จากเขื่อนสามก๊อกไปจนถึงหลอดภาพอิเล็กทรอนิกส์: การสนทนาเกี่ยวกับแรงในหลายระดับขนาด

ในบทเรียนนี้ เราจะเริ่มต้นเส้นทางการคิดจากกลศาสตร์ระดับมหภาคไปยังไดนามิกส์ระดับไมโครของการเดินทางทางความคิด ลองนึกภาพน้ำที่ไหลเชี่ยวกรากจากเขื่อนสามก๊อกขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ กระบวนการทางฟิสิกส์หลักคือตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กสร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่งแรงต้านทานที่กระแสไฟฟ้าได้รับในสนามแม่เหล็กนั้น ในพื้นฐานแล้ว มาจากการรวมกันของแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าระดับไมโครจำนวนมากแรงลอเรนซ์ในระดับมหภาค กลับกัน ในโทรทัศน์แบบเก่า การใช้เทคโนโลยีการสแกน (scanning) นั้น อาศัยสนามแม่เหล็กควบคุมลำแสงอิเล็กตรอน โดยที่ลำแสงอิเล็กตรอนสแกนจากบรรทัดบนสุดไปยังบรรทัดล่างสุดหนึ่งครั้ง เรียกว่าหนึ่งเฟรมการสแกน (scanning)เทคโนโลยีนี้อาศัยสนามแม่เหล็กควบคุมลำแสงอิเล็กตรอน โดยที่ลำแสงอิเล็กตรอนสแกนจากบรรทัดบนสุดไปยังบรรทัดล่างสุดหนึ่งครั้ง เรียกว่าหนึ่งเฟรม

กฎฟิสิกส์หลัก

• แรงแอมเพียร์ (Ampere Force): $F=BIl$เมื่อกระแสไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ แรงจะสูงสุด
• แรงลอเรนซ์ (Lorentz Force): $F=qvB$มันคือธรรมชาติระดับไมโครของแรงแอมเพียร์ ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ หากประจุเคลื่อนที่เป็นวงกลม แล้ว $qvB=m\frac{v^2}{r}$。
• กฎการเคลื่อนที่: คาบของการเคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยความเร็วคงที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ $T=\frac{2\pi m}{qB}$ซึ่งน่าแปลกใจมาก เพราะไม่ขึ้นกับรัศมีของวงโคจรหรือความเร็วในการเคลื่อนที่