ฟิสิกส์อะตอม
»
วิทยาศาสตร์
ม.4-6
Application
คำว่า “อะตอม” เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก (ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลอง เพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าว
ต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการ ทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่า
สสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไป
ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น
สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัว
น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน

ฟิสิกส์อะตอมเป็นเรื่องที่ศึกษาโครงสร้างและส่วนประกอบของอะตอม เริ่มต้นจากปี พ.ศ. 2398 ไกสเลอร์ ได้ประดิษฐ์หลอดสุญญากาศความดันต่ำ ปลายทั้งสองของหลอดต่อเข้าความต่างสูง พบว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น และเกิดการเรืองแสงสีเขียวจางๆ ขึ้นบริเวณผนังหลอด ต่อมาได้ถูกนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ดัดแปลง จนนำไปสู่การค้นพบอิเล็กตรอนในที่สุด โดยเรียงลำดับการค้นพบ จากการทดลองของ ครูกส์ (William Crookes) ซึ่งมีผลการทดลองว่า การเรืองแสงสีเขียวจะเกิดมากที่สุดบริเวณผนังหลอดด้านในที่อยู่ตรงกันข้ามกับขั้วแคโทด จึงเรียกรังสีนี้ว่า "รังสีแคโทด (Cathode Ray) " รังสีนี้จะเบี่ยงเบนในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
การทดลองของทอมสัน (Joseph J. Thomson) เขาทดลองเพิ่มเติมจากแนวความคิดของครูกส์ พบว่า รังสีแคโทดเป็นลำอนุภาคที่มีประจุลบ หรือเรียกว่า อนุภาครังสีแคโทด (Cathode Ray Particle) ต่อมาเรียกใหม่ว่า "อิเล็กตรอน (Electron) " และถือว่า "ทอมสันเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบอิเล็กตรอน" ทอมสันสามารถค้นพบค่าประจุต่อมวล q/m มีค่าเท่ากับ 1.76x 1011 คูลอมบ์ต่อกิโลกรัม
การทดลองหยดน้ำมันของมิลลิแกน (Robert A.Millikan) เป็นการทดลองเพื่อต่อยอดความรู้ของทอมสัน ทำให้มิลลิแกนสรุปได้ว่า "ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีขนาดเท่ากับ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ " และนิยมใช้สัญลักษณ์ "e" แทนค่าประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน และยังสามารถค่า "มวลของอิเล็กตรอนได้เท่ากับ 9.1 x 10-31 กิโลกรัม"
หลังจากที่มีการค้นพบอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม ทำให้ขัดแย้งกับทฤษฎีอะตอมในอดีตที่เข้าใจว่า อะตอมแบ่งแยกไม่ได้ ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอมขึ้นมาเรียงตามความเชื่อถือ ดังต่อไปนี้
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบกระจายกันอยู่ เหมือนเม็ดแตงโม แต่ไม่สามารถอธิบายการทดลองได้ จึงทำให้ล้มเหลวในที่สุด
แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่จุดศูนย์กลางเรียกว่า "นิวเคลียส" ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆ นิวเคลียสที่ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก และเขาคำนวณพบว่า นิวเคลียสมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-15 ถึง 10-14 เมตร ในขณะที่อะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร แสดงว่า ขนาดอะตอมจึงใหญ่กว่าขนาดของนิวเคลียสประมาณหนึ่งแสนเท่า แต่ก็มีข้อบกพร่องเพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมประจุบวกจึงรวมกันอยู่ในนิวเคลียส และทำไมอิเล็กตรอนจึงสามารถโคจรรอบนิวเคลียสได้ทั้งที่สูญเสียพลังงานจลน์ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกเวลล์

แบบจำลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) โบร์ได้ปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด โดยการตั้งสมมติฐานขึ้น 2 ข้อ สมมติฐานข้อที่ 1 อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียสจะมีวงโคจรพิเศษที่อิเล็กตรอนไม่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยที่ในวงโคจรพิเศษนี้อิเล็กตรอนจะมีโมเมนตัมเชิงมุม L คงตัว โมเมนตัมเชิงมุมนี้มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวมูลฐาน ( เมื่อ h แทนค่าคงตัวของพลังค์ (Planck Constant) = 6.63x10-34 Js) สมมติฐานข้อที่ 2 อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวงโคจรพิเศษ
การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ ฟรังก์ (James Franck) และเฮิรตซ์ (Fustav L. Hertz) ได้ทำการทดลองเพื่อสนับสนุนทฤษฎีอะตอมของโบร์ และแสดงว่าโครงสร้างอะตอมมีระดับพลังงานไม่ต่อเนื่อง (มีลักษณะเป็นชั้นๆ) โดยการเร่งอิเล็กตรอนวิ่งเข้าไปชนกับอะตอมของปรอทที่อยู่ในสภาพเป็นไอ และพบว่าอะตอมของปรอทที่อยู่ในสภาพไอสามารถดูดกลืนพลังงาน ได้เพียงบางค่าเท่านั้น เช่น 4.9 eV , 6.7 eV และ 10.4 eV นอกจากนี้ยังมีปรากฏการณ์ที่เกิดจากการทดลองเกี่ยวกับรังสีเอกซ์ สนับสนุนพลังงานไม่ต่อเนื่อง
รังสีเอกซ์ (X-rays) คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง (1016 - 1022 Hz) หรือ ความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 10-8 - 10-13 เมตร ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก สเปกตรัมของรังสีเอ็กซ์มี 2 แบบ คือ สเปกตรัมแบบต่อเนื่อง และ สเปกตรัมแบบเส้น (ซึ่งเแบบเส้นจะสนับสนุนพลังงานไม่ต่อเนื่อง)
ความไม่สมบูรณ์ของทฤษฏีอะตอมของโบร์ มีข้อบกพร่อง เพราะอธิบายได้ดีเฉพาะอะตอมขนาดเล็ก เช่น ไฮโดรเจน เท่านั้น ส่วนอะตอมอื่นๆ ไม่สามารถอธิบายได้ นั่นเป็นเพราะว่า

1) โบร์ได้ผสมความคิดของฟิสิกส์แผนเดิมกับความคิดเรื่องควอนตัมของพลังงานพลังก์ ซึ่งเป็นความคิดของฟิสิกส์แผนใหม่ จึงทำให้มีขอบเขตจำกัด

2) ไม่สามารถอธิบายได้ว่า อะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก จะให้สเปกตรัมที่ผิดไปจากเดิมคือ สเปกตรัมเส้นหนึ่งๆ แยกออกเป็นหลายเส้น
ทวิภาพของคลื่นและอนุภาค คือ การที่คลื่นสามารถแสดงสมบัติของอนุภาคได้และในทางกลับกันอนุภาคก็สามารถแสดงสมบัติของคลื่นได้เช่นกัน โดยมีปรากฏการณ์ดังต่อไปนี้ สนับสนุนแนวคิดทวิภาพของคลื่นและอนุภาค

1) ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoectric Effect) คือ ปรากฏการณ์ที่ฉายแสงซึ่งมีความยาวคลื่นสั้น หรือมีความถี่สูงตกกระทบผิวโลหะ แล้วทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาจากโลหะได้ และเรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาว่า "โฟโตอิเล็กตรอน (Photoelectron)" และอธิบายได้จากความรู้เรื่อง การแผ่รังสีของวัตถุดำ โดยพลังก์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ได้ตั้งสมมติฐานซึ่งมีใจความว่า "พลังงานที่วัตถุดำรับเข้าไป หรือปล่อยออกมานั้นมีค่าได้เฉพาะบางค่า" ซึ่งจะเป็นจำนวนเท่าของ hf โดยเรียกว่า "ควอนตัมของพลังงาน"

2) ปรากฏการณ์คอมป็ตัน (Compton Effect) อธิบายโดยคอมป์ตัม (Arthur H. Compton) และดีบาย (Perter Debye) ได้ทดลองฉายรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นค่าหนึ่งไปกระทบอิเล็กตรอนในแท่งแกรไฟต์ ปรากฏว่ามีอิเล็กตรอนและรังสีเอกซ์กระเจิงออกมา พบว่า รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมามีทั้งความยาวคลื่นเท่าเดิมและความยาวคลื่นมากกว่าเดิม

3) สมมติฐานของเดอบรอยล์ (De Broglie's Hypothesis) กล่าวได้ว่า "ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงสมบัติของอนุภาคได้ แล้วอนุภาคก็แสดงสมบัติของคลื่นได้เช่นเดียวกัน" หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก กล่าวไว้ว่า "เราไม่สามารถรู้ถึงตำแหน่งและความเร็ว ของอนุภาคในเวลาเดียวกันได้อย่างแม่นยำ" ตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กที่เกี่ยวกับความไม่แน่นอนทางตำแหน่งและความไม่แน่นอนทางโมเมนตัม มีความสัมพันธ์กันดังต่อไปนี้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโม (Generator or dynamo) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า จากพลังงานกล ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างง่าย จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำแบบสลับเกิดขึ้นในขดลวด เมื่อหมุนในสนามแม่เหล็ก เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมีคอมมิวเตเตอร์ เช่น เดียวกับมอเตอร์ไฟฟ้าและ กระแสไฟฟ้าจะไหลในทิศทางเดียว

Current) เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว สองเฟส และสามเฟส ในปัจจุบันนิยมใช้เพียง 2 ชนิดเท่านั้น คือ กระแสไฟฟ้าสลับเฟสเดียวกับสามเฟส

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current) ไฟฟ้ากระแสสลับหมายถึงกระแสไฟฟ้าที่มีการสลับสับเปลี่ยนขั้วอยู่ตลอดเวลาอย่างสม่ำเสมอ ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนสลับไปมาจากบวก-ลบและจากลบ-บวก อยู่ตลอดเวลา ซึ่งไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรือนและโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไปเมื่อเรานำไฟฟ้ากระแสสลับมาเขียนเป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับมุมที่เปลี่ยนไปเมื่อเวลาผ่านไปในขณะที่เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าจะได้ความสัมพันธ์ของกราฟเป็นเส้นโค้งสลับขึ้นลงไปมาซึ่งหมายถึงเมื่อเวลาผ่านไปแรงดันไฟฟ้าจะสลับการไหลตลอดเวลา การไหลของกระแสสลับกลับไปกลับมาครบ1รอบ เรียกว่า 1 ไซเคิล (cycle) หรือ 1 รูปคลื่นและจำนวนรูปคลื่นทั้งหมดในเวลาที่ผ่านไป 1 วินาที เรียกว่า ความถี่(frequency) ซึ่งความถี่ไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นรอบต่อวินาทีหรือรูปคลื่นต่อวินาทีหรือไซเคิลต่อวินาทีมีหน่วยย่อเป็น"เฮิรตซ์"(Hertz)สำหรับความถี่ไฟฟ้าในประเทศไทยเท่ากับ 50 เฮิรตซ์ ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีรูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าเพียง1 รูปคลื่น เราเรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟส (Single phase)และถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำเนิดไฟฟ้าออกมาพร้อมกัน 2 รูปคลื่น เราก็เรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ 2 เฟส และถ้ามี 3 รูปคลื่น เราก็เรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส ดังรูป เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ3เฟสซึ่งเรานิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันเพราะให้แรงดันไฟฟ้าได้ 2 ระดับคือ 380 โวลต์ และ 220โวลต์รูปคลื่นแต่ละรูปคลื่นเรียกว่าเฟสAเฟสBและเฟสC ตามลำดับ ลักษณะของการต่อขดลวดของหม้อแปลงแบบสามเฟสโดยทั่วไปทางด้านแรงดันต่ำจะมีสายไฟฟ้างหมด 4เส้นสามเส้นแรกเป็นสายนำกระแสของสายเฟสทั้งสามคือเฟส A เฟส B และเฟส C ตามลำดับ ส่วนสายเส้นที่4เป็นสายนิวทรัล(neutral)หรือสายเป็นกลางทางไฟฟ้าถือว่าไม่มีไฟฟ้าเพราะสายเส้นนี้ต่อลงดิน โดยปกติดินถือว่ามีความเป็นกลางหรือศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์โวลต์สำหรับระบบไฟฟ้าแรงต่ำในประเทศไทยที่นิยมใช้กันโดยทั่วไปเป็นระบบ3เฟส4สาย220/380โวลต์ระดับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสต่อเฟสเท่ากับ 380 โวลต์ และเมื่อระดับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสกับนิวทรัลเท่ากับ220โวลต์ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟสนิยมนำไปใช้กับเครื่องจักรกลไฟฟ้าเช่น มอเตอร์ไฟฟ้า 3 เฟส อักษรกำกับสายไฟฟ้ากำลัง สำหรับสายเฟสเป็น A,B,C และสายนิวทรัลคือNบางระบบเป็นL1,L2,L3และNหรือR,S,T และ N แรงดันเฟส-เฟส L1 - L2 = 380 โวลต์ L1 - L3 = 380 โวลต์ L2 - L3 = 380 โวลต์ แรงดันเฟส-นิวทรัล L1 - N = 220 โวลต์ L2 - N = 220 โวลต์ L3 - N = 220 โวลต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ..... .มีโครงสร้างเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แต่ที่อาร์มาเจอร์มีวงแหวนแทนคอมมิวเตเตอร์ (Commutature) หลักการทำงานของการเกิดมีขั้นตอนโครงสร้าง 9 ขั้นตอน ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว สองเฟส และสามเฟสในปัจจุบันนิยมใช้เพียง 2 ชนิดเท่านั้น คือ กระแสไฟฟ้าสลับเฟสเดียวกับสามเฟส ก. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase) ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้าทำให้กระแสไหลไปยังวงจรภายนอก โดยผ่านวงแหวน และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุนลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวดตัวนำหลายชุดไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าหากออกแบบชุดขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ข. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase) เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส โดยการออกแบบจัดวางขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (SinglePhase)ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้สายไฟฟ้า 2 สายคือ สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่ง อาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสีย ลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ คือ แหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแสในช่วงการจ่ายเป็นระยะๆ กระแสสลับที่แท้จริงมีลักษณะเป็นรูปคลื่นที่ความถี่ 50 Hz หรือ 60 Hz ตัวอย่าง เช่น ไฟฟ้าจากระบบสายส่งการไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าที่อุปกรณ์ไฟฟ้าต้องการใช้กำลังไฟฟ้าที่อุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงใช้ คำนวณได้จาก ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ใช้ไป กำลังไฟฟ้าที่อุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับจะมีความซับซ้อนมากกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง เพราะทิศทางการไหลของกระแสจะเปลี่ยนไปเมื่อเวลาเปลี่ยนแปลงไป ด้งนั้น การหาค่าความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้าและค่ากระแส จึงต้องคิดในรูปของรากของกำลังสองเฉลี่ย (RMS) เพื่อกำจัดการเปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแส อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กำลังไฟฟ้ากระแสสลับแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ Linear load ตัวอย่างเช่น หลอดไส้ (Incandescent lamp) Non-linear load ตัวอย่างเช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์, อิเล็กทรอนิกส์บัลลาสต์, คอมพิวเตอร์, จอคอมพิวเตอร์ และโทรทัศน์ เป็นต้น อุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละประเภทจะมีลักษณะของการใช้กระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกันภาพต่อไปนี้แสดงคุณสมบัติของการใช้กระแสไฟฟ้าของ Linear load และ Non-linear load ลักษณะการใช้กระแสไฟฟ้าของหลอดไส้ ลักษณะการใช้กระแสไฟฟ้าของชุดคอมพิวเตอร์ (Incandescent lamp) Power factor = 1 Power factor = 0.52วัตต์ และวีเอ คืออะไร วัตต์ (Watt) คือ หน่วยของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ วีเอ (VA)คือ หน่วยของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับ Non-linear load ตัวอย่างเช่น คอมพิวเตอร์ เป็น Non-linear load หน่วยในการวัดค่ากำลังไฟฟ้าจึงเป็น วีเอ (VA)UPS เป็นอุปกรณ์ที่จ่ายไฟฟ้าให้กับคอมพิวเตอร์ในขณะที่ไฟฟ้ามีปัญหา ดังนั้น จึงควรใช้หน่วยในการวัดค่ากำลังไฟฟ้าจึงควรใช้หน่วยเดียวกัน คือ วีเอ (VA) การวัดค่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับหน่วยเป็นวัตต์ในการวัดค่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับของอุปกรณ์ไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Power meter ซึ่งจะวัดแรงดันและกระแสในเวลาเดียวกัน และคำนวณกำลังไฟฟ้าเป็นหน่วยวัตต์ ภาพต่อไปนี้แสดงการวัดค่ากำลังไฟฟ้าของคอมพิวเตอร์ จอ 17" โดยใช้ Power meter การวัดค่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับหน่วยเป็นวีเอสามารถวัดค่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับของคอมพิวเตอร์ จอ 17" ได้โดยวัดค่าแรงดัน (RMS) และค่ากระแส (RMS) แล้วนำมาคูณกัน และคำนวณกำลังไฟฟ้าเป็นหน่วยวีเอ ความสัมพันธ์ระหว่างค่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับหน่วยเป็นวัตต์และวีเอ Power factor คือ ตัวเลขที่บ่งบอกถึงความเบี่ยงเบนระหว่างกระแสไฟฟ้าและแรงดันของอุปกรณ์ไฟฟ้า มีค่าระหว่าง 0 ถึง 1Power factor ของ Linear load = 1Power factor ของ Non-linear load < 132 =" 252.23" factor =" 132" factor =" 0.523

ฟลักซ์แม่เหล็ก(Magnetic Flux)
ฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic Flux) คือปริมาณเส้นแรงแม่เหล็ก หรือจำนวนของเส้นแรงแม่เหล็ก สัญลักษณ์คือ B มีหน่วยเป็น เวบเบอร์ (WB)ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก หรือ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก ( Magnetic Flux Density)ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก หมายถึง จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กต่อหน่วยพื้นที่ที่เส้นแรงแม่เหล็กตกตั้งฉาก


เนื่องจากแรง F ที่เกิดขึ้นนี้กระทำในทิศตั้งฉากกับความเร็ว v ตลอดเวลา ดังนั้นถ้าอนุภาคยังคงเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็กตลอดเวลา ผลก็คือ อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นวงกลม เมื่ออาศัยหลักการเคลื่อนที่ของวงกลมจะสรุปได้ดังนี้

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก
เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เข้าไปในบริเวณ ของสนามแม่เหล็กจะมีแรงแม่เหล็กกระทำต่อ อนุภาคไฟฟ้านั้นตลอดเวลาทุก ๆ ตำแหน่งที่อนุภาคนั้นเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก ถ้าสนามแม่เหล็ก มีขนาดสม่ำเสมอ แรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคจะมีค่าคงที่ด้วยแรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคไฟฟ้าขึ้นอยู่กับจำนวนประจุไฟฟ้า และความเร็วของอนุภาค และความเข้มของสนามแม่เหล็ก ซึ่งเขียนในรูปทางคณิตศาสตร์ของผลคูณเวกเตอร์ของเวกเตอร์สองจำนวนได้ดังนี้

สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก
เราอาจเข้าใจสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจะสร้างสนามไฟฟ้า และทำให้เกิดแรงไฟฟ้าขึ้น แรงนี้ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต และทำให้เกิดการไหลของประจุไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า) ในตัวนำขึ้น ขณะเดียวกัน อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ จะสร้างสนามแม่เหล็ก และทำให้เกิดแรงแม่เหล็กต่อวัตถุที่เป็นแม่เหล็กคำว่า "แม่เหล็กไฟฟ้า" มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ถ้ากฏของฟิสิกส์จะเหมือนกันใน ทุก กรอบเฉื่อย การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า (เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้เป็นพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้านั่นเอง) ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า ก็ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเนื่องจาก สนามทั้งสองไม่สามารถแยกจากกันได้ จึงควรรวมให้เป็นอันเดียวกัน เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ เป็นผู้รวมสนามไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็กเข้าด้วยกันด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ เพียงสี่สมการ ที่เรียกว่า สมการของแมกซ์เวลล์ ทำให้เกิดการพัฒนาฟิสิกส์ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 19เป็นอย่างมาก และนำไปสู่ความเข้าใจในเรื่องต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น แสงนั้น อธิบายได้ว่าเป็นการสั่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่กระจายออกไป หรือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั่นเอง ความถี่ของการสั่นที่แตกต่างกันทำให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกัน เช่น คลื่นวิทยุเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ แสงที่มองเห็นได้เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ปานกลาง รังสีแกมมาเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิด ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี ค.ศ. 1905