ไฟฟ้าสถิต

7,616 views

Published on

เรียนไฟฟ้าสถิต

Published in: Education, Technology, Business

ไฟฟ้าสถิต

  1. 1. ไฟฟ้าสถิต (Static electric)
  2. 2. การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (e) หรือ ไอออน (ion)
  3. 3. 600 B.C.: ทาลีส (Thales) นักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกได้ ค้นพบอำนาจ ไฟฟ้า (Electr on ) คำว่า Electricity มาจากคำว่า Elektron ในภาษากรีก แปลว่า อำพัน
  4. 4. Benjamin Franklin ค . ศ . 1747
  5. 5. <ul><li>ไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ </li></ul><ul><li>ไฟฟ้าสถิต (Static Electric) </li></ul><ul><li>ไฟฟ้ากระแส </li></ul><ul><li>2.1 ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current : DC) </li></ul><ul><li>2.2 ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current : AC) </li></ul>
  6. 6. ไฟฟ้าสถิต (Static Electric)
  7. 7. ไฟฟ้าสถิต : การที่วัตถุเสียดสีกันแล้วสามารถดูดวัตถุเล็กๆ ได้ เนื่องมาจากเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นบนวัตถุนั้น เรียกว่า เกิดไฟฟ้าสถิต (Static Electric) ขึ้นบนวัตถุนั้น ฉะนั้น ไฟฟ้าสถิต ก็คือ ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในวัตถุใดๆ ที่มีประจุไฟฟ้าอยู่
  8. 8. ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้ มี 2 ชนิด คือ ประจุไฟฟ้าบวก (positive electric charge) มีค่าประจุเท่ากับ +1.6  10 -19 Coulombs และ ประจุไฟฟ้าลบ (negative electric charge ) มีค่าประจุเท่ากับ -1.6  10 -19 Coulombs
  9. 9. ไฟฟ้าบวก ขนสัตว์ ขนนก แก้ว ฝ้าย ผ้าไหม ไม้ พลาสติก โลหะ กำมะถัน ยาง เอโบไนท์ ไฟฟ้าลบ
  10. 10. Plastic rubbed with fur becomes negatively charged, glass rubbed with silk becomes positively charged
  11. 11. A charged comb attracts a piece of paper
  12. 12. การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต (Electrostatic Induction)
  13. 13. แรงทางไฟฟ้า
  14. 14. เมื่อมีประจุไฟฟ้าหรืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น อนุภาคเหล่านี้จะมีแรงกระทำต่อกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อนำหวีมาถูกับผม หรือใช้แผ่น PVC ถูกับผ้าสักหลาดแล้ว สามารถดูดกระดาษแผ่นเล็กๆ ได้ แสดงว่ามีแรงดึงดูดกันเกิดขึ้น แรงนี้เกิดขึ้นเนื่องจากประจุไฟฟ้า เรียกว่า แรงทางไฟฟ้า (Electric Force)
  15. 15. Coulomb's Law เมื่อ F = แรง ( นิวตัน , Newton) Q1,Q2 = ปริมาณของประจุตัวที่ 1 และ 2 ( คูลอมบ์ , C oulomb) r = ระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง ( เมตร , metre) k = ค่าคงที่ (9  10 9 นิวตัน เมตร 2 / คูลอมบ์ 2 )
  16. 16. ประจุชนิดเดียวกันจะเกิดแรงในทิศทางที่ ผลักกัน ประจุต่างชนิดกัน แรงที่เกิดขึ้นจะมีทิศทางที่ ดูดกัน มีลักษณะดังนี้
  17. 17. สนามไฟฟ้า (Electric Field)
  18. 18. ถ้ามีประจุ Q วางอยู่บริเวณหนึ่ง จะเกิดอำนาจทางไฟฟ้าอย่างหนึ่ง แผ่ออกมารอบๆ ประจุไฟฟ้านี้ เรียกว่า สนามไฟฟ้า ถ้านำประจุไฟฟ้า Q ´ มาวางไว้ในบริเวณสนามไฟฟ้านี้ โดยห่างจากประจุ Q เป็นระยะทาง r จะเกิดแรง F กระทำกับ Q ´ สนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดแรงขนาดนี้จะมีขนาดของสนามไฟฟ้า คือ
  19. 19. E มีหน่วยเป็น นิวตันต่อคูลอมป์ หรือ โวลท์ต่อเมตร
  20. 20. ตัวอย่าง วิธีทำ A 3 m จาก E = kQ/r 2 แทนค่า Q = 10 -10 คูลอมบ์ R = 3 เมตร k = 9×10 9 เพราะฉะนั้น E = = 0.1 นิวตัน / คูลอมบ์ วัตถุทรงกลมตัวนำชนิดหนึ่งมีรัศมี 0.5 เมตร ถ้านำประจุไฟฟ้าขนาด 10 -10 คูลอมบ์ มาใส่ไว้ในวัตถุตัวนำนี้ อยากทราบว่า ที่ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลม 3 เมตรจะมีขนาดของสนามไฟฟ้าเท่าใด
  21. 21. สนามไฟฟ้า เป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เรียกว่าเป็น ปริมาณเวกเตอร์ (Vector) เขียนแทนด้วย  ทิศทางของสนามไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับชนิดของประจุ คือ ถ้าเป็นประจุบวก สนามไฟฟ้าจะมีทิศทางพุ่งออกจากประจุบวกนี้ทุกทิศทุกทาง และถ้าเป็นประจุลบสนามไฟฟ้าจะมีทิศทางพุ่งเข้าทุกทิศทาง ดังรูป
  22. 23. ถ้ามีประจุไฟฟ้า 2 กลุ่ม อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกัน สนามไฟฟ้าจะไม่มีทางตัดกันเลย แต่จะเลี้ยวจนขนานกันออกไป
  23. 25. การกระจายของประจุไฟฟ้าตามลักษณะของวัสดุ ตัวนำ ( Conductors) ฉนวน ( Insulators) + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - -
  24. 26. ความหนาแน่นผิวของประจุ จำนวนประจุไฟฟ้าต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่บนผิววัตถุ ความหนาแน่นผิวของประจุจะมากถ้าผิวโค้งมา และที่ส่วนแหลมของผิวจะมีประจุไฟฟ้าหนาแน่นมาก วัตถุทรงกลมจะมีความหนาแน่นผิวของประจุคงที่
  25. 27. นอกจากทรงกลมแล้ว เราสามารถที่จะเก็บประจุไฟฟ้าไว้ในรูปแบบอื่นอีก เช่น เก็บไว้ในแผ่นตัวนำคู่ขนาน ถ้าแผ่นคู่ขนานนี้อยู่ห่างกันเป็นระยะทาง D แล้วใส่ประจุไฟฟ้าเข้าไปในแผ่นคู่ขนานนี้ โดยต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหรือแบตเตอรี่ ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนไปอยู่บนแผ่น ดังรูป ประจุบวกก็จะไปอยู่บนแผ่นที่ต่อเข้ากับไฟบวก และประจุลบจะไปอยู่บนแผ่นที่ต่ออยู่กับไฟขั้วลบ
  26. 28. บริเวณระหว่างแผ่นคู่ขนานนี้ จะมีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยมีทิศทางจากบวกไปลบ ถ้าแหล่งข่ายไฟที่ใช้มีแรงเคลื่อนขนาด V โวลท์ ขนาดของสนามไฟฟ้าจะมีค่า มีหน่วยเป็น โวลท์ต่อเมตร
  27. 29. ฟารัด (Farad) เมื่อนำแหล่งจ่ายไฟฟ้าออก ประจุก็ยังคงอยู่บนแผ่นคู่ขนานนี้ แสดงว่าเราสามารถเก็บประจุไฟฟ้าไว้บนแผ่นตัวนำคู่ขนานนี้ได้ จะเรียกแผ่นคู่ขนานนี้ว่า ตัวเก็บประจุ หรือ Capacitor ตัวเก็บประจุนี้จะสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้สูงสุดค่าหนึ่งเท่านั้น ค่านี้เรียกว่า ค่าความจุของตัวเก็บประจุ มีหน่วยเป็น ฟาหรัด (Farad) แต่นิยมใช้ในหน่วยที่เล็กกว่านี้ เช่น ไมโครฟารัด (10 -6 ,  F ), นาโนฟารัด (10 -9 , nF) , พิโคฟารัด (pF) ถ้ามีประจุไฟฟ้าบนแผ่นตัวนำคู่ขนานสูงสุด Q คูลอมบ์ โดยใช้แรงเคลื่อนไฟฟ้า V โวลท์ จะมีค่าความจุ
  28. 30. กรณีตัวนำทรงกลมก็สามารถเก็บประจุได้เช่นเดียวกัน ถ้าทรงกลมมีรัศมี R สามารถเก็บประจุได้สูงสุด Q จะมีค่าความจุ เท่ากับ k = 9  10 9 ในการนำมาใช้งานจริงในปัจจุบัน ส่วนมากจะพบเฉพาะตัวเก็บประจุแบบแผ่นคู่ขนาน ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป เช่น ในวิทยุ โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ ฯลฯ ทำหน้าที่ส่งผ่านสัญญาณที่กระเพื่อม (AC) แต่จะกั้นสัญญาณที่อยู่นิ่งๆ (DC) นอกจากนี้ยังช่วยกรองกระแสไฟฟ้าให้เรียบขึ้นในวงจรภาคจ่ายไฟ เช่น ในอะแดปเตอร์ (adaptor)
  29. 31. แบบอนุกรม (Series) การต่อตัวเก็บประจุ แบบขนาน (Parallel) C 1 C 2 C 3 C 1 C 2 C 3
  30. 32. รูปร่าง ตัวเก็บประจุแบบทรงกลม งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ HV-source
  31. 33. Van de Graaff เครื่องกำเนิดศักย์ไฟฟ้าแรงสูงชนิดหนึ่ง (High Voltage Sorce) (High Voltage Power Supply) พ . ศ . 2474 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน “ Robert Jemson Van de Graaff”
  32. 34. Schema working Van de Graaff generator -1 positief geladen hoofdbol -2 en 7 kammen voor elektronen overdracht -3 en 6 rolcylinders -4 transportband met lading -8 negatief geladen secundaire bol -9 overslagvonk
  33. 36. ศักย์ไฟฟ้า
  34. 37. ศักย์ไฟฟ้า ( Potential ) เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้าที่จุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า เนื่องจาก แรงที่กระทำกับประจุไฟฟ้านั้น     พลังงานของประจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับขนาดของประจุและศักย์ไฟฟ้าที่จุดนั้น     ประจุไฟฟ้าบวกจะมีแนวโน้มเคลื่อนที่เข้าสู่จุดที่มีศักย์ไฟฟ้าตำ่กว่านั้นคือ     เคลื่อนลงตามเกรเดียนร์ของศักย์ไฟฟ้า                 เราไม่สามารถวัดศักย์ไฟฟ้าได้    แต่สามารถวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดได้
  35. 38. เป็นพลังงานศักย์ต่อหนึ่งหน่วยประจุที่จุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า ประจุบวกมีแนวโน้มเคลื่อนที่มายังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า
  36. 39. ความต่างศักย์ไฟฟ้า (  Potential  difference )    ความต่างศักย์ของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุด   มีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่อประจุไฟฟ้าบวกหนึ่งหน่วยเคลื่อนที่จากจุดหนึ่ง ไปยังอีกจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้าหน่วยของความต่างศักย์ไฟฟ้าคือ   โวลต์   บางทีเรียกความต่างศักย์ไฟฟ้าว่า โวลเตจ   พลังงานไฟฟ้าจะเปลี่ยน   ไป 1 จูล เมื่อประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ เคลื่อนที่ระหว่างจุดสองจุดที่มีความต่างศักย์ 1 โวลต์ มีการกำหนดจุดอ้างอิงจุดหนึ่ง ( ต่อลงดิน )   ให้มีศักย์ไฟฟ้าศูนย์
  37. 40. ความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้า 2 จุด เรียกว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้า จากรูป r B r A Q Volt
  38. 41. การนำความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตมาใช้ประโยชน์
  39. 42. เครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศหรือเครื่องฟอกอากาศ
  40. 43. เครื่องพ่นสี การพ่นสี ธรรมดาละอองสีจะฟุ้งกระจายไปทั่ว การเกาะติดกับผิวงานก็จะไม่สม่ำเสมอ ทำให้สีไม่เรียบและไม่คงทน จึงมีการทำให้ละอองสีที่ถูกพ่นออกมา กลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ละอองสีเหล่านี้ก็จะสามารถไปเกาะติดกับผิวงานได้แน่นขึ้นด้วยแรงทางไฟฟ้า และจะสม่ำเสมอ สวยงาม คงทน หลักการนี้นำไปใช้มากในการพ่นสียานพาหนะ เช่น รถยนต์ เรือ เครื่องบิน
  41. 44. เครื่องถ่ายเอกสาร (Xerography)
  42. 47. เลเซอร์พรินเตอร์
  43. 48. เครื่องพิมพ์แบบฉีดหมึก

×