ไฟฟ้าสถิต สรุป
ปรากฏการณ์ ธรรมชาติ ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า (Thunder) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งเกิดจากการ เคลื่อนที่ ของประจุอิเล็กตรอนภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆกับก้อนเมฆ หรือเกิดขึ้นระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน เมื่อประจุไฟฟ้าลบบริเวณฐานเมฆก้อนหนึ่งถูกเหนี่ยวนำ ไปประจุบวกในเมฆอีก ก้อน หนึ่ง จะมองเห็นสายฟ้าวิ่งข้ามระหว่างก้อนเมฆ เรียกว่า “ฟ้าแลบ” เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำ เข้าหาประจุบวกที่อยู่บนพื้นดิน ทำ ให้ เกิด กระแสไฟฟ้าจากก้อนเมฆพุ่งลงสู่พื้นดิน เรียกว่า "ฟ้าผ่า" เสียงที่เกิดจากเหตุการณ์ฟ้าแลบ ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของฟ้าแลบและระยะห่าง ของผู้สังเกตด้วย โดยอาจเป็นเพียงเสียงแหลมบางเหมือนของแตก ไปจนถึง เสียงคำ รามต่ำ ๆ ยาวๆ เรียกว่า “ฟ้าร้อง”
ประจุไฟฟ้า ประจุบวก จำ นวนโปรตอนมากกว่าจำ นวนอิเล็กตรอน ประจุลบ จำ นวนอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอน วัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า จะมีจำ นวนโปรตอนเท่ากับอิเล็กตรอน แรงระหว่างประจุ ประกอบด้วย แรงผลัก เป็นแรงกระทำ ระหว่างประจุชนิดเดียวกัน แรงดูด เป็นแรงกระทำ ระหว่างประจุชนิดต่างกัน โปรตอน (p) มีประจุ+1.6 x 10 C มีมวล 1.67 x 10 kg อิเล็กตรอน (e) มีประจุ-1.6 x 10 C มีมวล 9.1 x 10 kg นิวตรอน (n) เป็นกลาง มีมวล 1.67 x 10 kg -31 -27 -27 -19 -19
วัตถุที่รับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้าไปจะมีประจุลบ วัตถุที่เสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุบวก จะทำ ให้เกิดแรงเสียดทาน ทำ ให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอมและ เคลื่อนหรือย้ายไปที่วัตถุอีกอันหนึ่ง การนำ วัตถุที่มีประจุอิสระอยู่แล้วมาสัมผัสกับวัตถุที่เดิมเป็นกลาง จะทำ ให้วัตถุที่เป็นกลางนี้มีประจุไฟฟ้าอิสระ วัตถุทั้งคู่ที่นำ มาแตะกันต้องเป็นตัวนำ ไฟฟ้า ทำ อย่างไร ให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า การถูกัน การถ่ายเทหรือสัมผัส ประจุไฟฟ้าอิสระจะเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันกับชนิดของ ประจุไฟฟ้าตัวนำ ที่นำ มาสัมผัสเสมอ การถ่ายเทประจุเป็นการถ่ายเทอิเล็กตรอนเท่านั้นและการถ่ายเท จะสิ้นสุดเมื่อศักย์ไฟฟ้าบนวัตถุที่แตะกันมีค่าเท่ากัน ประจุไฟฟ้าอิสระบนตัวนำ ทั้งสองที่นำ มาแตะกันภายหลังการแตะ จะมีจำ นวนเท่ากันหรืออาจไม่เท่ากันก็ได้ ทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับ ประจุไฟฟ้าของตัวนำ ทั้งสอง ประจุไฟฟ้ารวทั้งหมดบนตัวนำ ทั้งสองภายหลังการแตะ จะมี จำ นวนเท่ากับประจุไฟฟ้าทั้งหมดก่อนแตะกัน
หากนำ วัตถุที่มีประจุลบเข้าใกล้อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นที่เป็นกลาง ประจุลบ ในวัตถุจะผลักประจุลบในอิเล็กโทรสโคปให้เคลื่อนที่ลงไปด้านล่าง ทำ ให้ด้าน ล่างมีประจุลบมากกว่า แผ่นโลหะจึงกางออก ถ้านำ วัตถุที่มีประจุบวกเข้าใกล้อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นที่เป็นกลาง ประจุ บวกในวัตถุจะผลักประจุบวกในอิเล็กโทรสโคปให้เคลื่อนที่ลงไปด้านล่าง ทำ ให้ด้านล่างมีประจุบวกมากกว่า แผ่นโลหะจึงกางออก ทำ อย่างไร ให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า การเหนี่ยวนำ การนำ วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเข้าใกล้วัตถุที่เป็นตัวนำ ไฟฟ้า ทำ ให้เกิดประจุชนิดตรงข้ามบนตัวนำ ด้านที่ใกล้วัตถุ กระบวนการเหนี่ยวนำ
กฏการอนุรักษ์ ประจุไฟฟ้า คือ การทำ ให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าไม่ใช่เป็นการสร้างประจุขึ้นใหม่แต่เป็นเพียงการ ย้ายประจุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยที่ผลรวมของจำ นวนประจุทั้งหมดของ ระบบที่พิจารณาจะเท่าเดิมเสมอ ผลรวมประจุก่อน = ผลรวมประจุหลัง ฉนวน (insulator) คือ วัตถุที่ได้รับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแล้วอิเล็กตรอนนั้น ยังคงอยู่ ณ บริเวณเดิมต่อไป โดยที่ไม่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปได้สะดวกหรือ ไม่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ไหลผ่านไป ได้เช่น ยาง แก้ว ตัวนำ (conductor) คือ วัตถุที่ได้รับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแล้ว อิเล็กตรอนที่ ถูกถ่ายโอนสามารถ เคลื่อนที่กระจายไปได้ง่ายหรือยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไป ได้อย่างสะดวกตลอดเนื้อวัตถุโดยง่ายหรืออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปได้ในวัตถุ นั้น เช่น โลหะต่างๆ
การตรวจหาประจุ และชนิดของประจุ อิเล็กโทรสโคปลูกพิธ เป็นอุปกรณ์สำ หรับตรวจสอบประจุไฟฟ้า ประกอบด้วยลูกพิธที่แขวนด้วยเส้น ด้ายให้ห้อยในแนวดิ่ง เมื่อนำ วัตถุที่ต้องการตรวจสอบเข้าใกล้ลูกพิธที่แขวนอยู่ ถ้าลูกพิธถูกดึงดูดให้เข้าหาหรือเบนออก แสดงว่า วัตถุมีประจุ หากลูกพิธไม่มีการเอนหรือถูกดูด แสดงว่า วัตถุไม่มีประจุไฟฟ้า ลูกพิธเบนออก แสดงว่า วัตถุมีประจุเดียวกัน ลูกพิธเบนเข้าหา แสดงว่า วัตถุมีประจุตรงข้ามกัน
การตรวจหาประจุ และชนิดของประจุ อิเล็กโทรสโคปจานโลหะ เป็นอุปกรณ์สําหรับตรวจสอบชนิดของประจุไฟฟ้า ภายในมีส่วนประกอบได้แก่ แผ่นโลหะบางติดกับก้านโลหะ โดยเชื่อมต่อมาจากจานโลหะด้านบนขอ งอิเล็กโทร สโคป หากต้องการตรวจสอบประจุของวัตถุใดๆให้น่ามาจ่อใกล้จานโลหะของ อิเล็คโทรสโคป ถ้าแผ่นโลหะบางกลางออกแสดงว่าวัตถุนั้นมีประจุ นอกจากนี้ยัง สามารถตรวจสอบชนิดของประจุที่อยู่บนวัตถุว่าเป็นประจุบวก ลบ หรือเป็นกลาง ทางไฟฟ้าได้อีกด้วย อิเล็กโทรสโคปไม่กาง แสดงว่า “วัตถุไม่มีประจุ” อิเล็กโทรสโคปกาง แสดงว่า “วัตถุมีประจุ”
การตรวจหาประจุ และชนิดของประจุ ทำ ให้อิเล็กโทรสโคปเป็นลบ นำ วัตถุที่ต้องการตรวจสอบเข้าใกล้อิเล็กโทรสโคป ถ้าอิเล็กโทรสโคปกางออก แสดงว่า วัตถุเป็นประจุลบ ถ้าอิเล็กโทรสโคปหุบเข้า แสดงว่า วัตถุประจุบวก ทำ ให้อิเล็กโทรสโคปเป็นบวก นำ วัตถุที่ต้องการตรวจสอบเข้าใกล้อิเล็กโทรสโคป ถ้าอิเล็กโทรสโคปกางออก แสดงว่า วัตถุเป็นประจุบวก ถ้าอิเล็กโทรสโคปหุบเข้า แสดงว่า วัตถุประจุลบ
ๆ F = KQ1Q 2 r 2 F แทน ขนาดของแรงระหว่างประจุทั้งสอง มีหน่วยเป็นนิวตัน(N) q1 , q2 แทน ประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็นคูลอมบ์(c) r แทน ระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง มีหน่วยเป็นเมตร(M) k แทน ค่าคงตัวทางไฟฟ้า เมื่อ k = 9 x 10 n.m / c กฎของคูลอมบ์ (Coulomb’ law) กฎของคูลอมบ์ คือ “แรงผลักหรือแรงดูดระหว่างประจุ แปรผันตรงกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับกำ ลัง สองของ ระยะทางระหว่างประจุทั้งสอง” 9 2 2
ๆ E = F E = สนามไฟฟ้า (eLECtric field) สนามไฟฟ้าคือ แรงที่กระทำ กับประจุไฟฟ้า +1 c ที่วางไว้ ณ ตำ แหน่งนั้น เป็นปริมาณเวกเตอร์ ขนาดของสนามไฟฟ้า จะมีค่าเท่ากับอัตราส่วนของแรงที่สนามนั้นกระทำ กับ ประจุทดสอบต่อหนึ่งหน่วยประจุทดสอบ ขนาดของสนามไฟฟ้า q จากกฏคูลอมบ์ จะได้ kQ r 2 E = ขนาดของสนามไฟฟ้าฟ้ (N/C or V/m) F = แรงที่กระทำ บนประจุ (N) q = ประจุทดสอบ (C) r = ระยะทาง
ๆ E = E +e E = i = 1 n Ei ในกรณีมีจุดประจุมากกว่าหนึ่ง สนามไฟฟ้าจะเป็นผลรวมเวกเตอร์ของ สนามไฟฟ้า ที่เกิดจากแต่ละจุดประจุ สนามไฟฟ้า (eLECtric field) 1 2 กรณีสนามไฟฟ้า ฟ้ จากจุดประจุ q และ q ณ จุด C กรณีสนามไฟฟ้า ฟ้ จากจุดประจุ n จุด 1 2
ๆ ตัวนำ ทรงกลม E = 0 มีทั้งประจุบวกและประจุลบ : เส้นสนามจะพุ่งจากบวกไปลบ เส้นสนามไฟฟ้า (Electric Field Line) ประจุบวก : เส้นสนามไฟฟ้าพุ่งออก ประจุลบ : เส้นสนามไฟฟ้าพุ่งเข้า เส้นสนามไฟฟ้าจะไปหยุดนิ่งที่ผิวของตัวนำ ทรงกลม ไม่พุ่งเข้าไปข้างใน
ๆ เส้นสนามไฟฟ้า (Electric Field Line) เป็นบริเวณที่ไม่มีสนามไฟฟ้า เนื่องจากทิศทางของสนามไฟฟ้า 2 บริเวณขึ้นไป มีทิศทางตรงกันข้ามกัน และขนาดพอๆกันหรือขนาดพอดีที่ทำ ให้สนามไฟฟ้า หักล้างกันหมด จุดสะเทิน คืออะไร e=0 ประจุชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะอยู่ ระหว่างกลาง ประจุชนิดตรงข้ามกัน จุดสะเทินจะอยู่ บริเวณด้านนก ซึ่งจะอยู่ใกล้กับประจุน้อย โดยไม่สนใจเครืองหมาย
ๆ เส้นสนามไฟฟ้า (Electric Field Line) สูตรสนามไฟฟ้าแม่เหล็กคู่ขนาน E = V d E = สนามไฟฟ้า มีหน่วยเป้น นิวตัน/คูลอมบ์ V = ความต่างศักย์ระหว่างแผ่น มีหน่วยเป็น โวลต์ d = ระยะห่าง มีหน่วยเป็น เมตร
ๆ ศักย์ไฟฟ้า (Electric Potential) เมื่อประจุอยู่ในสนามไฟฟ้า ประจุจะมีพลังงานศักย์ (E) เนื่องจากแรงทางไฟฟ้าที่ กระทำ ต่อประจุ เราเรียก พลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อหนึ่งหน่วยประจุว่า “ศักย์ไฟฟ้า” ศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า พิจารณาสนามไฟฟ้าที่มีทิศพุ่งในแนว -y ดังรูป จุด A และ จุด B อยู่ห่างกันเป็นระยะ d ความต่างศักย์ที่จุด B เมื่อเทียบกับจุด A หาได้จาก เครื่องหมายลบแสดงว่าจุด B อยู่ต่ำ กว่าจุด A หรือ V < V สนามไฟฟ้าจะชี้ไปในแนว ที่ค่าความต่าง ศักย์มีค่าน้อยเสมอ 1 2
ๆ V = KQ r = V KQ R = KQ V R ศักย์ไฟฟ้าภายในตัวนำ ทรงกลม ศักย์ไฟฟ้า (Electric Potential) R r ที่ผิวนอกตัวทรงกลม ที่ผิวตัวนำ ทรงกลม ที่ภายในตัวนำ ทรงกลม Q = ประจุไฟฟ้า R = รัศมีทรงกลม = ระยะห่าง K = ค่าคงที่ = 9 10 r 9 N.m /C 2 2 x
ๆ q0 -q0Ed ศักย์ไฟฟ้า (Electric Potential) ความต่างศักย์ไฟฟ้า พลังงานศักย์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนไป ( u) ถ้า เป็นประจุลบ ค่า U จะมีค่าเป็นบวก นั่นคือประจุ ลบที่ เคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกับทิศของสนามไฟฟ้าจะได้รับ พลังงาน ศักย์เพิ่มขึ้น ถ้าประจุลบนี้เคลื่อนที่อย่างอิสระจาก จุดหยุดนิ่ง ประจุจะมีความเร่งในทิศตรงข้ามกับทิศทางของ สนามไฟฟ้า qo U = V =
ๆ C = Q v = Q KQ R = R K ตัวเก็บประจุและความจุไฟฟ้า (Capacitor and Capacitance) ตัวเก็บประจุ คือ ตัวนำ ที่ทำ หน้าที่เก็บประจุ ความจุไฟฟ้า คือ อตราส่วนของประจุต่อศักย์ไฟฟ้า R Q C = ความจุ หน่วยเป็น ฟารัด
ตั ๆ ตั วเก็บประจุและความจุไฟฟ้า (Capacitor and Capacitance) V (ความต่างศักย์) Q (ประจุ) 1 2 1 2 1 2 Q C พลังงานสะสมในตัวเก็บประจุ U = พลังงานสะสมในตัว เก็บประจุ (จูล) Q = ประจุไฟฟ้า (คูลอมป์) C = ความจุ (ฟารัด) V = ศักย์ไฟฟ้า (โวลต์) U = = QV CV 2 = 2
ๆ 1 C 1 C 1 C 1 C ตัวเก็บประจุและความจุไฟฟ้า (Capacitor and Capacitance) อนุกรม FORM ขนาน FORM การต่อตัวเก็บประจุ V = V + V + V Q = Q + Q + Q รวม 1 2 3 รว ม 1 2 3 V = V + V + V Q = Q + Q + Q รวม 1 2 3 รว ม 1 2 3 C = C + C + C = + + รวม 1 2 3 รวม 1 2 3
นายพิชชากร ดนัยธรรมกุล ม.5/2เลขที่ 1 นายสยมภู เอี่ยมผดุง ม.5/2เลขที่ 4 นางสาวพุทธิดา สีมะกล่ำ ม.5/2เลขที่ 5 นายปฐมพร ประทุมสรานุสรณ์ ม.5/2เลขที่ 28 นายวัชรากร สาคลาไคล ม.5/2เลขที่ 29 สมาชิกกลุ่ม