ในวิชาฟิสิกส์เรื่องสนามแม่เหล็กนั้น เราจะต้องรู้จักกับสนามแม่เหล็กและทำความเข้าใจกับปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นหรือเกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กในระดับพื้นฐาน รวมถึงต้องสามารถคำนวณและระบุทิศทางของเวกเตอร์ต่าง ๆ ได้ด้วย ในบทความนี้ เราจะมารู้จักกับสนามแม่เหล็กกันก่อน และดูว่ามันทำให้ “ประจุไฟฟ้า” เคลื่อนที่เป็นวงกลมได้อย่างไร ไปดูกันเลยครับ

สนามแม่เหล็กคือ...

 สนามแม่เหล็ก เป็นปริมาณเวกเตอร์อย่างหนึ่งโดยมีลักษณะวิ่งจากแม่เหล็กขั้วเหนือ (N) ไปยังขั้วใต้ (S) ดังรูป ซึ่งเราสามารถหาทิศทางของสนามแม่เหล็กได้โดยลองเอาเข็มทิศไปวางเอาไว้ใกล้ ๆ แม่เหล็ก เข็มทิศจะหันหัวไปตามทิศสนามแม่เหล็กครับ (เป็นสาเหตุให้เราไม่ควรเอาเข็มทิศไปวางใกล้แม่เหล็กนั่นเอง)

เกร็ดความรู้ : ดาวโลกเองก็เป็นแม่เหล็กตัวหนึ่ง ซึ่งมีสนามแม่เหล็กวิ่งจากขั้วโลกใต้ ไปยังขั้วโลกเหนือ นั่นเป็นสาเหตุที่เข็มทิศมักจะชี้ไปทางทิศเหนือนั่นเอง

แล้วทำไมประจุไฟฟ้าถึงเคลื่อนที่เป็นวงกลมล่ะ?

 การที่ประจุจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมนั้น ต้องมีแรงสักแรงมากระทำให้ประจุเกิดการเลี้ยวโค้งขึ้น (ซึ่งตามหลักแล้วจะต้องเป็นแรงที่ตั้งฉากกับความเร็วของประจุ)

คำถามคือ สนามแม่เหล็กทำให้เกิดแรงนั้นได้อย่างไร?

เช่นเดียวกับสนามโน้มถ่วงโลก(g) สนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงกับวัตถุในสนาม ต่างกันตรงที่

• สนามโน้มถ่วงโลกนั้นจะทำให้เกิดแรงดึงดูดกับวัตถุทั้งหมดที่อยู่ในสนาม
• แต่สนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงกับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า และเมื่อวัตถุนั้นเคลื่อนที่เท่านั้น

โดยเราจะสามารถหาแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นได้จากสมการ

จะเห็นได้ว่าแรงแม่เหล็ก ($\vec{F}$) นั้นมีความสัมพันธ์กับ $\vec{v}$ x $\vec{B}$ ดังนั้นเพื่อที่จะหาทิศทางของแรงแม่เหล็ก เราสามารถใช้ “กฎมือขวา” ช่วยได้ โดยมีขั้นตอนดังนี้

1. ใช้นิ้วชี้ – ก้อย มือขวา ชี้ไปตามทิศของ $\vec{v}$
2. หักทั้ง 4 นิ้ว เข้าหา $\vec{B}$
3. ทิศของนิ้วโป้งจะมีทิศชี้ไปทาง $\vec{v}$ x $\vec{B}$

จากนั้นเราจะสามารถหาทิศของแรง ($\vec{F}$) ได้โดย

• หากประจุเป็น + แรง ($\vec{F}$) จะมีทิศเดียวกับ $\vec{v}$ x $\vec{B}$
• หากประจุเป็น – แรง ($\vec{F}$) จะมีทิศตรงข้ามกับ $\vec{v}$ x $\vec{B}$ ซึ่งน้อง ๆ สามารถดูภาพประกอบแต่ละกรณีได้ดังรูปที่แสดงอยู่ครับ

ตัวอย่างการเคลื่อนที่แต่ละแบบ

ตัวอย่างที่ 1

ในตัวอย่างนี้เราจะให้สนามแม่เหล็กมีทิศ +z และประจุไฟฟ้าเป็น +q

เราจะสามารถหาทิศของแรงแม่เหล็กจากกฎมือขวาได้ตามนี้ครับ

ภาพ 3 มิติ	ภาพ 2 มิติ
ดูรูป 3 มิติใน AR view

และนั่นจะทำให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นวงกลมแบบนี้

ตัวอย่างที่ 2

ในเราจะให้สนามแม่เหล็กมีทิศ +z เช่นเดิม แต่เปลี่ยนประจุไฟฟ้าเป็น -q

เราจะสามารถหาทิศของแรงแม่เหล็กด้วยกฎมือขวาได้ตามนี้

ภาพ 3 มิติ	ภาพ 2 มิติ
ดูรูป 3 มิติใน AR view

และนั่นจะทำให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นวงกลมแบบนี้ครับ

ตัวอย่างที่ 3

เราจะเปลี่ยนทิศของสนามแม่เหล็กให้เป็นทิศ -z และให้ประจุไฟฟ้าเป็น +q

เราจะสามารถหาทิศของแรงแม่เหล็กได้โดยกฎมือขวาแบบนี้

ภาพ 3 มิติ	ภาพ 2 มิติ
ดูรูป 3 มิติใน AR view

และนั่นจะทำให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่แบบนี้

ตัวอย่างที่ 4

สุดท้ายเราจะให้สนามแม่เหล็กมีทิศ -z และเปลี่ยนประจุไฟฟ้าเป็น -q

เราจะสามารถหาทิศของแรงแม่เหล็กได้ตามนี้ครับ

ภาพ 3 มิติ	ภาพ 2 มิติ
ดูรูป 3 มิติใน AR view

ซึ่งจะเห็นว่า ประจุไฟฟ้ายังคงเคลื่อนที่เป็นวงกลมเช่นเดิมนั่นเองครับ

สรุป

เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงแม่เหล็กขึ้นตามสมการ ซึ่งเราจะสามารถหาทิศของแรงแม่เหล็กได้ตามกฎมือขวา ซึ่งจะได้ผลลัพท์ว่าแรงที่เกิดขึ้นนั้น จะตั้งฉากกับความเร็วของประจุไฟฟ้าเสมอ ทำให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นวงกลมนั่นเองครับ

🚨🚨🚨สำคัญมากจากพี่จ๋อ🚨🚨🚨

ขอเวลาสักครู่ ทำแบบสอบถามเพื่อพัฒนาสื่อการสอน หน่อยครับ