ไฟฟ้าสถิต

Download Report

Transcript ไฟฟ้าสถิต

Physics4 s32204
Electrostatic
ไฟฟ้าสถิต (electrostatic)
Electrostatic
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ปรากฏการณธรรมชาติ
ของไฟฟ้า
์
เมือ
่ 60 ปี กอนพุ
ทธศั กราช นักปราชญชาวกรี
กชือ
่
่
์
ทาลิส ไดพบว
าการน
าอาพัน(amber) มาถูกบ
ั ผ้าขนสั ตว ์
้
่
อาพันจะสามารถดึงดูดของเบาๆ เช่น ฟาง ขนนกได้
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ประจุไฟฟ้า(electric charge)
เมือ
่ นาแผน
ั ผ้า
่ PVC (polyvinyl chloride) มาถูกบ
สั กหลาด แลวน
น
้ เล็กๆ
้ าแผน
่ PVC เข้าใกลกระดาษชิ
้
พบวากระดาษถู
กแผนพี
ี ด
ี งึ ดูด ต้นเหตุทท
ี่ าให้เกิดแรง
่
่ วซ
นี้คอ
ื ประจุไฟฟ้า (electric charge) หรือเรียกสั้ นๆ
วาประจุ
(charge) แรงทีเ่ กิดขึน
้ นี้เรียกวาแรงระหว
าง
่
่
่
ประจุ
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ชนิดของแรงระหวางประจุ
่
- เมือ
่ นาแผนพี
ี ท
ี ม
ี่ ป
ี ระจุเขาใกล
แผ
ี ท
ี ม
ี่ ป
ี ระจุ
่ วซ
้
้ นพี
่ วซ
ปรากฏวาแผ
นพี
ี เี บนออก
่
่ วซ
- เมือ
่ นาแผนเปอร
สเปกซ
แล
า้ จะพบวาแผ
น
่
้
่
่
์
์ วทดลองซ
เปอรสเปกซ
ที
่ ป
ี ระจุจะเบนออก
์
์ ม
- ถ้านาแผนเปอร
สเปกซ
ที
่ ป
ี ระจุเขาใกล
แผ
ี ซ
ี ง่ึ มี
่
้
้ นพี
่ วซ
์
์ ม
ประจุ ปรากฏวา่ แผนพี
ี ถ
ี ก
ู ดึงดูดให้เบนเขาหาแผ
น
่ วซ
้
่
เปอรสเปกซ
ที
่ ป
ี ระจุ แสดงวาแรงระหว
างประจุ
มส
ี อง
่
่
์
์ ม
ชนิด คือ แรงดึงดูด (attractive force) และแรงผลัก
(repulsive force)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ประจุไฟฟ้ามี 2 ชนิด
1. ประจุไฟฟ้าบวก (positive electric charge) , ประจุ
บวก (positive charge) +
2. ประจุไฟฟ้าลบ (negative electric charge) , ประจุ
ลบ (negative charge) แรงระหวางประจุ
่
- ประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน
- ประจุตางชนิ
ดกันจะดูดกัน
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
เบนจามิน แฟรงคลิน นักวิทยาศาสตรชาวอเมริ
กน
ั เป็ น
์
บุคคลแรกทีจ
่ าแนกชนิดประจุไฟฟ้าเป็ นประจุบวกและ
ประจุลบ โดยเรียกประจุทเี่ กิดบนแทงแก
วเมื
่ ถูดวยผ
่
้ อ
้
้า
ลาดับการเกิดชนิดประจุ
ไหมเป็
นประจุ
บ
วก
ส
วนประจุ
ท
เ
่
ี
กิ
ด
บนแท
งอ
าพั
น
เมื
อ
่
ถู
่
่
ไฟฟ้า
ดวยผ
แก้ว ตวนั
้ 1. ้าขนสั
์ ้นเป็ นประจุลบ
2. เส้นผมคน
*** วัสดุทอ
ี่ ยูต
าแหน่งทีเ่ หนือกวาจะ
่
่
3. เปอรสเปกซ
์
์
เป็ นบวก
4. ไนลอน
5. ผ้าสั กหลาด
วัสดุทอ
ี่ ยูล
าดับตา่ กวาจะเป็
นลบ
่
่
6. ผาไหม
้
7. ผ้าฝ้าย
8. อาพัน
9.
พอลิไวนิลคลอ
ไรด ์ (พีวซ
ี )ี
10. เทฟลอน
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
วัตถุประกอบดวยอะตอม
แตละอะตอมมี
นิวเคลียสซึ่ง
้
่
ประกอบดวย
้
- อนุ ภาคทีม
่ ป
ี ระจุบวก เรียกวา่ โปรตอน (proton)
- อนุ ภาคทีเ่ ป็ นกลางทางไฟฟ้าเรียกวา่ นิวตรอน (neutron)
- บริเวณนอกนิวเคลียสมีอนุ ภาคทีม
่ ป
ี ระจุลบ
เรียกวา่ อิเล็กตรอน (electron)
- อะตอมทีม
่ จ
ี านวนโปรตอนและจานวนอิเล็กตรอนเทากั
่ น จะ
อยูในสภาพเป็
นกลางทางไฟฟ้า
่
- ถ้ามีจานวนโปรตอนมากกวาจ
่ านวนอิเล็กตรอน โดยจะ
แสดงวามี
่ ประจุบวก
- ถ้ามีจานวนอิเล็กตรอนมากกวาจ
่ านวนโปรตอน จะแสดงวา่
มีประจุลบ
- วัตถุทเี่ สี ยอิเล็กตรอนไปอยูบนอะตอมของอี
กวัตถุหนึ่ง วัตถุ
่
แรกมีประจุเป็ นบวก และวัตถุหลังมีประจุเป็ นลบ
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
กฎการอนุ รก
ั ษประจุ
ไฟฟ้า (the law of conversation of
์
charge)
การทาให้วัตถุมป
ี ระจุไฟฟ้าไมใช
่ ่ เป็ นการสรางประจุ
้
ขึน
้ ใหม่ แตเป็
จากทีห
่ นึ่งไปยังอีกที่
่ นเพียงการยายประจุ
้
หนึ่งโดยทีผ
่ ลรวมของจานวนประจุทง้ั หมดของระบบที่
พิจารณาจะเทาเดิ
่ มเสมอ
ฉนวนไฟฟ้า (electrical insulator) คือวัตถุทไี่ ดรั
้ บการ
ถายโอนอิ
เล็กตรอนแลวอิ
่
้ เล็กตรอนนั้นยังคงอยู่ ณ
บริเวณเดิมตอไป
่
ตัวนาไฟฟ้า (electrical conductor) คือวัตถุใดทีไ่ ดรั
้ บ
การถายโอนอิ
เล็กตรอนแลว
่ ก
ู ถายโอน
่
้ อิเล็กตรอนทีถ
่
สามารถเคลือ
่ นทีก
่ ระจายไปตลอดเนื้อวัตถุไดง้ าย
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
การเหนี่ยวนาไฟฟ้า (electric induction)
การนาวัตถุทม
ี่ ป
ี ระจุเขาใกล
วั
้
้ ตถุทเี่ ป็ นตัวนาไฟฟ้าจะทา
ให้เกิดประจุชนิดตรงขามบนด
านของตั
วนาทีใ่ กลวั
้
้
้ ตถุ วิธ ี
ทาให้เกิดประจุในลักษณะเช่นนี้เรียกวา่ การเหนี่ยวนา
ไฟฟ้า
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
วิธก
ี ารทาให้อิเล็กโทรสโคป (electroscope) มีประจุโดย
การเหนี่ยวนา
1.
2.
3.
4.
นาวัตถุทม
ี่ ป
ี ระจุเขาใกล
อิ
้
้ เล็กโทรสโคป
ตอสายดิ
น
่
นาสายดินออก
นาวัตถุทม
ี่ ป
ี ระจุออกจากอิเล็กโทรสโคป
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
วิธก
ี ารทาให้วัตถุทเี่ ป็ นกลางมีประจุไฟฟ้า
1. การขัดสี หรือการถู เกิดจากการนาวัตถุ 2 ชนิดมา
ขัดสี หรือถูกน
ั จะทาให้มีการถายเทของประจุ
ไฟฟ้า
่
2. การแตะหรือสั มผัส โดยการนาวัตถุทม
ี่ อ
ี านาจทาง
ไฟฟ้าไปแตะหรือสั มผัสกับวัตถุทเี่ ป็ นกลางทาง
ไฟฟ้า ทาให้มีการถายเทของอิ
เล็กตรอน
่
3. โดยการเหนี่ยวนา โดยการนาวัตถุซง่ึ มีประจุไฟฟ้าเขา้
ไปใกล้ ๆ วัตถุทเี่ ป็ นกลาง
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
1 โลหะทรงกระบอกยาวปลายมนเป็ นกลางทาง
่
ไฟฟ้าตัง้ บนฐานทีเ่ ป็ นฉนวน ถ้านาประจุบวกขนาดเทากั
่ นมา
ใกลปลายทั
ง้ สองขางพร
อมกั
น โดยระยะหางจากปลายเท
ากั
้
้
้
่
่ น
ตามลาดับ การกระจายของประจุบนส่วน A ส่วน B และ
C ของทรงกระบอกเป็ นอยางไร
่
ก. A และ C เป็ นลบ แต่
B เป็ นกลาง
ข. A และ C เป็ นกลาง
แต่ B เป็ นบวก
ค. A และ C เป็ นบวก แต่
B เป็ นลบ
ง. A และ C เป็ นลบ แต่
B เป็ นบวก
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
2 แทงแก
วมี
าไปถูกบ
ั ผ้า
่
่
้ ประจุบวกไดด
้ วยการน
้
ไหม ในขณะเดียวกันผ้าไหมก็จะมีประจุดวยเพราะเหตุ
้
ใด
ก.
ข.
ค.
ง.
อิเล็กตรอนเพิม
่ ขึน
้
อิเล็กตรอนหายไป
โปรตอนเพิม
่ ขึน
้
โปรตอนหายไป
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
3 วัตถุ A มีประจุไฟฟ้าบวกอิสระ ตัวนา B
่
และ C ห้อยดวยฉนวนตามรู
ป ก เมือ
่ นาวัตถุ A เข้า
้
ไปใกล้ ตัวนา
B และ C ซึ่งสั มผัสกันอยู่
ดังรูป
ข แยกวัตถุ B และ C ออกจากกัน ดังรูป ค นา
วัตถุ A ออกไป ตัวนา B และ C มีประจุชนิดใด
+++
+++
A
B C
ก.
ข.
+
ค.
ง.
B ประจุ + C ประจุ
B ประจุ - C ประจุ
B ประจุ - C ประจุ
B และ C เป็ นกลาง
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
4 ถ้าตองการให
่
้
้อิเล็กโตรสโคปมีประจุบวก ควรมี
ขัน
้ ตอนในการกระทาอยางไร
่
ก. นาวัตถุทม
ี่ ป
ี ระจุบวกเขาใกล
จานโลหะของอิ
เล็กโตรสโคป
้
้
ข. นาวัตถุทม
ี่ ป
ี ระจุลบเขาใกล
จานโลหะของอิ
เล็กโตรสโคป
้
้
ค. ตอสายดิ
นกับจานโลหะของอิเล็กโตรสโคป
่
ง. ดึงวัตถุทม
ี่ ป
ี ระจุออก
จ. ดึงสายดินออก
ก.
ข.
ค.
ง.
ก.,ค.,ง., จ.
ก.,ค.,จ., ง.
ข.,ค.,ง., จ.
ข.,ค.,จ., ง.
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
แรงระหวางประจุ
และกฎของคูลอมบ ์
่
คูลอมบได
กษาแรงระหวางประจุ
โดยใช้อุปกรณ ์
้
่
์ ทดลองศึ
ดังรูป
พบวา่ แรงระหวางประจุ
ของ D กับ A แปรผกผันกับกาลัง
่
สองของระยะหางระหว
าง
่
่ D กับ A และแปรผันตรงกับผล
คูณระหวางประจุ
ของ D กับ A
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
𝑭 ∝ 𝑸𝟏 𝑸𝟐
𝟏
𝑭∝ 𝟐
𝒓
จะได้
𝑭∝
𝑸𝟏 𝑸𝟐
𝒓𝟐
𝑭=
𝒌𝑸𝟏 𝑸𝟐
𝒓𝟐
เมือ
่
(กฎของคูลอมบ)์
𝑸 = 𝒏𝒒
𝑸 = 𝒏𝒆
𝒌=
𝟏
𝟒𝝅𝜺𝟎
F = แรงระหวางประจุ
(N)
่
k = คาคงตั
วของการแปรผัน (𝟗 ×
่
𝟏𝟎𝟗 𝑵𝒎𝟐 /𝑪𝟐 )
𝑸𝟏 = คาประจุ
บนอนุ ภาคที่ 1 (C, คูลอมบ)์
่
𝑸𝟐 = คาประจุ
บนอนุ ภาคที่ 2 (C, คูลอมบ)์
่
r = ระยะหางระหวางประจุ (m)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
สมการนี้ใช้ไดทั
้ ง้ แรงดูดและแรงผลัก
𝑟1
𝑟2
𝑟2 2
𝐹1
= 2
𝐹2
𝑟1
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
1 ลูกพิทสองลูกมีประจุ 1.0 ไมโครคูลอมบ ์
่
วางหางกั
น 50 เซนติเมตร แรงระหวางประจุ
มค
ี า่
่
่
เทาใด
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
−𝟔 คูลอมบ และ
ตัวอยาง
2
ประจุ
ข
นาด
+𝟓
×
𝟏𝟎
่
์
− 𝟑 × 𝟏𝟎−𝟔 คูลอมบ ์ วางหางกั
น 20 เซนติเมตร ถ้านา
่
ประจุทดสอบขนาด +𝟏 × 𝟏𝟎−𝟔 คูลอมบ ์ วางไวระหว
าง
้
่
ประจุทง้ั สอง ขนาดและทิศทางของแรงทีก
่ ระทาตอประจุ
่
ทดสอบมีคาเท
่ าใด
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
−𝟑 คู
ตัวอยาง
3
จากรู
ป
แรงที
ก
่
ระท
าต
อประจุ
+𝟐
×
𝟏𝟎
่
่
ลอมบ ์
มีคาเท
่ าใด
่
C +𝟒 × 𝟏𝟎−𝟒 𝑪
3m
A 3m B
−𝟑 × 𝟏𝟎−𝟒 𝑪
+𝟐 × 𝟏𝟎−𝟑 𝑪
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
4 สามเหลีย
่ มดานเท
ารู
30
่
้
่ ปหนึ่งมีความยาวดานละ
้
เซนติเมตร แตละมุ
มมีประจุ
+𝟐𝝁𝑪, −𝟐𝝁𝑪 และ +𝟓𝝁𝑪
่
วางอยู่ แรงทีก
่ ระทาตอประจุ
+𝟓𝝁𝑪 มีขนาดเทาใด
่
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
*** ให้นักเรียนทาแบบฝึ กหัดทายบท(ปั
ญหา)ใน
้
แบบเรียน หน้า 67-68 ข้อ
1-6
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
สนามไฟฟ้า (electric field)
เมือ
่ นาลูกโป่งทีม
่ ป
ี ระจุเขาใกล
่ งกาเนิดประจุแวน
้
้ เครือ
เดอแกรฟฟ์ ดังรูป
จะมีแรงไฟฟ้ากระทาตอลู
่ กโป่ง
แสดงวาบริ
เวณนั้นมีสนามไฟฟ้า (electric field)
่
- เรียกประจุทน
ี่ าไปวางวาประจุ
ทดสอบ (test charge)
่
- ประจุทดสอบนี้โดยทัว่ ไปจะใช้ประจุบวก และแทนดวย
้
สั ญลักษณ ์ +q
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
เมือ
่ นาประจุทดสอบ +q ไปวาง ณ จุดใดๆ ใน
บริเวณรอบๆ ประจุ +Q ดังรูป
แรง Fนี้ทก
ี่ ระทาตอ
่
ประจุทดสอบ +q
แรงกระทาตอประจุ
ทน
ี่ าไปวางในบริเวณทีม
่ ี
่
สนามไฟฟ้ามีคาแปรผั
นตรงกับคาของประจุ
ทดสอบ
่
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
แรงทีก
่ ระทาตอประจุ
บวกขนาดหนึ่งหน่วยซึง่ วาง ณ
่
ตาแหน่งใดๆ คือ สนามไฟฟ้า ณ ตาแหน่งนั้นและ
เขียนแทนดวยสั
ญลักษณ ์ 𝑬
้
สนามไฟฟ้า =
แรงทางไฟฟ้าทีก
่ ระทาตอประจุ
ทดสอบ+𝒒
่
ประจุทดสอบ+𝒒
𝑭
𝑬=
หรือ 𝑭 = +𝒒𝑬
+𝒒
เมือ
่
E = สนามไฟฟ้า (N/C, V/m)
F = แรงทีก
่ ระทาตอประจุ
ทดสอบ (N)
่
q= คาประจุ
ทดสอบ (C)
่
*** สนามไฟฟ้าเป็ นปริมาณเวกเตอร ์ โดยกาหนดทิศของ
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ถ้าจุดประจุทดสอบ +q วางอยูที
่ าแหน่งซึง่ หางจากจุ
ด
่ ต
่
ประจุ +Q เป็ นระยะ r ดังรูป จะมีแรงกระทากับประจุ
𝒌𝑸𝒒
ทดสอบ +q ตามกฎของคูลอมบ ์ (𝑭 = 𝟐 ) ดังนี้
𝒓
จะได้
𝐄=
𝒌𝑸𝒒
𝒓𝟐
𝒒
หรือ 𝑬 =
𝑟2 2
𝐸1
= 2
𝐸2
𝑟1
𝒌𝑸
𝒓𝟐
(จุดประจุเดียว)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ในการหาสนามไฟฟ้าเนื่องจากประจุสองจุด ดังรูป แสดง
สนามไฟฟ้าลัพธ ์ ทีจ
่ ุด C ซึ่งไดจากผลรวมแบบเวกเตอร
้
์
ของสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุแตละจุ
ด
่
𝐸 = 𝐸1 + 𝐸2
𝑛
𝐸=
ถ้ามี n ประจุ
𝐸𝑖
𝑖=1
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ทิศของแรงไฟฟ้าทีก
่ ระทาตอประจุ
+q มีทศ
ิ เดียวกับทิศ
่
ของสนามไฟฟ้า
ทิศของแรงไฟฟ้าทีก
่ ระทาตอประจุ
-q มีทศ
ิ ตรงกันข้าม
่
กับทิศของสนามไฟฟ้า
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
−𝟔 คูลอมบ เขาไป
ตัวอยาง
1
เมื
อ
่
น
าประจุ
−𝟐
×
𝟏𝟎
่
้
์
−𝟔 นิว
วางไว้ ณ จุดๆ หนึ่งปรากฏวามี
แ
รง
𝟖.
𝟎
×
𝟏𝟎
่
ตัน มากระทาตอประจุ
นี้ในทิศจากซ้ายไปขวา คา่
่
สนามไฟฟ้ามีคาเท
(4 N/c, V/m ทิศจากขวาไปซ้าย)
่ าใด
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
2 ทรงกลมตัวนาลูกหนึ่งมีมวล m แขวนดวย
่
้
𝟒 นิวตัน/คู
เชือกภายใตสนามไฟฟ
าสม
า
เสมอ
𝟒
×
𝟏𝟎
่
้
้
ลอมบ ์ ถ้าทรงกลมมีประจุ 𝟐 × 𝟏𝟎−𝟔 คูลอมบ ์ ทาให้
เชือกแขวนทามุม 30 องศากับแนวดิง่ มวลทรงกลมมี
คาเท
่ าใด
่
(𝟏𝟑. 𝟖𝟔 × 𝟏𝟎−𝟑 𝒌𝒈)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
3 จากรูปเมือ
่ วางประจุ +Q ไว้ทีจ
่ ุด A ปรากฏ
่
วาสนามไฟฟ
่ ุด P มีคา่ 0.5 N/C ถ้านาประจุ –Q
่
้ าทีจ
มาวางไวที
่ ุด B จุด P มีสนามไฟฟ้าเทาใด
(𝟏. 𝟎 𝑵/
้ จ
่
𝑪)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
4 จากรูปสนามไฟฟ้าทีจ
่ ุด C มีคาเท
่
่ าใด
่
𝟕 𝑵/𝑪)
(𝟒. 𝟖 × 𝟏𝟎3cm
C
A −6 × 10−6
4cm
B 10 × 10−6
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้า
เส้นสนามไฟฟ้า คือ เส้นตางๆที
ใ่ ช้เขียนเพือ
่ แสดง
่
ทิศของสนามไฟฟ้าในบริเวณรอบๆ จุดประจุ
ทิศของสนามไฟฟ้ารอบจุดประจุบวก
ทิศของสนามไฟฟ้ารอบจุดประจุลบ
Physics4 s32204
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้า
Electrostatic
Physics4 s32204
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้า
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้าระหวางตั
วนาขนาน
่
𝑉
𝐸=
𝑑
เมื่อ E = สนามไฟฟ้า
V = ความต่างศักย์
d = ระยะระหว่าง
แผ่นโลหะขนาน
Physics4 s32204
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้า
ใน 3 มิต ิ
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้าระหวางตั
วนาขนาน
่
- บริเวณทีม
่ เี ส้นแรงไฟฟ้าหนาแน่นมาก สนามไฟฟ้าที่
บริเวณนั้นมีคามาก
่
- บริเวณทีม
่ เี ส้นแรงไฟฟ้าหนาแน่นน้อย สนามไฟฟ้ามีคา่
น้อย
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
เส้นสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ
เส้นสนามไฟฟ้าเนื่องจากประจุไฟฟ้าบนตัวนาทรง
กลม
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
- สนามไฟฟ้า ณ ตาแหน่งตางๆ
ในทีว่ างภายในตั
วนา
่
่
รูปทรงใดๆ มีคาเป็
่ นศูนย ์
- สนามไฟฟ้า ณ ตาแหน่งติดกับผิวของตัวนาจะมีทศ
ิ ตัง้
ฉากกับผิวเสมอ
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
1 แผนโลหะขนานคู
หนึ
น 3
่
่
่ ่งวางหางกั
่
มิลลิเมตร ถ้าตอเข
ากั
่ นาด 9 โวลต ์
่
้ บแบตเตอรีข
สนามไฟฟ้าระหวางแผ
นโลหะขนานมี
คาเท
(3,000
่
่
่ าใด
่
V/m)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
−𝟓 kg และมีประจุ
ตัวอยาง
2
อนุ
ภ
าคหนึ
่
ง
มี
ม
วล
𝟐
×
𝟏𝟎
่
+ 𝟐 × 𝟏𝟎−𝟔 𝑪 เมือ
่ นามาวางไวในสนามไฟฟ
่ ท
ี ศ
ิ ตาม
้
้ าทีม
แนวดิง่ ปรากฏวาอนุ
ภาคนี้เคลือ
่ นทีด
่ วยความเร
ง่ 20
่
้
𝒄𝒎/𝒔𝟐 จงหาขนาดและทิศทางของสนามไฟฟ้า (98
N/C ทิศขึน
้ )
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
3 จุดประจุขนาด +1 ไมโครคูลอมบ ์ และ 4
่
ไมโครคูลอมบ ์ วางหางกั
นเป็ นระยะ 6 เซนติเมตร
่
ตาแหน่งทีส
่ นามไฟฟ้ามีคาเป็
+
่ น 0 จะอยูห
่ างจากประจุ
่
1 ไมโครคูลอมบ ์ กีเ่ ซนติเมตร (2 เซนติเมตร)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
*** ให้นักเรียนทาแบบฝึ กหัดทายบท(ปั
ญหา)ใน
้
แบบเรียน หน้า 68-69 ข้อ 7-13
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ศั กยไฟฟ
้ า (electric potential)
์
ประจุเมือ
่ อยูต
ทีม
่ ส
ี นามไฟฟ้าจะมีพลังงาน
่ าแหน่งตางๆ
่
ศั กยที
้า
์ เ่ รียกวา่ พลังงานศั กยไฟฟ
์
ศั กยไฟฟ
้ า คือ พลังงานศั กยไฟฟ
้ าตอ
่ 1 หน่วยประจุท ี่
์
์
ตาแหน่งนั้น
𝑽=
𝑬𝒑
𝒒
เมือ
่
V = ศั กยไฟฟ
้ าเป็ นปริมาณสเกลาร ์ มีหน่วย
์
เป็ น จูลตอคู
่ ลอมบ ์ หรือ โวลต ์ (V)
𝑬𝒑 = พลังงานศั กยไฟฟ
้ ามีหน่วยเป็ นจูล (J)
์
q = ประจุมห
ี น่วยเป็ นคูลอมบ ์ (C)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ศั กยไฟฟ
้ า (electric potential)
์
- ประจุบวกจะเคลือ
่ นทีจ
่ ากตาแหน่งทีม
่ ศ
ี ั กยไฟฟ
้ าสูงมายัง
์
ตาแหน่งทีม
่ ศ
ี ั กยไฟฟ
้ าตา่
์
- สนามไฟฟ้ามีทศ
ิ จากตาแหน่งทีม
่ ศ
ี ั กยไฟฟ
้ าสูงไปยัง
์
ตาแหน่งทีม
่ ศ
ี ั กยไฟฟ
้ าตา่
์
ความตางศั
กย ์ คือ งานทีเ่ กิดขึน
้ ในการเคลือ
่ นทีป
่ ระจุ
่
+1 หน่วยจากตาแหน่งหนึ่งไปยังอีกตาแหน่งหนึ่ง
ภายในบริเวณทีม
่ ใี นสนามไฟฟ้า
𝑾𝑨→𝑩
𝑽𝑩 − 𝑽𝑨 =
Physics4 s32204
Electrostatic
ศั กยไฟฟ
้ าเนื่องจากจุดประจุ
์
Electrostatic
𝑊 = 𝐹𝑠
𝑊𝐴→𝐵
1
1
= 𝑘𝑄( − )
𝑞
𝑟𝐵 𝑟𝐴
𝑘𝑄 𝑘𝑄
𝑉𝐵 − 𝑉𝐴 =
−
𝑟𝐵
𝑟𝐴
จุด A อยูที
่ ร่ ะยะอนันต ์ ศั กยไฟฟ
้ าที่ A มีคาเป็
่ นศูนย ์
์
ศั กยไฟฟ
่ าแหน่งซึ่งอยูห
ดประจุ Q เป็ นระยะ
้ าทีต
่ างจากจุ
่
์
r หาไดจาก
้
𝒌𝑸
𝑽=
𝒓
ศั กยไฟฟ
่ าแหน่งใดคืองานในการนาประจุ +1
้ าทีต
์
หน่วยจากระยะอนันตมายั
งตาแหน่งนั้น
์
ศั กยไฟฟาจะมีคาเป็ นบวกหรือลบขึน
้ กับชนิดของประจุท ี่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ศั กยไฟฟ
้ าเนื่องจากจุดประจุหลายจุดประจุ
์
ในกรณีทต
ี่ าแหน่งทีพ
่ จ
ิ ารณามีสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุด
ประจุหลายๆ จุดประจุ ศั กยไฟฟ
่ าแหน่งนั้น
้ าลัพธที
์
์ ต
𝑛 ่องจากจุดประจุ
คือ ผลรวมทางพีชคณิตของศั กยไฟฟ
าเนื
้
์
𝑉=
𝑉𝑖
แตละจุ
ด
่
𝑽𝑨 = 𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 + 𝑽𝟑 หรือ
𝑖=1
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ศั กยไฟฟ
้ าเนื่องจากประจุบนตัวนาทรงกลม
์
เมือ
่ ให้ประจุ Q แกตั
่ วนาทรงกลม รัศมี a ประจุจะ
กระจายบนผิวอยางสม
า่ เสมอ ทาให้สนามไฟฟ้าภายใน
่
ตัวนาทรงกลมมีคาเป็
่ าแหน่งใดๆ
่ นศูนย ์ ศั กยไฟฟ
้ าทีต
์
ภายในตัวนาทรงกลมมีศักยไฟฟ
้ าคาเท
่ ากั
่ น
์
𝑽=
𝒌𝑸
𝒂
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ความสั มพันธระหว
างความต
างศั
กยและสนามไฟฟ
่
่
้า
์
์
สมา่ เสมอ
จาก 𝑾𝑨→𝑩 = 𝑭𝒔 , 𝑭 = 𝒒𝑬 และ
จะได้
s=d
𝑾𝑨→𝑩 = 𝒒𝑬𝒅 และ 𝑽𝑩 − 𝑽𝑨 =
จะได้
𝑬=
∆𝑽
𝒅
𝑾𝑨→𝑩
𝒒
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
−𝟒 คูลอมบ ที่
ตัวอยาง
1
วางประจุ
ไ
ฟฟ
า
𝟑
×
𝟏𝟎
่
้
์
ตาแหน่ง x=-2 และ y=0 เมตร และประจุลบขนาด
เทากั
่ าแหน่ง x=0 และ y=3 เมตร ศั กยไฟฟ
่ ุด
่ นทีต
้ าทีจ
์
𝟓 โวลต )
กาเนิดมีคาเท
าใด
(𝟒.
𝟓
×
𝟏𝟎
่ ่
์
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
2 สามเหลีย
่ มดานเท
ายาวด
านละ
2 เซนติเมตร
่
้
่
้
มีประจุวางอยูที
่ ม
ุ ทีต
่ าแหน่งเส้นมัธยฐานทัง้ สามตัดกันมี
่ ม
คาศั
ี่ าให้ทีจ
่ ุดนี้เป็ นศูนย ์
่ กยไฟฟ
้ าเป็ นศูนย ์ จงหาประจุทท
์
(−𝟔𝛍𝑪 )
+𝟐𝝁𝑪
+𝟒𝝁𝑪
Physics4 s32204
Electrostatic
ตัวอยาง
3
่
B
−2 ×
10−7 𝐶
Electrostatic
0.2 m C
A
0.4 m
d 1.5 × 10−7 𝐶
5 × 10−7 𝐶
จงหาระยะ Bd ทีท
่ าให้ศั กยไฟฟ
้ าที่ d เทากั
่ บ 0 (0.1
์
เมตร)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
4 จุด A มีศักยไฟฟ
่
้ า 𝑽𝑨 = −𝟐. 𝟎 โวลต ์
์
และจุด B มีศักยไฟฟ
้ า 𝑽𝑩 = 𝟔. 𝟎 โวลต ์ ถ้าตองการ
้
์
เคลือ
่ นประจุ −𝟐. 𝟎 × 𝟏𝟎−𝟔 คูลอมบ ์
จากจุด A ไป
ยังจุด B จะต้องใช้งานในการเคลือ
่ นประจุเป็ นเทาใด
่
(𝟏. 𝟔 × 𝟏𝟎−𝟓 𝑱)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
5 A และ B เป็ นจุดทีอ
่ ยูห
𝟒×
่
่ างจากประจุ
่
𝟏𝟎−𝟔 คูลอมบ ์ เป็ นระยะทาง 2 และ
12 เมตร
ตามลาดับ
ถ้าตองการเคลื
อ
่ นประจุ 4 คูลอมบ ์ จาก
้
B ไป A ต้องใช้งานเป็ นเทาใดในหน
่
่ วยกิโลจูล (60kJ)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
*** ให้นักเรียนทาแบบฝึ กหัดทายบท(ปั
ญหา)ใน
้
แบบเรียน หน้า 70-72 ข้อ 14-25
Physics4 s32204
Electrostatic
ตัวเก็บประจุและความจุ
Electrostatic
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวเก็บประจุและความจุ
ตัวเก็บประจุ (capacitor) เป็ นอุปกรณที
์ ใ่ ช้ในการเก็บประจุ
เพือ
่ นาไปใช้ประโยชนพิ
์ จารณาตัวนาทรงกลมรัศมี a ถ้า
ประจุทต
ี่ วั นานี้เก็บไวเท
่ วิ
้ ากั
่ บ Q จะไดศั
้ กยไฟฟ
้ า V ทีผ
์
𝒌𝑸
และภายในตัวนานี้มค
ี าเป็
่ น 𝑽= 𝒂
สมการนี้แสดงวาส
่ าหรับตัวนาทรงกลมศั กยไฟฟ
้ าที่
์
ผิวและทีภ
่ ายในตัวนามีคาแปรผั
นตรงกับประจุทต
ี่ วั นาเก็บ
่
ไว้และแปรผกผันกับรัศมีของทรงกลมนั้น
เมือ
่ ให้ประจุไฟฟ้าเทากั
่ นแกตั
่ วนาทรงกลมขนาด
ตางกั
น ตัวนาทรงกลมขนาดเล็กจะมีศักยไฟฟ
่
้ าสูงกวา่
์
และ ถ้าให้ตัวนาทรงกลมขนาดตางกั
นมีศักยไฟฟ
่
้า
์
เทากั
าประจุ
บน
่ น ประจุบนทรงกลมขนาดใหญจะมากกว
่
่
ทรงกลมขนาดเล็ก
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ความจุ (capacitance) คือ ความสามารถในการเก็บประจุ
หาไดจาก
้
𝑪=
𝑸
𝑽
หรือ Q=CV
เมือ
่
C คือความจุ มีหน่วยคูลอมบต
่
์ อโวลต
์ (C/V)
หรือ ฟารัด (F),𝝁𝑭, 𝒑𝑭
Q คือประจุซ่งึ เก็บไวที
่ วั เก็บประจุ
้ ต
V คือศั กยไฟฟ
้ าของตัวเก็บ
์
ความจุตวั นาทรงกลมทีม
่ รี ศ
ั มี a จะมีความจุ
𝑪=
𝒂
𝒌
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ความสั มพันธระหว
างประจุ
กบ
ั ความตางศั
กยบนตั
วเก็บประจุ
่
่
์
์
งานในการเลือ
่ นประจุผานจุ
ดสองจุดทีม
่ ค
ี วามตางศั
กย ์ V มี
่
่
คาเท
ย
่ ของประจุคูณความตางศั
กย ์
่ ากั
่ บคาเฉลี
่
่
𝑾=
𝟎+𝑽
𝑸
𝟐
=
𝟏
𝑸𝑽
𝟐
งานในการเคลือ
่ นประจุ(W) เทากั
่ บ พลังงานสะสมในตัว
𝟏
𝟏
𝟏 𝑸𝟐
𝟐
เก็บประจุ(U) จะได้ 𝑼 = 𝑸𝑽 = 𝑪𝑽 =
(Q=CV,
𝑸
𝟐
𝟐
𝟐 𝑪
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
การถายโอนประจุ
ระหวางตั
วนาทรงกลม
่
่
𝑸𝟏 , 𝒓𝟏
𝑸′ 𝟏 , 𝒓𝟏
𝑟 ≫ 𝑟1 , 𝑟2
𝑸𝟐 , 𝒓𝟐
𝑸′ 𝟐 , 𝒓𝟐
จากกฎการอนุ รก
ั ษประจุ
์
ผลรวมประจุกอนการถ
ายโอน
= ผลรวมประจุหลัง
่
่
การถายโอน
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
เมือ
่ สิ้ นสุดการถายโอนทรงกลมทั
ง้ สองจะมีศักยไฟฟ
่
้ าเทากั
่ น
์
𝑽𝑸𝟏 ′ = 𝑽𝑸𝟐 ′
ประจุไฟฟ้าหลังการถายโอน
่
𝑸′
𝑸′
𝟏
𝟐
=
𝒓𝟏
𝒓𝟏 +𝒓𝟐
𝑸𝟏 + 𝑸𝟐
=
𝒓𝟐
𝒓𝟏 +𝒓𝟐
𝑸𝟏 + 𝑸𝟐
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
1 จงหาความจุบนตัวนาทรงกลมรัศมี 9
่
มิลลิเมตร (1pF)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
2 จงหาประจุและความตางศั
กยระหว
างแผ
นของ
่
่
่
่
์
ตัวเก็บประจุขนาด 50 ไมโครฟารัด เมือ
่ พลังงานสะสมใน
−𝟐
ตัวเก็บประจุเทากั
บ
4
จู
ล
(𝟐
×
𝟏𝟎
𝑪) (400V)
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
การตอตั
่ วเก็บประจุ
1. การตอแบบอนุ
กรม (ตอเรี
่
่ ยง)
- ตัวเก็บประจุแตละตั
วมีคาประจุ
เทากั
่
่
่ น 𝑸 = 𝑸𝟏 = 𝑸𝟐
- ความตางศั
กยที
่ บตเตอรีเ่ ทากั
กย ์
่
่ บผลรวมความตางศั
่
์ แ
ยอยของแต
ละตั
วเก็บประจุ
่
่
𝑽 = 𝑽𝟏 + 𝑽𝟐
จะได้
𝑸
𝑪
=
𝑸𝟏
𝑪𝟏
𝑸𝟐
+
𝑪𝟐
,
𝟏
𝑪
=
𝟏
𝑪𝟏
𝟏
+
𝑪𝟐
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
2. การตอแบบขนาน
(ขัว้ เดียวกันตอร
น)
่
่ วมกั
่
- ประจุรวม 𝑸 = 𝑸𝟏 + 𝑸𝟐
- ความตางศั
กยที
่ บตเตอรีเ่ ทากั
กย ย
่
่ บความตางศั
่
่
์ แ
์ อยของ
แตละตั
วเก็บประจุ
่
𝑽 = 𝑽𝟏 = 𝑽𝟐
จะได้ 𝑪𝑽 = 𝑪𝟏 𝑽𝟏 + 𝑪𝟐 𝑽𝟐 , 𝑪 = 𝑪𝟏 + 𝑪𝟐
*** ความจุรวมมากกวาความจุ
แตละตั
ว
่
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
1 ตัวเก็บประจุขนาด 𝟏𝝁𝑭, 𝟐𝝁𝑭 และ 𝟑𝝁𝑭 จง
่
หาความจุรวมเมือ
่ นามาตอกั
่ นดังนี้
ก. แบบอนุ กรม
𝟔
( 𝛍𝐅)
𝟏𝟏
ข. แบบขนาน (6𝛍𝐅)
ค. 𝟏𝝁𝑭 ขนานกับ 𝟐𝝁𝑭 แลวอนุ
กรมกับ 𝟑𝝁𝑭
้
𝟑
( 𝛍𝐅)
𝟐
Physics4 s32204
Electrostatic
ตัวอยาง
2
่
8𝑝𝐹 12𝑝𝐹
Electrostatic
24𝑉
จากรูป จงหาประจุไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุ 8𝛍𝐅 (𝟏. 𝟏𝟓 ×
𝟏𝟎−𝟏𝟎 𝑪)
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
ตัวอยาง
3
่
2𝑝𝐹
140𝑉
5𝑝𝐹
จากรูป
ก. ความจุรวม (𝟕𝐩𝐅)
ข. ประจุไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุทง้ั สอง (𝟗𝟖𝟎𝐩𝐂)
Physics4 s32204
Electrostatic
ตัวอยาง
4
่
3𝑝𝐹 6𝑝𝐹
2𝑝𝐹
Electrostatic
12𝑉
จากรูป จงหาความตางศั
กยคร
วเก็บประจุ
่
่
์ อมตั
และ 𝟔𝛍𝑭
(𝟖𝐕) , (𝟒𝐕)
𝟑𝛍𝑭
Physics4 s32204
Electrostatic
ตัวอยาง
5
่
4𝜇𝐹 12𝜇𝐹
3𝜇𝐹
Electrostatic
100𝑉
จากรูป พลังงานสะสมในวงจรมีคาเท
𝟎𝟑𝐉)
่ าใด(𝟎.
่
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
การนาความรูเกี
่ วกับไฟฟ้าสถิตไปใช้ประโยชน์
้ ย
เครือ
่ งถายเอกสาร
่
เครือ
่ งกาจัดฝุ่นในอากาศ
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
การนาความรูเกี
่ วกับไฟฟ้าสถิตไปใช้ประโยชน์
้ ย
เครือ
่ งพนสี
่
ไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุ
Physics4 s32204
Electrostatic
Electrostatic
*** ให้นักเรียนทาแบบฝึ กหัดทายบท(ปั
ญหา)ใน
้
แบบเรียน หน้า 73 ข้อ 26-28