Static electricity

lin Static ice electricity guide FIRST

Static electricity A stationary electric charge, typically produced by friction, which causes sparks or crackling or the attraction of dust or hair. Static electricity

ประจุไฟฟาและกฎการอนรุ ักษ์ประจุไฟฟา ทว่ั ไปวัตถุจะมสี ภาพเปน กลางทางไฟฟา น่นั คอื ภายในอะตอมจะมีโปรตอนและ อเิ ล็กตรอนจํานวนเทา กัน ประจุไฟฟามี 2 ชนดิ คอื ประจุไฟฟา บวก และประจุไฟฟาลบ โดยแรงทก่ี ระทาํ ซง่ึ กนั และกัน ระหวา งวตั ถทุ ี่มปี ระจุไฟฟา เรียกวา แรงระหวา งประจไุ ฟฟา แรงระหวา งประจุไฟฟา มี 2 ชนดิ คือ แรงกระทําระหวา งประจุตา งชนิดกัน เรยี ก แรงดงึ ดูด (attractive force) และแรงกระทาํ ระหวางประจชุ นิดเดียวกัน เรยี ก แรงผลัก (repulsive force) ++ +- -- เมื่อนําวัตถุ 2 ชนดิ ซึง่ เดมิ เปน กลางทางไฟฟามาถกู นั จะเกดิ การถา ยโอน อิเลก็ ตรอนระหวา งวตั ถทุ ั้ง 2 ชนดิ นัน้ โดยวัตถหุ นง่ึ จะทาํ หนาทีใ่ หอเิ ล็กตรอน และอกี วตั ถหุ นงึ่ จะทําหนาท่รี ับอิเล็กตรอน สําหรบั วัตถุท่ีมีสภาพเปน กลางทาง ไฟฟา เมอ่ื สูญเสยี อเิ ล็กตรอนไปบางสว น ทาํ ใหมีประจุสทุ ธเิ ปนบวก สวนประจุ ทรี่ บั อเิ ล็กตรอน จะมีประจุสุทธเิ ปน ลบ ดังนั้น เราสามารถทาํ ใหว ัตถทุ ีเ่ ปน กลาง ทางไฟฟา เปนวัตถมุ ปี ระจไุ ฟฟา ได โดยการถา ยโอนอิเล็กตรอนเขา หรอื ออกจาก วัตถนุ ัน้ ทัง้ นป้ี ระจไุ มส ามารถสรา งขนึ้ ใหมหรือทําลายได

Law of conservation of electic charge ผลรวมประจกุ อน = ผลรวมประจุหลัง การทําใหว ตั ถุมปี ระจุไฟฟาไมใ ชเปนการสรา งประจุใหม แตเปน การยายประจุ จากทีห่ นง่ึ ไปยังทีห่ น่งึ โดยท่ผี ลรวมของจํานวนประจทุ งั้ หมดของระบบท่ี พิจารณาจะเทาเดมิ เสมอ ซ่งึ เปน ไปตามกฎการอนุรกั ษประจุไฟฟา วตั ถใุ ด ๆ จะมปี ระจุไฟฟา มคี าเปนจํานวนเต็มเทา ของขนาดประจขุ อง อิเลก็ ตรอนเสมอ จะไดว า วตั ถุขนาดประจไุ ฟฟาเทากับ q = Ne โดย q แทน ประจุไฟฟา N แทน จํานวนอิเลก็ ตรอนท่ถี กู ถา ยโอน e แทน ประจุอเิ ล็กตรอนมีคา เทากบั 1.6 x 10 ^ -19 ตวั อยา ง แทงแกวอนั หนงึ่ สูญเสยี อเิ ลก็ ตรอนไป 10^4 อิเล็กตรอน แทง แกว มปี ระจุไฟฟา เทา ใด วิธที ํา จาก q = Ne = (10^4)(1.6x10 ^ -19) = 1.6 x 10 ^ -15 C ตอบ แทง แกวนมี้ ปี ระจไุ ฟฟาเทา กบั 1.6 x 10 ^ -15 คลู อมบ

การเหนยี วนาํ ไฟฟาสถติ เราสามารถจาํ แนกชนดิ ของวสั ดุโดยพิจารณาจากความสามารถในการ เคลอ่ื นทีข่ องอิเล็กตรอนภายในวสั ดุ ซึ่งอเิ ลก็ ตรอนสามารถเคลือ่ นทีไ่ ปมาอยาง อิสระโดยไมย ึดตดิ กับอะตอมใด เรยี ก ตวั นาํ ไฟฟา (electrical conductor) เรยี กสั้น ๆ วา ตวั นํา นัน่ คอื เมื่ออเิ ล็กตรอนถกู ถา ยโอนมายังตัวนํา อเิ ลก็ ตรอน จะเคลื่อนทอ่ี ยางอิสระในตัวนาํ สวนวสั ดุซึ่งอเิ ล็กตรอนไมสามารถเคลอื่ นท่ี อยางอิสระ เรยี ก ฉนวนไฟฟา (electrical insulator) เรียกสนั้ ๆ วา ฉนวน เมอ่ื อิเลก็ ตรอนถกู ถายโอนมายงั ฉนวน อิเลก็ ตรอนจะอยู ณ ตําแหนงทีม่ กี าร สมั ผัสกัน ตวั อยา งของตัวนําและฉนวนท่ีพบในชีวิตประจําวัน เชน แกนโลหะสายไฟเปน ตัวนําไฟฟา และเปลอื กหมุ สายไฟเปน ฉนวนไฟฟา การนําวตั ถทุ ม่ี ีประจเุ ขา ใกลตัวนําไฟฟาจะทําใหเกดิ ประจชุ นิดตรงขามบนดา น ใกลของตวั นาํ และเกิดประจุชนิดเดียวกันบนดา นไกลของตวั นํา วิธที ําใหเ กิด ประจใุ นลกั ษณะนี้วา การเหนี่ยวนาํ ไฟฟาสถิต (electrostatic induction)

มกี ารนําความรูด งั กลา วมาประยกุ ตและสรา งเปน อปุ กรณใ นการตรวจสอบ ประจไุ ฟฟา ได เรยี กวา อิเลก็ โทรสโคปลูกพธิ (pith ball electroscope) สามารถตรวจสอบไดโ ดยนาํ วตั ถุที่ตอ งการตรวจสอบเขาใกลล กู พธิ ทีเ่ ปน กลางทางไฟฟาซ่ึงแขวนอยูในแนวดง่ิ ถาลกู พธิ เบนเขาหาวัตถุดงั กลาว แสดงวาวัตถทุ ตี่ รวจสอบเปน วตั ถุท่ีมีประจุ นอกจากนี้มีอิเล็กโทรสโคปแผน โลหะ (leaf electroscope) โดยประกอบ ดวยจานโลหะหรือทรงกลมโลหะทีเ่ ชื่อมกับแกนโลหะซึง่ มแี ผน โลหะบางตดิ อยู บรรจใุ นภาชนะใสทป่ี อ งกันการรบกวนจากภายนอก ซ่ึงสามารถตรวจ สอบการมปี ระจไุ ฟฟาได สังเกตจากการกางหรือหุบของแผน โลหะบาง

Charles-augustin de coulomb ; Coulomb's law

Coulomb's law ชารล โอกสู แตง เดอ คลู อมบ เปน คนแรกท่ีทําการทดลองแรงระหวางประจุไฟฟาโดยใชอุปกรณในลกั ษณะ ดุลการบดิ คลายกับคาเวนดิชใชห าคาแรงโนมถว งเชงิ เปรยี บเทยี บ จากการทดลองของคูลอมบส รปุ เปนกฎของคลู อมบไ ดวา \"แรงผลักหรอื แรงดูดระหวา งประจแุ ปรผนั ตรงกับผลคูณของประจุและแปรผกผนั กบั กาํ ลงั สองของระยะทางระหวา งประจทุ ้งั สอง\" หาไดจากการทดลองของ คลู อมบสรุปเปน กฎของคลู อมบไดว า \"แรงผลกั หรอื แรงดูดระหวา งประจุ แปรผนั ตรงกบั ผลคูณของประจแุ ละแปรผกผนั กับกําลังสองของระยะ ทางระหวางประจทุ ้ังสอง\" หาไดจากการทดลองของคลู อมบสรุปเปน กฎ ของคลู อมบไดวา \"แรงผลักหรือแรงดูดระหวา งประจุแปรผนั ตรงกับผล คณู ของประจุและแปรผกผนั กับกําลงั สองของระยะทางระหวา งประจุท้ัง สอง\" หาไดจาก F = KQ1Q2 r2

ทิศทางของแรงท่ปี ระจุกระทําตอ กนั จะอยใู นแนวเสน ตรงทลี่ ากเชื่อมตอ ระหวางประจคุ ูน้นั ๆ ถา ประจุทงั้ สองเปน ชนดิ เดยี วกัน (บวกท้ังคู หรอื ลบ ท้งั คู) แรงท่กี ระทาํ ตอประจทุ ั้งสองเปน แรงผลกั และมีทิศช้อี อกจากกนั ใน แนวเสนตรงทีเ่ ชือ่ มระหวา งประจุทั้งสอง Q1 Q2 F1 F2 r แตถาประจทุ ั้งสองเปน คนละชนดิ (บวกและลบ) แรงทีก่ ระทาํ ตอ ประจุท้ัง สองเปน แรงดงึ ดดู และมีทศิ ทางขเ้ี ขาหากนั ในแนวเสนตรงท่ีเชอื่ มระหวาง ประจุทง้ั สอง Q1 Q2 F1 F2 r ศกึ ษาเพ่ิมเติม ไดท ่ี

_________________________________________________________ ________ PT_EARD_TIOCN_LEOS_THO_ERRO_CBJH_EACRT_GS.E_D_____________________________________ ELECTRIC FIELD ________ส__น_า__ม_ไ_ฟ__ฟ__า_________________ สนามไฟฟา หมายถงึ “บริเวณโดยรอบประจไุ ฟฟา ซง่ึ A REGION AROUND ACHARGED PARTICLE OR OBJECT WITHIN WHICH A ประจุไฟฟา สามารถสง อาํ นาจไปถึง” หรอื “บริเวณท่เี มอ่ื FORCE WOULD BE EXER นําประจไุ ฟฟา ทดสอบเขาไปวางแลวจะเกิดแรงกระทาํ บน ประจไุ ฟฟา ทดสอบนน้ั ” ตามจุดตา งๆ ในบริเวณสนามไฟฟา ยอ มมคี วามเขม ของ _________ สนามไฟฟาตางกนั จุดที่อยูใกลป ระจไุ ฟฟาตน กําเนดิ สนาม จะมคี วามเขมของสนามไฟฟา สงู กวาจุดท่ีอยู หา งไกลออก ไป หนว ยของสนามไฟฟาคอื นวิ ตันตอ คูลอมบ หรือโวลต ตอเมตร

สนามไฟฟา บรเิ วณโดยรอบท่ีประจไุ ฟฟา สงอํานาจทางไฟฟา ไปถึงหรือบริเวณที่เมือ่ นาํ ประจไุ ฟฟา ทดสอบเขาไปวางแลว จะเกิดแรงกระทําบนประจไุ ฟฟา ทดสอบน้ัน นิยามอยา งงายๆ คอื แรงท่ีกระทาํ กบั ประจไุ ฟฟา +1 C ทว่ี างไว ณ ตําแหนง น้นั สนามไฟฟา เปน ปรมิ าณเวกเตอร สนามไฟฟา หรอื ความเขม สนามไฟฟา ณ จดุ ใดจุดหนึง่ คืออตั ราสว น ระหวางแรหาไฟฟาที่กระทาํ ตอ ประจุ ทดสอบ (Test charge) ท่ีวางอยู ณ บริเวณนน้ั สามารถเขยี นนิยามเปน สมการ ไดวา E = F___ Q ความเขมสนามไฟฟา ของจุดประจุ ถาประจุไฟฟาทดลอบ q วางอยูใน สนามไฟฟา ของ Q ซงึ่ ประจุ q อยหู า งจาก Q เปนระยะ r ดังรูป Qq + +F E r

ขนาดของแรงระหวา งประจุไฟฟา ทงั้ สอง F = _K_Q__q r2 ความเขม้ สนามไฟฟาของจุดประจุ +Q +1C E r E = k_Q_ =_F_ ขนาดของสนามไฟฟา r2 q E =_F_=_1_(k_Q__q) q q r2 E = k_Q_ r2 E = ขนาดของสนามไฟฟามีหนว ยเปน (N/C) หรือ (V/m) F = แรงท่กี ระทาํ บนประจุ มีหนว ยเปน (N) q = ประจุทดสอบมีหนว ยเปน (C)

line of electric force เสน แรงไฟฟา เสนสมมตทิ ี่ใชเ ขยี นเพื่อแสดงสนามไฟฟา โดยทศิ ทางของสนามไฟฟาหรอื เสนทใี่ ชแ สดงทศิ ทางของแรงท่กี ระทําตอ ประจบุ วก ทว่ี างอยใู นบริเวณท่ีมี สนามไฟฟา ความหนาแนนของเสน แรงไฟฟาแสดงถึงขนาดความเขม ของ สนามไฟฟา ถาเสนแรงหนาแนนมากหมายถงึ คาความเขม สนามไฟฟา มากดวย สนามไฟฟา รอบๆประจุบวกจะมีทศิ พงุ ออก ทศิ ของสนามไฟฟาทก่ี ระทําตอจุดประจุ +q ประจบุ วก สนามไฟฟา จะมที ศิ พงุ ออกจากประจุ

สนามไฟฟา รอบๆประจบุ วกจะมีทิศพงุ เขา ทศิ ของสนามไฟฟาท่กี ระทําตอจดุ ประจุ -q ประจลุ บ สนามไฟฟาจะมีทิศพงุ เขา หาประจุ สมบัตขิ องเสน แรงไฟฟา มีดงั น้ี 1. มที ิศพุงออกจากประจุบวกและพุงเขา หาประจลุ บ 2. แนวเสนแรงตั้งฉากกับผิวของวัตถทุ ่มี ปี ระจุ 3. เสน แรงไฟฟาไมตดั กนั 4. เสน แรงไฟฟาสิ้นสุดทผี่ ิวนอกของตวั นํา (ภายในตัวนําไมมีเสนแรง ไฟฟา) แตเสนแรงไฟฟาสามารถผานฉนวนไฟฟา ได

ทศิ ของแรงทส่ี นามกระทําตอ ประจุ ถา ประจุตนกําเนิดสนามไฟฟาเปน ประจุบวก และประจทุ ่ีนาํ มาวางในสนาม ไฟฟาเปน ประจุบวก ทิศของแรง F จะอยใู นทศิ เดยี วกันกบั ทิศของสนาม ไฟฟา E ถา ประจุตน กําเนิดสนามไฟฟา เปน ประจุบวก และประจทุ ี่นํามาวางในสนาม ไฟฟาเปน ประจลุ บทิศของแรง F จะอยใู นทศิ ตรงขา มกบั สนามไฟฟา E ถา ประจตุ นกาํ เนดิ สนามไฟฟาเปนประจลุ บ และประจุที่นํามาวางในสนาม ไฟฟา เปน ประจุบวกทศิ ของแรง F จะอยใู นทิศเดียวกันกับทศิ ของสนาม ไฟฟา E ถา ประจตุ น กาํ เนิดสนามไฟฟาเปนประจลุ บ และประจทุ ่นี าํ มาวางในสนาม ไฟฟา เปนประจุลบทศิ ของแรง F จะอยใู นทิศตรงขา มกับทศิ ของสนาม ไฟฟา E

เสน้ สนามไฟฟาบนแผ่นตวั นาํ คขู่ นาน ขนาดของสนาม E หาไดจ ากขนาดของแรงทีก่ ระทําตอ ประจุ +1C ท่ีวาง ใน สนามไฟฟาน้ัน หรือหาจาก ความตางศกั ยร ะหวางแผนขนาน/ระยะหาง ระหวางแผนขนาน ทศิ ของสนาม หาจากทิศของแรง เมอ่ื นาํ ประจทุ ดสอบวางลงในสนามไฟฟา สมํ่าเสมอ โดยทิศของสนามไฟฟามที ศิ เดยี วกับทิศแรงทก่ี ระทาํ ตอประจุ ทดสอบ +1 C ทีว่ างลงในสนามไฟฟา น้ี และทิศสนามมที ิศตรงกนั ขาม กับทิศของแรงท่ที ําตอประจลุ บ หรอื สนามไฟฟา มีทิศจากแผน บวกไปยัง แผนลบ - + E E =_V_ d d E คอื สนามไฟฟา มีหนวยเปน N/C หรือ V/m V คอื ความตางศักยไฟฟาระหวาแผนโลหะคูขนาน มีหนว ยเปน V d คือ ระยะหางระหวางแผนโลหะ มีหนว ยเปน m

เสน้ แรงไฟฟา สาํ หรับตวั นําทรงกลม - ตวั นําทรงกลมกลวงหรอื ตนั ทม่ี ีประจไุ ฟฟาอสิ ระจะกระจาย อยูท ่ีผวิ ของ ตวั นําทรงกลมสมา่ํ เสมอ - พบวา ทรงกลมท่มี ปี ระจนุ ้จี ะแผส นามไฟฟา ไปโดยรอบและประจุบนตวั นาํ ทรงกลมกระจายตัวอยางสม่าํ เสมอ - ทาํ ใหเราอาจหาสนามไฟฟาภายนอกทรงกลมได โดยพิจารณาวา ทรงกลม นป้ี ระพฤติตวั เหมือนจดุ ประจุรวมกันอยตู รงกลางทรงกลม + - ++ -- -Q - +Q+ ++ -- + - ประจบุ นผวิ ตัวนําทรงกลม เนอ่ื งจากเสนแรงไฟฟาตัง้ ฉากกบั ผวิ ของตัวนํา และไมส ามารถผา นทะลไุ ป ในตวั นําได ดังนัน้ ภายในตวั นํา คา ความเขมของสนามไฟฟาจงึ มีคา เปนศูนย เสมอ และทผี่ ิวของตวั นาํ ทรงกลมมีความเขม สนามไฟฟามากทสี่ ดุ +++ - -- + E =0 + ใน - E =0 - ++ ใน + -- -

สนามไฟฟาทผี วิ ทรงกลม +Q -Q aa E Eผิวทรงกลม =ท้ังหมด k_Q_ a2 สนามไฟฟาท่ีผวิ ทรงกลมมีคามากที่สดุ สนามไฟฟา ภายนอกทรงกลม Qr Eนอกทรงกลม E = k_Q_ Rนอกทรงกลม 2 สนามไฟฟาภายนอกทรงกลม (วัดระยะถึงจดุ ศูนยก ลางทรงกลม)

NEUTRAL POINT The point in an electrical distribution system which has the same potential that a junction of equal resistances would have if these resistances were connected at their free ends to the lines making up the system

Neutral point จดุ สะเทนิ ในสนามไฟฟา หมายถงึ จดุ ในสนามไฟฟา ซึ่งมีคาความเขม ของ สนามไฟฟาเปนศนู ย ท้ังนเ้ี น่ืองมาจาก ณ จุดนน้ั อาจปรากฏมีสนามไฟฟา อยา งนอยทสี่ ุดสองสนาม มคี วามเขม สนามไฟฟา เทากัน แตท ิศทางตรงกนั ขาม 0 อาํ นาจไฟฟาจงึ หักลา งกันหมด หรอื หาก ณ จุดน้นั มสี นามไฟฟามากกวาสอง สนาม แตคา ความเขมและทศิ ทางของ สนามไฟฟา เหลานั้นอยูในลกั ษณะท่ี อาํ นาจไฟฟาหักลา งกนั หมด จุดนน้ั เปนจุดสะเทนิ ไดใ นกรณซี งึ่ มีสนามไฟฟา สองสนาม ซงึ่ เกดิ จากประจุไฟฟา สองประจวุ างใกลกัน จดุ สะเทนิ ทีเ่ กิดข้นึ จะอยใู นแนวเสนตรงทลี่ ากผา นประจไุ ฟฟา ทั้งสองนนั้ จุดในสนามไฟฟาทมี่ คี วามเขมของสนามไฟฟา ลัพธ เปน 0 ถา นาํ ประจุ ไฟฟาไปวางทีจ่ ดุ สะเทิน จะไมม แี รงไฟฟา กระทาํ ตอ ประจุ จดุ สะเทินจะเกิดขึ้นไดก ต็ อเม่อื มปี ระจุตนเหตุตั้งแต 2 ประจขุ ้ึนไป สง สนาม ไฟฟามาทจ่ี ุดนัน้ แลว หักลางกนั หมด ประจชุ นิดเดยี วกัน จุดสะเทนิ จะอยูต รง ระหวางกลาง ประจุชนิดตรงขา มกนั จุดสะเทินจะอยูต รง บริเวณดา นนอก ซ่งึ จะอยูใกลกับประจุนอ ย โดยไมสนใจ เครือ่ งหมาย

ถา เปน ประจเุ หมอื นกัน จดุ สะเทนิ จะอยูระหวางประจุทั้งสอง โดยจะอยูใ กลก ับประจุ ที่มีคา นอยกวา (ถา เทากนั จะอยตู รงกลาง) ถา เปน ประจตุ างกนั จุดสะเทนิ จะอยขู า งนอก โดยจะอยูใกลกับประจุ ทมี่ ีคานอยกวา (ถา เทากนั จะเกิดทจี่ ดุ อนันต)

Elec tr ic Poten Electric potential the amount of work needed to move a unit charge from a reference point to a specific point against an electric field. Typically, the reference point is Earth, although any point beyond the influence of the electric field charge can be used. tial

Electric Potential _______ ศกั ยไ ฟฟา คือ ระดับพลังงานทอ่ี ยใู นวัตถุทีม่ ีประจุไฟฟา วตั ถุใดมรี ะดบั ไฟฟา สูง เรียกวา มีศักยไฟฟาสูง วตั ถใุ ดมรี ะดับไฟฟา ตา่ํ เรยี กวา มศี ักยไ ฟฟาตํา่ ซึ่งประจลุ บจะเคล่อื นท่จี ากจดุ ทม่ี ีศักยไ ฟฟาต่าํ ไปยงั ศักยไ ฟฟาสงู สว นประจบุ วกจะเคล่อื นท่ีจากจดุ ทมี่ ีศักยไฟฟาสงู ไปสจู ดุ ท่ีมีศักยไฟฟาตํ่า ศกั ยไฟฟา เปน พลงั งานทีเ่ ก่ยี วของกบั ประจุไฟฟา ทจ่ี ดุ หนง่ึ ในสนามไฟฟา เน่ืองจากแรงทีก่ ระทาํ กบั ประจุไฟฟา นน้ั พลังงานของประจไุ ฟฟาข้นึ อยูกบั ขนาดของประจุและศักยไฟฟาท่ีจดุ นั้น เมื่อนําประจไุ ฟฟา q ไปวางไว ณ ตาํ แหนง หนึ่ง จะมีพลังงานศกั ย Ep ถานาํ ประจุ +1 หนวย ไปวางไวในสนามไฟฟา จะมีพลงั งานศักยไ ฟฟา _E_ p q +q เม่ือให V เปน ศักยไฟฟา B V = _Eq_p d ศักยไ ฟฟาเปนปริมาณสเกลาร A มีหนว ย จลู /คูลอมบ (J/C) E หรอื โวลต (V)

B ถาใหศ กั ยไฟฟาที่ B และท่ี A เปน และ ตามลาํ ดับ ผลตางของศกั ย F ไฟฟา ระหวางสองจุดนี้ เรียกวา ความตางศกั ยไ ฟฟา A +q E qE และใหงานในการเคลอื่ นท่ปี ระจุ +q จากจุด A ไปยังจดุ B ดวยอตั ราเร็ว คงตัวเปน W ดงั นน้ั งานในการเคลอื่ นประจุ +1 หนว ยจาก A ไป B จะมีคา เทา กับ W งานท่เี กิดข้นึ ในการเคลอ่ื นทป่ี ระจุ +1 หนว ยจากตาํ แหนง หนึ่งไปยังอีก ตาํ แหนงหนง่ึ ภายในบริเวณท่ีมีในสนามไฟฟา คอื ความตางศกั ยร ะหวา ง สองตาํ แหนง นัน้ V-V=W qB A AB จากสมการขางตน ถาใหเ ปน ศูนย จะไดว าขางซา ยของสมการเปน - 0 หรอื กลา วไดวา ศักยไฟฟาทีต่ าํ แหนง ใด ๆ คอื ความตา งศักยระหวางตําแหนง นน้ั กบั ตําแหนง ท่ีมีศกั ยไ ฟฟา เปน ศนู ย

ศกั ยไ์ ฟฟาเนืองจากจุดประจุ ศักยไ ฟฟา เนอ่ื งจากจดุ ประจทุ ี่ระยะหางออกมาจากจดุ ประจตุ ัวหนึ่ง ดังรปู ศกั ยไฟฟา ที่จดุ A คํานวณไดจาก Q A r V = KQ r เมื่อ V = ศกั ยไฟฟา ที่จุด ๆ หน่งึ หนว ย : โวลต Q = ประจตุ นกาํ เนดิ สนามไฟฟา หนวย : คลู อมบ r = ระยะหา งจากประจตุ นกําเนดิ หนว ย : เมตร การกําหนดใหตาํ แหนงทีร่ ะยะอนนั ตมศี กั ยไ ฟฟาเปนศนู ยทาํ ให ศกั ยไฟฟาที่ตําแหนง ใดคืองานในการนําประจุ +1 หนวย จากระยะอนันตมายังตําแหนงน้ันศักยไ ฟฟาจะมคี า เปน บวกหรือลบข้นึ กับชนิดของประจทุ ่ีทาํ ใหเกิดสนาม เชน ศักยไ ฟฟาที่ตําแหนงตาง ๆ ใน บรเิ วณทส่ี นามไฟฟา ของประจุบวกจะมีคา เปน บวก ศกึ ษาเพิม่ เตมิ ไดท่ี

ศกั ยไ์ ฟฟาเนอื งจากจุดประจหุ ลาย ๆ ประจุ A q3 v=v+v+v q1 q2 1 23 ศักยไ์ ฟฟาเนอื งจากจุดประจุบนตัวนําทรงกลม V A C Q 1) ภายนอกตัวนาํ ทรงกลม ( จดุ C ) V = K___Q_ C r 2) ทผ่ี วิ ของตวั นาํ ทรงกลม ( จดุ B ) V = K__Q__ = ศกั ยไฟฟาของทรงกลม BR 3) ภายในตวั นาํ ทรงกลม ( จดุ A ) ศักยภ ายใน = ศักยท ีผ่ วิ V = V = K__Q__ A BR = ศักยไฟฟา ของทรงกลม

ตวั เก็บประจุ (capacitor) ตั ว เปน อุปกรณไฟฟาซ่งึ ทําหนาที่เกบ็ สะสมและคายประจไุ ฟฟา สามารถนาํ ไป เ ประยุกตใชไดหลายดาน เชน เปน แหลงสํารองพลงั งานไฟฟา ใหก ับเครือ่ งใช ก็ ไฟฟา ใหแ สงแฟลชสําหรับกลองถายรูป จอสมั ผัสของโทรศัพทเคลือ่ นท่ี บ เปน ตน ป ร โครงสรางพ้นื ฐานประกอบดวย ตัวนํา2ชิ้นที่คั่นดวยฉนวน เชน ตัวเก็บประจทุ ่ี ะ ประกอบดวยแผน ตัวนํา2แผน วางขนานกันและมฉี นวนค่ันกลาง เรียก ตัวเก็บ จุ ประจแุ ผน คขู นาน (parallel-plate capacitor) ซง่ึ มีการใชอยางแพรหลายใน ปจจุบัน สญั ลักษณท ี่ใชแทนตวั เกบ็ ประจุในวงจร ไฟฟา จะเขยี นเปนขีดยาว2ขีเขนานกัน 5

1. หลักการทํางานของตวั เกบ็ ประจุ พิจารณาตัวเกบ็ ประจุแผน คูขนานที่ประกอบดว ยแผนตวั นํา2แผนวางขนานกนั และระหวางกลางมชี องวาง มอี ากาศทาํ หนาทีเ่ ปน ฉนวน เมือ่ นําตวั เกบ็ ประจุไปตอ กบั แบตเตอรแ่ี ละสวติ ซเปนวงจร โดยแผนตัวนําแผน ดา นขวามือตอ กบั สวติ ซที่ตอ อยกู บั ข้ัวลบของแบตเตอร่ี (ศกั ยไ ฟฟาต่าํ ) และแผน ตวั นําดา นซา ยมอื ตอ กับขว้ั บวก ของแบตเตอรี่ (ศักยไฟฟาสูง) เร่มิ ตน ตวั เกบ็ ประจุมีสภาพเปน กลางทางไฟฟา เม่อื เปด สวติ ซเ พือ่ ทําใหว งจรปด อิเลก็ ตรอนอสิ ระจะเคล่อื นท่ีออกจากข้วั ลบของแบตเตอรีไ่ ปยงั แผน ตัวนําดานขวา มอื ขณะเดียวกัน อิเลก็ ตรอนอสิ ระบนแผน ตวั นําดานซา ยมอื จะถกู แรงผลักจาก อเิ ลก็ ตรอนบนแผนตวั นําดา นขวามอื ใหเ คลือ่ นท่ไี ปยงั ขว้ั บวกของแบตเตอร่ี กระบวนการนเ้ี รียกวา การประจุ (charging) ซ่งึ ทําใหแ ผน ตัวนาํ ดานขวามอื มี ประจสุ ะสมเปนลบ และแผนตัวนําดานซา ยมือมีประจสุ ะสมเปนบวกในขนาดที่ เทา กบั ประจลุ บบนแผน ตวั นําดานขวามอื การทมี่ ปี ระจุชนดิ ตรงขา มกันสะสมเพิ่ม ขึ้นบนแผนตัวนําทง้ั สอง ทาํ ใหความตางศักยระหวา งแผน ตวั นําทง้ั สองเพิม่ ขึ้น จนกระทงั่ เม่อื ความตา งศักยร ะหวา งแผน ตัวนําทง้ั สองเทากับความตางศักย ระหวา งขั้วแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนจะหยุดการเคล่อื นท่ี ทาํ ใหแ ผน ตัวนําทง้ั สองมี ประจสุ ะสมจาํ นวนหน่งึ กําหนดใหมคี า เทากบั -Q และ +Q ซ่ึงตวั เกบ็ ประจมุ ีประจุ สะสมเทากับ Q เม่ือนาํ ตวั เกบ็ ประจุท่ีมปี ระจสุ ะสมเทา กบั Q ไปตอกับเครอื่ งใชไ ฟฟา เชน หลอด ไฟ แลว เปดสวติ ซ อเิ ลก็ ตรอนอิสระในตัวเก็บประจจุ ะเคล่ือนทผ่ี า นหลอดไฟใน ทิศทางตรงขา มกบั ข้นั ตอนการประจุ กระบวน การน้เี รยี กวา การคายประจุ (discharging) ซ่ึงทําใหพ ลงั งานไฟฟา ทส่ี ะสมในตัวเก็บประจุถูกถา ยโอนไปยงั หลอดไฟ หลอดไฟจงึ สวา ง จนเมื่อประจุปรมิ าณ Q เคลอื่ นท่ีผา นหลอดไปจนหมด แลว การคายประจขุ องตวั เก็บประจจุ ะหยุดลง หลอดไฟจงึ ดับ

2. ความจขุ องตัวเกบ็ ประจุ ความสามารถในการเก็บของตัวเก็บประจุ เรยี กวา ความจุ (capacitance) แทนดวย C หาไดจ าก โดย C แทน ความจุ หนวยเป็น คลู อมบตอ โวลต (C/V) หรือ ฟารดั (farad, F) Q แทน ตวั เกบ็ ประจุ หนวยเป็น ไมโครฟารดั (µF) นาโนฟารดั (nF) หรอื พโิ กฟารัด (pF) แทน ความตา งศักยของตัวเกบ็ ประจุ เมื่อนําตัวเกบ็ ประจุไปใชงาน จะสามารถหาประจทุ ีส่ ะสมอยบู นตวั เก็บประจุ ไดดังสมการ Q=C

ตวั เกบ็ ประจุรูปทรงกระบอกท่ีใชท่วั ไป ทาํ จากแผน ตัวนาํ ยาวสองแผนวางซอ นกัน และมีแผนฉนวนค่ันระหวา งกลาง แลวมว นเปนรูปทรงกระบอก ซ่ึงการสรา งตวั เก็บ ประจลุ กั ษณะน้ี ชว ยใหมีพืน้ ทขี่ องแผน ตวั นําสําหรับเกบ็ ประจมุ ากและมรี ะยะระหวา ง แผนตัวนาํ นอย ทําใหส ามารารถการเกบ็ ประจตุ อ หน่งึ หนว ยปริมาตรไดม าก บนผวิ ของตวั เกบ็ ประจุ จะมกี ารระบุประจุและความตางศกั ยส งู สดุ ท่ใี ชก บั ตวั เก็บ ประจุ ถานําตัวเก็บประจไุ ปตอกับความตางศกั ยท มี่ ากกวาคาทร่ี ะบุ จะทําใหตวั เกบ็ ประจชุ าํ รุดเสียหายไดแ ละอาจเกิดอนั ตรายได นอกจากนี้ ตัวเก็บประจบุ างชนดิ ยงั มี การระบุขั้วบวกและลบสาํ หรับตอเขา ในวงจร ถาตอ ตวั เก็บประจุชนดิ ดังกลา วไมถกู ข้ัว สามารถทําใหตวั เกบ็ ประจสุ ียหายและวงจรไฟฟา ทาํ งานผดิ พลาดได

3. พลงั งานสะสมในตัวเก็บประจุ ความสามารถในการเก็บสะสมพลงั งานไฟฟาทําใหตัวเกบ็ ประจมุ ีประโยชนและ มกี ารใชง านอยางแพรห ลาย เม่อื ประจุสะสมบนตวั เกบ็ ประจุมีปรมิ าณมากขึ้น ความตางศักยร ะหวา งปลายของตวั เก็บประจุจะมีคา เพมิ่ ขึน้ เชนกัน ถา เขยี นกราฟ ความสัมพันธร ะหวา งความตางศักยก ับประจทุ สี่ ะสมบนตวั เก็บประจุ จะไดก ราฟดังรูป จากกราฟ เมือ่ ประจสุ ะสมบนตวั เกบ็ ประจุมีคา เทา กับ Q และมคี วามตา งศักยระหวา งปลาย ของตวั เกบ็ ประจเุ ทา กบั V เราสามารถหางาน W ทก่ี ระทําตอประจใุ หเ คล่อื นท่ไี ปสะสมบนตวั เกบ็ ประจไุ ดจากพื้นท่ีใตก ราฟ ซง่ึ เปนรูปสามเหล่ียมและเทา กบั ซงึ่ งานนีเ้ ทากับพลงั งานศกั ยท สี่ ะสมในตัวเก็บประจุ แทนดวย U จะได

เม่อื แทน ในสมการ จะได และเม่ือแทน ในสมการ จะได 4. การต่อตัวเก็บประจุ ในการนําตวั เกบ็ ประจไุ ปใชงาน บางครัง้ ตอ งนาํ ตวั เกบ็ ประจุมากกวา หน่ึงตวั มาตอกันเพอื่ ใหได ความจทุ ่ตี องการ ความจรุ วมทไ่ี ดจ ากการตอตัวเก็บประจมุ ากกวา หนง่ึ ตวั ขนึ้ ไป เรียกวา ความจุ สมมูล (equivalent capacitance) โดยวธิ กี ารตอตัวเก็บประจุมี 2 วิธหี ลกั ไดแ ก การตอแบบ อนุกรมและการตอ แบบขนาน สามารถพิจารณาหาความจสุ มมลู ไดด ังนี้ 4.1 การตอตัวเกบ็ ประจแุ บบอนกุ รม เปน การนาํ ตัวเกบ็ ประจแุ ตล ะตวั มาตอเรียงลาํ ดบั กนั ไป ชนิดหัวตอ ทายเปน ลาํ ดับไปเรอ่ื ยๆ

ในวงจรตวั เก็บประจุแบบอนุกรม ผลรวมแรงดนั ตกครอ มตวั เก็บประจมุ คี า เทา กบั แบตเตอรี่ที่ จา ยใหก บั วงจร ดงั สมการตอไปน้ี และเมอื่ แต การหาคา ความจุรวมในวงจรแบบอนกุ รม เขยี นเปน สมการไดดังนี้ ถาเราใชตัวเกบ็ ประจุ 2 ตัวตออนกุ รมกนั เราสามารถพจิ ารณาคา ความจุไดค ือ C=

4.2 การตอ่ ตัวเก็บประจแุ บบขนาน เปนการนําตวั เก็บประจุแตล ะตวั มาตอครอ มขนานกนั ทกุ ตวั มจีุ ุดตอ รว มกนั 2 จดุ ลกั ษณะการตอวงจร สูตรในการคาํ นวณหาคาความจุสาํ หรับการตอ ตัวเกบ็ ประจุแบบขนาน สามารถพิจารณา ไดจากสง่ิ ตอไปนี้ เม่ือ และ แต ดงั นน้ั

การหาคา่ ความจุรวมในวงจรแบบขนาน เขียนเปนสมการได้ดังนี การตอตวั เกบ็ ประจแุ บบผสม วงจรตัวเก็บประจุแบบผสม (Compound Capacitor Circuit) เปนการตอตวั เกบ็ ประจุ รว มกนั ระหวางการตอแบบอนุกรมและการตอ แบบขนาน การตอตัวเกบ็ ประจุแบบผสมไมม ี มาตรฐานแนน อน เปลยี่ นแปลงไปตามลกั ษณะการตอ วงจรทีต่ อ งการ การหาคา ความจุรวม ของวงจร ใหใ ชว ิธกี ารตอ วงจรแบบอนกุ รมและการตอ วงจรแบบขนานรวมกัน ลักษณะการตอ วงจรแบบผสม จะสังเกตเห็นวาวงจรตัวเกบ็ ประจุจะกลบั กันตวั ดานทาน - วงจรตวั ตา นทานตอ อนกุ รม คา จะเพมิ่ แตข องตวั เก็บประจจุ ะลดลง - วงจรตัวตานทานตอ ขนาน คา จะลดลง แตข องตวั เกบ็ ประจจุ ะเพมิ่ ข้ึน สําหรบั วงจรผสมของตวั เก็บประจุ ลองพิจารณากบั วงจรตัวตานทานทีผ่ านมาคอื คอ ยๆ ยุบวงจรลงเปนแบบขนานหรืออนุกรมรอื่ งการทํางานของตัวเกบ็ ประจุนน้ั ทนั ทีท่ีเราจายไฟ ให ตัวเกบ็ ประจจุ ะชารจประจอุ ยา งเตม็ ที่ เสมือนไดว า ขณะนนั้ กําลงั ถกู ลัดวงจรดว ยตัวเกบ็ ประจุ เมื่อประจุเตม็ ท่แี ลวกระแสจะไมสามารถไหลเขา ไปที่ตวั เกบ็ ประจุไดอกี เน่ืองจาก แรงดัน ทต่ี กครอมของตัวเก็บประจจุ ะเทากบั แหลงจาย(กรณีท่ตี อครอ มกบั แหลง จาย) สาํ หรบั บทบาททวั่ ไปของตวั เก็บประจุแลว ใชชวยเก็บประจแุ ละคลายประจุชวงทแ่ี รงดันตา่ํ ลง หรอื ชวงที่ไมมแี รงดัน ดงั น้ันจะพบบอยในวงจรแหลงจายไฟกระแสตรงนอกจากนี้ ยังใชเปน คัปปงสัญญาณ และ ฟล เตอร วงจรดฟิ และอนิ ติเกรต

6.การประยกุ ตใ์ ช้ไฟฟาสถติ ในชีวต ประจําวนั จากการเรียนรเู กยี่ วกบั ไฟฟาสถติ เรื่องตางๆสามารถนําหลกั การมา ประยุกตใ ชไดด งั น้ี 1.เครอื่ งถา ยเอกสาร เครอื่ งถา ยเอกสารเปนอุปกรณส ําหรบั ถายสําเนาสิ่ง พมิ พท ่ีเปนอักษรหรอื ภาพหลักการทํางานทีส่ าํ คญั คอื การใชแ ผนฟล ม ท่ฉี าบดว ยตวั นซึ่งมสี มบัติพิเศษคอื เปนตวั นาํ เม่ือถูกแสงและจะเปนฉนวนเมอ่ื ไมถกู แสง การทาํ งานของเครอื่ งถา ยเอกสาร 2.เครื่องกาํ จดั ฝุนในอากาศ เปนอปุ กรณที่ใชก าํ จัดอนภุ าคแขวนลอยออกจาก อากาศโดยใชห ลกั การของสนามไฟฟาโดยการดดู อากาศสกปรกเขา ในเคร่อื งโดยทีภ่ ายในเคร่ืองมี สนามไฟฟา ความเขมสงู มากเม่ืออนุภาค แขวนลอยผานเขา ในเคร่อื งจะถกู ทาํ ใหเ ปน ประจุ ลบและอนภุ าคแขวนลอยเหลานี้จะถกู ดดู ไปติดกบั ผนงั ทอดดู อากาศภายในเครื่องซ่ึงถูกทาํ ใหเปนขั้ว บวกอากาศทีผ่ านออกไปจึงเปน อากาศสะอาดท่ี ไมมีสารแขวนลอย

3.เคร่ืองพนสี เปนอปุ กรณใ ชสาํ หรับพนผงหรือละอองสเี พ่ือใหส เี กาะตดิ ช้นิ งานไดด ีกวาการ พน แบนธรรมดาโดยสที ่ีเปนของเหลวจะพงุ ออกจากอุปกรณพ น ออกมาเปน ละอองขนาดเลก็ กระจายบนผิวของชน้ิ งานภายในละอองเลก็ ๆ จะมปี ระจชุ นดิ เดียวกนั จึงเกิดแรงผลักทาํ ใหสะยองสกึ ระจายออกจากกันอยางสมา่ํ เสมอและ เกาะตดิ กับผิวชิ้นงานไดด ยี ่งิ ขน้ึ สวนการพนปุยก็จะใชห ลกั การเดยี วกนั กบั เครอื่ ง พนสโี ดยการทาํ ใหอุปกรณพนละอองปยุ มปี ระจุไฟฟาชนิดเดียวกันออกมา ละอองปุยจะกระจายออกเปน วงกวา งทําใหพนไดทั่วถึงและประหยดั

4.ไมโครโฟนแบบตัวเกบ็ ประจุ ประกอบดว ยแผนโลหะ 2 แผน ทขี่ นานกนั แผนหนงึ่ ทาํ หนาที่เปน ไดอะ เฟรมรบั คลนื่ เสียงสว นแผนท่ี 2 ยดึ ติดกับฐานโดยแผน ท่รี ับคลน่ื เสียงจะ บางมากเมื่อมีคล่ืนเสยี งมากระทบจะส่นั ตามความถี่และกําลงั ของคลน่ื ผล จากการสนั่ ของแผน โลหะบางนจี้ ะทําใหป ระจุเปลี่ยนแปลงเมอ่ื นํา ไมโครโฟนแบบตวั เกบ็ ประจุตออนกุ รมกับตัวตา นทานความตางศกั ยครอ ม ไมโครโฟนแบบตวั เก็บประจจุ ะเปลี่ยนแปลงตามความถข่ี องคลนื่ เสียงเปน ผลใหเกิดสญั ญาณไฟฟา

สรุป จากหลักการของไฟฟาสถติ สามารถนาํ ไปใชป ระโยชนไดห ลายดานแตในทางกลบั กนั หากมีปริมาณของประจไุ ฟฟา สะสมมากพอกส็ ามารถกอ ใหเกดิ อะไรขึ้นได เชน อบุ ตั ิเหตุทเ่ี กิดจากไฟไหมในประเทศที่มีอากาศหนาว แถบยโุ รปหรอื อเมรกิ าหรือใน กรณปี ระจุไฟฟา ทีเ่ กดิ กับรถบรรทกุ นาํ้ มันในขณะทกี่ ําลังวิง่ ลอ ซ่ึงเปน ยางจะเสียดสีกับ รถทาํ ใหเกดิ ประจุไฟฟาสะสมอยใู นตวั รถ ในบางประเทศทีม่ ีอากาศหนาวผลของไฟฟาสถิตสามารถทาํ ใหเ กดิ ไฟดดู เม่ือมีการจบั โลหะบางประเภทเชนการจับลูกบดิ ประตู การใสร องเทา ท่ีเปนพ้นื หญา ขนาดเดนิ ไปเดนิ มาในหอ งท่ีเปนพ้ืนพรมเน่ืองจากมีการเสยี ดสีกนั จึงทาํ ใหเกิดประจไุ ฟฟาทส่ี ะสมใน รางกายจะรูส กึ เจบ็ ได นอกจากนี้หลกั การไฟฟาสถิตสามารถนําไปใชอธบิ ายปรากฏการณธรรมชาตบิ างอยา ง ไดเชนการเกดิ ฟา ผาตาเมฆทีท่ ําใหเ กิดฝนคะนองคอื เมฆควิ มโู ลนมิ บัสซ่งึ มขี นาดใหญ มากกอ นเมฆเคล่ือนทจ่ี ะมีลมเขาไปอยูภายในและ เกิดการไหลเวยี นของกระแสอากาศ ภายในกอ นเมฆอยางรวดเร็วและรนุ แรง หยดนํา้ และกน็ ้ําแขง็ ภายในเมอ่ื จะเสยี ดสกี ัน จนเกิดประจไุ ฟฟา

Static electricity Thititta Proprasert No.20 Nattanicha Suksawat No.21 Nongnaphat Nimit No.23 Aphatsara Sirinakhorn No.25 ช้นั มัธยมศกึ ษาปท ่ี 5/2 เสนอ อาจารย ปวีณา พันธศรี