น.ส. นิชานาถ หินทอง ม.5/2 เลขที่ 27 (เรื่อง.....วงจรไฟฟ้า)

วงจรไฟฟ้าคืออะไร

                     

         ในวงจรไฟฟ้าทั่ว ๆ ไปจะมีสิ่งที่มาเกี่ยวข้อง 3 อย่าง คือ กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และความต้านทานไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลไปได้หรือเคลื่อนที่ไปได้จะต้องมีตัวนำหรือสายไฟฟ้า และจะต้องมีกำลังดันหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า(V) ดันให้กระแสไฟฟ้าไหลไป จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวนำ และความต้านทานประกอบกัน วงจรไฟฟ้า คือ ทางเดินของไฟฟ้าเป็นวง ไฟฟ้าจะไหลไปตามตัวนำหรือสายไฟจนกระทั่งไหลกลับตามสายมายัง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นวงครบรอบ คือ ออกจากเครื่องกำเนิดแล้วกลับมายังเครื่องกำเนิดอีกครั้งหนึ่ง จนครบ 1 เที่ยว เรียกว่า 1 วงจร หรือ 1 Cycle
วงจรไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ 

1. วงจรปิด (Closed Circuit) จากรูปจะเห็น กระแสไฟฟ้าไหลออกจากแหล่งกำเนิด ผ่านไปตามสายไฟ แล้วผ่าน สวิทช์ไฟซี่งแตะกันอยู่ (ภาษาพูดว่าเปิดไฟ) แล้วกระแสไฟฟ้าไหลต่อไปผ่านดวงไฟ แล้วไหลกลับมาที่แหล่งกำเนิดอีกจะ เห็นได้ว่ากระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้ครบวงจร หลอดไฟจึงติด

2. วงจรเปิด (Open Circuit) ถ้าดูตามรูป วงจรเปิด ไฟจะไม่ติดเพราะว่า ไฟออกจากแหล่งกำเนิดก็จะไหลไปตาม สายพอไปถึงสวิทช์ซึ่งเปิดห่างออกจากกัน (ภาษาพูดว่าปิดสวิทช์) ไฟฟ้าก็จะผ่านไปไม่ได้ กระแสไฟฟ้าไม่สามารถจะไหล ผ่านให้ครบวงจรได้ 

                    

วงจรไฟฟ้า เป็นการนำเอาสายไฟฟ้าหรือตัวนำไฟฟ้าที่เป็นเส้นทางเดินให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านต่อถึงกันได้นั้นเราเรียกว่า วงจรไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่อยู่ภายในวงจรจะเริ่มจากแหล่งจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้า

                      วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ 4 ส่วนคือ

• แหล่งกำเนิดไฟฟ้า หมายถึง แหล่งจ่ายไฟฟ้าไปยังวงจรไฟฟ้า เช่น แบบเตอรี่
• ตัวนำไฟฟ้า หมายถึง สายไฟฟ้าหรือสื่อที่จะเป็นตัวนำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปยังเครื่องใช้ไฟฟ้า ซึ่งต่อระหว่างแหล่งกำเนิดกับเครื่องใช้ไฟฟ้า
• เครื่องใช้ไฟฟ้า หมายถึง เครื่องใช้ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานรูปอื่น ซี่งจะเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า โหลด
• สะพานไฟ (Cut out) หรือสวิทช์ (Switch) เป็นตัวตัดและต่อกระแสไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง

                     

       การแสดงการต่อวงจร ไฟฟ้าเบื้องต้นโดยการต่อแบตเตอรี่ต่อเข้ากับหลอดไฟ หลอดไฟฟ้าสว่างได้เพราะว่ากระแสไฟฟ้าสามารถไหลได้ตลอดทั้งวงจรไฟฟ้าและเมื่อ หลอดไฟฟ้าดับก็เพราะว่ากระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลได้ตลอดทั้งวงจร เนื่องจากสวิตซ์เปิดวงจรไฟฟ้าอยู่นั่นเอง การต่อวงจรไฟฟ้ากระแสตรงต้องต่อขั้วไฟให้ถูกต้องเพราะอุปกรณ์ในวงจรดังกล่าว จะมีขั้วไฟดังแสดงในรูป

---

วงจรไฟฟ้ากระสลับ

 

การต่อวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะต้องต่ออุปกรณ์ได้โดยไม่คำนึงถึงขั้วไฟ 

น.ส. นิชานาถ หินทอง ม.5/2 เลขที่ 27

 การสั่นและคลื่นเสียง

SHOCK  WAVES หรือ ชอร์กเวฟ

          ชอร์กเวฟเกิดขึ้นจากแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ได้เท่ากับความเร็วของคลื่นหรือเร็วกว่า  จะเกิดปรากฎการณ์ที่ว่าสันคลื่นไม่สามารถที่จะเคลื่อนที่ออกไปจากแหล่งกำเนิดเสียง โดยถ้าแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ได้เท่ากับความเร็วของคลื่น   สันคลื่นจะเกิดการซ้อนกัน  เสริมกันกลายเป็นแอมพลิจูดขนาดใหญ่เรียกว่า  ชอร์กเวฟ    และเมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่น  สันคลื่นจะฟอร์มตัวเป็นรูปกรวย  โดยมีมุม    =  sin^-1(v/u)    อัตราส่วน  u/v  เรียกว่า เลขมัค  (Mach number)     ชอร์กเวฟเกิดขึ้นได้บ่อยมากในสถานการณ์ต่างๆกัน  ดังเช่น  โซนิกบูม  คือ ชอร์กเวฟประเภทหนึ่งของเครื่องบินที่วิ่งเร็วเหนือเสียง    คลื่นที่เกิดหลังเรือเร็วก็เป็นชอร์กเวฟอีกประเภทหนึ่ง    นอกอวกาศก็สามารถจะเกิดชอร์กเวฟได้  อย่างเช่น ลมสุริยะที่วิ่งด้วยความเร็วสูงเข้าชนสนามแม่เหล็กโลก  เป็นต้น

 

a)  เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของคลื่น  สันคลื่นจะรวมกันอยู่ที่ยอดก่อให้เกิดชอร์กเวฟขึ้น  b)  ชอร์กเวฟเกิดขึ้นได้อีกกรณีหนึ่งเมื่อความเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง u  มากกว่าความเร็วของคลื่น v  ในช่วงระยะเวลา หน้าคลื่นจะเคลื่อนที่ได้เป็นระยะ   แต่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ได้ระยะทางมากกว่า คือ         ชอร์กเวฟจะฟอร์มตัวเป็นรูปกรวย  โดยมีมุม  =  sin^-1(v/u)         

ลักษณะของชอร์กเวฟ

a)  ชอร์กเวฟ(เส้นสีแดง)  เกิดขึ้นรอบปีก  ภายในอุโมงค์ลม    ชอร์กเวฟของเครื่องบินเร็วเหนือเสียง  เรียกว่า โซนิกบูม  มีอำนาจการทำลาย  เพราะเสียงดังมาก สิ่งก่อสร้างที่อยู่ใกล้ๆอาจพังทลายได้   b)  ลูกกระสุนพุ่งผ่านควันของเทียน  จะเห็นรูปร่างของชอร์กเวฟ  รูป  c)  ชอร์กเวฟที่เกิดขึ้นกับเรือเร็ว

ตัวอย่าง ลูกกระสุนวิ่งด้วยความเร็วที่มากกว่าเสียง  เกิดชอร์กเวฟขึ้น  จากรูปภาพ ลองประมาณความเร็วของลูกปืนว่าเป็นเท่าไร

ตอบ  u/v  =  1/sin45^o  = 1.4 

ตัวอย่าง  เครื่องบินซุปเปอร์โซนิก ขับด้วยความเร็วเหนือกว่าเสียง  2.2  เท่า  ถ้าคุณได้ยินเสียงโซนิกบูมภายในเวลา  19  วินาทีต่อมา  จงหาระดับความสูงของเครื่องบิน  สมมติว่า ความเร็วเสียงประมาณเท่ากับ  340  m/s

เสียง

 

    ค ลื่ นเ สี ย ง    

               เสียงเกิดจาก การสั่นของวัตถุ เราสามารถทำให้วัตถุสั่นด้วยวิธีการ ดีด สี ตีและเป่า เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเกิดการสั่น จะทำให้โมเลกุลอากาศสั่นตามไปด้วยความถี่เท่ากับการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง เกิดเป็นช่วงอัดช่วงยายของโมเลกุลของอากาศ ซึ่งพลังงานของการสั่นจะแผ่ออกไปรอบๆแหล่งกำเนิดเสียง ตรงกลางส่วนอัดและตรงกลางส่วนขยายโมเลกุลอากาศจะไม่มีการเคลื่อนที่(การกระจัดเป็นศูนย์) / แต่ตรงกลางส่วนอัดความดันอากาศจะมากและตรงกลางส่วนขยายความดันอากาศจะน้อยมาก ดังนั้นคลื่นเสียงจึงเป็นคลื่นตามยาวเพราะโมเลกุลของอากาศจะสั่นในทิศเดียวกับทิศที่เสียงเคลื่อนที่ไป ความดังของเสียงจะขึ้นอยู่กับช่วงกว้างของการสั่น(แอมปลิจูด) ถ้าแอมปลิจูดมากเสียงจะดังมาก การเปลี่ยนความดันอากาศนี้สามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า จนถึง หูของ ผู้ฟังทำให้ได้ยินเสียง

รูปแสดงการเกิดคลื่นเสียงจากการสั่นของสายกีต้า เพียง 1 ทิศทาง  

แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วเสียง

v _source  =   v  _sound    (Mach 1  )  จ่อที่กำแพงเสียง

       เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเสียง   (v _s  =  v หรือ Mach  1  )   หน้าคลื่นทางขวาจะถูกอัดกันอยู่ทางด้านหน้า เป็นแนวเส้นโค้ง  ทำให้หน้าคลื่นเกิดการแทรกสอดแบบเสริมกัน  ความดันของคลื่นเพิ่มขึ้นอย่างมากมาย   เรียกว่า คลื่นกระแทก  ( shock wave)   

ภาพบนคือลูกปืนที่วิ่งด้วยความเร็ว Mach 1.01  จะเห็นคลื่นกระแทกเป็นแนวโค้งหน้าลูกปืนอย่างชัดเจน 

การทดลองเสมือนจริง 

เสียง

ข้อสำคัญ   การทดลองนี้ต้องใช้โปรแกรมShockwave  ถ้าไม่สามารถเห็นภาพได้ต้องดาวโลด  Shockwave   จึงจะสามารถเล่นได้พร้อมทั้งมีเสียงประกอบด้วย

ทฤษฎีเรื่องบีตส์

การเกิดบีตส์ (Beat)   เป็นปรากฎการณ์จากการแทรกสอดของคลื่นเสียง  2  ขบวน   ที่มีความถี่แตกต่างกันเล็กน้อย  และเคลื่อนที่อยู่ในแนวเดียวกันเกิดการรวมคลื่นเป็นคลื่นเดียวกัน  ทำให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไป  เป็นผลทำให้เกิดเสียงดังเสียงค่อยสลับกันไปด้วยความถี่ค่าหนึ่ง