ไฟฟ้าสถิต (Static
electricity หรือ Electrostatic Charges)
เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ
เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ
รูปแสดงฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ปรากฏการณ์จากประจุไฟฟ้าสถิต
ประจุไฟฟ้า (Charge)
( Law
of Conservation of Charge )
ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้น ธรรมชาติของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆที่มีลักษณะและมีสมบัติเหมือนกันที่ เรียกว่า อะตอม(atom) ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิดได้แก่ โปรตอน (proton) นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวก กับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส
ภาพแสดงอะตอมมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน(ในสภาพปกติ)
ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือจะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน เป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ประจุ
ข้อสังเกต - ถ้าวัตถุมีสภาพประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ วัตถุนั้นเป็นกลาง จะไม่มีสภาพของไฟฟ้าสถิต
- ถ้าบนวัตถุมีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าประจุไฟฟ้าบวก เรียกวัตถุนั้นว่าวัตถุมีประจุลบ (การที่มีประจุลบมากกว่าเกิดจากวัตถุนี้ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามา)
- ถ้าบนวัตถุมีประจุไฟฟ้าบวกมากกว่าประจุไฟฟ้าลบ เรียกวัตถุนั้นว่าวัตถุมีประจุบวก (การที่มีประจุบวกมากกว่าเกิดจากวัตถุนี้สูญเสียอิเล็กตรอนไป)
การทำให้เกิดสภาพไฟฟ้าสถิตบนวัตถุ
1. วิธีการขัดถูกันของวัตถุ
ภาพแสดงการนำวัสดุมาขัดถูกันทำให้วัตถุมีประจุ ตรวจสอบโดยการต่อเข้ากับหลอดไฟ
การ
ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึง
ดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกัน หรือเกิดแรงผลักกัน เมื่อวัสดุทั้ง 2
ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกัน เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2
ชิ้นมาขัดสีกัน
พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยน กัน
โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง,พลาสติก และแก้ว สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้น
โอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยาก แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้
การขัดสีหรือการถู วัตถุ 2 ชนิดที่มาขัดสี หรือถูกัน จะทำให้มีการถ่ายเทของประจุไฟฟ้า(อิเล็กตรอน)ระหว่างวัตถุทั้งสอง
วัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปวัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเล็ก ตรอนมา จะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ในการขัดสีหรือถู จำนวนประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นชนิดตรงข้าม
เช่น วัตถุ A และ B เดิมเป็นกลางทางไฟฟ้า
เมื่อนำมาถูกันปรากฏว่าหลังจากถูกัน วัตถุ A มีประจไฟฟ้า +1.6
x 10 ^-19 คูลอมบ์ แสดงว่าวัตถุ B
ก็จะมีประจุไฟฟ้า -1.6 x 10^-19 คูลอมบ์
ตัวอย่างของการทำให้เกิดประจุบนวัตถุโดยการขัดถูกันของวัตถุ คือ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต หรือเรียกว่า Van de graaff generator หลักการขัดถูกันโดยใช้สายพาน ทำให้ทรงกลมมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก
เมื่อคนไปแตะทรงกลมจะทำให้คนเกิดประจุบวก เมื่อเส้นผมต่างมีประจุเป็นบวกก็จะเกิดแรงผลักกันทางไฟฟ้าสถิต
ทำให้เส้นผมชี้ขึ้น (คลิกดูวีดีโอ)
"สรุปว่าการเกิดประจุจากการขัดสีกัน วัตถุแต่ละอันจะมีขนาดประจุไฟฟ้าเท่ากัน แต่เป็นประจุชนิดตรงกันข้าม"
2. วิธีการถ่ายเทประจุ
การถ่ายเทประจุไฟฟ้า
(Electrostatic
Discharge) คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2 ชนิดไม่เท่ากันตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า เมื่อ เราใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม
เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต
ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ
2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก
ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็กตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ
ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน ร่าง กายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี
เมื่อเราเดินผ่านพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม รองเท้าหนังของเราจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม ทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม
เมื่อเราเดินไปเรื่อย ๆ อิเล็คตรอนจะถ่ายเทจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัวเรา
เมื่อเราไปจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเล็กตรอนจากประตูถ่ายเทมายังตัวเรา
ทำให้เรารู้สึก ว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต ในลักษณะเดียวกันถ้าเราใส่รองเท้ายาง
รองเท้ายางจะรับอิเล็กตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรมจะทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็น
ลบ เมื่อเราเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตู
จะทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทจากเราไปยังลูกบิดประตู
เราจะมีความรู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต
รูปแสดงการนำแท่งอำพันที่มีประจุลบแตะวัตถุ(a) เกิดการถ่ายเทประจุ
ทำให้มีประจุเป็นลบด้วย(b)
โดย
การนำวัตถุตัวนำอื่นที่มีประจุไฟฟ้าอิสระอยู่แล้วมาสัมผัสกับตัวนำที่เรา ต้องการ
จะให้เกิดมีประจุไฟฟ้าอิสระ
การกระทำเช่นนี้จะเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างตัวนำทั้งสอง
และในที่สุดตัวนำทั้งสองต่างจะมีประจุไฟฟ้าอิสระ และต่างจะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน
ซึ่งตามทฤษฎีอิเล็กตรอนแล้ว การถ่ายเทประจุไฟฟ้าให้กันนั้น
เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั่นเอง ซึ่งในการทำให้เกิดประจุไฟฟ้าอิสระด้วยการสัมผัสนั้น
อาจสรุปได้ว่า
(ก)ประจุฟ้าอิสระที่ตัวนำได้รับ จะเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันกับชนิดของประจุไฟฟ้าบนตัวนำที่นำมาสัมผัสเสมอไป
(ก)ประจุฟ้าอิสระที่ตัวนำได้รับ จะเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันกับชนิดของประจุไฟฟ้าบนตัวนำที่นำมาสัมผัสเสมอไป
(ข) เมื่อสัมผัสกันแล้ว
ตัวนำทั้งสองต่างจะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน
(ค)ประจุไฟฟ้าอิสระที่ตัวนำทั้งสองมี
ภายหลังสัมผัสกันแล้วนั้น จะมีจำนวนเท่ากัน หรือ อาจไม่เท่ากันก็ได้
ทั้งนี้ย่อมขึ้นอยู่กับความจุไฟฟ้าของตัวนำทั้งสอง
(ง)ประจุไฟฟ้ารวมทั้งหมดบนตัวนำทั้งสองภายหลังที่สัมผัสแล้ว
จะมีจำนวนเท่ากับประจุไฟฟ้าทั้งหมดก่อนสัมผัสกัน
"สรุปว่าผลการถ่ายเทประจุโดยการแตะสัมผัส หลังการถ่ายเทจะเกิดประจุชนิดเดียวกันบนวัตถุแตะละอัน"
"สรุปว่าผลการถ่ายเทประจุโดยการแตะสัมผัส หลังการถ่ายเทจะเกิดประจุชนิดเดียวกันบนวัตถุแตะละอัน"
3.การเหนี่ยวนำไฟฟ้า
จากการศึกษาสมบัติของตัวนำที่กลาง
พบว่าเมื่อนำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้ามาวางใกล้ตัวนำและฉนวน
ประจุบนตัวนำและฉนวนจะเปลี่ยนแปลงเพราะอะไร จะได้ศึกษาจากสถานการณ์
ต่อไปนี้
นำโฟม1
ที่เป็นทรงกลมเล็กๆ และฉาบผิวด้วยตัวนำ เช่น อะลูมิเนียม
แขวนทรงกลมนี้ด้วยเส้นด้ายที่เป็นฉนวนให้ห้อยในแนวดิ่ง
จากนั้นนำแผ่นพีวีซีที่ไม่มีประจุมาใกล้ทรงกลมดังกล่าว สังเกตผลที่เกิดขึ้น
- ทรงกลมเล็กๆ เคลื่อนที่หรือไม่ อย่างไร
ต่อไป ทำแผ่นพีวีซีให้มีประจุแล้วนำมาใกล้ทรงกลมข้างต้น สังเกตผลที่เกิดขึ้น
- ทรงกลมเล็กๆ นั้นเคลื่อนที่หรือไม่ อย่างไร
รูป 3.1 ประจุบนทรงกลมเล็ก
คลิป ไฟฟ้าสถิต
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น