ผลของชนิดโลหะ มวล ขนาด อุณหภูมิของวงแหวน และกระแสไฟฟ้าต่อการกระโดดของวงแหวนตัวนำไฟฟ้า

Effects of Mass, Dimension and Temperature of Metal Ring and Applied Current on the Jump Height

Name: จิรยุทธ์ ทวีพงษ์

Name: Jirayut Taweepong

keyword: ชุดทดลองวงแหวนกระโดด

; Jumping Ring Apparatus

Abstract: การทดลองวงแหวนกระโดดเป็นการทดลองที่แสดงให้เห็นถึงกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์และกฎ ของเลนซ์ โดยจะวางวงแหวนตัวนำบนแกนโซลินอยด์ เมื่อป้อนไฟฟ้ากระแสสลับให้แก่โซลินอยด์ วงแหวนจะกระโดยหรือถูกยกให้สูงขึ้น ปรากฎการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากกระแสเหนี่ยวนำในวงแหวน ไหลในทิศตรงข้ามกับกระแสไฟฟ้าในโซลินอยด์ ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะผลักกันและส่งผล ให้เกิดการกระโดยของวงแหวน ในงานวิจัยนี้ผู้วิจัยได้สร้างชุดทดลองวงแหวนกระโดยและศึกษา ระยะกระโดดของวงแหวนตัวนำชนิดต่างๆ คือ วงแหวนอลูมิเนียม ทองแดงและทองเหลือง อย่างละ 2 ชุด ซึ่งมีความแตกต่างกันดังนี้ 1) ความหนาของวงแหวนเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ 1.5 - 7.5 mm โดยมี ความสูงคงที่เท่ากับ 9 mm และ 2) ความสูงของวงแหวนเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ 3 - 39 mm โดยมีความ หนาคงที่เท่ากับ 1.5 mm โดยจะทำการศึกษาระยะการกระโดดของวงแหวนเหล่านี้เมื่อกระแสไฟฟ้าที่ ป้อนให้แกขดลวดโซลินอยด์มีค่าเป็น 0.50 +- 0.07A 0.55+-0.08 A และ 0.60+-0.12 A โดยอุณหภูมิ ของวงแหวนมีค่าเป็น 30.00 +- 0.50 C และ -45.93+-1.24 C จากผลการทดลองเมื่อเปรียบเทียบวงแหวนที่มีขนาดของวงแหวน กระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิเท่ากัน พบว่า วงแหวนอลูมิเนียมมีระยะการกระโดยสูงสุด รองลงมาคือวงแหวนทองแดง และวงแหวน ทองเหลือง ตามลำดับ สาเหตุที่เป็นเช่นนี้เนื่องจากอลูมิเนียมมีผลคูณของค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าและ ความหนาแน่นสูงสุด ส่งผลให้วงแหวนมีค่าแรงยกต่อมวลสูงที่สุด อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบวง แหวนที่มีอุณหภูมิและขนาดเท่ากัน พบว่าระยะการกระโดดของวงแหวนจะเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้า ที่ป้อนให้แก่โซลินอยด์มีค่าสูงขึ้น เนื่องจากแรงยกจะแปรผันโดยตรงกับค่ากำลังสองของกระแสไฟฟ้า ในโซลินอยด์ เมื่อวิเคราะห์ผลของอุณหภูมิพบว่าวงแหวนที่มีอุณหภูมิต่ำ ค่าความต้านทางไฟฟ้าก็จะ ต่ำลงด้วย ดังนั้นกระแสเหนี่ยวนำในวงแหวนก็จะมีค่าสูงขึ้นส่งผลให้วงแหวนมีระยะกระโดดสูงขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อเปรียบเทียบวงแหวนที่มีมวลเท่ากันแต่ขนาดต่างกัน พบว่าวงแหวนที่มีความหนา มากกว่าจะมีระยะการกระโดยสูงกว่า เนื่องจากแรงยกแปรผันโดยตรงกับพื้นที่หน้าตัดของวงแหวน นั่นเอง

Abstract: The jumping ring experiment is an outstanding demonstration of Faraday's laws of induction and also of Lenz's law. A conducting non-magnetic ring is put on the iron core of a solenoid. When AC power is applied to the solenoid, the ring is thrown off or held in a state of levitation. This phenomenon happens because the induced current in the ring flows in the direction to counter that of the solenoid current. Consequently, two magnetic fields repel each other, giving rise to the jump effect. This work concerns the construction of the jumping ring apparatus and determination of the jumping ring behavior in terms of jump height. Two set of aluminium, copper, and brass rings of different dimensions were constructed. The first set was made by variable ring thickness from 1.5-7.5 mm with the same vertical length of 9 mm. The other was made by variable ring vertical length from 3 - 39 mm with the same thickness of 1.5 mm. Their behavior were quantitatively investigated at various alternating currents (0.50+-0.07 A, 0.55+-0.08 A, and 0.60+-0.12 A) and temperatures (30.00+-0.50 C and -45.93+-1.24 C). It was found that for the rings of the same dimension, applied current and temperature, the jump height increased in the following order: brass ring < copper ring < aluminium ring. The aluminium ring achieved the highest jump height in comparison with other materials. This is because aluminium gives the smallest product of resistivity and density which result in the greatest upward acceleration (levitating force per mass) to the ring. However, for the rings of the same temperature and dimension, the jump height increased with increasing applied current because the upward force is proportional to the square of current in the solenoid. When lowering the temperature of the ring, its electrical resistance decreased and hence the induced ring current increased causing the ring to jump higher. Furthermore, for the rings of the same mass, the jump height increased with increasing the ring thickness because the upward force is proportional to the cross section area of the ring.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: เขมฤทัย ถามะพัฒน์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2554

Modified: 2555-06-07

Issued: 2555-06-07

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: PHY617

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: ฟิสิกส์

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	PHY617.pdf	918.29 KB	60	2026-05-26 18:16:01
2	PHY617ab.pdf	28.48 KB	21	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.0343 วินาที