Electromagnetism and the motor effectแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงบนลวดตัวนำ

IGCSE Physics · Edexcel 4PH1 & 4SD0 · free step-by-step lesson, every question with its answer and the reason behind itบทเรียนฟรีทีละขั้น ทุกข้อมีเฉลยและเหตุผลกำกับ

1. Warm-upวอร์มอัพ

A current turns a compass needleกระแสไฟฟ้าทำให้เข็มทิศหมุน

A compass needle is a small magnet. A wire with a current can turn it.เข็มทิศคือแม่เหล็กเล็ก ๆ · ลวดที่มีกระแสทำให้เข็มหมุนได้

1. Which unit measures electric current?หน่วยใดวัดกระแสไฟฟ้า
   Answer:เฉลย: the ampere, Aแอมแปร์ AA is for current This lesson uses A, V and W.A ใช้กับกระแส บทนี้ใช้ A V และ W
2. Outside a bar magnet, which way do the field lines go?นอกแท่งแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็กไปทางไหน
   Answer:เฉลย: from N to Sจาก N ไป SN to S, outsideN ไป S ข้างนอก

2. Field round a wireสนามรอบลวด

All students: a current makes a field. The circles and the grip rule are Triple only.ทุกคน: กระแสทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก · วงกลมและกฎกำมือขวาเป็นเฉพาะ Triple

The field lines are circles round the wireเส้นสนามเป็นวงกลมรอบลวด

Right hand: thumb along the current, fingers curl with the field. Reverse the current and the field reverses.มือขวา: นิ้วโป้งตามกระแส นิ้วที่งอตามสนาม · กลับกระแส สนามก็กลับ

1. A compass is placed next to a wire. The current is switched on. What happens to the needle?วางเข็มทิศไว้ข้างลวด · เปิดกระแส · เข็มเป็นอย่างไร
   Answer:เฉลย: it turns: the current makes a magnetic fieldหมุน: กระแสทำให้เกิดสนามแม่เหล็กA current has a field Any wire with a current has a magnetic field round it.กระแสมีสนามแม่เหล็ก ลวดใดก็ตามที่มีกระแสจะมีสนามแม่เหล็กรอบมัน
2. Triple only. The current in this wire goes into the page. Which way does the field point at P?Triple เท่านั้น · กระแสในลวดนี้พุ่งเข้าหน้ากระดาษ · ที่จุด P สนามชี้ไปทางไหน
   Answer:เฉลย: down the page: into the page, the field goes clockwiseลงล่าง: กระแสพุ่งเข้า สนามวนตามเข็มนาฬิกาInto the page: clockwiseพุ่งเข้า: ตามเข็มนาฬิกา

3. Coils and solenoids (Triple only)ขดลวดและโซเลนอยด์ (Triple เท่านั้น)

Triple Award (4PH1) only. A solenoid is a long coil. Its field looks like the field of a bar magnet.สำหรับ Triple Award (4PH1) เท่านั้น · โซเลนอยด์คือขดลวดยาว · สนามของมันดูเหมือนสนามของแท่งแม่เหล็ก

A solenoid has a field like a bar magnetโซเลนอยด์มีสนามเหมือนแท่งแม่เหล็ก

Inside the coil the field is strong and straight. The N pole is the end the field leaves.ในขดลวด สนามแรงและเป็นเส้นตรง · ขั้วเหนือคือปลายที่สนามออก

1. Triple only. The current in this solenoid goes into the page on the top row and out of the page on the bottom row. Which end is the north pole?Triple เท่านั้น · กระแสในโซเลนอยด์พุ่งเข้าที่แถวบนและพุ่งออกที่แถวล่าง · ปลายไหนเป็นขั้วเหนือ
   Answer:เฉลย: P: the field inside points to P, and the N pole is where the field leavesP: สนามในขดลวดชี้ไป P และขั้วเหนือคือปลายที่สนามออกN is where the field leavesN คือปลายที่สนามออก
2. Triple only. A flat circular coil is seen from the side. The current goes out of the page at the left and into the page at the right. Which way does the field point at X?Triple เท่านั้น · มองขดลวดวงกลมแบนจากด้านข้าง · กระแสพุ่งออกที่ซ้ายและพุ่งเข้าที่ขวา · ที่จุด X สนามชี้ไปทางไหน
   Answer:เฉลย: up the page: both wires give a field that points up at Xขึ้นบนหน้ากระดาษ: ลวดทั้งสองให้สนามที่ชี้ขึ้นที่ XBoth fields point up at Xสนามทั้งสองชี้ขึ้นที่ X

4. Electromagnets (Triple only)แม่เหล็กไฟฟ้า (Triple เท่านั้น)

Triple Award (4PH1) only. A coil on a soft iron core is an electromagnet. Switch off the current and the field goes.สำหรับ Triple Award (4PH1) เท่านั้น · ขดลวดบนแกนเหล็กอ่อนคือแม่เหล็กไฟฟ้า · ปิดกระแส สนามก็หายไป

A coil on a soft iron core is an electromagnetขดลวดบนแกนเหล็กอ่อนคือแม่เหล็กไฟฟ้า

More current, more turns or an iron core makes it stronger. Current off: no field.กระแสมากขึ้น ขดมากขึ้น หรือมีแกนเหล็ก ทำให้แรงขึ้น · ปิดกระแส: ไม่มีสนาม

1. Triple only. Why is the core of an electromagnet made of soft iron, not steel?Triple เท่านั้น · ทำไมแกนของแม่เหล็กไฟฟ้าทำจากเหล็กอ่อน ไม่ใช่เหล็กกล้า
   Answer:เฉลย: soft iron is magnetic only while the current flowsเหล็กอ่อนเป็นแม่เหล็กเฉพาะตอนที่มีกระแสSoft: magnetic only when onอ่อน: เป็นแม่เหล็กเมื่อมีกระแส
2. Triple only. A scrapyard crane uses an electromagnet to lift old cars. Why is this better than a permanent magnet?Triple เท่านั้น · เครนในลานเศษเหล็กใช้แม่เหล็กไฟฟ้ายกรถเก่า · ทำไมจึงดีกว่าแม่เหล็กถาวร
   Answer:เฉลย: it can be switched off, so the car is releasedปิดได้ จึงปล่อยรถได้Switch off: field goneปิด: สนามหาย
3. Triple only. Describe three ways to make an electromagnet stronger. (3 marks)Triple เท่านั้น · บรรยายสามวิธีที่ทำให้แม่เหล็กไฟฟ้าแรงขึ้น · (3 คะแนน)
   Answer:เฉลย: more current · more turns · soft iron coreกระแสมากขึ้น · ขดลวดมากขึ้น · แกนเหล็กอ่อนThree different changes: the current, the coil, the core.สามอย่างที่ต่างกัน: กระแส ขดลวด แกน

5. The force on a wireแรงบนลวด

A wire with a current, in a magnetic field, has a force on it. Its field and the field of the magnet act on each other. Find the direction with the left hand.ลวดที่มีกระแสในสนามแม่เหล็กมีแรงกระทำต่อมัน · สนามของลวดและสนามของแม่เหล็กกระทำต่อกัน · หาทิศด้วยมือซ้าย

Fleming's left-hand rule gives the direction of the forceกฎมือซ้ายของเฟลมมิงบอกทิศของแรง

Left hand, fingers at right angles. Field goes N to S. Current goes + to −.มือซ้าย นิ้วตั้งฉากกัน · สนามไปจาก N ไป S · กระแสไปจาก + ไป −

1. Which two things must be there for a wire to have a force on it?ต้องมีสองสิ่งใดอยู่ ลวดจึงจะมีแรงกระทำต่อมัน
   Answer:เฉลย: a current in the wire and a magnetic fieldกระแสในลวดและสนามแม่เหล็กCurrent and fieldกระแสและสนาม
2. The wire carries a current out of the page. Which way is the force on the wire?ลวดมีกระแสพุ่งออกจากหน้ากระดาษ · แรงบนลวดมีทิศไปทางไหน
   Answer:เฉลย: to the right: first finger down, second finger out, thumb rightไปทางขวา: นิ้วชี้ลง นิ้วกลางออก นิ้วโป้งขวาThumb gives the forceนิ้วโป้งคือแรง
3. A wire carries a current in the magnetic field between two magnets. The wire moves. Explain why. (3 marks)ลวดมีกระแสอยู่ในสนามแม่เหล็กระหว่างแม่เหล็กสองก้อน · ลวดเคลื่อนที่ · อธิบายว่าทำไม · (3 คะแนน)
   Answer:เฉลย: current gives a field · two fields interact · force on the wireกระแสให้สนาม · สองสนามมีอันตรกิริยา · แรงบนลวดThe wire's field, the interaction, then the force.สนามของลวด · อันตรกิริยา · แล้วจึงแรง

6. Motors and loudspeakersมอเตอร์และลำโพง

A coil in a field turns when the forces on its two sides act in opposite directions.ขดลวดในสนามหมุนเมื่อแรงที่สองด้านของมันมีทิศตรงข้ามกัน

Opposite forces on the two sides turn the coilแรงทิศตรงข้ามที่สองด้านทำให้ขดลวดหมุน

A split-ring commutator reverses the current every half turn. The coil keeps turning the same way.วงแหวนแยกกลับกระแสทุกครึ่งรอบ · ขดลวดจึงหมุนทางเดิมต่อไป

1. What does the split-ring commutator do in a d.c. motor?วงแหวนแยกในมอเตอร์กระแสตรงทำอะไร
   Answer:เฉลย: it reverses the current every half turn, so the forces keep turning the coil the same wayกลับกระแสทุกครึ่งรอบ แรงจึงหมุนขดลวดทางเดิมต่อไปSwap current each half turnสลับกระแสทุกครึ่งรอบ
2. A coil has no split ring. It turns until it is vertical, then it stops. Why?ขดลวดไม่มีวงแหวนแยก · มันหมุนจนตั้งตรงแล้วหยุด · เพราะอะไร
   Answer:เฉลย: the current does not reverse, so past the vertical the forces turn the coil backกระแสไม่กลับทิศ เลยแนวตั้งแรงจึงหมุนขดลวดกลับNo reversal: it turns backไม่กลับกระแส: หมุนกลับ
3. A loudspeaker is connected to a cell, which gives d.c. What happens to the cone?ต่อลำโพงกับเซลล์ ซึ่งให้กระแสตรง · กรวยเป็นอย่างไร
   Answer:เฉลย: d.c. gives a force in one direction only, so the cone moves onceกระแสตรงให้แรงทิศเดียว กรวยจึงขยับครั้งเดียวd.c.: one push A cell gives a current in one direction only.กระแสตรง: ดันครั้งเดียว เซลล์ให้กระแสทิศเดียวเท่านั้น
4. A loudspeaker has a coil in the field of a permanent magnet. An alternating current flows in the coil. Explain how the loudspeaker makes sound. (4 marks)ลำโพงมีขดลวดอยู่ในสนามของแม่เหล็กถาวร · กระแสสลับไหลในขดลวด · อธิบายว่าลำโพงทำให้เกิดเสียงได้อย่างไร · (4 คะแนน)
   Answer:เฉลย: fields interact · force on coil · a.c. so force reverses · cone vibratesสนามมีอันตรกิริยา · แรงบนขดลวด · กระแสสลับ แรงกลับทิศ · กรวยสั่นField, force, changing direction, vibration.สนาม · แรง · เปลี่ยนทิศ · การสั่น

7. Bigger, smaller, reversedมากขึ้น น้อยลง กลับทิศ

Change the current or the field and the force changes.เปลี่ยนกระแสหรือสนาม แรงก็เปลี่ยน

The size and direction of the force follow the current and the fieldขนาดและทิศของแรงตามกระแสและสนาม

A wire along the field has no force on it. A current across the field does.ลวดที่อยู่ตามสนามไม่มีแรงกระทำ · กระแสที่ตัดสนามมีแรงกระทำ

1. A wire in a magnetic field has a force on it. The current is doubled. What happens to the force?ลวดในสนามแม่เหล็กถูกแรงกระทำ · เพิ่มกระแสเป็นสองเท่า · แรงเป็นอย่างไร
   Answer:เฉลย: it gets biggerมากขึ้นMore current, more forceกระแสมาก แรงมาก
2. A student reverses the current and also swaps the two magnet poles. What happens to the force?นักเรียนกลับกระแสและสลับขั้วแม่เหล็กทั้งสองด้านด้วย · แรงเป็นอย่างไร
   Answer:เฉลย: it stays the same way: two reversals cancelทิศเดิม: กลับสองครั้งหักล้างกันTwo reversals cancelกลับสองครั้งหักล้างกัน
3. Triple only. A beam of electrons moves along the same line as a magnetic field. What happens to the beam?Triple เท่านั้น · ลำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ตามแนวเดียวกับสนามแม่เหล็ก · ลำเป็นอย่างไร
   Answer:เฉลย: no force along the field, so the beam goes straight onตามแนวสนามไม่มีแรง ลำจึงไปตรง ๆAlong the field: no force Across the field the beam bends. A moving charge is a current.ตามสนาม: ไม่มีแรง ถ้าตัดสนาม ลำจะเบน · ประจุที่เคลื่อนที่คือกระแส
4. State two ways to make a d.c. motor turn faster. (2 marks)บอกสองวิธีที่ทำให้มอเตอร์กระแสตรงหมุนเร็วขึ้น · (2 คะแนน)
   Answer:เฉลย: bigger current · stronger magnetกระแสมากขึ้น · แม่เหล็กแรงขึ้นOne change to the current and one to the magnet.หนึ่งอย่างที่กระแส หนึ่งอย่างที่แม่เหล็ก
5. State two ways to reverse the force on a current-carrying wire in a magnetic field. (2 marks)บอกสองวิธีที่ทำให้แรงบนลวดที่มีกระแสในสนามแม่เหล็กกลับทิศ · (2 คะแนน)
   Answer:เฉลย: reverse the current · reverse the fieldกลับกระแส · กลับสนามOne change to the current and one to the field.หนึ่งอย่างที่กระแส หนึ่งอย่างที่สนาม

8. Exam formแบบข้อสอบจริง

Full questions, in the wording and mark pattern of a 4PH1 paper.ข้อเต็มในสำนวนและรูปแบบคะแนนของข้อสอบ 4PH1

One mark for each ideaหนึ่งคะแนนต่อหนึ่งความคิด

Count the marks. Give one clear idea for each mark.นับคะแนน · เขียนหนึ่งความคิดที่ชัดเจนต่อหนึ่งคะแนน

1. A wire carries a current into the page, between the poles of a magnet. Which arrow shows the direction of the force on the wire? (2 marks)ลวดมีกระแสพุ่งเข้าหน้ากระดาษ อยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็ก · ลูกศรใดแสดงทิศของแรงบนลวด · (2 คะแนน)
   Answer:เฉลย: C: a vertical arrow, downwardsC: ลูกศรแนวตั้ง ชี้ลง2 marks: $\text{M1}\quad \text{vertical arrow}$   $\text{A1}\quad \text{downwards}$2 คะแนน: $\text{M1}\quad \text{vertical arrow}$   $\text{A1}\quad \text{downwards}$
2. A d.c. motor is connected to a 12 V supply. The current in the motor is 3.0 A. Calculate the power of the motor. (2 marks)มอเตอร์กระแสตรงต่อกับแหล่งจ่าย 12 V · กระแสในมอเตอร์ 3.0 A · คำนวณกำลังของมอเตอร์ · (2 คะแนน)
   Answer:เฉลย: $P=IV=3.0\times12=36$ W$P=IV=3.0\times12=36$ W2 marks: $\text{M1}\quad P=3.0\times12$   $\text{A1}\quad P=36\text{ W}$2 คะแนน: $\text{M1}\quad P=3.0\times12$   $\text{A1}\quad P=36\text{ W}$
3. Explain why the coil of a d.c. motor starts to turn. (2 marks)อธิบายว่าทำไมขดลวดของมอเตอร์กระแสตรงจึงเริ่มหมุน · (2 คะแนน)
   Answer:เฉลย: The currents in the two sides of the coil go in opposite directions, so the forces on the two sides are in opposite directions, and they turn the coil.กระแสในสองด้านของขดลวดไปทิศตรงข้ามกัน แรงที่สองด้านจึงมีทิศตรงข้ามกัน และหมุนขดลวด2 marks: $\text{M1}\quad \text{opposite currents}$   $\text{M2}\quad \text{opposite forces}$2 คะแนน: $\text{M1}\quad \text{opposite currents}$   $\text{M2}\quad \text{opposite forces}$

9. On your ownลองเอง

Six on paper. Draw the picture first. Mark the field, the current and the force.หกข้อบนกระดาษ · วาดภาพก่อน · ทำเครื่องหมายสนาม กระแส และแรง

1. Triple only. A wire carries a current into the page. Which way do the field lines go round it?Triple เท่านั้น · ลวดมีกระแสพุ่งเข้าหน้ากระดาษ · เส้นสนามวนรอบลวดไปทางไหน
   Answer:เฉลย: clockwiseRight-hand grip: thumb into the page.กฎกำมือขวา: นิ้วโป้งเข้าหน้ากระดาษ
2. A d.c. motor runs from 6.0 V and takes 2.5 A. Calculate its power.มอเตอร์กระแสตรงใช้ 6.0 V และรับกระแส 2.5 A · คำนวณกำลัง
   Answer:เฉลย: 15 W$P=IV=2.5\times6.0$.$P=IV=2.5\times6.0$.
3. The field points up the page. The current in a wire goes into the page. Which way is the force on the wire?สนามชี้ขึ้นบนหน้ากระดาษ · กระแสในลวดพุ่งเข้าหน้ากระดาษ · แรงบนลวดมีทิศไปทางไหน
   Answer:เฉลย: to the rightFirst finger up, second finger into the page: thumb to the right.นิ้วชี้ขึ้น นิ้วกลางเข้าหน้า: นิ้วโป้งไปทางขวา
4. Triple only. The right-hand end of a solenoid is a north pole. Which way does the field point inside the solenoid?Triple เท่านั้น · ปลายขวาของโซเลนอยด์เป็นขั้วเหนือ · ภายในโซเลนอยด์ สนามชี้ไปทางไหน
   Answer:เฉลย: to the right, towards the N pole endField lines leave the N pole. Inside, they go towards it.เส้นสนามออกจากขั้วเหนือ · ข้างใน พวกมันไปทางขั้วเหนือ
5. The force on a wire is up the page. The field goes from N on the left to S on the right. Which way is the current?แรงบนลวดชี้ขึ้นบนหน้ากระดาษ · สนามไปจาก N ซ้ายไป S ขวา · กระแสไปทางไหน
   Answer:เฉลย: out of the pageTry each current direction with the left hand.ลองกระแสแต่ละทิศด้วยมือซ้าย
6. Describe how a d.c. motor works. (5 marks)บรรยายการทำงานของมอเตอร์กระแสตรง · (5 คะแนน)
   Answer:เฉลย: coil in a magnetic field; current in the two sides in opposite directions; forces in opposite directions turn the coil; split-ring commutator reverses the current every half turn; the coil keeps turning the same wayCoil, opposite currents, opposite forces, split ring, keeps turning.ขดลวด กระแสตรงข้าม แรงตรงข้าม วงแหวนแยก หมุนต่อ

All free lessonsบทเรียนฟรีทั้งหมด · Free maths libraryคลังเรียนฟรี