เฉลยช วว ทยา ม.4-6 เล ม 4 บท15.2

36 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 37

แรงนี้คือแรงสู่ศูนย์กลาง ที่ทำาให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลม ขณะที่ขนาดของความเร็ว vcosθ

ทำาให้วงกลมเลื่อนไปตามแนวขนานกับสนามแม่เหล็ก ลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคจึงเป็นเกลียว (helical path) ดังรูป L

 v  ⊥ v

θ R  v 

B รูป การหาระยะช่วงกว้างของเกลียว (L) และรัศมีวงโคจรของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก (R)

การหารัศมีวงโคจร (R) และระยะช่วงกว้างของเกลียว (L) มีดังนี้ รัศมีวงโคจรแต่ละรอบ หาได้จาก R mvsin θ qB

และระยะระหว่างเกลียวแต่ละรอบ หาได้จากระยะทางในแนวขนานกับสนามแม่เหล็กที่อนุภาค

เคลื่อนที่ในเวลา 1 คาบ (T) ได้แก่ ระยะ L ในรูป ซึ่งหาได้ ดังนี้ L = (vcosθ) T 2 π เมื่อ T ω vsin θ qB และ ω R m  2π  π 2 mvcos θ v จะได้ L (cos ) θ   m  (qB / )  qB

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

15.2.2 แรงแม่เหล็กกระทำาต่อลวดตัวนำาที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง

ำ 1. ลวดตัวนำาที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก เมื่อมี 1. ลวดตัวนาท่อย่ในสนามแม่เหล็ก เม่อม ี ื ู ี ็ ่ ี ่ ำ กระแสไฟฟ้าผ่าน จะมีแรงแม่เหล็กกระทำา กระแสไฟฟาผาน จะมแรงแมเหลกกระทา ้ ำ ื ำ ต่อลวดตัวนำานั้นเสมอ ต่อลวดตัวนา เม่อลวดตัวนาไม่ขนานกับ สนามแม่เหล็กเท่านั้น แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 6 ของหัวข้อ 15.2 ตามหนังสือเรียน ำ ่ ี ู ี ครูนาเข้าส่หัวข้อท 15.2.2 โดยนาอภิปรายทบทวนเก่ยวกับแรงแม่เหล็กท่กระทาต่ออนุภาคท่มีประจ ุ ี ำ ี ำ ำ ั ั ำ ื ไฟฟ้าและเคล่อนท่ในสนามแม่เหล็ก จากน้นต้งคาถามว่ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนาเกิดจากการเคล่อนท ี ่ ี ื ้ ิ ่ ของอเล็กตรอนอิสระ ถานาลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟาไปไว้ในสนามแมเหล็กจะเกิดแรงกระทาต่อ ำ ำ ี ้ ำ ั ำ ลวดตัวนาน้น หรือไม อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวัง ่ คำาตอบที่ถูกต้องแล้วให้นักเรียนศึกษา กิจกรรม 15.2 กิจกรรม 15.2 แรงกระทำาต่อลวดตัวนำาที่อยู่ในสนามแม่เหล็กขณะมีกระแสไฟฟ้าผ่าน จุดประสงค์ 1. สังเกตและอธิบายแรงกระทำาต่อลวดตัวนำาเส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. แท่งแม่เหล็กขั้วข้าง 2 อัน 2. ลวดตัวนำาตรง 3 เส้น 3. ฐานรองรับรูปตัวยู 1 อัน 4. เข็มทิศ 1 อัน 5. สายไฟ 2 เส้น 6. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 4 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด 7. สวิตซ์ 1 อัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

38 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 39

แนะนำาก่อนทำากิจกรรม

ั ู ำ ั 1. ทาแม่เหล็กรูปตัวยูจากการติดแม่เหล็กข้วข้างกับปลายท้งสองของฐานรองรับรูปตัวย โดยหัน ำ ั ข้วต่างกันเข้าหากัน ก่อนทาการทดลองควรใช้เข็มทิศตรวจสอบข้วของแม่เหล็กเพ่อให้ทราบ ื ั ทิศทางของสนามแม่เหล็ก ี ั ่ ื ี ี 2. ตรวจสอบการต่อข้วของไฟฟ้าท่ต่อกับแบตเตอร เพ่อให้ทราบทิศทางของกระแสไฟฟ้าท่ผ่าน ลวดตัวนำาเส้นตรง ี ี 3. เม่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรง สังเกตการเปล่ยนแปลงท่เกิดข้น หลังจากน้นปิดสวิตซ ์ ั ึ ำ ื ทันที ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม กระไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก A ไป B เขียนแผนภาพทิศทางของกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก และทิศทางการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรงได้ดังรูป

 B B I F  A กระไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก B ไป A เขียนแผนภาพทิศทางของกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก และทิศทางการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรงได้ดังรูป  B B  B F  I F I  A A B

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แนวคำาตอบคำาถามท้ายกิจกรรม

ำ ี ำ □ กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรงมีทิศทางจาก B ไป A สนามแม่เหล็กมีทิศทางช้ลง ลวดตัวนา เส้นตรงเคลื่อนที่ไปทางใด แนวคำาตอบ ลวดตัวนำาเส้นตรงเคลื่อนที่ออกจากแม่เหล็กรูปตัวยู ำ ำ ี □ กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรงมีทิศทางจาก A ไป B สนามแม่เหล็กมีทิศทางช้ลง ลวดตัวนา เส้นตรงเคลื่อนที่ไปทางใด แนวคำาตอบ ลวดตัวนำาเส้นตรงเคลื่อนที่เข้าหาแม่เหล็กรูปตัวยู □ ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีผลต่อการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรงหรือไม่ อย่างไร

แนวคำาตอบ มีผล เพราะ เมื่อกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของลวดตัวนำาเส้นตรง จะมีทิศทางตรงข้าม ู ั ี □ เม่อกลับข้วของแม่เหล็กรูปตัวย สนามแม่เหล็กมีทิศทางไปทางใด และลวดตัวนาเคลื่อนท่อย่างไร ื ำ เมื่อเทียบกับตอนแรก ู ั ื ำ แนวคาตอบ เม่อกลับข้วของแม่เหล็กรูปตัวย สนามแม่เหล็กมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางเดิม มีผล ทำาให้ลวดตัวนำาเส้นตรงเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามกับตอนแรก □ ทิศทางของสนามแม่เหล็กมีผลต่อการเคล่อนท่ของลวดตัวนาเส้นตรงท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านหรือไม ่ ำ ื ี ี อย่างไร แนวคาตอบ มีผล เพราะ เม่อกลับทิศทางของสนามแม่เหล็ก การเคล่อนท่ของลวดตัวนาเส้นตรง ื ำ ำ ื ี จะมีทิศทางตรงข้าม □ เพราะเหตุใด เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาเส้นตรงจึงเคลื่อนที่ได้ ำ ื ำ ี แนวคาตอบ เพราะมีแรงแม่เหล็กกระทากับลวดตัวนา เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาท่อย่ใน ำ ำ ู สนามแม่เหล็ก ำ □ ในแต่ละกรณี ลวดตัวนาเส้นตรงเคล่อนท่ในทิศทางท่ต้งฉากกับทิศทางของกระแสไฟฟ้า และ ี ื ั ี ทิศทางของสนามแม่เหล็ก หรือไม่ ำ แนวคาตอบ ลวดตัวนาเคล่อนท่ในทิศทางต้งฉากกับทิศทางของกระแสไฟฟ้าและทิศทางของ ำ ื ั ี สนามแม่เหล็ก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

40 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 41

อภิปรายหลังการทำากิจกรรม

ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยใช้ผลการทำากิจกรรมและคำาถามท้ายกิจกรรม จนสรุป ได้ดังนี้ ำ เม่อให้กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาเส้นตรงท่อย่ในสนามแม่เหล็ก จะมีแรงแม่เหล็กกระทา ื ี ู ำ ำ ี ำ ต่อลวดตัวนา โดยทิศทางของแรงท่กระทากับลวดตัวนาขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้าและ ำ ทิศทางของสนามแม่เหล็ก ซ่งหาทิศทางของแรงได้โดยใช้มือขวา ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ึ ดังรูป 15.30 และอธิบายเพิ่มเติมตามกิจกรรมได้ ดังรูป

B  B  I B I F F   A B A ก. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก A ไป B ข. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก A ไป B   B B B F  I F I B  A A

ค. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก B ไป A ง. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำาจาก B ไป A รูป แผนภาพของทิศทางของกระแสไฟฟ้า ทิศทางของสนามแม่เหล็ก และทิศทางของแรงที่กระทำาต่อลวดตัวนำา

ึ ำ ี ครูนาอภิปรายเก่ยวกับการหาขนาดของแรงแม่เหล็กท่กระทาต่อลวดตัวนาเส้นตรง ซ่งสัมพันธ์กับ ำ ำ ี ็ ขนาดของกระแสไฟฟา I ความยาวของลวด L และสนามแมเหลก B ตามรายละเอยดในหนังสอเรียน ื ้ ่ ี จนได้สมการ (15.5) และ (15.6) ครูอาจเน้นว่าความยาวของลวด L คือ ความยาวของลวดที่มีกระแสไฟฟ้า และอยู่ในสนามแม่เหล็ก ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.6 และ 15.7 โดยครูเป็นผู้แนะนำา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

15.2.3 แรงระหว่างลวดตัวนำาที่มีกระแสไฟฟ้า

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง

ื ำ ี 1. ลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าสองเส้น เม่ออย ่ ู 1. ลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าสองเส้น เม่ออย ู ่ ื ี ำ ใกล้กันจะไม่มีแรงแม่เหล็กกระทาระหว่าง ใกล้กันจะมีแรงแม่เหล็กกระทาระหว่าง ำ ำ ลวดตัวนำาทั้งสอง ลวดตัวนำาทั้งสอง สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีครูสาธิตแรงระหว่างลวดตัวนำาสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 1. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา 1 เครื่อง 2. เครื่องชั่งกระแส 1 เครื่อง 3. ตัวต้านทานปรับค่าได้ (20 โอห์ม) 1 ตัว 4. แอมมิเตอร์ 1 เครื่อง 5. สายไฟ 6 เส้น

กิจกรรมสาธิต แรงระหว่างลวดตัวนำาสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

จุดประสงค์ ำ ี 1. อธิบายแรงกระทาระหว่างลวดตัวนาเส้นตรงสองเส้นท่วางขนานและห่างกัน ขณะท่มีกระแส ำ ี ไฟฟ้าผ่านจะมีแรงกระทำาระหว่างลวดทั้งสอง เวลาที่ใช้ 30 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา 1 เครื่อง

2. เครื่องชั่งกระแส 1 เครื่อง 3. ตัวต้านทานปรับค่าได้ (20 โอห์ม) 1 ตัว 4. แอมมิเตอร์ 1 เครื่อง 5. สายไฟ 6 เส้น

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

42 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 43

แนะนำาก่อนทำากิจกรรม

1. กิจกรรมนี้ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเริ่มจากความต่างศักย์ 5 โวลต์ ึ ี ื ั 2. อธิบายส่วนประกอบของเคร่องช่งกระแสไฟฟ้า ซ่งประกอบด้วยขดลวด ab ท่ติดกับกล่อง ประมาณ 10 รอบและลวด cd ที่ต่อกับคาน 1 เส้นดังรูป

รูป เครื่องชั่งกระแส

ี ึ ื การท่ต้องใช้ขดลวดจานวนรอบมากเพ่อให้สนามแม่เหล็กรอบขดลวดมีค่ามากข้น แรงท ี ่ ำ กระทำาต่อลวด cd จะมากขึ้นด้วยทำาให้สังเกตได้ชัดเจนขึ้น 3. เลื่อนจุกยางที่คานปรับจนขดลวด cd ที่อยู่ติดกับคานให้อยู่ห่างขดลวด ab เล็กน้อย 4. การต่อแอมมิเตอร์ในวงจร ให้ต่อช่อง 5 แอมแปร เข้ากับข้วบวกของ D.C. และข้วลบกับ ั ั ์ สายไฟจากตัวต้านทานปรับค่าได ดังรูป ก. ข. และ ค. กระแสไฟฟ้าในวงจรควรมีค่า ้ ประมาณ 3 - 4 แอมแปร์ ถ้าปรับค่าของความต้านทานแล้ว กระแสไฟฟ้าในวงจรยังน้อยไป และลวด cd ไม่ขยับ ให้เพิ่มความต่างศักย์จากหม้อแปลง แต่ไม่ควรเกิน 8 โวลต์

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ก.

ข. b d A + I 5 - 8 Vdc - 220 V I a c

ค. รูป การต่อวงจรไฟฟ้าที่ใช้กับการสาธิตแรงระหว่างลวดตัวนำาสองเส้นที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 5. ตรวจสอบทิศทางของกระแสไฟฟ้าจากการต่อวงจรไฟฟ้า เพื่อให้ทราบทิศทางของ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดทั้งสองส่วนนี้มีทิศเดียวกันหรือมีทิศตรงข้ามกัน 6. เมื่อสังเกตผลได้แล้ว ปิดสวิตช์ของหม้อแปลงโวลต์ต่ำาทันที

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

44 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 45

ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

ำ 1. เม่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนา ab และลวดตัวนา cd มีทิศเดียวกัน ลวด cd จะถูก ำ ื ดึงดูดเข้าหาขดลวดตัวนำา ab 2. เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำา ab และลวดตัวนำา cd มีทิศตรงข้ามกัน ลวด cd จะถูก ผลักออกจากขดลวดตัวนำา ab

แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 7 ของหัวข้อ 15.2 ตามหนังสือเรียน

ำ ี ำ ่ ี ู ครูนาเข้าส่หัวข้อท 15.2.3 โดยนาอภิปรายทบทวนเก่ยวกับทิศทางของสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนา ำ ั ี ั ำ ำ เส้นตรงท่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน และแรงแม่เหล็กกระทาต่อลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้า จากน้นครูต้งคาถามว่า ี ำ ั ิ ้ ่ ้ ำ ้ ่ ี ่ ู หากมีกระแสไฟฟาผานลวดตวนาสองเสนทอยใกลกนและขนานกนจะเกดอะไรขนระหวางลวดตวนา ้ ่ ั ึ ั ั ำ ทั้งสอง เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาตอบที่ถูกต้อง ำ ี ื ำ ั ครูใช้สถานการณ์หรืออาจสาธิตเคร่องช่งกระแสท่ประกอบด้วยขดลวดตัวนาและลวดตัวนาเส้นตรง วางขนานกันหรือการสาธิตเครื่องชั่งกระแส ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ประกอบการจัดการเรียนรู้ ดังนี้ ่ ำ กรณีท 1 กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนา ab และลวดตัวนา cd มีทิศทางเดียวกัน พบว่าลวด cd ำ ี เคลื่อนที่เข้าหาลวด ab ครูใช้รูป 15.33 นำาอภิปรายโดยใช้ความรู้กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวด ab จะทำาให้เกิด สนามแม่เหล็กข้นรอบลวด ab ลวด cd ซ่งมีกระแสไฟฟ้าผ่านและอย่ในสนามแม่เหล็กของลวด ab ึ ู ึ ำ ำ ำ ี ื ี จึงเกิดแรงกระทาต่อลวด cd ทาให้เคล่อนท่เข้าหาลวด ab ดังรูป 15.34 ทานองเดียวกันกระแสไฟฟ้าท่ผ่าน ลวด cd เกิดสนามแม่เหล็กรอบลวด cd ลวด ab ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าผ่านและจะอยู่ในสนามแม่เหล็กของลวด cd จึงเกิดแรงกระทาต่อลวด ab ด้วย ดังรูป 15.35 ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า ลวดตัวนา ำ ำ เส้นตรงสองเส้นวางขนานกัน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านในทิศทางเดียวกันจะมีแรงดึงดูดกัน กรณีที่ 2 กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำา ab และลวดตัวนำา cd มีทิศทางตรงข้ามกัน พบว่าลวด cd ี ั ี เคล่อนท่ออกจากลวด ab ครูนาอภิปรายเช่นเดียวกับกรณีท 1 แต่กรณีน้กระแสไฟฟ้าในขดลวดท้งสองม ี ำ ี ื ่ ทิศทางตรงข้ามกัน ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า ลวดตัวนำาเส้นตรงสองเส้นวางขนานกัน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านในทิศทางตรงข้ามกันจะมีแรงผลักกัน ดังรูป 15.36 ำ ำ ู ู ี ี ครูนาอภิปรายเก่ยวกับแรงท่เกิดระหว่างลวดตัวนาค่ขนานท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเป็นแรงค่กิริยา- ี ปฏิกิริยาระหว่างลวดท้งสอง โดยเป็นแรงดึงดูดเม่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาในทิศทางเดียวกันและเป็น ั ำ ื แรงผลักเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านในทิศตรงข้าม ดังรูป 15.37 ำ ำ ครูให้นักเรียนตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจหัวข้อ 15.2 และทาแบบฝึกหัด 15.2 โดยครูอาจ มีการเฉลยคำาตอบและอภิปรายคำาตอบร่วมกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แนวการวัดและประเมินผล ี ี ี ี ำ ู 1. ความร้เก่ยวกับแรงแม่เหล็กท่กระทากับอนุภาคท่มีประจุไฟฟ้า แนวการเคล่อนท่ของอนุภาคท่ม ี ื ี ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำาต่อลวดตัวนำาเส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้า ำ ู ี ่ ผ่านและอย่ในสนามแม่เหล็ก และแรงระหว่างลวดตัวนาเส้นตรงค่ขนานทมีกระแสไฟฟ้าผาน ู ่ จากการอภิปรายร่วมกัน คำาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.2 และแบบฝึกหัด 15.2 2. ทักษะด้านการสังเกต การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป การสื่อสารสารสนเทศ ำ ื ู และการร้เท่าทันส่อ จากการอภิปรายร่วมกันและการนาเสนอผล และทักษะด้านความร่วมมือ การทำางานเป็นทีมและภาวะผู้นำา จากการทำากิจกรรมร่วมกัน 3. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความซื่อสัตย์ ความมุ่งมั่นอดทน จากการอภิปรายและการทำากิจกรรม

แนวคาตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.2 ำ ำ ี 1. อนุภาคท่มีประจุไฟฟ้าบวกและลบเคล่อนท่เข้าไปในแนวขนานกับสนามแม่เหล็ก B ที่มีค่า ี ื สม่ำาเสมอ ดังรูป B B

รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 1

การเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของอนุภาคทั้งสองจะเป็นอย่างไร ี ั ำ ื ื ี แนวคาตอบ เน่องจากอนุภาคท่มีประจุไฟฟ้าท้งสองเคล่อนท่ขนานกับสนามแม่เหล็ก จึงไม่ม ี แรงแม่เหล็กกระทาต่ออนุภาคท้งสอง การเคล่อนท่ในสนามแม่เหล็กของอนุภาคท้งสองจะเป็น ี ำ ั ื ั แนวเส้นตรง 2. จงเขียนทิศของแรงที่กระทำาต่อประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจากรูปต่อไปนี้ × ×  × × × × v v  v   × × × × × × v × × × × × ×     B B B B รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

46 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 47

ี ิ ั ุ ี ำ ำ ี แนวคาตอบ ใช้มือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทาต่อประจ ได้ดังรูป โดยช้น้วท้งส่ตามทิศทางของ ความเร็ว(v) แล้ววนน้วท้งส่ไปหาทิศทางของสนามแม่เหล็ก (B) น้วหัวแม่มือจะช้ทิศทางของแรง ิ ี ั ี ิ (F) จะได้แรงกระทำาต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ดังรูป  F  × ×  × × × × F v v  v    × × × × × F × v  × × × × ×  ×  F   B B B B รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 ื ี ื 3. การเคล่อนท่ของอนุภาคท่มีประจุไฟฟ้าด้วยอัตราเร็วคงตัวในสนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้าจะเคล่อนท ่ ี ี เป็นวงกลมในระนาบที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กเสมอ ดังรูป × × × × ×  v × v  × F  ×  × × F ×r × ×  × × F  F v  × × × × × ×

× v  × × × รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3 ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. แรงแม่เหล็กมีทิศทางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กเสมอ ข. อนุภาคมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ แนวคำาตอบ

ั ั ก. ถูกต้อง เพราะ แรงแม่เหล็กมีทิศทางต้งฉากกับสนามแม่เหล็กและต้งฉากกับ ความเร็วของอนุภาคเสมอ ดังรูป

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

× × × × ×

× ×  × × F  × × × × v ×  × × × B × ×

รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3 ก.

ื ื ี ข. ไม่ถูกต้อง เพราะเม่อใช้มือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทากับอนุภาคท่เคล่อนท่ด้วย ี ี ำ ความเร็ว ในสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางดังรูป อนุภาคต้องมีประจุเป็นบวก × × × × ×  v × v  × F  ×  × × F ×r × ×  × × F  F v  × × × × ×

× v  × × × รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3 ข. 4. เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดทองแดงท่วางตัวในแนวระดับระหว่างแท่งแม่เหล็กรูปเกือกม้า ดังรูป ื ี

S N I รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 4

ลวดทองแดงจะเคลื่อนที่ไปในทิศใด

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

48 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 49

า ตอบ แนวค ำ

ี ำ ใช ้ม

ือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทาต่อ ิศทางของแรง ังรูป ทาให้ลวดทองแดง ีท ำ ด

ลวด ทองแดงม เคลื่อนที่ในทิศทางลง  B S N I F  รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถาม ตรวจสอบความเข้าใจข้อ 4 5. ลวดตัวนำาสามเส้น ab cd และ ef วางตัวขนานกัน โดยลวด cd อยู่กึ่งกลางระหว่าง ab และ ef และมีกระแสไฟฟ้า I ผ่านแต่ละเส้นเท่ากันโดยมีทิศทาง ดังรูป

a c e

I I I

b d f

รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 5

แรงที่กระทำาต่อลวดแต่ละเส้นมีทิศทางใด ำ ำ แนวคาตอบ พิจารณาแรงท่กระทาต่อลวดแต่ละเส้น โดยใช้แนวคิดว่า ลวดตัวนาเส้นตรงสองเส้น ี ำ วางขนานกัน มีกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวกันจะมีแรงดึงดูดกัน แต่ถ้ามีกระแสไฟฟ้าในทิศทาง ตรงข้ามกันจะมีแรงผลักกัน จึงเกิดแรงกระทำาต่อลวดแต่ละเส้น ดังรูป

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

a c e a c e

I ab I cd I ab I cd    F  B ef F  B cd F  B ab  F  I ef B ef I ef

b d f b d f

ก. แรงกระทำาต่อลวดตัวนำา ab ข. แรงกระทำาต่อลวดตัวนำา cd

a c e

I ab I cd  F  B cd

 F  I ef B ab

b d f

ค. แรงกระทำาต่อลวดตัวนำา ef รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 5

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

50 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 51

เฉลยแบบฝึกหัด 15.2

1. อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า q เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v เข้าไปในสนามแม่เหล็ก B ดังรูป

v  30 

 B รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 1

ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออนุภาคนี้มีขนาดเท่าใด ่ ี ่ ี ื ่ ู ่ ็ วิธีทำา จากรป อนุภาคทมีประจ q เคลอนทบนระนาบกระดาษ มทิศทางต้งฉากกับสนามแมเหลก ี ั ุ ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออนุภาค หาได้จากสมการ F = qvB ตอบ แรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออนุภาคมีขนาด qvB 6 ี ื ึ 2. อิเล็กตรอนตัวหน่งเคล่อนท่ด้วยความเร็วคงตัวขนาด 2 × 10 เมตรต่อวินาท เข้าไปใน ี -3 สนามแม่เหล็กสม่ำาเสมอขนาด 5.0 × 10 เทสลา ในทิศทางทำามุม 30 องศา กับสนามแม่เหล็ก ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออิเล็กตรอนมีค่าเท่าใด วิธีทำา ขนาดของแรงที่กระทำาต่ออิเล็กตรอน หาได้จากสมการ F = qvBsinθ 6 -19 -3 จากโจทย์ q = 1.6 × 10 C v = 2 × 10 m/s B = 5.0 × 10 T และ θ = 30˚ -3 -19 แทนค่า F = (1.6 × 10 C)(2 × 10 m/s)(5.0 × 10 T)(sin30˚) 6 -16 จะได้ F = 8.0 × 10 N -16 ตอบ แรงแม่เหล็กที่กระทำาต่ออิเล็กตรอนเท่ากับ 8.0 × 10 นิวตัน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ี ู ู ำ 3. ลวด PQ มวล 20 กรัม วางบนรางตัวนาค่ขนานในระนาบระดับท่ต่อกับวงจรไฟฟ้าและอย่ใน สนามแม่เหล็กสม่ำาเสมอที่มีขนาด 0.2 เทสลา ดังรูป

P  B 5 cm Q

รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 3

ถ้ามีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำา 4 แอมแปร์ ก. ลวดนี้จะเคลื่อนที่ในทิศทางใด

ข. ลวดนี้มีความเร่งเท่าใด ำ ำ ี วิธีทำา ก. ใช้มือขวาหาทิศทางของแรงท่กระทาต่อลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและอย่ใน ู ี สนามแม่เหล็กจะได้ทิศทางการเคลื่อนที่ของลวด PQ ไปทางขวามือ ข. หาขนาดของแรงจากสมการ F = IlBsinθ -2 จากโจทย์ I = 4 A l = 5.0 × 10 m B = 0.2 T และ θ = 90˚ -2 จะได้ F = (4 A)(5.0 × 10 m)(0.2 T )sin90˚ -2 F = 4 × 10 N หาความเร่งของลวดตัวนำาจากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน F = ma -2 -3 4 × 10 N = (20 × 10 kg)(a) a = 2 m/s 2 ตอบ ก. ลวดนี้จะเคลื่อนที่ในทิศทางไปทางขวามือ

ข. ลวดนี้มีความเร่งเท่ากับ 2 เมตรต่อวินาทีกำาลังสอง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

52 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 53

4. เมื่อกดสวิตซ์ S ให้กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำา L และ L ที่แขวนขนานห่างกัน d และปลาย 1 2 ลวดทั้งสองจุ่มในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ดังรูป S

d L 2 L 1

ลวดตัวนำ สารละลายอิเล็กโทรไลต

รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 4

ก. แรงกระทำาต่อกันระหว่างลวดตัวนำา L และ L เป็นแรงดึงดูดหรือแรงผลัก เพราะเหตุใด 1 2 ข. ขนาดแรงกระทำาต่อกันขึ้นกับกระแสไฟฟ้าอย่างไร

ค. กรณีใดที่ทำาให้แรงบนลวดตัวนำา L และ L มีค่าเท่ากัน 1 2 ำ ำ ตอบ ก. แรงท่เกิดข้นระหว่างลวดตัวนาเป็นแรงผลัก ทาให้ลวดตัวนาแยกออกจากกัน เน่องจาก ำ ี ึ ื กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำาขนาน มีทิศทางตรงข้ามกัน ี ึ ำ ข. ขนาดของแรงกระทาระหว่างลวดตัวนาข้นกับกระแสไฟฟ้า โดยเปล่ยนแปลงตามขนาด ำ ำ ึ ของกระแสไฟฟ้า เช่นขนาดของกระแสไฟฟ้ามากข้น ขนาดของแรงกระทาระหว่าง ลวดตัวนำาจะมากขึ้นด้วย ค. แรงบนลวดตัวนำาแต่ละเส้นมีค่าเท่ากันเสมอ เนื่องจากเป็นแรงคู่กิริยา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

15.3 โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก จุดประสงค์การเรียนรู้

ื 1. อธิบายและคานวณโมเมนต์ของแรงค่ควบกระทาต่อขดลวดตัวนาท่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเม่อ ำ ำ ู ำ ี อยู่ในสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 2. อธิบายหลักการทำางานของแกลแวนอมิเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง และคำานวณปริมาณ ที่เกี่ยวข้อง แนวการจัดการเรียนรู้ ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.3 โดยนาอภิปรายทบทวนเก่ยวกับ การเกิดแรงแม่เหล็กเม่อลวดตัวนาท่ม ี ำ ำ ำ ื ู ี ี ู ี ำ กระแสไฟฟ้าผ่านและอย่ในสนามแม่เหล็ก จากน้นถามว่า หากเปล่ยนลวดตัวนาเส้นตรงเป็นขดลวดตัวนา ั ำ ำ ื ี รูปส่เหล่ยมมุมฉาก เม่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนาจะมีผลอย่างไร และให้นักเรียนแสดงความคิดเห็น ี ได้อย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาตอบที่ถูกต้อง จากนั้นให้นักเรียนศึกษาในหัวข้อต่อไป 15.3.1 โมเมนต์ของแรงคู่ควบ ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง ี ี ู ื 1. เม่อมีกระแสผ่านขดลวดส่เหล่ยมท่อย่ใน 1. เม่อมีกระแสผ่านขดลวดส่เหล่ยมท่อย่ใน ี ี ื ี ู ี สนามแม่เหล็ก ขณะระนาบของขดลวด สนามแม่เหล็ก ขณะระนาบของขดลวด ั ั ต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะมีโมเมนต์ของ ต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะมีโมเมนต์ของ แรงคู่ควบมากที่สุด แรงคู่ควบเป็นศูนย์ ู ี ื 2. เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดท่อย่ใน 2. เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดท่อย ู ่ ี ื สนามแม่เหล็ก ขณะระนาบขดลวดไม ่ ในสนามแม่เหล็ก ขณะระนาบขดลวดไม ่ ั ั ำ ต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงกระทา ต้งฉากกับสนามแมเหล็ก จะเกิดโมเมนต ์ ่ ี ื ให้ขดลวดเคล่อนท่ในแนวต้งฉากกับ ของแรงค่ควบทาให้ขดลวดหมุนตัด ั ำ ู สนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

54 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 55

แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 8 ของหัวข้อ 15.3 ตามหนังสือเรียน

ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.3.1 โดยใช้รูป 15.38 ในหนังสือเรียน แล้วตั้งคำาถามว่า เมื่อมีกระแสไฟฟ้า ั ำ ำ ผ่านขดลวดจะเกิดแรงแม่เหล็กกระทาต่อลวดแต่ละด้านในทิศใด ขนาดเท่าใด จากน้นครูนาอภิปรายจน สรุปได้ว่า ขณะระนาบขดลวดวางขนานกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก ขดลวดด้าน PS และ QR ไม่มี ื ำ แรงกระทา เน่องจากกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนาในทิศทางขนานกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก แต ่ ำ ขดลวดด้าน PQ และ RS กระแสไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ทำาให้มีขนาดแรงกระทำาต่อขดลวดแต่ละ ด้านเท่ากัน โดยขนาดของแรงหาได้จาก F = IL B และทิศทางของแรงหาได้โดยใช้มือขวา พบว่าแรง 2 ทั้งสองด้านมีทิศทางตรงข้ามกัน ดังรูป 15.39 ครูนำาอภิปรายต่อเกี่ยวกับแรงที่เกิดกับลวดทั้งสองด้านเป็นแรงคู่ควบ ซึ่งอยู่ห่างกันเป็นระยะ l จึง 1 ู ทาให้เกิดโมเมนต์ของแรงค่ควบตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ความสัมพันธ M = IAB ์ ำ ในทิศทวนเข็มนาฬิกา ั ำ ี ี ั ำ ื จากน้นครูใช้รูป 15.40 ต้งคาถามว่า เม่อระนาบขดลวดรูปส่เหล่ยมมุมฉากทามุม θ กับสนามแม่เหล็ก ู ึ ู ี ำ ั ำ ขนาดโมเมนต์ของแรงค่ควบท่กระทาต่อขดลวดมีค่าข้นอย่กับมุม θ อย่างไร หลังจากน้นครูใช้รูป 15.41 นา อภิปรายจนสรุปได้ว่า ขนาดโมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดมีค่า M = IABcosθ ู ำ ครูต้งคาถามว่าถ้าขดลวดมีจานวน N รอบ ขนาดของโมเมนต์ของแรงค่ควบจะมีค่าเป็นอย่างไร ั ำ ู ำ และเกิดผลอย่างไรตามมา ครูนาอภิปรายจนสรุปได้ว่า ขนาดโมเมนต์ของแรงค่ควบของขดลวดจานวน ำ N รอบ จะมีโมเมนต์ของแรงคู่ควบเป็น N เท่าของขดลวด 1 รอบตามสมการ (15.6) ครูควรชี้แจงเพิ่มเติม ว่าระนาบของขดลวดรูปทรงอื่น เช่น ขดลวดระนาบรูปวงกลม โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวดยัง คงหาได้จากสมการ (15.6) ครูอาจตั้งคำาถามว่าถ้ามีลวดยาว L หนึ่งเส้น นักเรียนจะออกแบบเป็นขดลวดสี่เหลี่ยมหนึ่งรอบเพื่อ ู ให้เกิดโมเมนต์แรงค่ควบสูงสุดได้อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม ่ คาดหวังคำาตอบที่ถูกต้อง ครูใช้ความสัมพันธ์ M = IAB นำาอภิปรายจนได้ข้อสรุปว่า ขดลวดที่ออกแบบ ี เพ่อให้เกิดโมเมนต์แรงค่ควบสูงสุดจะต้องมีพ้นท่มากท่สุด โดยส่เหล่ยมท่มีพ้นท่มากท่สุดสาหรับเส้นรอบรูป ี ื ี ื ี ี ื ี ำ ี ู  L  2 ้ ุ ึ ี ี ื ี ่ ี ู คาหน่งคือ รปสเหล่ยมจตุรส เช่น ลวดยาว L จะมรูปร่างเป็นส่เหลยมจัตรัสยาวดานละ ซ่งมีพ้นท่มากท่สด ่ ึ ั ุ ี ่ ี ั ี    L  2  4  เท่ากับ    4  ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.8 โดยครูเป็นผู้แนะนำา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

15.3.2 แกลแวนอมิเตอร์

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น -

แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 9 ของหัวข้อ 15.3 ตามหนังสือเรียน ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.3.2 โดยถามว่าโมเมนต์แรงคู่ควบของขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก

สามารถนำาไปประยุกต์ใช้อย่างไรได้บ้าง หากจะนำาความรู้นี้มาประยุกต์ใช้ในการสร้างเป็นเครื่องวัดทางไฟฟ้า ำ ำ จะสามารถทาได้อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบ ที่ถูกต้อง ำ ี ์ ครูใช้รูป 15.42 นาอภิปรายเก่ยวกับส่วนประกอบของแกลแวนอมิเตอร ซ่งประกอบด้วยขดลวด ึ ี ี ี ำ ั ู ี ส่เหล่ยมท่ติดเข็มช้และหมุนได้คล่อง อย่ในสนามแม่เหล็ก จากน้นให้ศึกษาหลักการทางานของ ำ ื แกลแวนอมิเตอร์ในหนังสือเรียนหรือแหล่งความร้อ่น ให้นักเรียนนาเสนอผลการศึกษา แล้วอภิปราย ู ์ ำ ร่วมกันจนสรุปได้ว่า เม่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดแกลแวนอมิเตอร จะทาให้ขดลวดหมุนพร้อมกับเข็มช ้ ี ื เบนไป โดยการเบนของเข็มจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้า ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ิ ครูอาจนานักเรียนอภิปรายเพ่อให้ความร้เพ่มเติมเก่ยวกับการดัดแปลงแกลแวนอมิเตอร์เป็น ี ื ำ ู เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น เรียกว่า แอมมิเตอร์ และวัดความต่างศักย์ได้มากขึ้น เรียกว่า โวลต์มิเตอร์ ความรู้เพิ่มเติมสำาหรับครู แกลแวนอมิเตอร์ แกลแวนอมิเตอร์โดยทั่วไปจะมีเหล็กอ่อนรูปทรงกระบอกอยู่ตรงกลางระหว่างขั้ว N และ ขั้ว S ของแม่เหล็กโค้ง ทำาให้สนามแม่เหล็กมีทิศทางอยู่ในแนวรัศมีของรูปทรงกระบอก ดังรูป ระนาบของ ขดลวดสี่เหลี่ยมจะอยู่ในแนวขนานกับสนามแม่เหล็กทุกตำาแหน่งที่ขดลวดหมุนไป

S N

รูป สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กโค้ง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

56 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 57

ด้วยเหตุนี้มุมที่ระนาบของขดลวดทำากับสนามแม่เหล็กจึงเท่ากับ 0 องศา นั่นคือ ระนาบของ

ขดลวดขนานกับสนามแม่เหล็กตลอดเวลา จากสมการ M = NIABcosθ ดังนั้นจะได้ M = NIABcos0 = NIAB เนื่องจากจำานวนรอบของขดลวด N พื้นที่ระนาบของขดลวด A และสนามแม่เหล็ก B เป็น

ค่าคงตัว ดังนั้น M ∝ I เมื่อมีกระแสไฟฟ้าค่าหนึ่งผ่านขดลวดแกลแวนอมิเตอร์ ขดลวดจะหมุนด้วยโมเมนต์ของแรง คู่ควบค่าหนึ่ง การหมุนของขดลวดเป็นเหตุให้เกิดแรงบิดกลับในสปริงก้นหอย ซึ่งต้านการหมุนของ

ขดลวด โดยพยายามบิดให้ขดลวดเบนกลับสู่ตำาแหน่งเดิม จนกระทั่งขดลวดหยุดนิ่งที่ตำาแหน่งหนึ่ง นั่นคือ โมเมนต์ของแรงบิดกลับในสปริงมีทิศทางตรงข้ามกับโมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวด และมีขนาดเท่ากันพอดีที่ตำาแหน่งนั้น ซึ่งจะได้ โมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริง = โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำาต่อขดลวด

ถ้าพิจารณาขณะขดลวดหมุนไปหยุด ณ ตำาแหน่งที่ทำามุม θ กับแนวเดิม จะได้ โมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริง = k' θ

เมื่อ k' คือ ค่าคงตัวโมเมนต์แรงบิดกลับของสปริงก้นหอย (torsion constant) (k' คล้ายกับกรณีของสปริงในสมการ F = ks ซึ่งอยู่ในแนวแกนตามยาวของสปริง)

นั่นคือ k' θ = NIAB θ NIAB ' k

เนื่องจาก k' N A และ B มีค่าคงตัว ดังนั้น θ ∝ I ี ี ี การท่มุมท่ขดลวดเบนไปจากเดิมหรือมุมท่เข็มช้ของแกลแวนอมิเตอร์เบนไปจากเดิม ี แปรผันตาม I ทำาให้สามารถกำาหนดสเกลที่เข็มชี้เบน เพื่อระบุค่ากระแสไฟฟ้าได้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

์ ิ แอมมเตอร (ammeter) ั ิ ็ ์ ั ู แอมมเตอร ดงรป ก. เปนการดดแปลง ์ ้ ิ ุ ู ้ ั แกลแวนอมเตอรเพือวดกระแสไฟฟาไดสงสด I ตาม ่ ้ ู ี ทตองการ ซงมคามากกวากระแสไฟฟาสงสดของ ้ ่ ่ ึ ่ ี ่ ุ ิ ์ ำ ็ ็ แกลแวนอมเตอร I (เขมเตมสเกล) ทาไดโดยนา ้ ำ G ่ ่ ั ้ ี ้ ี ่ ั ์ ตวตานทานทีเรยกวา ชนต (shunt) ซึงมความตานทาน R มาตอขนานกบแกลแวนอมเตอร เพือแบงกระแส ั ่ ์ ่ ิ ่ s ่ ุ ็ ่ ่ ่ ื ไฟฟาสงสด I ออกเปนสองสวน คอสวนหนึงทีผาน ่ ้ ู ก. แอมมิเตอร์ ิ ่ ่ ื ี ่ ี ่ ั แกลแวนอมเตอรเทากบ I สวนทเหลอทผานชนต ์ ั ์ ่ G เทากบ I ดงรป ข. นันคอ ั ่ ื ั ่ ู s I = I − I G s ข. วงจรไฟฟ้าของแอมมิเตอร์ เนื่องจากแกลแวนอมิเตอร์และชันต์ต่อขนานกัน ดังนั้นความต่างศักย์ระหว่างปลายของชันต์ จะเท่ากับความต่างศักย์ระหว่างขั้วของแกลแวนอมิเตอร์ หรือ I R = I R S S G G จะได้ R = I G R G S I S ์ ์ โวลตมเตอร (voltmeter) ิ ็ ั ์ ั ิ โวลตมเตอร ดงรป ค. เปนการดดแปลง ์ ู ์ ิ ่ ั ู แกลแวนอมเตอร เพือวดความตางศกยสงสด V ตาม ุ ์ ่ ั ้ ่ ึ ั ุ ์ ่ ่ ู ่ ทตองการ ซงมคามากกวาความตางศกยสงสดของ ี ี ่ ี ่ ำ ิ ำ ้ ์ ้ แกลแวนอมเตอร V ทาไดโดยนาตวตานทาน เรยกวา ั G ั ิ ์ มลตพลายเออร (multiplier) ทีมความตานทาน R มา ่ ี ้ m ตออนกรมกบแกลแวนอมเตอร เพือแบงความตางศกย ์ ่ ั ่ ั ์ ิ ่ ุ ่ ่ ู ็ สงสดทีตองการวด V ออกเปนสองสวน ่ ้ ั ุ ค. โวลต์มิเตอร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

58 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 59

ส่วนหน่งเป็นความต่างศักย์ระหว่างปลายของมัลติพลายเออร ์ ึ V อีกส่วนหนึ่งเป็นความต่างศักย์สูงสุดของแกลแวนอมิเตอร์ m V ดังรูป ง. นั่นคือ G V = V + V G m จะได้ V = I R + I R G G G m V − I R R = G G ง. วงจรไฟฟ้าของโวลต์มิเตอร์ m I G

15.3.3 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง

ี ้ ื ี ู ี ู ื ่ 1. เม่อมีกระแสไฟฟ้าในขดลวดท่อย่ใน 1. เม่อมกระแสไฟฟาในขดลวดทอย่ใน สนามแม่เหล็ก ขดลวดจะหมุนโดยโมเมนต ์ สนามแม่เหล็ก ขดลวดจะหมุนโดยโมเมนต ์ ี ู ่ ่ ี ั ของแรงคู่ควบมีค่าคงตัวเสมอ ของแรงคควบมค่าไม่คงตว โดยจะมคามาก ื ำ ่ ่ ุ ทสดเมอระนาบของขดลวดทามม 0˚ กับ ี ุ สนามแม่เหล็ก และมีค่าน้อยลงจนเป็น ำ ื ศูนย์เม่อ ระนาบของขดลวดทามุม 90˚ กบ ั สนามแม่เหล็ก สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีครูสาธิตกิจกรรมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแม่เหล็กไฟฟ้า 1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแม่เหล็กไฟฟ้า 1 ชุด 2. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา (หรือแบตเตอรี่ 4.5 - 6.0 V) 1 เครื่อง 3. สายไฟ 2 เส้น

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

กรณีครูสาธิตมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย 1. ลวดทองแดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.3 มิลลิเมตร 1 เส้น หรือลวดเบอร์ 28 ยาวประมาณ 1 เมตร 2. แท่งแม่เหล็กขั้วข้าง 1 อัน 3. เสาลวดสายไฟฟ้าทองแดงปลายมีห่วง 2 เส้น

4. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 1 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด

กิจกรรมสาธิต มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

จุดประสงค์ 1. อธิบายหลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

เวลาที่ใช้ 30 นาที

วัสดุและอุปกรณ์ 1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแม่เหล็กไฟฟ้า 1 ชุด

ื 2. หม้อแปลงโวลต์ต่ำา (หรือแบตเตอรี่ 4.5 - 6.0 V) 1 เคร่อง 3. สายไฟ 2 เส้น

แนะนำาก่อนทำากิจกรรม ำ ์ ่ 1. ต่อมอเตอร์กับไฟฟ้ากระแสตรงจากหม้อแปลงโวลต์ตาขนาด 4-6 โวลต (หรืออาจใช้แบตเตอร ี ่ 4.5 - 6.0 V) ดังรูป

รูป การต่อมอเตอร์กับไฟฟ้ากระแสตรง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

60 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 61

่ 2. เปิดสวิตซ์หม้อแปลงโวลต์ตา ถ้าขดลวดของมอเตอร์ยังไม่หมุน อาจเป็นเพราะความเสียดทาน ำ ระหว่างแกนของขดลวดกับท่รองรับแกน ควรช่วยหมุนขดลวด อาจหมุนทวนเข็มนาฬิกาหรือ ี หมุนตามเข็มนาฬิกา แต่ถ้าหมุนทวนเข็มนาฬิกาแล้ว ปรากฏว่าขดลวดหมุนไป 2-3 รอบแล้วหยุด แสดงว่าการหมุนของขดลวดในสนามแม่เหล็กโดยลำาพังจะหมุนตามเข็มนาฬิกา ดังนั้นควรหมุนอีกครั้งหนึ่งโดยหมุนตามเข็มนาฬิกา ขดลวดก็จะหมุนได้ต่อไปเรื่อยๆ

กิจกรรมสาธิต มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่าย

จุดประสงค์

1. อธิบายหลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เวลาที่ใช้ 30 นาที

วัสดุและอุปกรณ์ 1. ลวดทองแดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.3 มิลลิเมตร 1 เส้น หรือลวดเบอร์ 28 ยาวประมาณ 1 เมตร 2. แท่งแม่เหล็กขั้วข้าง 1 อัน 3. เสาลวดสายไฟฟ้าทองแดงปลายมีห่วง 2 เส้น

4. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 1 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด

แนะนำาก่อนทำากิจกรรม 1. สร้างขดลวดของมอเตอร โดยนาลวดทองแดง ำ ์ พันเป็นวงกลมให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ั 3 เซนติเมตร และเหลือปลายท้งสองด้านให้เป็น แกนหมุน ดังรูป รูป ตัวอย่างขดลวดของมอเตอร์

2. สร้างฐานรองรับ โดยติดแท่งแม่เหล็กเข้ากับ แบตเตอรี่ที่ติดกับเสาลวดทองแดง ดังรูป

รูป ตัวอย่างฐานรองรับ

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ำ ื 3. นาขดลวดในข้อ 1 วางบนฐานรองรับเพ่อหา ี ตาแหน่งท่แกนขดลวดสัมผัสกับห่วงเสาทองแดง ำ ดังรูป

รูป การหาตำาแหน่งที่แกนขดลวดสัมผัส กับห่วงเสาทองแดง 4. ขูดฉนวนห้มลวดทองแดงบริเวณท่สัมผัสกับ ี ุ เขมขดรัดสายไฟท้งสองปลาย ดังรูป โดยขูดคร่ง ั ั ึ ็ ซีกด้านเดียวกันทั้งสองข้างปลาย

5. นาขดลวดในข้อ 4 วางบนฐานรองรับ หาก ำ ขดลวดไม่หมุนให้สังเกตบริเวณท่ขูดฉนวนออก ี ว่าสัมผัสกับเข็มขัดรัดสายไฟหรือไม่ รูป ลวดทองแดงที่ขูดฉนวน หุ้มออกครึ่งซีก

แนวการจัดการเรียนรู้

ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 9 ของหัวข้อ 15.3 ตามหนังสือเรียน ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.3.3 โดยใช้รูป 15.43 ในหนังสือเรียน หรือชุดสาธิตการทำางานของมอเตอร์ กระแสตรง แล้วต้งคาถามว่า มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมีส่วนประกอบอะไรบ้าง เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดง ำ ั ความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นนาอภิปรายเก่ยวกับส่วนประกอบของ ำ ำ ั ี ี มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง จนสามารถระบุส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้ ครูตั้งคำาถามว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงหมุนได้อย่างไร เกี่ยวข้องกับโมเมนต์แรงคู่ควบของขดลวด ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและอยู่ในสนามแม่เหล็ก อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ ำ ี ื โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นให้นักเรียนสืบค้นจากหนังสือเรียนหรือจากส่ออ่น ๆ เก่ยวกับ ี ั ื หลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ให้นักเรียนนาเสนอผลการสืบค้น แล้วครูนาอภิปราย โดยใช้รูป 15.44 ในหนังสือเรียน จนสรุป ำ ำ หลักการทำางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.9 โดยครูเป็นผู้แนะนำา ำ ครูให้นักเรียนตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.3 และทาแบบฝึกหัด 15.3 โดยครูอาจมีการเฉลย ำ คำาตอบและอภิปรายคำาตอบร่วมกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

62 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 63

แนวการวัดและประเมินผล ู ำ ื ี ำ ี 1. ความร้เก่ยวกับโมเมนต์ของแรงค่ควบกระทาต่อขดลวดตัวนาท่อย่ในสนามแม่เหล็ก เม่อ ู ู ำ ์ กระแสไฟฟ้าผ่าน หลักการทางานของแกลแวนอมิเตอร และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจาก การนำาเสนอผล การอภิปรายร่วมกัน คำาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.3 และแบบฝึกหัด 15.3 ำ 2. ทักษะการสังเกต การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป จากการสรุปผลการทา กิจกรรม ู ้ ั ื ำ ่ 3. ทักษะดานการส่อสารสารสนเทศและการร้เท่าทันสอ จากการอภิปรายร่วมกนและการนาเสนอผล ื และทักษะด้านความร่วมมือ จากการทำากิจกรรมร่วมกัน 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความซื่อสัตย์ ความมุ่งมั่นอดทน จากการอภิปรายและการทำากิจกรรม

แนวคาตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.3 ำ ำ ำ ู ี 1. จงเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์ของแรงค่ควบท่กระทาต่อขดลวดกับมุมท ี ่ ระนาบของขดลวดทำากับสนามแม่เหล็ก ู แนวคาตอบ เขยนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์ของแรงคควบทกระทาตอขดลวดกบมม ่ ี ่ ำ ำ ่ ี ุ ั ำ ี ท่ระนาบของขดลวดทากับสนามแม่เหล็ก ตามสมการ M = NIABcosθ โดยให้แกน y เป็น ำ ู โมเมนต์ของแรงค่ควบและแกน x คือ มุมท่ระนาบขดลวดทากับสนามแม่เหล็ก ี จะได้กราฟความสัมพันธ์ y = kcos x เมื่อ k = NIAB เป็นค่าคงตัว y เป็น M และ x เป็น θ ดังรูป M θ π π 3π 2π 2 2

รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจ ข้อ 1

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

2. เพราะเหตุใด การสร้างแกลแวนอมิเตอร์จึงใช้ขดลวดขนาดเล็กและมีน้ำาหนักเบา

ี แนวคาตอบ เพราะต้องการให้แกลแวนอมิเตอร์มีความไวต่อกระแสไฟฟ้าหรือมีขดลวดท่หมุน ำ ได้ง่าย เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าที่มีปริมาณน้อย ๆ ได้ ขดลวดจึงต้องมีมวลน้อย ๆ 3. โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดของมอเตอร์จะมากขึ้นหรือน้อยลง ถ้า ก. กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำามากขึ้น จงอธิบายเหตุผลประกอบ

ข. สนามแม่เหล็กในมอเตอร์มีค่ามากขึ้น จงอธิบายเหตุผลประกอบ ค. จำานวนรอบของขดลวดมีค่ามากขึ้น จงอธิบายเหตุผลประกอบ แนวคำาตอบ ก. กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำามากขึ้น โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดมากขึ้น

ข. สนามแม่เหล็กในมอเตอร์มีค่ามากขึ้น โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดมากขึ้น ค. จำานวนรอบของขดลวดมีค่ามากขึ้น โมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดมากขึ้น เพราะโมเมนต์ที่กระทำากับขดลวดของมอเตอร์เป็นไปตามสมการ M = NIABcosθ จะเห็นว่า ี ำ ำ ี ค่าโมเมนต์ท่กระทากับขดลวดแปรผันตามกระแสไฟฟ้าท่ผ่านขดลวดตัวนา สนามแม่เหล็ก และ จำานวนรอบของขดลวด

เฉลยแบบฝึกหัด 15.3

ี ื ำ ู 1. ขดลวดวงกลมมีพ้นท่หน้าตัด 60 ตารางเซนติเมตร มีขดลวดพันอย่จานวน 600 รอบ และม ี กระแสไฟฟ้าผ่าน 1 แอมแปร วางไว้ในสนามแม่เหล็กท่มีขนาดเท่ากับ 1 เทสลา จงหาโมเมนต ์ ี ์ สูงสุดของขดลวด วิธีทำา โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดเป็นไป ตามสมการ M = NIABcosθ มีค่าสูงสุดเมื่อ cosθ = 1 จะได้ว่าโมเมนต์สูงสุดของขดลวด M = NIAB แทนค่าได้ M = (600)(1A)(60 × 10 m )(1T) -2 -4 \= 3.6 N m ตอบ โมเมนต์สูงสุดของขดลวดเท่ากับ 3.6 นิวตันเมตร

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

64 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 65

2. ขดลวดตัวนำารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีพื้นที่ 10 ตารางเซนติเมตร วางอยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก

ำ ำ ู ขนาดเท่ากับ 5 เทสลา ถ้าจานวนขดของลวดตัวนาเท่ากับ 400 รอบ จงหาโมเมนต์ของแรงค่ควบ ึ ี ื ำ ำ ท่เกิดข้นเม่อระนาบขดลวดทามุม 60 องศากับทิศทางของสนามแม่เหล็ก (กาหนดให้กระแสไฟฟ้า ที่ผ่านขดลวดเท่ากับ 6 แอมแปร์) วิธีทำา โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดเป็นไป ตามสมการ M = NIABcosθ แทนค่าได้ M = (400)(6A)(10 × 10 m )(5T)(cos60˚) -4 -2 \= 6 N m ตอบ โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้นเท่ากับ 6 นิวตันเมตร 3. ขดลวดวงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เซนติเมตร จำานวน 12 รอบ มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 5 แอมแปร์

วางอยู่ในสนามแม่เหล็กขนาด 0.6 เทสลา จงหา ก. โมเมนต์ที่มากที่สุดของขดลวด ึ ึ ข. มุมระหว่างระนาบของขดลวดกับสนามแม่เหล็กท่มีโมเมนต์เป็นคร่งหน่งของโมเมนต ์ ี มากที่สุดที่กระทำาต่อขดลวด วิธีทำา โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำากับขดลวดเป็นไป ตามสมการ M = NIABcosθ

มีค่าสูงสุดเมื่อ cosθ = 1 จะได้ว่าโมเมนต์สูงสุดของขดลวด M = NIAB

ก. โมเมนต์ที่มากที่สุดของขดลวด หาได้จากสมการ M = NIAB   0.08  2  แทนค่าได้ M = (12) (5A π   2   m  (0.6T ) 2 )   \= 0.18 N m   ข. ขณะที่โมเมนต์เป็นครึ่งหนึ่งของโมเมนต์ที่มากที่สุด จะได้ว่า 1  M = NIAB  2  1 NIAB  ้ ได cosθ = NIAB  2  cosθ = 1 2 ดังนั้น θ = 60˚

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ตอบ ก. โมเมนต์ที่มากที่สุดของขดลวดเท่ากับ 0.18 นิวตันเมตร

ี ี ำ ข. ตาแหน่งของขดลวดท่มีโมเมนต์เป็นคร่งหน่งของโมเมนต์ท่มากท่สุด ทามุมกับ ำ ี ึ ึ สนามแม่เหล็ก 60 องศา 15.4 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาและอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา โดยใช้กฎของฟาราเดย์ 2. อธิบายและหาทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา โดยใช้กฎของเลนซ์ 3. อธิบายการทำางานของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา

4. อธิบายการทำางานของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา

สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีครูสาธิตการเหนี่ยวนำากระแสไฟฟ้าโดยใช้เชือกพันแกนมอเตอร์กระแสตรง 1. มอเตอร์ไฟฟ้า 2. เชือก

3. หลอดไฟพร้อมขั้วขนาด 3 โวลต์หรือน้อยกว่า

แนวการจัดการเรียนรู้ ู ำ ี ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.4 โดยการสาธิตการเหน่ยวนากระแสไฟฟ้า เช่น ใช้เชือกพันแกนมอเตอร์ไฟฟ้า ำ ี ้ ี ำ ั ื กระแสตรงเม่อดึงเชือกอย่างเร็วสามารถทาให้หลอดไฟท่ต่อกับข้วมอเตอร์สว่างได หรือกิจกรรมอ่น ๆ ท่แสดง ื ให้เห็นการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา แล้วครูตั้งคำาถามว่าเหตุการณ์เหล่านั้น เช่น หลอดไฟสว่างเมื่อหมุน แกนมอเตอร์ เกิดขึ้นได้อย่างไร ิ ู ่ ้ ั ี ำ ่ ้ ่ ั ้ ั ี ครเปดโอกาสใหนกเรยนแสดงความคดเหนอยางอสระ โดยไมคาดหวงคาตอบทถกตอง จากนนคร ู ู ิ ็ ิ นาอภิปรายจนสรุปได้ว่า เคร่องกาเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เปล่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าใช้หลักการ ำ ี ำ ื ์ ี ี ี เหน่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้า ซ่งค้นพบโดยไมเคิล ฟาราเดย แล้วครูช้แจงหัวข้อต่อไปน้นักเรียนจะได้ศึกษา ำ ึ ี การเหน่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้า และการนาความร้เก่ยวกับอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาไปประยุกต์ใช ตามรายละเอียด ้ ำ ำ ี ี ู ำ ในหนังสือเรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

66 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 67

15.4.1 กฎการเหนี่ยวนำาของฟาราเดย์

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 10 และ 11 ของหัวข้อ 15.4 ตามหนังสือเรียน

ครูนำาเข้าสู่หัวข้อที่ 15.4.1 โดยทบทวนเกี่ยวกับฟลักซ์แม่เหล็ก โดยบริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กมีฟลักซ์ ี ์ แม่เหล็กหนาแน่นกว่าบริเวณท่ไกลออกไป และการใช้งานของแกลแวนอมิเตอร และทบทวนหัวข้อ 15.1 ี ำ ั ำ ำ เก่ยวกับกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนาทาให้เกิดสนามแม่เหล็ก แล้วครูต้งคาถามว่า ในทางกลับกันสนามแม่เหล็ก ทำาให้เกิดกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำาได้หรือไม่ อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาตอบ จากนั้นให้นักเรียนศึกษาการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาในขดลวดตัวนำาผ่านการทำา กิจกรรม 15.3 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา

กิจกรรม 15.3 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา

จุดประสงค์ 1. สังเกตการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาในขดลวดตัวนำา

เวลาที่ใช้ 30 นาที

วัสดุและอุปกรณ์ 1. ขดลวดทองแดงเคลือบฉนวน 1 ขด 2. แกลแวนอมิเตอร์ 1 เครื่อง

3. แท่งแม่เหล็ก 1 อัน 4. สายไฟ 2 เส้น

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

การเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็ก ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์

แท่งแม่เหล็กอยู่นิ่งในขดลวด

เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กออก

จากขดลวด

เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็ก เข้าขดลวด

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

68 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 69

ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

การเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็ก ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์

เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กออก ขดลวดเร็วมากขึ้น

เคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กเข้า

ขดลวดเร็วมากขึ้น

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แนวคำาตอบคำาถามท้ายกิจกรรม

□ ขณะแท่งแม่เหล็กอยู่นิ่งในขดลวดเคลือบฉนวน เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนจากเดิมหรือไม่ แนวคำาตอบ ไม่เบนจากเดิม □ ขณะเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวด เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนอย่างไร

ื ี ำ แนวคาตอบ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกจากขดลวดเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนจาก ั ึ ำ ตาแหน่งศูนย์ไปในทิศทางหน่ง และขณะเคล่อนท่เข้าขดลวดจะเบนจากตาแหน่งศูนย์ไปใน ำ ื ี ทิศทางตรงข้าม ื ึ ั ี □ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวดเร็วมากข้น เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนต่างจาก ตอนแรกอย่างไร ำ ำ แนวคาตอบ เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนจากตาแหน่งศูนย์ไปในทิศทางเช่นเดียวกับตอนแรก แต่เบนมากกว่าตอนแรก □ ขณะเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกแล้วเข้า ขดลวดมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร แนวคำาตอบ มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นสังเกตได้จากการเบนจากตำาแหน่งศูนย์ของเข็มแกลแวนอมิเตอร์ ื ิ ึ ่ ี ้ ี ่ ั ี ื □ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกและขณะเคล่อนทเขาขดลวด กระแสไฟฟ้าทเกดข้นมีทิศ เดียวกันหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร ี ี ื ั ำ ื แนวคาตอบ ขณะเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกและขณะเคล่อนท่เข้าขดลวดกระแสไฟฟ้าม ี ทิศทางตรงกันข้ามกัน สังเกตได้จากทิศทางการเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์จากตำาแหน่งศูนย์ มีทิศทางตรงข้ามกัน □ การเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวดด้วยความเร็วต่างกัน เกิดกระแสไฟฟ้าภายใน ขดลวดมีขนาดเท่ากันหรือไม่ สังเกตได้อย่างไร ำ แนวคาตอบ ไม่เท่ากัน สังเกตได้จากการเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์จากตาแหน่งศูนย์เบน ำ ไม่เท่ากัน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

70 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 71

อภิปรายหลังการทำากิจกรรม

ำ ำ หลังจากครูให้นักเรียนตอบคาถามท้ายกิจกรรม ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทา กิจกรรม 15.3 จนสรุปได้ดังนี้ ∙ ขณะแท่งแม่เหล็กอย่น่งเข็มแกลแวนอมิเตอร์อย่ท่ตำาแหน่งศูนย แสดงว่าไม่ม ี ู ี ิ ู ์ กระแสไฟฟ้าจากขดลวดผ่านแกลแวนอมิเตอร์ ∙ เม่อเคล่อนปลายข้วแม่เหล็กออกแล้วเข้าขดลวด เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนไปจาก ื ั ื ตาแหน่งศูนย์แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าจากขดลวดผ่านแกลแวนอมิเตอร และการท ี ่ ำ ์ เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนในทิศทางตรงข้ามกันแสดงว่ากระแสไฟฟ้าท่เกิดข้นใน ี ึ ขดลวดมีทิศทางตรงข้ามกัน ∙ เมื่อเคลื่อนปลายขั้วแม่เหล็กเข้า - ออกจากขดลวดเร็วขึ้น เข็มแกลแวนอมิเตอร์เบน มากขึ้น แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าจากขดลวดมากขึ้น ำ ครูอาจถามคาถามชวนคิดในหน้า 64 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้

แนวคำาตอบชวนคิด

จากกิจกรรม 15.3 หากกลับปลายขั้วแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ออกแล้วเข้าจากขดลวด การเบนของ

เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะมีลักษณะเหมือนหรือแตกต่างจากกิจกรรมหรือไม่ อย่างไร แนวคำาตอบ เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนออกจากตำาแหน่งศูนย์แตกต่างกัน โดยแต่ละกรณีการเบน ของเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนตรงข้ามกับในกิจกรรม

ี ื ครูต้งคาถามว่าการเคล่อนท่ปลายข้วแม่เหล็กออกและเข้าขดลวดตัวนาทาให้ฟลักซ์แม่เหล็กท่ผ่าน ั ี ั ำ ำ ำ ี ขดลวดมีการเปล่ยนแปลงหรือไม อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ ่ ี ำ ี โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นครูนาอภิปรายจนสรุปได้ว่ามีการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท่ผ่าน ี ำ ั ขดลวด ตั้งคำาถามว่า เมื่อเคลื่อนที่ปลายขั้วแม่เหล็กออกหรือเข้าขดลวดทำาให้ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวด เปลี่ยนแปลงแล้วเกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด ได้อย่างไร ครูให้นักเรียนศึกษาความรู้เกี่ยวการเกิดอีเอ็มเอฟ ี ำ ้ เหนยวนาตามรายละเอยดในหนงสอเรยน หรอสบคนจากแหลงความรอน ๆ แลวนาเสนอผลการศกษาหรอ ื ึ ำ ่ ื ้ ี ื ั ื ่ ื ี ้ ่ ู การสืบค้น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ี ี ื ี ครูกับนักเรียนร่วมกันอภิปรายเก่ยวกับการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท่ผ่านพ้นท่หน้าตัดขดลวด ี ี ำ ี ี ำ ทาให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวดในกิจกรรม 15.3 จนสรุปได้เก่ยวกับ กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนา การเหน่ยวนา ำ ่ ี ้ ี ็ ์ ำ ้ ่ ำ ี ่ แมเหล็กไฟฟา อเอมเอฟเหนยวนา กฎการเหนยวนาของฟาราเดย์และกฎของเลนซ จนไดสมการ (15.7) ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ี ิ ั ู ้ ่ ู ั ื ี ้ จากนนครใชรป 15.46 และ 15.47 ในหนงสอเรยน นาอภปรายเกยวกบการหาทิศทางของ ั ำ ำ กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดตัวนาตามกฎของเลนซ์โดยใช้มือขวา จนสรุปได้ตามรายละเอียดใน ำ ี หนังสือเรียน ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.10 โดยครูเป็นผู้ให้คำาแนะนำา 15.4.2 เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง ื ี ำ ี 1. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน 1. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน ื ำ อัตราการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท ี ่ อัตราการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กผ่าน ี ผ่านขดลวดมีค่าคงตัวตลอดเวลา ขดลวดมีค่าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ำ 2. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน 2. ขณะท่ขดลวดของเคร่องกาเนิดไฟฟ้าหมุน ี ื ื ำ ี ี ี อัตราการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท ่ ี อัตราการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กท ่ ี ี ี ุ ่ ื ื ี ผานขดลวดจะมคามากทสด เม่อระนาบ ผ่านขดลวดจะมีค่ามากท่สุด เม่อระนาบ ่ ่ ขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ขดลวดขนานกับสนามแม่เหล็ก แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 12 ของหัวข้อ 15.4 ตามหนังสือเรียน ำ ู ำ ์ ื ี ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.4.2 โดยอภิปรายเพ่อทบทวนเก่ยวกับกฎการเหน่ยวนาของฟาราเดย และ ี ั ำ ื การหมุนแกนของมอเตอร์ทาให้หลอดไฟสว่าง จากน้นอภิปรายเพ่อสรุปว่าฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดของ มอเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงขณะหมุนทำาให้เกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา แสดงว่าพลังงานกลสามารถเปลี่ยนเป็น พลงงานไฟฟ้าได้ จากนั้นครูตั้งคำาถามว่า เครื่องกำาเนิดไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านของเรามีหลักการทำางาน ั ี ่ ำ อยางไร โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากนั้นให้นักเรียนทำากิจกรรม 15.4 เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

72 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 73

กิจกรรม 15.4 เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า

จุดประสงค์ ้ ั ิ ้ ่ ิ ้ ื ำ ั 1. สงเกตทศทางของกระแสไฟฟากระแสตรงและไฟฟากระแสสลบจากเครองกาเนดไฟฟา อย่างง่าย เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. ชุดเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า 1 เครื่อง 2. แกลแวนอมิเตอร์ 1 เครื่อง 3. สายไฟ 2 เส้น ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

การ ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์

วงแหวนแยก

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ตัวอย่างผลการทำากิจกรรม

การ ผลการสังเกตเข็มแกลแวนอมิเตอร์

วงแหวนผ่าซีก

แนวคำาตอบคำาถามท้ายกิจกรรม

ื ำ ี ื □ ในกรณีท่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนแยก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าการเบนของเข็ม แกลแวนอมิเตอร์มีลักษณะเป็นอย่างไร แนวคำาตอบ การเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์เบนกลับไปกลับมาระหว่างบวกกับลบ □ ในกรณีที่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนแยก ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีลักษณะอย่างไร สังเกตได้ อย่างไร

แนวคำาตอบ ทิศทางของกระแสไฟฟ้ามีลักษณะสลับทิศไปมา สังเกตได้จากเข็มแกลแวนอมิเตอร์ เบนกลับไปกลับมาระหว่างบวกกับลบ ำ ื ื ี □ ในกรณีทแปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนผ่าซีก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าการเบนของเข็ม ่ แกลแวนอมิเตอร์มีลักษณะเป็นอย่างไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

74 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 75

แนวคาตอบ การเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์มีลักษณะเบนไปเบนมา ระหว่างศูนย์กับบวกหรือ ำ ศูนย์กับลบ ทางใดทางหนึ่ง ื ี □ ในกรณีท่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนผ่าซีก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าในทิศทางตรงข้าม ื ำ การเบนของเข็มแกลแวนอมิเตอร์ มีลักษณะเป็นอย่างไร แนวคาตอบ เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนออกจากตาแหน่งศูนย์เช่นเดียวกัน แต่เบนใน ำ ำ ทิศตรงข้ามกับครั้งก่อน

อภิปรายหลังการทำากิจกรรม

ี ื ำ ื ในกรณีท่แปรงสัมผัสแตะกับวงแหวนแยก เม่อหมุนเคร่องกาเนิดไฟฟ้าจะสังเกตได้ว่าแปรง สัมผัสจะแตะกับวงแหวนหน่งเสมอ และเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนกลับไปกลับมาระหว่างบวกกับ ึ ลบ แสดงว่ากระแสไฟฟ้าที่ผ่านแปรงสัมผัสมีทิศทางกลับไปกลับมา ี ื ี ่ ี ั ้ ในกรณท่แปรงสัมผสแตะกับวงแหวนผาซก เม่อหมุนเครองกาเนิดไฟฟาจะสงเกตไดว่าแปรง ้ ั ำ ื ่ ึ สัมผัสจะสลับการแตะกับวงแหวนทุกคร่งรอบ และเข็มแกลแวนอมิเตอร์จะเบนไปเบนมาระหว่าง ี ึ ศูนย์กับบวกหรือศูนย์กับลบทางใดทางหน่ง แสดงว่ากระแสไฟฟ้าท่ผ่านแปรงสัมผัสมีทิศทางเดียว ตลอดเวลา ความรู้เพิ่มเติมสำาหรับครู กรณีกระแสตรงจากเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า เข็มแกลแวนอมิเตอร์จะไม่ชี้นิ่งที่ค่าใดค่าหนึ่งเนื่องจากเป็น กระแสไฟฟ้าตรงที่มีค่าไม่สม่ำาเสมอ ำ ครูให้นักเรียนศึกษาส่วนประกอบของเคร่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับโดยใช้รูป 15.48 จากน้นให ้ ั ื นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปส่วนประกอบที่สำาคัญ ได้ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ครูให้นักเรียนศึกษาการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเมื่อหมุนขดลวด ด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงตัวในช่วงเวลาหนึ่งคาบโดยใช้รูป 15.49 แล้วนำาอภิปรายเกี่ยวกับการเกิดอีเอ็มเอฟ ี ำ ี ำ ำ เหน่ยวนาและกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในแต่ละช่วงเวลาโดยใช้กฎการเหน่ยวนาของฟาราเดย์และกฎของ ี ึ ื ี ำ ิ ์ ั เลนซ จนสรุปได้ว่าเม่อเร่มหมุนขดลวดจากตาแหน่งท่ระนาบขดลวดต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจนครบหน่ง คาบ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำามีค่าเปลี่ยนแปลงตามเวลา สามารถเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ี ์ ำ เหน่ยวนากับเวลา ได้เป็นกราฟเป็นรูปฟังก์ชันแบบไซน ดังรูป 15.49 จ. และพบว่าทิศทางของกระแสไฟฟ้า T T เหนี่ยวนำาในช่วงเวลา 0 t≤≤ และ <≤ tT ที่ผ่านวงแหวนแยกและแปรงสัมผัสมายังอุปกรณ์ไฟฟ้า 2 2 มีทิศตรงข้ามกันทุกครึ่งคาบ ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ั ์ ี ำ ครูต้งคาถามว่าจากกราฟอีเอ็มเอฟเปล่ยนแปลงตามเวลาเป็นรูปฟังก์ชันแบบไซน สามารถเขียน สมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหน่ยวนากับเวลาได้อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียน ี ำ แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำาถามที่ถูกต้อง ำ ำ จากคาตอบของนักเรียนครูนาอภิปรายจนสรุปได้ว่าเม่อขดลวดหมุนด้วยอัตราเร็วเชิงมุม ω คงตัว ื ความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหน่ยวนากับเวลา t เป็นไปตามสมการ (15.8) ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ำ ี ครูอาจถามคาถามชวนคดในหนา 75 ให้นกเรยนอภิปรายรวมกน โดยครูเปดโอกาสให้นักเรียน ำ ั ิ ้ ั ิ ี ่ แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้ แนวคำาตอบชวนคิด หากต่อตัวต้านทานแทนอุปกรณ์ไฟฟ้ากับเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ กราฟความสัมพันธ์ ระหวางอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับกับเวลาเป็นดังรูป ่

อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ε 0 0 เวลา T T 3T 2T 2 2 ε − 0

รูป กราฟความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับกับเวลา

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะมีลักษณะอย่างไร แนวคำาตอบ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะเป็นรูปฟังก์ชัน แบบไซน์เหมือนกับกราฟอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำากับเวลา ดังรูป โดยค่าของกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับค่า ความต้านทานของตัวต้านทานที่นำามาต่อ

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

76 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 77

กระแสไฟฟา

I 0

0 เวลา T T 3T 2T 2 2 I − 0

ั ครูให้นักเรียนศึกษาส่วนประกอบของเคร่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้รูป 15.50 จากน้นให ้ ื ำ นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปส่วนประกอบที่สำาคัญ ได้ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ื ำ ี ำ ื ครูให้นักเรียนศึกษาการเกิดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาของเคร่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเม่อหมุนขดลวด ด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงตัวในช่วงเวลาหนึ่งคาบโดยใช้รูป 15.51 แล้วนำาอภิปรายเกี่ยวกับการเกิดอีเอ็มเอฟ ี ำ ี ี ำ ำ เหน่ยวนาและกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในแต่ละช่วงเวลาโดยใช้กฎการเหน่ยวนาของฟาราเดย์และกฎของ ำ เลนซ จนสรุปได้ว่าเม่อเร่มหมุนขดลวดจากตาแหน่งท่ระนาบขดลวดต้งฉากกับสนามแม่เหล็กจนครบหน่ง ี ั ื ์ ึ ิ คาบ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำามีค่าเปลี่ยนแปลงตามเวลา สามารถเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟ T เหน่ยวนากับเวลา ดังรูป 15.51 จ. และพบว่าทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในช่วงเวลา 0 t≤≤ ี ำ ี ำ T 2 และ <≤ ี tT ท่ผ่านวงแหวนผ่าซีกและแปรงสัมผัสมายังอุปกรณ์ไฟฟ้ามีทิศทางเดียวกันตลอดเวลา 2 ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ครูอาจถามคาถามชวนคิดในหน้า 78 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน ำ แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แนวคำาตอบชวนคิด

หากต่อตัวต้านทานแทนอุปกรณ์ไฟฟ้ากับเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง กราฟความสัมพันธ์ระหว่าง อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงกับเวลาเป็นดังรูป

อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ε 0

0 T T 3T 2T เวลา 2 2 ε − 0

รูป กราฟความสัมพันธ์ระหว่างอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาของเครื่องกำาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงกับเวลา

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะมีลักษณะอย่างไร แนวคำาตอบ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานกับเวลาจะเหมือนกับกราฟ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำากับเวลา ดังรูป โดยค่าของกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่ค่าความต้านทานของตัวต้านทาน ที่นำามาต่อ

กระแสไฟฟา

I 0

0 เวลา T T 3T 2T 2 2 I − 0

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

78 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 79

15.4.3 การประยุกต์ใช้นำาหลักการอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำา

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 13 ของหัวข้อ 15.4 ตามหนังสือเรียน

ี ี ่ ำ ุ ู ี ์ ุ ุ ้ ่ ครให้นักเรียนยกตัวอยางอปกรณ์ไฟฟาทประยกตใช้การเหน่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้าและมการประยกต ์ ใช้การเหน่ยวนาแม่หล็กไฟฟ้าอย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ ี ำ โดยไม่คาดหวังคำาถามที่ถูกต้อง ำ ี ู ครูให้นักเรียนศึกษาความร้เก่ยวการประยุกต์ใช้นาหลักการอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาของอุปกรณ์ไฟฟ้าใน ำ ี หนังสือเรียน ได้แก แบลลัสต์แบบขดลวดของหลอดฟลูออเรสเซนต มอเตอร์ไฟฟ้าเหน่ยวนา กีตาร์ไฟฟ้า ำ ่ ์ ี เตาแม่เหล็ก หรือสืบค้นจากแหล่งความรู้อื่น ๆ ให้นักเรียนนำาเสนอ จากนั้นนำาอภิปราย จนสรุปได้เกี่ยวกับ การประยุกต์ใช้หลักการเหนี่ยวนำา ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ครูให้นักเรียนตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.4 และทาแบบฝึกหัด 15.4 โดยครูอาจมีการ ำ ำ เฉลยคำาตอบและอภิปรายคำาตอบร่วมกัน แนวการวัดและประเมินผล ี ำ ู ี 1. ความร้เก่ยวกับการเกิดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาและทิศทางของอีเอ็มเอฟเหน่ยวนา การทางานของ ำ ี ำ เครื่องกำาเนิดไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ จากการอภิปรายร่วมกัน แบบฝึกหัดและแบบทดสอบ 2. ทักษะการสื่อสารสารสนเทศและการรู้เท่าทันสื่อ จากการอภิปรายร่วมกันและการนำาเสนอผล 3. ทักษะการใช้จานวน ในการหาปริมาณต่าง ๆ ท่เก่ยวข้องกับอีเอ็มเอฟเหน่ยวนา จากแบบฝึกหัดและ ำ ี ำ ี ี แบบทดสอบ 4. ทักษะความร่วมมือ การทำางานเป็นทีมและภาวะผู้นำา จากการอภิปรายร่วมกัน 5. จิตวิทยาศาสตร ความรอบคอบ และความอยากร้อยากเห็น จากการทดลองและอภิปรายร่วมกัน ์ ู

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แนวคาตอบคาถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.4 ำ ำ

วงแหวนอะลูมิเนียม

สวิตซ

รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 1 ื ึ จากรูปเม่อกดสวิตซ์ให้วงจรปิด ปรากฏว่าวงแหวนอะลูมิเนียมจะกระเด็นข้นจากตาแหน่งเดิม ำ จงอธิบายว่าวงแหวนอะลูมิเนียมกระเด็นขึ้นได้เพราะเหตุใด ้ ่ ์ แนวคาตอบ เมอกดสวิตซใหกระแสไฟฟาผ่านขดลวดจะทาใหเกดสนามแมเหล็กมขนาดเพ่มขน ้ ิ ี ึ ้ ้ ำ ่ ิ ำ ื ี ำ ำ มีฟลักซ์แม่เหล็กเพ่มข้นผ่านวงแหวนอลูมิเนียม ทาให้เกิดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนาและกระแสไฟฟ้า ิ ึ ี ำ ี ์ เหน่ยวนาในวงแหวนมีทิศทางตามกฎของเลนซ กระแสเหน่ยวนาในวงแหวนจะเกิดในทิศทาง ำ ี ึ ิ ั สร้างสนามแม่เหล็กมีทิศตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของขดลวดในกรณีท่ฟลักซ์เพ่มข้น น้นคือ กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาในวงแหวนจะมีทิศทางตรงข้ามกับกระแสไฟฟ้าในขดลวด ทำาให้เกิดแรง ี ู ผลักระหว่างวงแหวนกับขดลวด เช่นเดียวกับแรงผลักระหว่างลวดตัวนาค่ขนานท่มีกระแสไฟฟ้า ำ ผ่านในทิศทางตรงข้ามกัน ทำาให้วงแหวนเคลื่อนที่ขึ้น

N S A B C D รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 จากรูป กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาจะผ่านตัวต้านทาน AB และ CD ในทิศทางใด เมื่อ ก. เคลื่อนแท่งแม่เหล็กไปทางขวา ข. เคลื่อนแท่งแม่เหล็กไปทางซ้าย ี ำ แนวคาตอบ สามารถหาทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดโดยใช้มือขวา ตาม ำ รายละเอียดในหนังสือเรียนรูป 15.46 และ 15.47 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

80 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 81

ก. ขณะเคล่อนแท่งแม่เหล็กไปทางขวาขดลวดทางด้านซ้ายจะมีฟลักซ์แม่เหล็กลดลง ขณะท ี ่ ื ึ ิ ั ขดลวดทางด้านขวามีฟลักซ์แม่เหล็กเพ่มข้น จากกฎของเลนซ์จะได้กระแสไฟฟ้าท้งสอง ดังรูป ี จึงได้กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาจะผ่านตัวต้านทาน AB ในทิศทางจาก B ผ่านตัวต้านทานไป A ำ และผ่านตัวต้านทาน CD จาก C ผ่านตัวต้านทานไป D

NNNN N SSSS S

I A B I C D

รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 ก.

ำ ข. กระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาจะผ่านตัวต้านทาน AB ในทิศทางจาก A ผ่านตัวต้านทานไป B และ ี ผ่านตัวต้านทาน CD จาก D ผ่านตัวต้านทานไป C ดังรูป

N N N N S S S S S N I A B I C D

รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 2 ข.

เคลื่อนเขา

N S รูป 1

เคลื่อนออก

N S รูป 2

รูป ประกอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ื ื ั จากรูป 1 ถ้าเคล่อนข้ว N ของแท่งแม่เหล็กเข้าหาศูนย์กลางของขดลวด และจากรูป 2 เคล่อนข้ว ั ำ N ของแม่เหล็กออกจากศูนย์กลางของขดลวด จงเขียนทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนา I ี ind ที่เกิดขึ้นในขดลวด ทั้งสอง ี ื ื แนวคำาตอบ เม่อเคล่อนแม่เหล็กเข้าหาขดลวด จะเกิดการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กในทิศทาง ี ไปทางซ้าย จึงมีการสร้างสนามแม่เหล็กไปทางขวา เพ่อต้านทิศทางการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก ื ำ โดยจะมีกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดในทิศทางตามการใช้มือขวาโดยให้น้วหัวแม่มือช้ไปทางขวา ิ ี ี ดังรูป 1 และสำาหรับเคลื่อนแม่เหล็กออกจากขดลวด จะเกิดการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กในทิศทาง ี ไปทางขวา จึงมีการสร้างสนามแม่เหล็กไปทางซ้าย เพ่อต้านทิศทางการเปล่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก ื ี ี ิ โดยจะมีกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาในขดลวดในทิศทางตามการใช้มือขวาโดยให้น้วหัวแม่มือช้ไปทางซ้าย ำ ดังรูป 2

เคลื่อนเขา I I N S รูป 1 เคลื่อนออก I I N S รูป 2

รูป ประกอบแนวคำาตอบคำาถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

82 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 83

Ø˚ เฉลยแบบฝึกหัด 15.4

ิ ี ื 1. ในการเคล่อนแท่งแม่เหล็กเข้าหาขดลวดวงกลม ปรากฏว่าฟลักซ์แม่เหล็กท่ตัดกับขดลวดเพ่ม -4 -4 จาก 1.0 × 10 เวเบอร เป็น 1.2 × 10 เวเบอร ในเวลา 0.2 วินาท จงหาขนาดอีเอ็มเอฟเหน่ยวนา ี ี ์ ์ ำ เฉลี่ยที่เกิดขึ้นมีค่าเป็นเท่าใด วิธีทำา หาขนาดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาเฉลี่ยที่เกิดขึ้นได้จากสมการ ε ∆ φ t ∆ -4 การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก (Δϕ) เท่ากับ 1.2 × 10 Wb และ Δt = 0.2 s แทนค่า ε -4 \= 1.0 × 10 V -4 ตอบ ขนาดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำาเฉลี่ยที่เกิดขึ้นมีค่าเป็น 1.0 × 10 โวลต์ 2. วงจรหนึ่งประกอบด้วยหลอดไฟและลวดตัวนำาตรง PQ ที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กสม่ำาเสมอ ด้วยความเร็วคงตัว v ในทิศทางจากซ้ายไปขวา ดังรูป

× × ×

P × ×  × v

× ×  × Q B × × ×

รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 2 ก. กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาที่ผ่านหลอดไฟมีทิศทางใด

ข. ปลายข้างใดของลวดตัวนำา (P หรือ Q) มีศักย์ไฟฟ้าสูง วิธีทำา พิจารณาการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กในวงปิดในรูป ื ก. จากการเคล่อนท่ของวงจร ฟลักซ์แม่เหล็กตัดผ่านวงจรจะเพ่มข้นอย่างสมาเสมอทาให ้ ิ ึ ่ ำ ำ ี ี ำ ี ี เกิดกระแสไฟฟ้าเหน่ยวนาท่ทาให้เกิดสนามแม่เหล็กในทิศทางต้านการเปล่ยนแปลง ำ ึ ื ฟลักซ์แม่เหล็กท่ตัดผ่านวงจร ซ่งมีทิศทางช้ออกจากกระดาษ เม่อใช้มือขวาหาทิศทาง ี ี ของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำา จะมีทิศทวนเข็มนาฬิกา ดังรูป สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

× × × I P × ×  × v × ×  ×

I Q B × × ×

รูป ประกอบวิธีทำาสำาหรับแบบฝึกหัดข้อ 2 ข. จากข้อ ก. กระแสไฟฟ้าจะออกจาก P ผ่านหลอดไฟ และเข้าสู่ Q ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะ เคลื่อนที่จากตำาแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงผ่านอุปกรณ์ไปสู่ศักย์ไฟฟ้าต่ำา ดังนั้น ปลาย P

มีศักย์ไฟฟ้าสูง ตอบ ก. ทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำาจะมีทิศทวนเข็มนาฬิกา ดังรูป ข. ปลาย P มีศักย์ไฟฟ้าสูง

15.5 ไฟฟ้ากระแสสลับ จุดประสงค์การเรียนรู้ ์ 1. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย กระแสไฟฟ้ากับเวลา ในรูปของฟังก์ชันแบบไซน ์ ของไฟฟ้ากระแสสลับ 2. อธิบายและคำานวณ ความต่างศักย์อาร์เอ็มเอสและกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็มเอส ิ ำ ำ ้ ื 3. อธบายหลักการทางานของเคร่องกาเนิดไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส และการส่งไฟฟ้ากระแสสลับ ไปตามบ้านเรือน 4. อธิบายหลักการทำางานของหม้อแปลง และคำานวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง แนวการจัดการเรียนรู้ ี ู ครูนาเข้าส่หัวข้อ 15.5 โดยครูทบทวนความร้เก่ยวกับไฟฟ้ากระแสสลับจากเคร่องกาเนิดไฟฟ้า ู ำ ื ำ ำ ่ ั ั จากน้นครูต้งคาถามว่าเคยเห็นเสาไฟฟ้าแรงสูงหรือไม และไฟฟ้าแรงสูงหมายถึงอะไร ครูเปิดโอกาสให ้ ี ี ั ำ นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นครูช้แจ้งว่าในหัวข้อน ี ้ ี ี ี นักเรียนจะได้ศึกษาเก่ยวกับปริมาณต่างๆ ท่เก่ยวข้องกับไฟฟ้ากระแสสลับ การผลิตรวมถึงการส่งไฟฟ้า กระแสสลับจากโรงไฟฟ้า สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

84 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 85

15.5.1 ค่าอาร์เอ็มเอสของความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสสลับ

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น

ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง

ี 1. ค่ายังผลของไฟฟ้ากระแสสลับคือค่าสูงสุด 1. ค่ายังผลของไฟฟ้ากระแสสลับเป็นค่าเฉล่ย ี ำ แบบรากท่สองกาลังสองเฉล่ย ซ่งมีค่าน้อย ี ึ กว่าค่าสูงสุดเสมอ 2. ปริมาณไฟฟ้ากระแสสลับมีขนาดคงตัว 2. ปริมาณไฟฟ้ากระแสสลับมีขนาดเปล่ยน ี แต่มีทิศทางเปลี่ยนกลับไปกลับมา แปลงตามเวลา และมีทิศทางเปลี่ยน

กลับไปกลับมา

แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 14-15 ของหัวข้อ 15.5 ตามหนังสือเรียน

ครูนำาเข้าสู่หัวข้อ 15.5.1 โดยตั้งคำาถามว่า เมื่อต่อไฟฟ้ากระแสสลับกับอุปกรณ์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ี ท่ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าจะมีค่าคงตัวหรือไม่อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ ำ โดยไม่คาดหวังคาตอบท่ถูกต้อง จากน้นครูใช้สมการ ε (t) = ε sin (ωt) นาอภิปรายเก่ยวกับกระแสไฟฟ้า ี ี ำ ั 0 ำ ู ึ ท่อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น ตัวต้านทาน ซ่งต่ออย่กับแหล่งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับดังรูป 15.57 จนสรุปได้ว่า ี ์ ี กระแสไฟฟ้าท่ผ่านตัวต้านทานมีการเปล่ยนแปลงตามเวลาในรูปของฟังก์ชันแบบไซน เหมือนความต่างศักย ์ ี โดยมีเฟสตรงกัน ดังรูป 15.58 ครูตั้งคำาถามว่าความต่างศักย์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ตามบ้านเรือนในประเทศไทยมีค่าเป็นเท่าไร ให้ ์ นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนตอบได้ว่าตามบ้านเรือนใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 230 โวลต หรือครูอาจ สาธิตโดยใช้เครื่องวัดความต่างศักย์วัดกระแสไฟฟ้าจากปลั๊กไฟ นำามาอภิปรายร่วมกับนักเรียน จากนั้นตั้ง ั ็ ่ ่ ี ั ้ ่ คาถามวาการระบความตางศกยขางตนเปนคาคงตวทาไดอยางไร ทงทไฟฟากระแสสลบมค่าความตางศกย ์ ำ ้ ้ ั ่ ั ่ ่ ุ ี ้ ำ ้ ั ์ และกระแสไฟฟ้าเปล่ยนแปลงตามเวลา ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม ่ ี ั ้ ็ ์ ่ ้ ั ้ ี ั ่ ำ ู ั ้ ู ้ ี ่ คาดหวงคาตอบทีถกตอง จากนนใหนกเรยนศกษาความรเกยวกับคาอารเอมเอสของไฟฟากระแสสลบจาก ึ หนังสือเรียน หรือสืบค้นจากแหล่งความรู้อื่น แล้วให้นักเรียนนำาเสนอผลการศึกษาหรือการสืบค้น จากนั้น ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกันจนสรุปได้ว่าค่าอาร์เอ็มเอสเป็นค่าเฉล่ยแบบรากท่สองของกาลัง ำ ี ี ี ั สองเฉล่ย บางคร้งเรียกว่าค่ายังผล หรือค่ามิเตอร์มีค่าตามสมการ (15.9) และ (15.10) ตามรายละเอียด ในหนังสือเรียน จากนั้นให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.11 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ำ ครูอาจถามคาถามชวนคิดในหน้า 78 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำาอภิปรายจนได้แนวคำาตอบดังนี้

แนวคำาตอบชวนคิด

ไฟฟ้าตามบ้านเรือน ที่ระบุความต่างศักย์ไฟฟ้า 230 โวลต์ จะมีความต่างศักย์สูงสุดเท่าใด

แนวคำาตอบ ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ระบุไว้เป็นความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส ซึ่งความต่างศักย์สูงสุดมีค่า เป็น 1.414 เท่าของความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส ดังนั้นความต่างศักย์สูงสุดมีค่า 325 โวลต์

ความรู้เพิ่มเติมสำาหรับครู

ค่ายังผลของปริมาณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้ากระแสสลับ ค่ายังผลเป็นค่าของกระแสไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับท ่ ี ้ ่ ้ ั ี ่ ่ ี ี ้ ่ ั ี ั ี เทยบคากบคาทวดไดจากวงจรไฟฟากระแสตรงทมตวตานทานทมความตานทานคาเดยวกน ี ้ ี ั ่ ่ (หรือเหมือนกันทุกประการ) เกิดความร้อนเท่ากันในเวลาเท่ากัน อาจใช้วิธีอินติเกรต หาได้ดังนี้ ถ้าให้ R เป็นความต้านทาน และ W เป็นความร้อนในตัวต้านทาน พิจารณาเมื่อกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ i = I sin (ωt) ผ่านตัวต้านทาน R ในช่วงเวลา 1 รอบ 0 คือ T dW = i R dt 2 2 dW = (I sin (ωt)) R dt 0 W T 2 2 ∫ dW IR sin ω 0 ∫ ( ) tdt 0 0 IR T 2 W 0 ∫ sin 2 ( ) ( ) tω td ω ω 0 ∫ sin 2 θ d θ θ − sin 2θ จาก 2 4 IR ω t sin2 t ω  T 2  จะได้ W 0  −  ω  2 4 0  2 IR  Tω  W 0 − 0 − 0 − 0  ω  2   2 IRT W 0 2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี