ชุดที่ 11 ไฟฟ้า แม่เหล็ก ความร้อน และพลังงานนิวเคลียร์

ชุดนี้ครอบคลุมสาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.2 (แรงไฟฟ้า แรงแม่เหล็ก และแรงนิวเคลียร์) และ ว 2.3 (พลังงาน ความร้อน พลังงานไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ กัมมันตภาพรังสี และพลังงานทดแทน) ตั้งแต่ไฟฟ้าสถิต วงจรไฟฟ้า ความปลอดภัย แม่เหล็กไฟฟ้า หม้อแปลง ความร้อน จนถึงปฏิกิริยานิวเคลียร์และการใช้พลังงานอย่างประหยัด

ซีรีส์ติวสอบครูผู้ช่วย เอกวิทยาศาสตร์ทั่วไป 2569 • exammvp.com

สรุปเนื้อหาสำคัญ

1. ไฟฟ้าสถิตและสนามไฟฟ้า

• ประจุชนิดเดียวกันผลักกัน ต่างชนิดดูดกัน ประจุรวมคงที่ (กฎการอนุรักษ์ประจุ)
• การเหนี่ยวนำ: นำวัตถุมีประจุเข้าใกล้ตัวนำ ฝั่งใกล้เกิดประจุตรงข้าม ฝั่งไกลเกิดประจุชนิดเดียวกับวัตถุ แยกตัวนำหรือต่อดินขณะวัตถุยังอยู่จะได้ประจุค้าง
• อิเล็กโทรสโคป: แผ่นโลหะกางมากขึ้นเมื่อวัตถุมีประจุชนิดเดียวกัน (ใช้ยืนยันชนิดประจุได้) ส่วนการหุบลงอาจเกิดจากประจุตรงข้ามหรือวัตถุที่เป็นกลางก็ได้
• กฎของคูลอมบ์ $F = \frac{kq_1q_2}{r^2}$ แรงแปรผันตามผลคูณประจุ และแปรผกผันกับ $r^2$
• สนามไฟฟ้า $E = F/q$ (N/C) ทิศเดียวกับแรงต่อประจุบวก ประจุลบได้รับแรงสวนทิศสนาม
• สายล่อฟ้า = ปลายแหลม + สายตัวนำ + หลักดิน

2. ไฟฟ้ากระแสและวงจร

• กฎของโอห์ม $V = IR$ ตัวนำโอห์มิกมีกราฟ I–V เป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด หลอดไส้ไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม
• $R = \rho L/A$ ยาวขึ้น R เพิ่ม หน้าตัดใหญ่ขึ้น R ลด
• อนุกรม: กระแสเท่ากัน ความต้านทานรวม = ผลบวกของแต่ละตัว แรงดันแบ่งตามสัดส่วนความต้านทาน
• ขนาน: ความต่างศักย์เท่ากัน ความต้านทานรวม R จาก $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$ (สองตัวใช้ $\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$) กระแสแบ่งกลับข้างกับความต้านทาน
• แอมมิเตอร์ต่ออนุกรม (ความต้านทานต่ำมาก) โวลต์มิเตอร์ต่อขนาน (ความต้านทานสูงมาก)
• กำลังไฟฟ้า $P = VI = I^2R = V^2/R$ (ต่ออนุกรมใช้ $I^2R$ ต่อขนานใช้ $V^2/R$ เปรียบเทียบ)
• ค่าไฟฟ้า: 1 หน่วย = 1 kWh จำนวนหน่วย = (วัตต์ × ชั่วโมง) ÷ 1,000 แล้วคูณราคาต่อหน่วย

3. ความปลอดภัยและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

• ฟิวส์/เบรกเกอร์ ต่ออนุกรมกับสายเส้นไฟ ป้องกันกระแสเกินและลัดวงจร เลือกพิกัดสูงกว่ากระแสใช้งานเล็กน้อย
• เครื่องตัดไฟรั่ว (RCD) ตรวจผลต่างกระแสสาย L กับ N ตัดวงจรเมื่อรั่วเกินพิกัด (ในบ้านนิยม 30 mA) ป้องกันไฟดูด
• สายดินต่อตัวถังโลหะลงดิน ให้กระแสรั่วไหลผ่านทางความต้านทานต่ำแทนร่างกาย
• รหัสสีตัวต้านทาน: ดำ 0 น้ำตาล 1 แดง 2 ส้ม 3 เหลือง 4 เขียว 5 น้ำเงิน 6 ม่วง 7 เทา 8 ขาว 9 แถบที่ 3 คือจำนวนศูนย์ ทอง ±5% เงิน ±10%
• ตัวเก็บประจุ เก็บประจุและพลังงาน กระแสอัดประจุสูงสุดตอนเริ่มแล้วลดลง ขวางกระแสตรงเมื่อเต็ม
• ไดโอด/LED นำกระแสทิศเดียวเมื่อไบแอสตรง (ขายาวของ LED คือแอโนด) ต้องมีตัวต้านทานจำกัดกระแส
• ทรานซิสเตอร์ใช้เป็นสวิตช์หรือขยายสัญญาณ LDR ความต้านทานลดลงเมื่อแสงมาก เซลล์สุริยะให้ไฟฟ้ากระแสตรง

4. แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า

• ขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์เป็นขั้วใต้ทางแม่เหล็ก ขั้วเหนือของเข็มทิศจึงชี้ไปทางเหนือ
• กฎมือขวา (ลวดตรง): หัวแม่มือตามกระแส นิ้วที่กำวนตามสนาม กระแสพุ่งออกหาผู้มอง สนามวนทวนเข็มนาฬิกา
• แม่เหล็กไฟฟ้าแรงขึ้นเมื่อ เพิ่มกระแส เพิ่มจำนวนรอบ และใช้แกนเหล็กอ่อน
• แรงบนลวด $F = ILB\sin\theta$ ตั้งฉากทั้งกระแสและสนาม เป็นหลักการของมอเตอร์ (คอมมิวเทเตอร์กลับทิศกระแสทุกครึ่งรอบ) และลำโพง
• กฎของฟาราเดย์: ฟลักซ์เปลี่ยน → เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ $\varepsilon_{max} = NBA\omega$ กฎของเลนซ์: กระแสเหนี่ยวนำต้านการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์

5. หม้อแปลงและไฟฟ้ากระแสสลับ

• หม้อแปลงใช้ได้กับไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น $\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} = \frac{I_s}{I_p}$
• ส่งไฟฟ้าระยะไกลด้วยแรงดันสูง: $I = P/V$ ลดลง กำลังสูญเสียในสาย $I^2R$ ลดลงตามกำลังสอง (แรงดันเพิ่ม 10 เท่า สูญเสียลด 100 เท่า)
• ไฟบ้าน 220 V (ค่าที่ใช้ในแบบเรียน) คือค่ายังผล ค่าสูงสุด $\approx \sqrt{2} \times 220 \approx 311$ V ความถี่ 50 Hz กระแสเปลี่ยนทิศ 100 ครั้งต่อวินาที

6. ความร้อนและอุณหพลศาสตร์

• แปลงอุณหภูมิ $\frac{C}{5} = \frac{F-32}{9}$ และ $K = C + 273$
• การนำ (อนุภาคสั่นส่งต่อ) การพา (ของไหลเคลื่อนที่) การแผ่รังสี (ผ่านสุญญากาศได้)
• $Q = mc\Delta T$ ใช้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน และ $Q = mL$ ใช้ขณะเปลี่ยนสถานะ (อุณหภูมิคงที่) น้ำ c = 4,200 J/(kg·K) น้ำแข็ง 2,100 J/(kg·K)
• สมดุลความร้อน: ความร้อนที่ให้ = ความร้อนที่รับ โจทย์น้ำแข็งผสมน้ำ ต้องเช็กก่อนว่าน้ำแข็งละลายหมดหรือไม่
• แผ่นโลหะคู่: เมื่อร้อน ฝั่งที่ขยายตัวมากอยู่นอกส่วนโค้ง
• กฎข้อที่ 1: $\Delta U = Q + W$ เมื่อ W คืองานที่ทำต่อระบบ อัดแก๊สเร็วร้อนขึ้น แก๊สขยายตัวเร็วเย็นลง
• ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน $= 1 - \frac{T_c}{T_h}$ ใช้หน่วยเคลวินเท่านั้น

7. กัมมันตภาพรังสีและพลังงานนิวเคลียร์

• α (⁴₂He, +2) อำนาจทะลุผ่านต่ำสุด กระดาษกั้นได้ แตกตัวเป็นไอออนดีสุด / β⁻ (อิเล็กตรอน) อะลูมิเนียมบางกั้นได้ / γ (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่มีประจุ ไม่เบนในสนาม) ต้องใช้ตะกั่วหนา
• สลายแอลฟา: เลขมวล −4 เลขอะตอม −2 / สลายบีตา: เลขมวลคงที่ เลขอะตอม +1 หาจำนวนแอลฟาจากเลขมวลก่อนเสมอ
• ครึ่งชีวิต: เหลือ $N = N_0(\frac{1}{2})^n$ เมื่อ n = เวลา ÷ ครึ่งชีวิต ¹⁴C ครึ่งชีวิต 5,730 ปี ใช้หาอายุซากสิ่งมีชีวิต
• ฟิชชัน = นิวเคลียสหนักแตกตัว (โรงไฟฟ้านิวเคลียร์) ฟิวชัน = นิวเคลียสเบารวมกัน (ดวงอาทิตย์) พลังงานจากมวลที่หายไป $E = mc^2$ โดย $c^2 = 9\times10^{16}$ m²/s²
• เครื่องปฏิกรณ์: แท่งเชื้อเพลิง แท่งควบคุมดูดกลืนนิวตรอน สารหน่วงความเร็วนิวตรอน ความร้อนต้มน้ำหมุนกังหัน
• ประโยชน์ของรังสี: ⁶⁰Co รักษามะเร็งและฆ่าเชื้อ ¹³¹I ต่อมไทรอยด์ ปรับปรุงพันธุ์พืช
• หน่วย: Bq = กัมมันตภาพ, Gy = ปริมาณรังสีดูดกลืน, Sv = ปริมาณรังสีที่คำนึงถึงผลทางชีวภาพ หลักป้องกัน: เวลา ระยะทาง เครื่องกำบัง

8. พลังงานทดแทนและการประหยัดพลังงาน

• พลังงานที่มาจากดวงอาทิตย์: แสงอาทิตย์ ลม ชีวมวล พลังน้ำ / ไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์: ความร้อนใต้พิภพ นิวเคลียร์ น้ำขึ้นน้ำลง
• กำลังของลมแปรผันตาม $v^3$ ลมแรงขึ้น 2 เท่า กำลังเพิ่ม 8 เท่า
• ฉลากประหยัดไฟฟ้าเบอร์ 5 รูปแบบใหม่ (ตั้งแต่ 1 ม.ค. 2567) แบ่งระดับ 1–5 ดาว ดาวมากยิ่งประหยัด ระยะคืนทุน = ส่วนต่างราคา ÷ เงินที่ประหยัดได้ต่อปี