แบบจำลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) โบร์ได้ปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด โดยการตั้งสมมติฐานขึ้น 2 ข้อ สมมติฐานข้อที่ 1 อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียสจะมีวงโคจรพิเศษที่อิเล็กตรอนไม่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยที่ในวงโคจรพิเศษนี้อิเล็กตรอนจะมีโมเมนตัมเชิงมุม L คงตัว โมเมนตัมเชิงมุมนี้มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวมูลฐาน ( เมื่อ h แทนค่าคงตัวของพลังค์ (Planck Constant) = 6.63x10-34 Js) สมมติฐานข้อที่ 2 อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวงโคจรพิเศษ

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่จุดศูนย์กลางเรียกว่า "นิวเคลียส" ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆ นิวเคลียสที่ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก และเขาคำนวณพบว่า นิวเคลียสมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-15 ถึง 10-14 เมตร ในขณะที่อะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร แสดงว่า ขนาดอะตอมจึงใหญ่กว่าขนาดของนิวเคลียสประมาณหนึ่งแสนเท่า แต่ก็มีข้อบกพร่องเพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมประจุบวกจึงรวมกันอยู่ในนิวเคลียส และทำไมอิเล็กตรอนจึงสามารถโคจรรอบนิวเคลียสได้ทั้งที่สูญเสียพลังงานจลน์ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมก

การทดลองของทอมสัน (Joseph J. Thomson) เขาทดลองเพิ่มเติมจากแนวความคิดของครูกส์ พบว่า รังสีแคโทดเป็นลำอนุภาคที่มีประจุลบ หรือเรียกว่า อนุภาครังสีแคโทด (Cathode Ray Particle) ต่อมาเรียกใหม่ว่า "อิเล็กตรอน (Electron) " และถือว่า "ทอมสันเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบอิเล็กตรอน" ทอมสันสามารถค้นพบค่าประจุต่อมวล q/m มีค่าเท่ากับ 1.76x 1011 คูลอมบ์ต่อกิโลกรัม
การทดลองหยดน้ำมันของมิลลิแกน (Robert A.Millikan) เป็นการทดลองเพื่อต่อยอดความรู้ของทอมสัน ทำให้มิลลิแกนสรุปได้ว่า "ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีขนาดเท่ากับ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ " และนิยมใช้สัญลักษณ์ "e" แทนค่าประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน และยังสามารถค่า "มวลของอิเล็กตรอนได้เท่ากับ 9.1 x 10-31 กิโลกรัม"
หลังจากที่มีการค้นพบอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม ทำให้ขัดแย้งกับทฤษฎีอะตอมในอดีตที่เข้าใจว่า อะตอมแบ่งแยกไม่ได้ ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอมขึ้นมาเรียงตามความเชื่อถือ ดังต่อไปนี้
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบกระจายกันอยู่ เหมือนเม็ดแตงโม แต่ไม่สามารถอธิบายการทดลองได้ จึงทำให้ล้มเหลวในที่สุด

ฟิสิกส์อะตอม

ฟิสิกส์อะตอม
คำว่า "อะตอม" เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก (ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลอง เพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าว
ต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการ ทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่า
สสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไป
ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น
สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัว
น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน
แบบจำลองอะตอม ( Atomic model )
เป็นภาพทางความคิดที่แสดงให้เห็น รายละเอียดของโครงสร้างอะตอมที่สอดคล้อง กับผลการทดลองและใช้อธิบายปรากฎการณ์ ของอะตอมได้ ซึ่งหลังจากสมัยของดาลตัน ผลการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ในรุ่นต่อมาได้ค้นพบว่าอะตอมมีโครงสร้างที่สลับซับซ้อน มีธรรมชาติที่เป็นไฟฟ้าเกี่ยวข้องอยู่ด้วย และสามารถแบ่งแยกให้เล็กลงได้อีกในบางอะตอม ดังนั้นจึงมีแบบจำลองอะตอมของนักวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นมาอีกหลายแบบ ได้แก่
ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ได้มีการค้นพบรังสีชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า รังสีแคโทด (cathode ray) ที่ได้จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Julius Plicker ซึ่งใช้หลอดแก้วที่สูบอากาศออก และมีอิเล็กโตรด 2 อันอยู่คนละข้าง (แอโนดเป็นขั้วไฟฟ้าบวก และแคโทดเป็นขั้วไฟฟ้าลบ) ของหลอดแก้ว และต่อไปยังไฟฟ้าที่มีศักย์สูง ทำให้เกิดรังสีขึ้นภายในหลอดแก้ว เรียกว่า รังสีแคโทด
และในปี 1897 ได้มีผู้ทำการทดลองเกี่ยวกับรังสีแคโทดนี้ โดยค้นพบว่ามีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งต่อมาเรียกว่า "อิเล็กตรอน" จากรังสีแคโทด เขาผู้นี้คือ เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ( Sir Joseph John Thomson ) ดังนั้นความเชื่อที่เข้าใจกันว่าอะตอมแบ่งแยกอีกไม่ได้ จึงไม่ถูกต้องอีกต่อไป และ ทอมสันได้เสนอแบบจำลองอะตอมขึ้นใหม่ ดังนี้ "อะตอมมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าลบ อะตอมโดยปกติอยู่ในสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งทำให้ทั้งสองประจุนี้มีจำนวน เท่ากันและกระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอภายในอะตอม โดยมีการจัดเรียงที่ทำให้อะตอมมีสภาพเสถียรมากที่สุด" ดังรูป
แต่แบบจำลองอะตอมของทอมสันนี้ยังไม่สามารถอธิบายข้อสงสัยบางอย่างได้ เช่น ประจุไฟฟ้าบวก อยู่กันได้อย่างไรในอะตอม และ ไม่สามารถอธิบายคุณสมบัติอื่นๆของอะตอม ตัวอย่างเช่น สเปกตรัมที่แผ่ออกมาจากธาตุ จึงมีนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาค้นคว้าและทดลองเพื่อหาข้อเท็จจริงต่อมา และปัจจุบันก็ได้ทราบว่าแบบจำลองนี้ไม่ถูกต้อง
เออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ทำการทดลองยิงอนุภาคแอลฟา ( นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ) ไปที่แผ่นโลหะบาง ในปี พ.ศ.2449 และพบว่าอนุภาคนี้ สามารถวิ่งผ่านได้เป็นจำนวนมาก แต่จะมีเพียงส่วนน้อยที่เป็นอนุภาคที่กระเจิง ( การที่อนุภาคเบนจากแนวการเคลื่อนที่จากที่เดิมไปยังทิศทางต่างๆกัน ) ไปจากแนวเดิมหรือสะท้อนกลับทางเดิม
จากการทดลองนี้ รัทเธอร์ฟอร์ดจึงได้เสนอแบบจำลองอะตอมว่า " อะตอมมีลักษณะโปร่ง ประกอบด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่ที่ศูนย์กลางเรียกว่า นิวเคลียส ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมของมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆนิวเคลียสด้วยระยะห่างจากนิวเคลียสมาก เมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียส และระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนเป็นที่ว่างเปล่า"
แต่แบบจำลองนี้ยังมีข้อกังขาที่ยังไม่สามารถหาคำตอบได้คือ
1.อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยมีความเร่งจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ทำให้พลังงานจลน์ลดลง ทำไมอิเล็กตรอนวิ่งวนรอบนิวเคลียสตามแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด จึงไม่สูญเสียพลังงาน และไปรวมอยู่ที่นิวเคลียส
2. อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัว เมื่อวิ่งวนรอบนิวเคลียสจะจัดการเรียงตัวอย่างไร
3. ประจุบวกที่รวมกันอยู่ในนิวเคลียส จะอยู่กันได้อย่างไร ทั้งๆที่เกิดแรงผลัก
นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาเรื่องเกี่ยวกับอะตอม โดยได้เสนอ แบบจำลองอะตอมจากการทดลองที่เกิดขึ้น ซึ่งแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ดได้รับการยอมรับแต่ก็ยังไม่สมบูรณ์ จึงมีผู้พยายามหาคำอธิบายเพิ่มเติม โดยในปี 1913 นีล โบร์ (Niels Bohr) ได้นำทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมมาประยุกต์ใช้ในการทดลอง เพื่อพัฒนาแบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด แต่ในการทดลองของเขาสามารถอธิบายได้เฉพาะอะตอมของไฮโดรเจนที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว โดยได้เสนอแบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจนว่า
1. อิเล็กตรอนจะวิ่งวนเป็นวงกลมรอบนิวเคลียส โดยมีวงโคจรบางวงที่มีอิเล็กตรอนไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในวงโคจรดังกล่าว
2. อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานออกมา เมื่อมีการเปลี่ยนวงโคจรที่กล่าวในข้อที่ 1 พลังงานที่อิเล็กตรอนรับหรือปล่อยออกมาจะอยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ซึ่งสมมติฐานของโบร์ สามารถอธิบายปัญหาปรากฏการณ์ของอะตอมไฮโดรเจนได้ คือ
1. เหตุผลที่อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสของไฮโดรเจนได้โดยไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพราะอิเล็กตรอนโคจรในระดับพลังงานของอะตอมบางวง ซึ่งวงในสุดจะเสถียร
2. สเปกตรัมของไฮโดรเจนเกิดจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน จากสถานะกระตุ้นมายังสถานะต่ำกว่า หรือสถานะพื้น จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา อาจเห็นเป็นเส้นสว่างที่ไม่ต่อเนื่อง และอาจมีความถี่อื่นๆ อีกที่ตามองไม่เห็น

1.ทฤษฎีอะตอมความคิดที่ว่าสสารประกอบด้วยอะตอมได้เริ่มตั้งแต่ก่อนคริสต์กาลประมาณ 400 ปีมาแล้ว และได้มีการปรับปรุงแก้ไขจนเป็นทฤษฎิอะตอมขึ้นซึ่งเรียงลำดับได้ดังนี้1.1 ดีโมครีตุส (Democritus)เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีอะตอมของสสารขึ้น ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้1. สารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแยกต่อใปได้อีก เรียกว่าอะตอม และอะตอมนี้จะไม่มีการสูญหายหรือเกิดขึ้นใหม่ได้2. อะตอมของสารทุกชนิดจะเหมือนกันหมดแต่โครงสร้างการจับตัวของอะตอมของสารแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกัน ดังนั้นสารต่างชนิดกันจึงมีอะตอมเหมือนกัน แต่การจับตัวของอะตอมต่างกันเท่านั้น3. ที่ว่างระหว่างอะตอม (Void) อะตอมสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระในที่ว่างนี้1.2 อริสโตเติล (Aristotle)เป็นผู้ที่ไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุส ที่กล่าวว่าระหว่างอะตอมจะมีที่ว่าง เขาได้เสนอความคิดเห็นได้ดังนี้ สารทุกชนิดสามารถถูกแบ่งให้เล็กลงไปได้ โดยไม่มีที่สิ้นสุดและธาตุแท้ของสารทั้งหลายมีเพียงสี่อย่างเท่านั้นคือ " ดิน น้ำ ลม ไฟ " เนื่องจากขณะนั้นอริสโตเติลมีคนเลื่อมใสมากจึงทำให้ทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุสซบเซาไปเกือบสองพันปีทฤษฎีอะตอมเริ่มกลับมาสู่ความเชื่อถือใหม่อีกครั้งหนึ่ง ประมาณต้นคริสต์ศตวรรษที่ 17 โดยมีสาเหตุดังต่อไปนี้1.ทอริเชอรี่ (Torricelli) สามารถประดิษฐ์เครื่องสูบอากาศ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสูญอากาศหรือสภาพว่างเปล่านั้นมีจริง2.ทฤษฎีกลศาสตร์ของกาลิเลโอและนิวตันแสดงให้เห็นว่าคำสอนของอริสโตเติลหลายตอนไม่เป็นจริงทำให้ความเชื่อถือในคำสอนของอริสโตเติลเสื่อมคลายลง3.โรเบิตบอยล์ (Robert Boyle ) ได้ทำการทดลองและสรุปไว้ว่า "ที่อุณหภูมิคงที่ความดันของก๊าซจะแปรผันกลับกับปริมาตรของก๊าซและเบอนูลี่ (Bernoulli) ได้ทำการพิสูจน์กฏของบอยล์ โดยสมมติให้ก๊าซประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ(ซึ่งเรียกว่าโมเลกุล) วิ่งด้วยอัตราเร็วสูงและเกิดการชนกันตามกฏของนิวตัน ปรากฏว่าได้ผลออกมาตรงกับกฏของบอยล์ จึงเป็นการยืนยันได้ว่าอะตอมนั้นมีจริง4.จากความเจริญของวิชาเคมี ได้มีการตั้งกฎทรงมวลและกฎสัดส่วนพหุคูณของปฏิกิริยาเคมีขึ้น จากกฎทั้งสองนี้ทำให้ดาลตันทำให้ดาลตันสร้างทฤษฎีอะตอมขึ้นสำเร็จประมาณต้นศตวรรษที่ 191.3 ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน (Dalton) มีรายละเอียดดังนี้1. สสารประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้2. อะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีลักษณะต่างกัน อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการ 3. อะตอมของธาตุชนิดหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นอะตอมของธาตุชนิดอื่นไม่ได้4. หน่วยย่อยของสารประกอบคือโมเลกุล จะประกอบด้วยอะตอมของธาตุองค์ประกอบในสัดส่วนที่แน่นอน5. ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ อะตอมจะสูญหาย หรือ เกิดขึ้นใหม่ไม่ได้แต่อะตอมจะเกิดการจัดเรียงตัวกันเป็นโมเลกุลใหม่เกิดเป็นสารประกอบใหม่ขึ้น2. อิเล็กตรอนในปี ค.ศ. 1874 G.J. Stoney ได้อธิบายถึงลักษณะของอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารโดยกล่าวว่าอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารนั้นเป็นอนุภาคเล็กๆ และอนุภาคเหล่านั้นอยู่ร่วมกันกับอะตอม Stoney ได้เสนอชื่อของอนุภาคนั้นว่าอิเล็กตรอน(Electron ) แต่นั่นเป็นเพียงการกล่าวถึงอิเล็กตรอนเท่านั้น จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1879 Sir William Crookes ได้ทำการทดลองค้นพบอนุภาคไฟฟ้าที่เรียกว่าอิเล็กตรอนได้และต่อมาในปี ค.ศ. 1897 Sir J.J.Thomson ได้ทำการทดลอง และหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1909 R.A. Millikan จึงสามารถหาประจุและมวลของอิเล็กตรอนได้สำเร็จ3.การทดลองของครูกส์ (Sir William Crookes)ในปี ค.ศ.1894 Sir William Crookes ได้สร้างเครื่องมือชนิดหนึ่งขึ้นมาเป็นหลอดแก้วมีแผ่นโลหะ 2 แผ่น เรียกว่า อิเล็กโตรด ซึ่งต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง แผ่นโลหะที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าลบเรียกว่าคาโธด(Cathode) ส่วนแผ่นที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าบวกเรียกว่าอาโนด (Anode) จัดให้เกิดความต่างศักย์ที่สูงมากระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสอง สูบก๊าซออกเกือบหมดแสงสว่างนั้นจะหายไป ภายในหลอดจะมืดแต่เกิดเรืองแสงสีเขียวอ่อนที่ปลายหลอดแก้วด้านตรงข้ามกับคาโธด แสงนี้เกิดจากรังสีที่พุ่งมาจากคาโธด และเพื่อที่จะทดลองให้เห็นว่ารังสีคาโธดนี้เดินเป็นเส้นตรง ให้จัดแผ่นโลหะรูปกากบาทวางตั้งไว้ภายในหลอดจะปรากฏผลเป็นรูปกากบาทเกิดขึ้นที่ปลายหลอดแก้วด้านมีแสงเรืองดังรูปที่ 1 แสดงว่ารังสีที่มาจากคาโธดเดินเป็นเส้นตรงและผ่านทะลุแผ่นกากบาทนั้นไปไม่ได้ จึงไม่กระทบแก้วในส่วนที่กากบาทยังอยู่ เนื่องจากรังสีนี้พุ่งออกมาจากคาโธด จึงเรียกรังสีนี้ว่า รังสีคาโธด (Cathode ray )รูปที่ 1 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นตรง รูปที่ 2 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นโค้งในสนามแม่เหล็กนอกจากนั้นยังได้มีการศึกษาสมบัติอื่นๆ ของรังสีคาโธดอีก เช่นพบว่ารังสีนี้สามารถทำให้ซิงซัลไฟด์ ( ZnS ) มีแสงเรืองขึ้น ถ้าเอาแผ่นโลหะหรือแผ่นกระดาษซิงซัลไฟด์มาวางในทิศทางเดินของเส้นรังสีจะเห็นเส้นเรืองสีเขียวปรากฏบนแผ่นนั้น ด้วยเหตุนึ้จึงอาจใช้ฉากซิงซัลไฟด์เป็นเครื่องบอกทิศทางเดินของรังสีคาโธด ถ้าหากเอาแท่งแม่เหล็กเข้ามาใกล้ๆรังสีคาโธดจะทำให้สำแสงรังสีคาโธดเบนโค้งเข้าหาแท่งแม่เหล็กดังรูปที่ 2 และเมื่อกลับขั้วแม่เหล็กลำแสงจะเบนในทิศตรงข้าม ถ้าเอาแท่งแม่เหล็กออกแล้วใส่สนามไฟฟ้าแทนจะได้แนวรังสีเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้าจากการทดลองของครูกส์สรุปได้ว่า1.การที่ต่อแผ่นโลหะเข้ากับขั้วบวกและลบของแบตเตอรี่ แล้วทำให้เกิดเงาที่ฉากแสดงว่าจะต้องมีลำแสงออกมาจากขั้วลบและพยายามวิ่งเข้าหาขั้วบวก แต่มีแสงบางส่วนวิ่งตรงไปตั้งฉากทำให้เกิดเงากากบาทบนฉากขึ้นครูกส์เรียก ลำแสงที่ออกจากขั้วลบนี้ว่ารังสีคาโธด2.เมื่อนำแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำแสง จะทำให้เงากากบาทเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ แสดงว่าลำแสงมีการเบี่ยงเบนจึงสรุปได้ว่า รังสีคาโธดจะต้องเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและจากทิศทางที่เบี่ยงเบนไปทำให้ทราบว่าเป็นประจุลบซึ่งเรียกว่า อิเล็กตรอน4.การทดลองของทอมสัน (J.J. Thomson)ในปี ค.ศ. 1897 J.J. Thomson ได้ทำการทดลองเพื่อหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีคาโธด โดยการผ่านรังสีเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ทดลองมีลักษณะดังรูปที่ 3รูปที่ 3 แสดงการทดลองหา q/m ของทอมสันจากรูปรังสีคาโธดออกจากแผ่นคาโธด A วิ่งเข้าหาแผ่นอาโนด C ภายใต้ความต่างศักย์ V และวิ่งเป็นแนวตรงผ่านช่อง D และกระทบฉากซิงซัลไฟด์ ทำให้เกิดเรืองแสงขึ้นที่ฉากรูปที่ 4 แสดงการเคลื่อนที่ประจุในความต่างศักย์ Vพลังงานที่ A = พลังงานที่ C แทนค่า (-q) VA + 0 = (-q) VC + q ( VC - VA ) = q V = หรือ V = จากสมการจะเห็นได้ว่าเราจะหาค่า V ได้เมื่อทราบค่าอัตราส่วนของ q / m ดังนั้นสมการนี้จึงหาอัตราเร็วของประจุได้J.J. Thomson ทำการหาอัตราของประจุ โดยให้รังสีคาโธดที่ออกจากช่อง D ผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแล้วทำการปรับค่าสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าเพื่อให้รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรง ดังรูปที่ 5รูปที่ 5 รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ารูปที่ 6 แรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าสนามไฟฟ้าจากความต่างศักย์จะมีทิศพุ่งออกจากแผ่นบวกไปลบ ดังนั้นสนามไฟฟ้า (E ) มีทิศลงและแรงที่เกิดกับประจุลบในสนามไฟฟ้าจะมีทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าจึงมีทิศขึ้น ดังรูปและประจุลสบวิ่งตัดสนามแม่เหล็ก B จะทำให้เกิดแรงตามสมการ F = qv x B และจากสมการ Cross Vector หาทิศของแรงจะได้แรงมีทิศลงดังรูปจากรูป ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงตจะได้ = 0FE = FB Eq = qvB V = จากสมการแม่เหล็ก B หาได้จากการวัดและสนามไฟฟ้า E หาได้จากความต่างศักย์ตามสมการ E = Thomson ทำการหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลได้ โดยการให้รังสีคาโธดจากช่อง D วิ่งในสนามแม่เหล็กเพียงอย่างเดียวแล้วทำการวัดหาค่ารัศมีของรังสีในสนามแม่เหล็ก ดังรูป รูปที่ 7 การเคลื่อนที่ของรังสีคาโธดในสนามแม่เหล็กลักษณะการเคลื่อนที่และแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กเขียนได้ดังรูป 8รูปที่ 8 การเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็กประจุในสนามแม่เหล็กจะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลมจากรูป 8 FB = แทนค่า qvB = = - - - - - - - - - (1)แต่ v = แทนค่า v ในสมการ (1) จะได้ จากสมการค่า E , B และ R เป็นค่าที่ได้จากการวัด และเมื่อนำค่าที่วัดได้แทนค่าลงในสมการจะได้ค่า q / m มีค่าคงที่ดังนี้q / m = 1.76 x 1011 คูลอมบ์ / กิโลกรัมและไม่ว่าจะใช้โลหะชนิดใดเป็นคาโธดก็ตามจะได้ q / m มีค่าเท่ากับ 1.76 x 1011เสมอ จึงสรุปได้ว่าโลหะทุกชนิดจะให้อนุภาครังสีคาโธดเหมือนกันหมดและจากการทดลองหาค่า q / M ของไฮโดรเจนอิออน = พบว่ามีค่าเท่ากับ 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมq/ M ของโฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมหมายเหตุ ไฮโดรเจนอิออนคืออะตอมไฮโดรเจนที่เสียประจุลบไม่นั่นเอง ดังนั้นไฮโดรเจนอิออนจึงมีประจุเป็นบวก และมีขนาดประจุเท่ากับประจุในอนุภาคคาโธดการหาอัตราส่วนของมวลไฮโดรเจนอิออนต่อมวลของอนุภาครังสีคาโธดจาก q / m ของอนุภาคคาโธด = 1.76 x 1011 C / kgและ q / M ของไฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 C / kg= = 1840แสดงว่ามวลไฮโดรเจนอิออนมากกว่ามวลอิเล็กตรอน 1840 เท่า จากผลการทดลองของทอมสัน สรุปได้ว่า" อะตอมที่เข้าใจว่าแบ่งแยกไม่ได้นั้นความจริงสามารถแบ่งย่อยลงไปได้อีก ซึ่งอย่างน้อยจะต้องมีอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ"สรุปผลการทดลองของ Thomsonการหาอัตราส่วนของ q/m ในอนุภาคนคาโธดแยกเป็นลำดับได้ดังนี้1.หาอัตราเร็วประจุโดยให้ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะได้FE = FBEq = qvBV = 2.การหาอัตราส่วน q / m สามารถหาได้ 2 แบบด้วยกันคือ2.1 โดยให้ประจุวิ่งในสนามแม่เหล็กอย่างเดียวทำการวัดหารัศมี R จะได้FE = หรือ qvB = 2.2 หาจากประจุวิ่งในความต่างศักย์เร่งประจุจาก mv2 = qV5.การหาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวล (q/m)โดยใช้หลอดตาแมวหลอดตาแมวเป็นหลอดซึ่งใช้ในเครื่องรับวิทยุสามารถนำมาใช้หาอัตราส่วนประจุต่อมวลได้โดยประมาณรูปที่ 9 แสดงส่วนประกอบของหลอดตาแมวส่วนประกอบของหลอดตาแมวประกอบด้วยไส้หลอดห่อหุ้มด้วยคาโธด และมีอิเล็กโตรดล้อมรอบคาโธดทำหน้าที่คอยบังคับรังสี (รอบนอกของ อิเล็กโตรดมีอาโนด ซึ่งฉาบด้วยสารเรืองแสงล้อมรอบอยู่ดังรูป 9) ชิ้นส่วนที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดอยู่ในครอบแก้วสูญญากาศการทำงานของหลอดตาแมวเมื่อไส้หลอดถูกทำให้ร้อนด้วยความต่างศักดาไฟฟ้าประมาณ 6 โวลต์ คาโธดซึ่งห่อหุ้มไส้หลอดอยู่จะร้อนแดงไปด้วย และจะให้อิเล็กตรอนจำนวนมากออกมานอกผิวโลหะ เมื่ออาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกเทียบกับคาโธดประมาณ 125 โวลต์ ขึ้นไปทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเร่งให้อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาอาโนดและกระทบอาโนดทำให้เกิดแสงสีเขียว สำหรับอิเล็กโตรดบังคับรังสีทำหน้าที่กั้นอิเล็กตรอนบางส่วน ทำให้เกิดเงามืดในส่วนนั้นดังรูปที่ 10 (a)ถ้านำหลอดตาแมวจุ่มลงในขดลวดโซลีนอยด์ ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในแนวดิ่งและทำให้รังสีเบนไปจากแนวเดิม ปรากฏดังรูปที่ 10 (b)a. รังสีคาโธดเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก b. รังสีคาโธดเมื่อมีสนามแม่เหล็กรูปที่ 10 หลอดตาแมวอยู่ในสนามแม่เหล็กการคำนวณหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กประจุในสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลม ทำให้วัดหารัศมี R ได้จากรูปจะได้ FB = แทนค่า qvB = = - - - - -- - - - -- - -(1)หาความเร็วประจุที่แผ่นอาโนดจาก = qVv = เราประมาณว่าอนุภาควิ่งด้วยอัตราเร็วเฉลี่ย = แทนค่าใน (1) จะได้ = ( )2 = = จากสมการค่า V,B และ R เป็นค่าที่วัดได้จากการทดลองดังนั้นค่า q / m ที่หาได้จากหลอดแมวจึงเป็นค่าประมาณเท่านั้นเพราะอนุภาครังสีคาโธดในสนามไฟฟ้าวิ่งด้วยอัตราเร็วไม่คงที่ตัวอย่างที่ 1 อิเล็กตรอนตัวหนึ่งถูกเร่งด้วยความต่างศักย์จนมีความเร็ว v = 107 m/s เข้าไปในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ ระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกันดังรูป อยากทราบว่าสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะ สองแผ่นขนานกันดังรูป อยากทราบว่าสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองเป็นเท่าใด จึงจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากแผ่นโลหะขนานที่ปลายพอดีวิธีทำพิจารณาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจาก A BA B แนวราบ จาก sx = u xtแทนค่า 2 x 10-2 = 107tA B แนวดิ่งจากโจทย์ u = 0, s = 0.5 x 10-2 m ,t = 2 x 10-9 s , a = ?จาก s = ut + + at2 แทนค่าจะได้ 0.5 x 10-2 = 0 + a (2 x 10-9 ) 2a = = 2.5 x 1015 m/sแต่ประจุอยู่ในสนามไฟฟ้า a = E = = นั่นคือความเข้มสนามไฟฟ้า = 1.41 x 104 N/ C ตอบตัวอย่างที่ 2 ประจุ -1.6 x 10-19 คูลอมบ์ มวล 9 x 10-31 กก. วิ่งจากแผ่นโลหะ B (มีศักย์เป็นลบ) ไปยัง A (มีศักย์ไฟฟ้าเป็น บวก) โดยมีอัตราเร็วต้นเป็นศูนย์ ถ้าความต่างศักย์ระหว่าง AB เท่ากับ 405 โวลต์ และแผ่นทั้งสองห่างกัน 1.8 ซม. จงหาอัตราเร็วของประจุออกวิ่งจาก A ไป B ด้วยอัตราเร็ว 8 x 106 m/s ประจุนี้จะวิ่งไปได้ไกลเท่าใดจึงจะถอยหลังกลับวิธีทำ ประจุวิ่งจาก B A ด้วยความเร็วต้นเป็นศูนย์จากสมการพลังงาน (En)A = (En)Bแทนค่า (-1.6 x 10-19) VA+ = (-1.6 x 10-19) VB= 1.6 x 10-1 (VA - VB)= = 144 x 1012= 12 x 106 = 1.2 x 107 m/sถ้าประจุวิ่งจาก A ด้วยความเร็ว 8x106 m/s ให้ไปได้ไกล x จากจุด Cจากสมการพลังงานจะได้ (En)A = (En)cแทนค่า (-1.6 x 10-19 ) VA+ = (-1.6 x 10-19) VC + 0= (-1.6 x 10-19) (VA- VC)x 9 x 10-31 (8 x 106)2 = 1.6 x 10-19 VAC VAC = = 180 Voltแต่ E = = = 22,500 v/mพิจารณาสนามไฟฟ้าระหว่าง A และ C จาก E = หรือ x = = = 0.008 mนั่นคือประจุวิ่งได้ไกล = 8 mm ตอบตัวอย่างที่ 3 จากรูปมีอิเล็กตรอนเข้าไปบริเวณระหว่างแผ่นตัวนำ PP ด้วยอัตราเร็ว vx และเคลื่อนที่ตามทิศทางดังในรูป จงหาว่าอิเล็กตรอนจะกระทบฉากสูงจากแกน x เท่าใด เมื่อ m และ q คือ มวลและค่าประจุของอิเล็กตรอนตามลำดับวิธีทำ จากรูปอิเล็กตรอนจะกระทบฉากสูงจากแกน x = y1 + y2ให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ภายใน PP ใช้เวลา = tอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ภายใน PP เป็นแบบวิถีโค้ง แยกการพิจารณาเป็น 2 แนวดังนี้พิจารณาการเคลื่อนที่จาก O P แนวราบจากรูปจะได้ L = vxtt = - - - - - - - - - - -(1)พิจารณาการเคลื่อนที่จาก O P แนวดิ่งจากโจทย์ u = 0 , a = , t = , y1 = ?จาก h = ut + at2แทนค่า y1 = 0 + y1 = - - - - - - - - -- -(2)เมื่อ e หลุดจากแผ่นโลหะมันจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจากรูป tan  = y2 = Dtan  - - - - - - - - - - -(3)แต่ tan  = หา vy จาก v = u + atแทนค่า vy = 0 + = ( ) = tan  = = = - - - - - - - - - -- -(4)แทน (4) ใน (3) จะได้ y2 = Dtan  = แทนค่าใน x = y1 + y2 = + = ตอบตัวอย่างที่ 4 ในการทดลองหา q / m ของทอมสัน เขาใช้ความต่างศักย์ 1,500 โวลต์ต่อเข้ากับขั้วหลอดใช้สนามแม่เหล็กขนาด 1.4 x 10-3 เทสลา ทำให้รังสีคาโธดเปลี่ยนจากเดินทางเส้นตรงเป็นเส้นโค้ง ซี่งมีรัศมีความโค้ง R ในการที่จะทำให้รังสีคาโธดกลับเดินทางเป็นเส้นตรงอย่างเดิม เขาใช้ความต่างศักย์ 320 โวลต์ต่อเข้ากับแผ่นโลหะ 2 แผ่นห่างกัน 1.0 ซม. จงหา1. สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง2. ความเร็วของอนุภาคในรังสีคาโธด3. q / m4. Rวิธีทำ จากข้อมูลโจทย์นำมาเขียนรูปแล้วคำนวณตามขั้นตอนต่อไปนี้1.หาสนามไฟฟ้าเนื่องจากความต่างศักย์ (V2) จาก E = = = 3.2 x 104 V/m ตอบ2.หาความเร็วของอนุภาคในรังสีคาโธด จากการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจาก = 0 จะได้ FE = FBแทนค่า EP = qvBv = = = 2.28 x 107 m/sนั่นคืออัตราเร็วประจุ = 2.28 x 107 m/s ตอบ3.หา q/m จากการเคลื่อนที่ประจุในสนามความต่างศักย์ (V1)จาก E k = qVจะได้ mv2 = qV1 หรือ = นั่นคืออัตราส่วนประจุต่อมวล = 1.73 x 1011 C/kg ตอบ4.หา R จากประจุเคลื่อนเป็นส่วนโค้งวงกลมในสนามแม่เหล็กจาก FB = จะได้ qvB = หรือ R = R = 0.94 x 10-1 mรัศมี R = 0.094 m ตอบตัวอย่างที่ 5 ในการทดลองวัดประจุต่อมวล e/m ของอิเล็กตรอนโดยนิวมานน์ ดังแสดงในรูปแผ่นโลหะขนาน มีความต่างศักย์ V ระยะจากขวาสุดของแผ่นโลหะขนานห่างจากฉาก O เท่ากับ a นิวมานน์ให้สนามแม่เหล็ก B พุ่งตั้งฉากกับแผ่นกระดาษนี้ทุกบริเวณ พบว่าลำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่โค้งเป็นวงกลมไปตกบนฉากห่างจาก O เป็นระยะ b ในการนี้จะได้อัตราส่วน e/m เท่าไรวีธีทำ ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะได้ FE = FBแทนค่าจะได้ Eq = qvB หรือ v = - - - - - - - - - - - (1)ประจุวิ่งเป็นส่วนโค้งของวงกลมในสนามแม่เหล็กด้วยรังสี Rจากรูป R2 = a2 + ( R - b)2R2 = a2 + R2 - 2Rb + b2R = - - - - - - - - - - - (2)และจาก FB = หรือ qvB = = แทนค่า v และ R จะได้ = ( ) = ตอบตัวอย่างที่ 6 เร่งอิออนด้วยความต่างศักย์ V จาก S ให้ผ่าน A แล้วให้วิ่งผ่านสนามแม่เหล็กซึ่งอยู่ในบริเวณสามเหลี่ยมโค้งมุมยอด 60 องศา ดังรูป อิออนพุ่งไปชนฟิล์ม C จงหาอัตราส่วนของประจุต่อมวล (q/m)ของอิออนวิธีทำ สมมติว่าอิออนที่เคลื่อนที่เป็นอิออนบวกหาอัตราเร็วของอิออนที่ A จาก v = - - - - - - - - - - --(1)จากรูป A B + 60 + C E = 180 A B = C E = 60 จาก AOB จะได้ cos A B = แทนค่า cos 60 = R = - - - - - - - - - - - - (2)อิออนวิ่งเป็นส่วนโค้งวงกลมในสนามแม่เหล็กจาก FB = หรือ qvB = = แทนค่า v และ R จะได้ = ยกกำลังสอง ( )2 = ตอบ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (AC generators)

ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลที่เพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ต่ออยู่กับเพลาของกังหันน้ำ) เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งแบ่งได้ 2 ประเภท
คือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งลักษณะโครงสร้างของส่วนอยู่กับที่ (Stator) ของทั้งสอง
แบบอาจจะเหมือนกันได้ แต่ส่วนหมุนจะต่างกัน ดังแสดงในรูปที่ 2.1

1. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส (Synchronous generators) การผลิตแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อจ่ายให้กับโหลดจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้า
กระแสตรงป้อนผ่านแปรงถ่านและสลิปริงเข้าไปในขดลวดสนามแม่เหล็ก/ขั้วแม่เหล็กหมุน (dc field coils) เพื่อสร้างเส้นแรงแม่เหล็กตัด
กับขดลวดอาเมเจอร์ (Armature Coils) ซึ่งอาจจะออกแบบให้อยู่กับที่ (stator) หรือเป็นส่วนหมุน (Rotor) ก็ได้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ขนาดใหญ่จะออกแบบให้ขดลวดสนาม แม่เหล็กหมุน (Rotating field) เนื่องจากสามารถนำไฟฟ้ากระแสสสลับออกจากขดลวด
อาเมเจอร์ได้โดยตรง โดยไม่ต้องต้องผ่านสลิปริงและแปรงถ่าน จึงสามารถแก้ปัญหาการอาร์ก (Arc) ที่ผ่านสลิปริงและแปรงถ่านได้
ส่วนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่ผลิตแรงดันไฟฟ้าต่ำๆ อาจเป็นแบบขั้วแม่เหล็กหมุนหรือแบบอาเมเจอร์หมุน (Rotating armature) ก็ได้

ไฟฟ้ากระแสตรงที่ป้อนให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กอาจมาจากวงจรภายนอก (กรณีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่) หรือภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอง
(กรณีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก) ในกรณีของไดนาโม (Alternators) ซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสเฟสเดียวขนาดเล็กที่ใช้งานทั่วไปนั้น
ไฟฟ้ากระแสตรงที่ป้อนผ่านแปรงถ่านและสลิปริงเข้าไปในขดลวดสนามแม่เหล็กจะมาจากภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอง ดังแสดงในรูปที่ 2.3
โดยระดับแรงดันไฟฟ้าเพื่อป้อนให้กับขดลวดขนามแม่เหล็กในช่วงเริ่มทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้จะขึ้นอยู่กับปริมาณสนามแม่เหล็ก
ตกค้างในแกนเหล็ก ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 2.4 ที่ความเร็วรอบต่ำๆ แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้จะมีค่าต่ำมาก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับ
ขดลวดสนามแม่เหล็กมีค่าต่ำ แต่เมื่อความเร็วรอบใกล้ 1000 rpm แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับ
ขดลวดสนามแม่เหล็กมีค่าเพิ่มขึ้น ซึ่งเหมือนกับกรณีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ต่อกับตัวเก็บประจุ

ที่ต้นกำลังขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดียวกัน (เช่นกังหันน้ำ) ความรอบรอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ป้อนไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอก
จะมีความเร็วรอบสูงกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ป้อนไฟฟ้ากระแสตรงจากภายในเครื่องเอง จากการทดลองโดยใช้มอเตอร์ขนาด 1 HP
ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสขนาด 1 kW เมื่อไม่มีการต่อโหลด พบว่าที่กำลังขับเดียวกัน (ที่ 160 W) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ป้อน
ไฟฟ้ากระแสตรงจากภายในเครื่องเองจะมีความเร็วรอบ 700 rpm ผลิตแรงดันไฟฟ้า 24 Vac ขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ป้อนไฟฟ้ากระแสตรง
(32 Vdc) จากภายนอกจะมีความเร็วรอบถึง 1400 rpm ผลิตแรงดันไฟฟ้า 263 Vac ทั้งนี้เนื่องจากไม่มีผลของอาเมเจอร์รีแอคชั่นจากขดลวด
ที่ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง

แต่การดำเนินการดังกล่าวในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กโดยเฉพาะในระบบแบบอิสระ (เช่นกรณีไดนาโมของระบบกังหันน้ำขนาดเล็ก)
อาจจะไม่เหมาะสม เนื่องจากต้องหาพลังงานไฟฟ้ามาจ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็ก เช่น การนำแบตเตอรี่มาต่อเพื่อทำหน้าที่จ่ายไฟฟ้า
กระแสตรงให้กับขดลวดสนามแม่เหล็ก จำเป็นจะต้องหาแหล่งพลังงานมาประจุแบตเตอรี่ตลอดเวลา เนื่องจากพลังงานภายในแบตเตอรี่จะถูกดึง
ไปจ่ายให้ขดลวดสนามแม่เหล็กตลอดเวลาเช่นกัน ซึ่งจะทำให้ประจุไฟฟ้าในแบตเตอรี่หมดได้

แม่เหล็กไฟฟ้า

เรื่องประวัติความเป็นมา

ฟาราเดย์กับการบุกเบิกวิชาไฟฟ้าแม่เหล็กไมเคิล เกิดเมื่อ 22 กันยายน 1791 ใกล้ลอนดอน เป็นบุตรชายของช่างตีเหล็กจากยอร์กเชียร์ ครอบครัวของเขายากจนมา เมื่ออายุได้ 13 ปี ไมเคิลเริ่มทำงานที่ร้อนหนังสือและกลายเป็นคนที่สนใจอ่านหนังสือ เขาเรียนหนังสือภาคค่ำที่สอนโดย เซอร์ ฮัมฟรี เดวี และได้เป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการ ไมเคิลเป็นนักฟิสิกส์ด้านการทดลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุด เขาค้นพบเบนซินเป็นผู้ประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้า ได้นาโม และหม้อแปลงไฟฟ้า ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และกฎของอิเล็กโทรลิซิส เขาเสนอความคิดเกี่ยวกับเส้นฟลักซ์ เขาเป็นคนสุภาพใจดีและชอบให้ เป็นนักปาฐกถาที่กระตือรือร้น ได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาแห่งไฟฟ้า เมื่อไมเคิลเริ่มทดลอง ไฟฟ้าและแม่เหล็ก ถูกมองว่าเป็นเพียงของเล่น เมื่อเขาเสียชีวิตแล้ว กฎของแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาศึกษาต่า และเทคโนโลยีของสังคมไฟฟ้าก็ได้เกิดขึ้น ไมเคิล ฟาราเดย์(1791-1867) เติบโตจากครอบครัวที่ยากจนแต่ก็กลายเป็นนักวิทาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ในสมัยนั้น ระหว่างการทำงานที่ราชสถาบันแห่งลอนดอนเขาได้ค้นพบความรู้พื้นฐานทางด้านเคมี และฟิสิกส์หลาย เรื่องในปี ค.ศ.1831จากการที่ได้อ่านผลงานของ เออร์สเตดเขาก็ได้ค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงสภาวะแม่เหล็กใกล้ ขดลวดทำ ให้เกิดการไหลของ กระแสไฟฟ้าซึ่งชี้ชัดว่าสภาวะแม่เหล็กกับไฟฟ้ามีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกัน ไมเคิล ฟาราเดย์ กล่าวโดยสรุปว่า "เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสนามแม่เหล็กจะมีผลให้เกิดการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ของตัวนำ ในสนามแม่เหล็กจะก่อให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในตัวนำนั้น เรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งจะเกิดขึ้นเสมอในตัวนำที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง"

สนามแม่เหล็ก

: Magnetic Fieldsสนามแม่เหล็ก คือ บริเวณรอบๆแท่งแม่เหล้กเส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic field lines) หรือ ฟลักซ์แม่เหล็ก (Flux lines) คือ เส้นที่แสดงทิศของสนามแม่เหล็กรอบๆ แท่งแม่เหล็ก โดยจะมีทิศชี้จากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้จุดเป็นกลาง (Neutral point) เป็นจุดที่ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กมีค่าเป็นศูนย์สนามแม่เหล็กโลก : The Earth’s magnetismในโลกเรานั้นมีสนามแม่เหล็กอยู่ด้วย ซึ่งสนามแม่เหล็กที่มีนั้นเหมือนกับเกิดมาจากมีแม่เหล็กขนาดใหญ่วางตัวอยู่ที่ ใจกลางโลก โดยเอาฝั่งที่เป็นขั้วเหนือชี้ไปทางทิศใต้ และเอาขั้วใต้ชี้ไปทางทิศเหนือ มุมที่ทำกันระหว่างเส้นแนวระดับบนผิวโลกกับเส้นแรงแม่เหล็กนั้นจะเรียกว่า มุมเอียงหรือมุมเท (Inclination or dip) เมื่อลองนำแม่เหล็กมาแขวนไว้ในสนามแม่เหล็กโลก ระนาบของแม่เหล็กที่ชี้นั้นเรียกว่า เส้นแมริเดียนแม่เหล็ก (Magnetic meridian) โดยเส้นนี้จะทำมุมบ่ายเบน (Declination) กับเส้นตรงที่ลากจากทิศเหนือจริงอยู่เล็กน้อยแม่เหล็กไฟฟ้า : Electromagnetismแม่เหล็กไฟฟ้า คือ สภาวะแม่เหล็กที่เกิดจากการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด เรานำสิ่งที่เกิดขึ้นนี้ไปใช้ในการสร้างแม่เหล็กที่มีกำลังสูง และใช้สำหรับทำให้เกิดการเคลื่อนที่โดยกระแสไฟฟ้าการหาทิศของสนามแม่ เหล็กไฟฟ้านั้น เราสามารถหาได้จากกฏสกรูของแมกเวลล์ (Maxwell’s screw rule) หรือจากกฎกำมือขวา (Right-hand grip rule)- กฎสกรูของแมกเวลล์ (Maxwell’s screw rule) ทิศของสนามแม่เหล็กรอบๆ เส้นลวดจะอยู่ในทิศที่สกรูหมุน เมื่อขันสกรูเข้าไปตามทิศของกระแสที่ไหล- กฎกำมือขวา (Right-hand grip rule) ทิศของสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดอยู่ในแนวนิ้วมือขวาที่กำรอบลวด โดยหัวแม่มือชี้ไปทางทิศของกระแสแม่เหล็กไฟฟ้านั้น จะประกอบไปด้วยสิ่งที่สำคัญ 2 สิ่งก็คือ ขดลวด (Coil) กับแกน (Core) โดยที่ขดลวดนี้จะหมายถึง ขดลวดหลายๆขดที่พันอยู่รอบๆแกน ขดลวดที่ใช้พันนั้น ยอกตัวอย่างได้เช่น ขดลวดแบน (Flat coil or plane coil) เป็นขดลวดที่มีความยาวน้อยเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง โซลินอยด์ (Solenoid) เป็นขดลวดที่มีความยาวมากเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง เป็นต้น โดยสนามแม่เหล็กที่เกิดจากโซลินอยด์จะคล้ายกับแท่งแม่เหล็ก ส่วนแกนจะเป็นสารแม่เหล็กชั่วคราวทำให้มีหรือไม่มีอำนาจแม่เหล็กได้ โดยการปิดหรือเปิดสวิตซ์แม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไปจะมีขั้วที่ต่างกันอยู่ใกล้ๆกันเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กความเข้มสูงประโยชน์ของแม่เหล็กไฟฟ้า : Applications of electromagnetsเราใช้ประโยชน์จากการดูดดลหะของแม่เหล็กเมื่อวงจรปิด เพื่อนำมาเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่ใช้หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าก็คือ ออดไฟฟ้า (Electric buzzer) หูฟัง (Earpiece) แม่เหล็กยกของ (Lifting magnet) รีเลย์ (Relay) รถแม่เหล็กไฟฟ้า (Maglev)

เรื่อง สนามแม่เหล็ก
แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก แม่เหล็ก เป็นสารประกอบของเหล็กและออกซิเจน เป็นวัตถุที่ สามารถดูดสารแม่เหล็กบางชนิดได้ สนามแม่เหล็ก คือบริเวณหรือขอบเขตที่แม่เหล็กส่งเส้นแรงแม่ เหล็กที่มีอำนาจการดึงดูดออกไปได้ถึง
คุณสมบัติของเส้นแรงแม่เหล็ก 1. มีทิศออกจากขั้วเหนือเข้าสู่ขั้วใต้ 2. ถ้ามีเส้นแรงแม่เหล็กปริมาณมาก เส้นแรงแม่ เหล็กจะรวมกัน หรือต้านกันออกไปทำให้เกิดจุดสะเทิน ซึ่งเป็นจุดที่มีค่าความเข้มสนาม แม่เหล็กเป็นศูนย์
ฟลักซ์แม่เหล็ก คือ ปริมาณเส้นแรงแม่เหล็ก หรือจำนวนของเส้น แรงแม่เหล็ก ใช้สัญลักษณ์ ความเข้มสนามแม่เหล็ก (B) หมายถึง จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กต่อ หน่วยพื้นที่ที่เส้นแรงแม่เหล็กตกตั้งฉาก B = ความเข้มของสนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น Tesla(T)หรือ Wb/m2 = ฟลักซ์แม่เหล็ก มีหน่วยเป็น Weber (Wb) A = พื้นที่ที่ตกตั้งฉาก มีหน่วยเป็น ตารางเมตร (m2)

การเคลื่อนที่ของอนุภาพแม่เหล็กไฟฟ้า

เนื่องจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยของผู้สังเกต ดังนั้นผู้สังเกตที่อยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกัน ก็ย่อมสังเกตเห็นอนุภาคประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกระทำด้วยแรงที่ต่างกัน เมื่ออนุภาคถูกกระทำด้วยแรงที่ต่างกัน ก็น่าจะรูปแบบและเส้นทางการเคลื่อนที่ ที่ต่างกันด้วย จากความรู้เรื่องกลศาสตร์ และทฤษฏีสัมพัทธภาพ ทำให้สามารถคำนวณหาสมการที่บอกตำแหน่งของอนุภาคที่สังเกตจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกันได้ และเมื่อนำสมการที่ได้ไปวาดภาพเพื่อแสดงรูปแบบและเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค พบว่าอนุภาคมีรูปแบบและเส้นทางการเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อผู้สังเกตอยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่เปลี่ยนไป และสรุปได้อีกว่าอนุภาคที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีเส้นทางการเคลื่อนที่ได้หลายเส้นทางขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยของผู้สังเกต

ปาวัสส่วนตัวคราฟ

สวัสดีคับทุกท่าน

กะผมมีนามว่า นายคมสัน สงนอก

เป็นลูกชายคนเดียว มีพี่น้อง 4 คน

สถานะภาพ โสด

เรียนที่โรงเรียนหนองน้ำใสพิทยาคม ตำบลหนองน้ำใส อำเภอสีคิ้ว จังหวัดนครราชสีมา

งานอดิเรก เล่นกีต้า แต่งรถ ฟังเพลง

สัตว์เลี้ยง สนัข ไก่ชน นก (เด็กอ่อนไม่ต่ำกว่า 12 ขวบ)

สาขาที่เรียน วิศวกรรมไฟฟ้า ปิโตเลียม เครื่องกล คอมพิวเตอร์ อิเล็กทรอนิก

ความชำนาญพิเศษ ทำหน้าตาดีไปวันๆ เลี้ยงเด็ก