ไฟฟ้าสถิต4. ประจุไฟฟ้าในอะตอม
โปรตอน (p) → ประจุบวก
อิเล็กตรอน (e) → ประจุลบ
นิวตรอน (n) → เป็นกลางทางไฟฟ้า
เมื่อจานวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ำกัน → จะทาให้วัตถุเป็นกลำงทางไฟฟ้า
เมื่ออิเล็กตรอนบางส่วนหลุดออกไป → วัตถุจะแสดงอานาจไฟฟ้าบวก
เมื่อถูกเติมอิเล็กตรอนเพิ่ม → วัตถุจะแสดงอานาจไฟฟ้าลบ
6. การทาให้วัตถุเกิดประจุไฟฟ้ามี 3 วิธี
1. การขัดถู
เช่นแท่งแก้วกับผ้าไหม ประจุลบบนแท่งแก้วจะถ่ายเทไปสู่ผ้าไหมทาให้แท่ง
แก้วมีประจุไฟฟ้าชนิดบวก ส่วนผ้าไหมมีประจุไฟฟ้าชนิดลบ
2. การสัมผัส(แตะ)
ใช้วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าอยู่แล้วแตะกับวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่ง
อิเล็กตรอนจะถ่ายเทจากวัตถุหนึ่งที่มีอิเล็กตรอนส่วนเกินที่มากกว่าไปยังวัตถุที่มี
อิเล็กตรอนส่วนเกินที่น้อยกว่า
11. 2. แรงนี้เป็นปฏิภำคโดยตรงของผลคูณประจุ Q1และ Q2
…(2)
จาก (1) และ (2)
จะได้
ดังนั้น …(3)
เมื่อ F คือ ขนาดของแรงไฟฟ้าระหว่างประจุแต่ละคู่ มีหน่วยเป็น นิวตัน (N)
Q1,Q2 คือ ประจุไฟฟ้าตัวที่หนึ่งและตัวที่สองตามลาดับ มีหน่วยเป็น คูลอมบ์(C)
K คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์มีค่า 9 x 109 N - m2/C2
R คือ ระยะห่างระหว่างประจุแต่ละคู่ มีหน่วยเป็น เมตร (m)
1 2
2
Q Q
F
R
1 2
2
=
kQ Q
F
R
1 2Q QF
Charles Augustin de Coulomb
(1736-1806 )
14. สนามไฟฟ้า (E) คือ แรงต่อหนึ่งหน่วยประจุทดสอบ (ประจุบวก) จากนิยาม
ข้างต้น จะได้ความสัมพันธ์ว่า
…(1)
ถ้าประจุไฟฟ้าทดสอบ q วางอยู่ในสนามไฟฟ้าของ Q ซึ่งประจุ q อยู่ห่างจาก
Q เป็นระยะ r ดังรูป
F
E =
+q
15. ดังนั้น ขนาดของสนามไฟฟ้า
หาได้จาก …(2)
*** สมการ (3) ใช้กับกรณีที่มีประจุ 1 จุด
เมื่อ E คือ ขนาดของสนามไฟฟ้า หน่วยเป็น นิวตันต่อคูลอมบ์ (N/C)
Q คือ ประจุไฟฟ้า หน่วยเป็น คูลอมบ์ (C)
k คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์มีค่า 9 x 109 N - m2/C2
R คือ ระยะห่าง หน่วยเป็น เมตร (m)
2
kQ
E =
R
16. กรณีที่ 1 ประจุทดสอบเป็นประจุบวก (+q)
ทิศของแรงไฟฟ้า(F) ที่กระทาต่อประจุบวก (+q) มีทิศเดียวกันกับทิศของ
สนามไฟฟ้า(E)
สรุป
17. กรณีที่ 2 ประจุทดสอบเป็นประจุลบ (-q)
ทิศของแรงไฟฟ้า (F) ที่กระทาต่อประจุลบ(-q) มีทิศตรงข้ามกับทิศของ
สนามไฟฟ้า(E)
สรุป
25. จุดสะเทินในสนามไฟฟ้า คือ จุดที่สนามไฟฟ้าลัพธ์มีค่าเป็นศูนย์ ( )
ลักษณะของจุดสะเทินในสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้า 2 ประจุ มาวางใกล้กัน ดังนี้
1. ถ้าประจุทั้งสองเป็นประจุชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะอยู่ระหว่างกลางประจุ
ทั้งสอง
2. ถ้าประจุทั้งสองเป็นประจุต่างชนิดกัน จุดสะเทินจะอยู่รอบนอกประจุทั้ง
สอง
3. จุดสะเทินจะเกิดใกล้กับประจุที่มีค่าน้อยกว่า
E = 0
27. จากรูป สรุปได้ว่า “พลังงานศักย์โน้มถ่วง ณ
จุดใด คือ งานในการย้ายจากจุดอ้างอิงไปยังจุดนั้น”
สามารถเขียนสมการงานในการย้ายวัตถุ จาก A
ไป B ได้ว่า
…(1)
รูป พลังงานศักย์โน้มถ่วง
A B P(B) P(A)W = E - E
28. เมื่อพิจารณาประจุ +q วางใน
สนามไฟฟ้าสม่าเสมอ (E) จะเกิดแรง F
กระทาต่อประจุในทิศทางเดียวกับ
สนามไฟฟ้า ดังรูป สามารถหางานในการ
ย้ายประจุ จาก A ไป B ได้จาก
…(2)
รูป การเคลื่อนที่ของประจุ จาก A ไป B
A B P(B) P(A)W = E - E
29. เมื่อนาประจุไฟฟ้า q ไปวาง ณ ตาแหน่งหนึ่งแล้วมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าเป็น Ep
ถ้านาประจุ +1 หน่วย ไปวาง ณ ตาแหน่งนั้น จะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าเป็น Ep/q เรียก
พลังงานนี้ว่า ศักย์ไฟฟ้า ณ ตาแหน่งนั้น เมื่อให้ V เป็นศักย์ไฟฟ้า จะได้ว่า
…(3)
ศักย์ไฟฟ้า (V) เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ (J/C) หรือ
โวลต์ (V)
***สิ่งที่ควรเน้น
เวลาคานวณจะต้องแทนเครื่องหมายของประจุด้วย
PE
V =
q
30. ศักย์ไฟฟ้าที่จุดใดๆ (V) คือ งานในหน่วยของจูลที่ต้องการนาประจุทดสอบ
+1 คูลอมบ์ จากระยะอนันต์มายังจุดใดๆ พิจารณารูป
จากรูป จะได้สมการว่า =
W KQ
q R
32. จากสมการงานในการย้ายประจุจาก A ไป B
ที่ว่า
เมื่อ Ep = qV
จะได้ …(5)
A B P(B) P(A)W = E - E
A B B AW = q(V - V )
***สิ่งที่ควรเน้น
เวลาคานวณจะต้องแทนเครื่องหมายของประจุด้วย
ในการเลื่อนประจุ จะไม่สนใจเส้นทางการเลื่อน
ตาแหน่ง
รูป การเคลื่อนที่ของประจุ จาก A ไป B
37. นิยามความจุไฟฟ้า คือ อัตราส่วนระหว่างขนาดประจุ Q บนตัวนา
แผ่นใดแผ่นหนึ่งกับขนาดของความต่างศักย์ Vab ระหว่างตัวนาทั้งสอง
นั่นคือ
…(1)
หน่วยของความจุไฟฟ้า คือ คูลอมบ์ต่อโวลต์ หรือ ฟารัด(Farad)
หน่วยที่นิยมใช้ คือ ไมโครฟารัด(1μF = 10-6 F) และพิโคฟารัด
(1pF = 10-12 F)
Q
C =
V
38. จากรูป สรุปได้ว่า
1. Q รวม = Q1 = Q2 = … = Qn
2. Vรวม = V1 + V2 + … Vn
3.
1 2
1 1 1 1
= + + ... +
T nC C C C
V V
V1 V2
C2C1 Ceq
+Q -Q +Q -Q
39. จากรูป สรุปได้ว่า
1. Q รวม = Q1 + Q2 + … + Qn
2. Vรวม = V1 = V2 = … Vn
3. CT = C1 + C2 +…+Cn
V V V
V = V1 = V2
Ceq = C1 = C2
C1
C2
C2
C1
Q2
Q1