทมมวล 100 กโลกรม ได 160 นว- ตน ถาปลอยใหวตถตกทบนผวดวงจนทร วตถจะมความเรงเทาใด 1. 0.8 m/s2 2. 1.6 m/s2 3. 3.2 m/s2 4. 6.4 m/s2

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

14

22(มช 50) ควำมเรงโนมถวงของดวงจนทรมคำแตกตำงจำกควำมเรงโนมถวงของโลกเพรำะ เหตใด 1. อตรำเรวของดวงจนทรขณะเคลอนทรอบโลกแตกตำงจำกอตรำเรวของโลกขณะ เคลอนทรอบดวงอำทตย 2. รศมวงโคจรของดวงจนทรรอบโลกไมเทำกบรศมวงโคจรของโลกรอบดวงอำทตย 3. มวลของดวงจนทรนอยกวำมวลของโลก 4. ไมมขอใดถก

23(มช 54) จำกกำรอำนตำชงทระดบน ำทะเล ชำยคนหนงหนก 60 กโลกรม ถำชำยคนนยนบน ตำชงบนยอดเขำเอเวอเรสต ซงสงจำกระดบน ำทะเล 8,850 เมตร ตวเลขจำกตำชงในขอใด ถกตอง 1. เทำกบ 60 กโลกรม 2. นอยกวำ 60 กโลกรม 3. มำกกวำ 60 กโลกรม 4. ไมสำมำรถบอกไดเนองจำกไมทรำบคำควำมเรงโนมถวง 24(แนว O-Net) แรงขอใดตอไปนเปนแรงประเภทเดยวกนกบแรงทท ำใหวตถตกลงสพนโลก

1. แรงทท ำใหรถยนตเลยวบนถนนโคงได 2. แรงทท ำใหอเลกตรอนอยในอะตอมได 3. แรงทท ำใหโปรตอนหลำยอนภำคอยรวมกนในนวเคลยสได 4. แรงทท ำใหดำวเทยมอยในวงโคจรรอบโลก

ตวสบายฟสกส(พนฐาน) http://www.pec9.com บทท 2 สนามของแรง

15

25(มช 51) ในเรองของสนำม ขอควำมใดผด 1. สนำมโนมถวงมเฉพำะแรงดด 2. สนำมไฟฟำมทงแรงดดและแรงผลก 3. สนำมแมเหลกท ำใหเกดแรงกบประจทเคลอนทเทำนน 4. สนำมไฟฟำท ำใหเกดแรงกบประจทหยดนงเทำนน

เฉลยบทท 2 สนามของแรง

1. ตอบขอ 3. 2. ตอบขอ 2. 3. ตอบขอ 3. 4. ตอบขอ 4. 5. ตอบขอ 3. 6. ตอบขอ 1. 7. ตอบขอ 4. 8. ตอบขอ 1. 9. ตอบขอ 3. 10. ตอบขอ 1. 11. ตอบขอ 2. 12. ตอบขอ 1. 13. ตอบขอ 3. 14. ตอบขอ 1. 15. ตอบขอ 3. 16. ตอบขอ 3. 17. ตอบขอ 4. 18. ตอบขอ 1. 19. ตอบขอ 1. 20. ตอบขอ 3. 21. ตอบขอ 2. 22. ตอบขอ 3. 23. ตอบขอ 2. 24. ตอบขอ 4. 25. ตอบขอ 4.