สรุป เนื้อหา ฟิสิกส์ ม.5 เทอม 2

สรุป เนื้อหา ฟิสิกส์ ม.5 เทอม 2

ฟิสิกส์ ม.5 เทอม 2

• เสียง
• ไฟฟ้าสถิต
• ไฟฟ้ากระแส

การแสดงดนตรีจากนักดนตรีระดับโลกนั้น ทุกๆรายละเอียด ทุกๆองค์ประกอบของการแสดง ต้องถูกเลือกเฟ้น และออกแบบอย่างดี เริ่มต้นตั้งแต่การเลือกสถานที่แสดง หรือ Concert Hall เหตุผลในการเลือกนั้น ไม่ได้อยู่เพียงความสวยหรู หรือขนาดความจุของผู้ชม หากแต่อยู่ที่คุณภาพของเสียงที่จะออกมา!!! ใช่ครับ เสียงที่ออกมาจะดีหรือไม่นั้น สถานที่แสดงก็มีส่วนสำคัญไม่น้อย อาจฟังดูแปลกๆนะครับ แต่…เรื่องแบบนี้ ไม่เชื่ออย่าลบหลู่!!!

ไม่ใช่ความศักดิ์สิทธิ์ของเจ้าที่เจ้าทางแต่อย่างใดนะครับ หากแต่เป็นเพราะ Concert Hall ระดับโลกนั้น ล้วนแล้วแต่ผ่านการออกแบบเพื่อควบคุมเสียงสะท้อนเป็นอย่างดี จากนี้ไปเราจะศึกษาเรื่องการสะท้อนของเสียงกันครับ

เนื่อง จากเสียงเป็นคลื่น เสียงจึงแสดงคุณสมบัติการสะท้อนเช่นเดียวกันกับคลื่นนะครับ เมื่อเสียงเคลื่อนที่ชนสิ่งกีดขวาง เคลื่อนที่ถึงผิวรอยต่อของตัวกลาง หรือแม้กระทั่งตัวกลางชนิดเดียวกันแต่อุณหภูมิต่างกัน(มักพบในตัวกลางที่ เป็นอากาศ) จะทำให้เกิดการสะท้อน ซึ่งเป็นไปตามกฎการสะท้อนของคลื่น

กฎการสะท้อน

1. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน

2. ทิศทางของคลื่นตกกระทบ เส้นแนวฉากและทิศทางการสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน

เงื่อนไขการเกิดการสะท้อน

1. คลื่นเสียงซึ่งเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากเช่น คลื่นเสียงเคลื่อนที่ในอากาศไปชนผิวสะท้อนที่เป็นของแข็ง คลื่นเสียงจะเกิดการสะท้อนโดยคลื่นสะท้อนจะมีเฟสเปลี่ยนไป 180º คล้ายกับการสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกที่ปลายตรึง

2. คลื่นเสียงซึ่งเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยเช่น การเดินทางของคลื่นเสียงจากน้ำไปยังอากาศ เนื่องจากอากาศมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ คลื่นที่สะท้อนกลับมาในน้ำจะมีเฟสเหมือนเดิม ซึ่งคล้ายกับการสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกปลายอิสระ

ไฟฟ้าสถิตคืออะไรและเกิดขึ้นได้อย่างไร

ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges)

เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ

ประจุไฟฟ้า  (Charge)

ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ  ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส

ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือจะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน  เป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ประจุ ( Law of Conservation of Charge ) เมื่อนำวัตถุสองชนิดมาถูกันจะเกิดการถ่ายเทประจุระหว่างวัตถุทั้งสองชนิดทำให้วัตถุหนึ่งมีปริมาณประจุบวกมากกว่าประจุลบ  จึงมีประจุสุทธิเป็นบวก และวัตถุอีกอันหนึ่งมีปริมาณ ประจุลบมากกว่าประจุบวก  จึงมีประจุสุทธิเป็นลบ เราสามารถวัดค่าไฟฟ้าสถิตได้โดยใช้ Static Field Meter โดยหน่วยที่วัดคือ โวลท์

การเกิดไฟฟ้าสถิต

การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกันหรือเกิดแรงผลักกัน  เมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกันเราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน  พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน  โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่นยาง,พลาสติก และแก้ว   สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้น โอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยาก  แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้

การถ่ายเทประจุไฟฟ้า (Electrostatic Discharge)

คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว  เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2  ชนิดไม่เท่ากัน

ตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า

  เมื่อเราใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า  เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ 2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเล็คตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็คตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ   ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน ร่างกายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี  เมื่อเราเดินผ่านพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  รองเท้าหนังของเราจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม ทำให้อิเล็คตรอนถ่ายเทจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม เมื่อเราเดินไปเรื่อย ๆ อิเล็คตรอนจะถ่ายเทจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัวเรา เมื่อเราไปจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเล็คตรอนจากประตูถ่ายเทมายังตัวเรา ทำให้เรารู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต  ในลักษณะเดียวกันถ้าเราใส่รองเท้ายาง  รองเท้ายางจะรับอิเล็คตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรมจะทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ  เมื่อเราเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตู  จะทำให้อิเล็คตรอนถ่ายเทจากเราไปยังลูกบิดประตู เราจะมีความรู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต

ทำไมไฟฟ้าสถิตถึงเป็นปัญหา

ในสภาพแวดล้อมในการทำงานของเรา ไฟฟ้าสถิตเป็นสิ่งที่เราต้องให้ความสนใจ นอกจากไฟฟ้าสถิตจะมีผลต่อคน  เมื่อไปสัมผัสกับวัสดุประเภทตัวนำแล้ว ทำให้รู้สึกสะดุ้งเหมือนถูกไฟช็อตแล้ว   ไฟฟ้าสถิตยังส่งผลต่อกระบวนการในการผลิตด้วย

ปัจจุบันชิ้นงานอิเลคทรอนิคส์นับวันจะมีขนาดเล็กลงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น  การมีวงจรไฟฟ้ามากมายในขนาดของชิ้นงานที่เล็กลง จะส่งผลให้ชิ้นงานยิ่งไวต่อไฟฟ้าสถิตไฟฟ้าสถิตจะถูกส่งจากคนงานในสายการผลิต  เครื่องมือ และอุปกรณ์อื่นๆ ไปยังชิ้นงานอิเล็คทรอนิคส์  ซึ่งมีผลทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของชิ้นงานเหล่านั้นเปลี่ยนไป  อาจจะเป็นการลดคุณภาพลงหรือทำลายชิ้นงาน  มีการศึกษาและพบว่ามากกว่า 50% ของชิ้นงานที่เสียหายล้วนมีผลมาจากไฟฟ้าสถิต

ข้อควรปฏิบัติเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต

เพื่อควบคุมไฟฟ้าสถิต  มีแนวทางในการปฏิบัติดังนี้

1. ออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิคส์/เครื่องมืออิเล็คทรอนิคส์ ให้ทนต่อไฟฟ้าสถิต เท่าที่เป็นไปได้

2. ลดหรือขจัดเหตุในการเกิดไฟฟ้าสถิต มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา เช่น

–พื้น / วัสดปูพื้น

– ความชื้นของอากาศในห้อง

– เก้าอี้

– รองเท้า

– ชุดที่สวมใส่

– วิธีทำความสะอาด

3.สลายไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้น

วิธีการนี้คือการต่อสายดิน (Grounding) เป็นการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นให้มีศักดิ์เป็นศูนย์ (0)เท่ากับพื้นดิน เราสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตได้โดยการให้พนักงานในสายการผลิตใช้ สายรัดข้อมือ (WristStrap)การใช้กระเบื้องยางปูพื้นชนิด Static Dissipative PVC หรือ Static Conductive PVC

ตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวกลางให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

การนำไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอนอิสระ

ไอออนบวก ไอออนลบ