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 () นั้นมีความสัมพันธ์กับ x ดังนั้นเพื่อที่จะหาทิศทางของแรงแม่เหล็ก เราสามารถใช้ “กฎมือขวา” ช่วยได้ โดยมีขั้นตอนดังนี้
- ใช้นิ้วชี้ – ก้อย มือขวา ชี้ไปตามทิศของ
- หักทั้ง 4 นิ้ว เข้าหา
- ทิศของนิ้วโป้งจะมีทิศชี้ไปทาง x
จากนั้นเราจะสามารถหาทิศของแรง () ได้โดย
- หากประจุเป็น + แรง () จะมีทิศเดียวกับ x
- หากประจุเป็น – แรง () จะมีทิศตรงข้ามกับ x 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