แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic force)
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าคือ 1 ใน 4 แรงพื้นฐานในธรรมชาติ (fundamental interactions in nature)ซึ่งแรงอีก 3 ชนิด ได้แก่ แรงนิวเคลืออย่างอ่อน (weak interaction) แรงนิวเคลืยร์อย่างเข้ม (strong interaction) และความโน้มถ่วง (gravitation) แรงแม่เหล็กไฟฟ้านี้อธิบายด้วยทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า และอันตรกิริยาของอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก ซึ่งเกิดการเหนี่ยวนำระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด
http://electronics-friendship.blogspot.co.uk/2013/12/blog-post.html
จากการพัฒนาทฤษฎีในปัจจุบัน และการค้นพบควาร์ก ซึ่งถือได้ว่าเป็นยุคของควาร์ก (quark epoch) ได้มีการรวมแรงพื้นฐานเข้าด้วยกัน 2 ชนิด ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน เรียกว่า แรงอิเล็กโทรวีค (electroweak force)แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกี่ยวข้องกับสมบัติของสสารในชีวิตประจำวันที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลในสสาร เมื่อพิจารณาในระดับอะตอมเราพบว่า อิเล็กตรอนแสดงสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีวงโคจรรอบๆ นิวเคลียสของอะตอม ทำให้สามารถสร้างเป็นโมเลกุลชนิดต่างๆ ได้ ซึ่งพันธะเคมีระหว่างอะตอมของสารสามารถอธิบายได้โดยอ้างถึงอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนเกี่ยวกับสมบัติความเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และโมเมนตัมของอิเล็กตรอน (the momentum of the electrons)
แบบจำลองอะตอม
http://fatscientist.wordpress.com/chemistry
ทฤษฎีที่อธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในเชิงคณิตศาสตร์ที่สำคัญในกลศาสตร์แผนเก่า กล่าวว่า สนามไฟฟ้า (electric fields) คือความสัมพันธ์ระหว่าง ศักย์ไฟฟ้า (electric potential) และกระแสไฟฟ้า (electric current) ตามกฎของโอห์ม (Ohm's law) สนามแม่เหล็ก (magnetic fields) เกิดจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก ซึ่ง สมการแม็กเวลล์ (Maxwell's equations) สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ซึ่งเกิดจากการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาทฤษฎีในการอธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นลักษณะของอนุภาคที่มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง โดยเป็นการกระจายผ่านตัวกลางชนิดต่าง โดยทฤษฎีนี้เรียกว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (special relativity) นำเสนอโดย ไอน์สไตน์(Albert Einstein)ในปี ค.ศ. 1905
ประโยชน์ของแม่เหล็กไฟฟ้า (Applications of electromagnets)
แม่เหล็กไฟฟ้ามีประโยชน์มากมาย ใช้หลักการที่แม่เหล็กดูดแผ่นโลหะเมื่อว่างวงจรปิดซึ่งเป็นการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล เช่นพลังงานเสียง
ออดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียงจากกระแสตรง แผ่นโลหะจะถูกดูดโดยแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้จุดสัมผัสแยกออก มีผลให้กระแสที่เข้ามายังแม่เหล็กไฟฟ้าหยุดไหล ดังนั้นแผ่นโลหะจึงดีดกลับ เกิดขึ้นเช่นนี้เรื่อยๆ มีผลให้แผ่นโลหะสั่นเกิดเสียงออตขึ้น ในกระดิ่งไฟฟ้ามีค้อนติดกับแผ่นโลหะใกล้กับกระดิ่งเมื่อแผ่นโลหะสั่นค้อนก็จะเคาะกระดิ่ง
http://www.plazathai.com/show-105627.html
ปั้นจั่นเป็นการประยุกต์ใช้หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าไปใช้เป็นเครื่องมือสำหรับยกของจำพวกโลหะ ใช้สำหรับดูดเศษเหล็กจากเศษโลหะอื่นๆ เมื่อต้องการใช้ก็เปิดสวิทช์ ทำให้เหล็กที่เป็นแกนของขดลวดเป็นแม่เหล็กดูดเศษเหล็กได้ และเมื่อใช้เสร็จก็ปิดสวิทช์ แกนเหล็กก็จะไม่เป็นแม่เหล็ก ปล่อยเศษเหล็กให้หลุดลงมา
หูฟังเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนสัญญานไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียง ใช้แม่เหล็กถาวรดูดแผ่นไดอะแฟรม ความแรงของแรงดึงดูดเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า แผ่นไดอะแฟรมจะสั่นทำให้เกิดเสียง
http://www.l3nr.org/posts/479906
รถไฟความเร็วสูงเป็นรถไฟที่มีแม่เหล็กไฟฟ้าติดอยู่ข้างใต้ซึ่งเคลื่อนที่ ไปบนรางที่มีแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กผลักซึ่งกันและกันทำให้รถไฟลอยเหนือราง เป็นการลดแรงเสียดทานระหว่างรถไฟและราง ทำให้เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น
http://pracob.blogspot.co.uk/2013/03/high-speed-rail-in-china.html
เรียบเรียงจาก
http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetism
http://webhtml.horhook.com/wbi/ec/5magnet-04.htm
แรงโน้มถ่วง (Gravitational force)
ความโน้มถ่วง (gravity) หรือ แรงโน้มถ่วง (gravitational force) ในทางฟิสิกส์คือแรงที่กระทำระหว่างมวลแรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่แรงหลัก ซึ่งประกอบด้วย แรงโน้มถ่วงแรงแม่เหล็กไฟฟ้าแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และ แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ในจำนวนแรงทั้งสี่แรงหลัก แรงโน้มถ่วงมีค่าน้อยที่สุด ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่ก็เป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงมีความแรงแปรผันตรงกับมวล และแปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง ไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใดๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพไว้ด้วยกัน
นอกเหนือจากความโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างมวลแล้ว ความโน้มถ่วงยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่เราเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเช่น การเพิ่มหรือลดความเร็วของวัตถุ การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เป็นต้น
กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน
แรงโน้มถ่วงของโลกเป็นแรงซึ่งโลกกระทำต่อวัตถุทุกชิ้น โดยมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางโลก เป็นแรงที่ยึดเหนี่ยววัตถุให้ติดอยู่กับพื้นโลก มิฉนั้นวัตถุหรือแม้กระทั้งบรรยากาศจะหลุดปลิวไปในอากาส นิวตันได้ค้นพบธรรมชาติพื้นฐานของแรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุใดๆ สองวัตถุ นิวตันตีพิมพ์กฏความโน้มถ่วงพร้อมกับกฏการเคลื่อนที่ 3ข้อของเขา ในปี ค.ศ.1687 เราอาจแถลงกฏนี้ได้ดังนี้
"ทุกอนุภาคสสารนี้เอกภพดึงดูดทุกอนุภาคอื่นด้วยแรงซึ่งแปรผันตรงกับผลคูณของมวลของอนุภาคและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาคทั้งสองนั้น"
เมื่อ F แทนความโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง
Gแทนค่านิจโน้มถ่วงสากล
m1แทนมวลของวัตถุแรก
m2แทนมวลของวัตถุที่สอง
r แทนระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง
นั่นคือความโน้มถ่วงแปรผันตรงกับมวล (มวลมากก็มีความโน้มถ่วงมาก) และแปรผกผันกับระยะห่างกำลังสอง (ระยะห่างมากก็มีความโน้มถ่วงน้อย)
การเคลื่อนที่ของวัตถุในสนามโน้มถ่วง
วัตถุที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกจะถูกโลกดึงดูดดังนั้นเมื่อปล่อยวัตถุให้ตกบริเวณใกล้ผิวโลกแรงดึงดูดของโลกจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น นั่นคือ วัตถุมีความเร่ง
การตกของวัตถุที่มีมวลต่างกันในสนามโน้มถ่วงวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัวเรียกว่าความเร่งโน้มถ่วง(gravitationalacceleration)มีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางของโลกความเร่งโน้มถ่วงที่ผิวโลก มีค่าต่างกันตามตำแหน่งทาง ภูมิศาสตร์ในการตกของวัตถุวัตถุจะเคลื่อนที่ลงด้วยความเร่งโน้มถ่วง9.8เมตรต่อวินาทียกกำลังสองซึ่งหมายความว่าความเร็วของวัตถุจะเพิ่มขึ้นวินาทีละ 9.8 เมตรต่อวินาที
ถ้าโยนวัตถุขึ้นในแนวดิ่งวัตถุในสนามโน้มถ่วงจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร่งโน้มถ่วงg โดยมีทิศเข้าสู่ศูนย์กลางโลกทำให้วัตถุซึ่งเคลื่อนที่ขึ้นมีความเร็วลดลงวินาทีละ9.8เมตรต่อวินาทีจนกระทั่งความเร็วสุดท้ายเป็นศูนย์จากนั้นแรงดึงวัตถุให้ตกกลับสู่โลกด้วยความเร่งเท่าเดิม
การเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงของวัตถุที่บริเวณใกล้ผิวโลก ถ้าคำนึงถึงแรงโน้มถ่วงเพียงแรงเดียว โดยไม่คิดถึงแรงอื่นเช่นแรงต้านอากาศหรือแรงลอยตัวของวัตถุในอากาศ แล้ววัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งโน้มถ่วงที่มีค่าคงตัวเท่ากับ 9.8เมตรต่อวินาที่ยกกำลังสองในทิศลง เรียกการเคลื่อนที่แบบนี้ว่าการตกแบบเสรี(freefall)
ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงโลก
การพังทลายของดินกับแรงโน้มถ่วงของโลก
ปัจจัยที่ทำให้เกิดการพังทลายของดิน ได้แก่ แผ่นดินไหว มนุษย์ สัตว์ น้ำ ลม และแรงโน้มถ่วงของโลก แรงโน้มถ่วงของโลกมีผลทำให้เกิดการพังทลายของดิน ซึ่งพบได้จากบริเวณที่มีความลาดชันสูง เมื่อมีฝนตกหนักจนดินอิ่มตัว ทำให้แรงยึดตัวของดินมีน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลก ดินที่อิ่มตัวด้วยน้ำจะเคลื่อนที่จากที่สูงลงสู่ที่ต่ำตามแรงดึงดูดของโลก เกิดดินเลื่อนหรือดินถล่มเป็นต้น
(อ้างอิง : http://cw.rmui.ac.th ปฐพีวิทยาเบื้องต้น) (อ้างอิงรูปภาพ : gothai.net)เรียบเรียงจาก
http://www.gotoknow.org/posts/504730
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitation
http://wachirapornloysmith26171.wordpress.com
แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (Weak force)
อันตรกิริยาอย่างอ่อน หรือบางครั้งเรียกกันทั่วไปว่า แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (Weak interaction, weak nuclear force) เป็นหนึ่งในแรงพื้นฐานสี่ประการในธรรมชาติ ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคแรงนี้ขึ้นกับการแลกเปลี่ยนระหว่างอนุภาคโบซอน W กับ Z ผลกระทบที่รู้จักกันดีคือการเกิดปฏิกิริยาBeta decay(หรือการเปล่งพลังงานของอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนโดยนิวตรอนในนิวเคลียสอะตอม) และการแผ่กัมมันตรังสีคำว่า "อ่อน" มาจากขนาดความเข้มของสนามพลังทั่วไปที่ 10-11เท่าของความเข้มของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า และ 10-13เท่าของอันตรกิริยาอย่างเข้มหรือจะกล่าวโดยรัดกุมได้ว่า"เกิดจากการที่นิวตรอนมีอันตรกิริยากับสนามซึ่งเกี่ยวข้องกับอัตรกิริยาอย่างอ่อน และปลดปล่อยก้อนควอนตัมออกมา 1 ก้อน นั่นคือ intermediate vector boson ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลในช่วงที่กำหนด โดยหลักความไม่แน่นอนในกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งโบซอนนี้จะกลายเป็นอิเล็กตรอนและปฏิของนิวตริโนนั่นเอง"
แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (Weak Nuclear Force)เป็นแรงที่ทำให้เกิดการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี แรงนี้จะกระทำกับอนุภาคสปิน 1/2 ที่มีมวล แต่ไม่กระทำกับอนุภาคที่มีสปินเป็นจำนวนเต็มอย่างแกรวิตอนหรือโฟตอน การศึกษาระยะหลังโดย แอบัส ซาลัม (Abus Salam) และ สตีเวน ไวน์เบอร์ก (Steven Weinberg) สามารถรวมแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนเข้ากับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ทั้งสองพบว่า นอกจากโฟตอนแล้วยังมีอนุภาคที่มีสปิน 1 อีกสามตัว คือ W+, W- และ Z0 แต่ละตัวมีเนื้อสารราวๆ 100 GeV (หนักกว่าโปรตอนหรือนิวตรอนร้อยกว่า ทั้งโปรตอนและนิวตรอนมีเนื้อสารประมาณ เก้าร้อยกว่าๆ MeV เอง).. ในระดับพลังงานสูงๆ อนุภาคทั้งสามจะทำตัวเหมือนโฟตอนมากๆ แต่ในระดับพลังงานต่ำจะไม่เป็นเช่นนั้น เพราะว่าอนุภาคทั้งสามมีมวลเยอะ
แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (Strong force)
แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มเป็นแรงที่ยึดควาร์กในโปรตอนและนิวตรอน และยังยึดโปรตอนกับนิวเคลียสของอะตอมเข้าด้วยกัน อนุภาคที่เป็นพาหะเป็นอนุภาคสปิน 1 ชื่อว่า "กลูออน" (Gluon) .. แรงจะกระทำกับควาร์กและกลูออนด้วยกัน แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ค่อนข้างประหลาดตรงที่มีขอบเขตจำกัด คือว่าควาร์กจะอยู่โดดๆ ไม่ได้ จะต้องรวมตัวกันให้ได้เป็นสีขาวเท่านั้น (ควาร์กมีสามสี) การรวมตัวอาจจะเป็นแดง+เขียว+น้ำเงินก็ได้ หรืออีกแบบจะเป็นควาร์ก+แอนตี้ควาร์ก (เช่น แดง+แอนตี้แดง) แต่การรวมตัวแบบนี้จะไม่เสถียร อนุภาคที่ไม่เสถียรนี้เรียกว่ามีซอน (Meson) .. ทำนองเดียวกัน กลูออนก็มีสีและต้องรวมเป็นสีขาวให้ได้ ซึ่งอยู่ในสภาพเสถียรไม่ได้เหมือนกัน การรวมตัวแบบนี้เรียกว่า กลูบอล (Glueball) . ในสภาพปกติแรงนิวเคลียร์แบบแข็งมีค่าเยอะมาก
ทฤษฎีรวมแรงพื้นฐาน
แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetism) และแรงนิวเคลียร์ชนิดอ่อน (Weak nuclear forces) ทั้งสองแรงประสบความสำเร็จ ที่ทำให้เป็นแบบเดียวกันในด้านทฤษฎีโดยตรง ตั้งแต่ปี ค.ศ.1970
ส่วนแรงโน้มถ่วง (Gravity force) และแรงนิวเคลียร์ชนิดเข้ม (Strong nuclear force) ยังคงค้างและรอทฤษฎีโดยตรงอยู่ แต่มีความนิยมในแนวคิดรวมกันของ
แรงทั้งสอง เรียกว่า Supersymmetry (SUSY)
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด
The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.
Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved.
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)