⚡

Lab 126 — แรงระหว่างลวดคู่ขนาน (3D)

Force between Parallel Currents — วางแท่งลวดล่างบนเครื่องชั่ง อ่านแรงจากเลขที่เปลี่ยน แล้วหาค่า μ₀ จาก F/L = μ₀I₁I₂/2πd

3D · three.js KP Science simulation
ความยาวลวด
⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ — ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
โหมดการทดลอง
🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร
❓ ผลการทาย
📋 ตารางบันทึกผล
📈 กราฟ F กับค่าที่เปลี่ยน
🎯 หาค่า μ₀
μ₀ =× 10⁻⁶ T·m/A
ใช้ความชันของกราฟ "F กับ I₁I₂L/d" แล้วคูณ 2π

วัตถุประสงค์

อุปกรณ์

ตอนที่ 1: แท่งลวดกับเครื่องชั่ง

  1. เปิดวงจรไว้ แล้วกด ⊘ TARE ให้เครื่องชั่งอ่าน 0.00 g
  2. ทายว่าเลขจะเพิ่มหรือลด แล้วกด ⏻ ปิดวงจร
  3. กด ⇄ กลับ I₁ หรือ ⇄ กลับ I₂ แล้วดูว่าเลขเปลี่ยนเครื่องหมายอย่างไร
  4. คง I₂ L d แล้วเปลี่ยน I₁ อย่างน้อย 4 ค่า กด 📝 บันทึกผล แล้วพิมพ์เลขจากจอลงตาราง
  5. คง I₁ I₂ L แล้วเปลี่ยน d อย่างน้อย 4 ค่า โดยลากแท่งบนหรือเลื่อนแถบ d
  6. เขียนกราฟ F กับ I₁, F กับ 1/d และ F กับ I₁I₂L/d โดย F = |Δm| g
  7. คูณความชันของกราฟ F กับ I₁I₂L/d ด้วย 2π เพื่อหา μ₀ แล้วตรวจคำตอบในแผง 🎯

ตอนที่ 2: แถบฟอยล์แขวน

  1. ทายว่าแถบฟอยล์จะเข้าหากันหรือแยกออกจากกัน แล้วกด ⏻ ปิดวงจร
  2. กลับทิศกระแสในแถบใดแถบหนึ่ง แล้วดูการเปลี่ยนแปลง
⚠️ เมื่อทำจริง กระแสสูงทำให้ลวดและสายไฟร้อนเร็ว ให้จ่ายกระแสเป็นช่วงสั้น ๆ ใช้แหล่งจ่ายที่จำกัดกระแสได้ และห้ามลัดวงจรแบตเตอรี่ สายไฟต้องไม่ดึงแท่งลวดบนเครื่องชั่ง เพราะจะทำให้เลขเพี้ยน

คำถามท้ายการทดลอง

  1. เมื่อเลขบนเครื่องชั่งลดลง แท่งลวดทั้งสองดูดหรือผลักกัน เพราะเหตุใด
  2. ถ้า I₁ มากกว่า I₂ สองเท่า แรงบนแท่งใดมากกว่ากัน
  3. เมื่อกระแสน้อย ความละเอียดของเครื่องชั่งส่งผลต่อความคลาดเคลื่อนอย่างไร
  4. เหตุใดระยะ d จึงควรน้อยกว่าความยาวลวดมาก

1. ลวดเส้นหนึ่งสร้างสนาม อีกเส้นรับแรง

ลวดตรงยาวที่มีกระแส I₁ สร้างสนามแม่เหล็กรอบลวด ที่ระยะ d มีขนาด

B₁ = μ₀ I₁ / 2πd

ลวดอีกเส้นที่มีกระแส I₂ และยาว L อยู่ในสนามนี้ จึงมีแรงกระทำ F = I₂ L B₁

F = μ₀ I₁ I₂ L / 2πd · μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A

2. ทิศของแรง

กระแสทิศเดียวกัน ลวดดูดกัน · กระแสทิศตรงข้าม ลวดผลักกัน ใช้กฎมือขวาหาทิศของสนามจากลวดเส้นแรก แล้วใช้กฎมือขวาอีกครั้งหาทิศของแรงบนลวดเส้นที่สอง

3. แรงบนลวดสองเส้นเท่ากันเสมอ

แม้ I₁ ≠ I₂ แรงบนลวดทั้งสองมีขนาดเท่ากันและทิศตรงข้าม ตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน ดูได้จากสูตรที่มี I₁ และ I₂ คูณกัน

4. อ่านแรงจากเครื่องชั่ง

แท่งล่างวางบนเครื่องชั่ง ถ้าแท่งบนดูดแท่งล่างขึ้น เลขจะลด ถ้าแท่งบนผลักแท่งล่างลง เลขจะเพิ่ม

F = |Δm| g · g = 9.8 m/s²

5. หาค่า μ₀ จากความชัน

ถ้าเขียนกราฟ F กับ X = I₁I₂L/d จะได้เส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ความชันเท่ากับ μ₀/2π จึงได้ μ₀ = 2π × ความชัน ในแลปนี้กราฟแสดง F เป็น mN และ X เป็น 10³ A² ต้องแปลงเป็น N/A² ก่อนคำนวณ โดยคูณ 10⁻⁶

🔍 สูตรนี้ใช้กับลวดยาวมากเมื่อเทียบกับ d แลปนี้ไม่คิดผลจากปลายแท่งและสายไฟ เลขบนเครื่องชั่งแกว่งได้ ±0.01 g เหมือนเครื่องจริง การแอ่นของแถบฟอยล์ในตอนที่ 2 แสดงเชิงคุณภาพ ขนาดการแอ่นไม่ได้คำนวณจากคุณสมบัติจริงของฟอยล์