เอกสารประกอบการสอนฟิสิกส์ ครูพัณณิตา ธุอินทร์

1. 29
เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟสิกส เรื่องไฟฟาสถิต
ใบความรูที่ 4
สนามไฟฟาและเสนแรงไฟฟา
สนามไฟฟา (Electric field)
จากกฎของคูลอมบ จะเห็นวาเมื่อประจุไฟฟาอยูใกลกัน จะมีแรงระหวางประจุเกิดขึ้น ดังนั้นถาเรานําประจุ
อันหนึ่งซึ่งเรียกวา “ประจุทดสอบ” วางไวแลวนําประจุอื่นเขามาใกล จะมีแรงกระทําเกิดกับประจุนั้น คลายกับวาประจุ
ทดสอบแผอํานาจไฟฟาออกไปรอบ ๆ เรียกบริเวณที่อํานาจไฟฟาสงไปถึงวา “สนามไฟฟา”
นิยามของ สนามไฟฟา คือ แรงที่กระทําตอประจุทดสอบ +q 1 หนวย ถาตองการหาคาสนามไฟฟาที่
ตําแหนงใด ๆ ทําไดโดยนําประจุ +q ไปวางที่ตําแหนงนั้น เขียนไดเปน
F
E
q



2
KQq
E
qr


จะได 2
KQ
E
r


เมื่อ E

คือ สนามไฟฟา (N/C)
F

คือ แรงระหวางประจุ (N)
/Q q คือ ประจุไฟฟา (C)
r = ระยะระหวางประจุไฟฟาถึงประจุทดสอบ (m)
ทิศทางของสนามไฟฟา กําหนดใหเปนทิศของแรงที่กระทําตอประจุไฟฟาบวก ดังนั้น สนามไฟฟาจึงมีทิศพุง
ออกจากประจุบวกและพุงเขาสูประจุลบ
แรงที่กระทําตอประจุไฟฟาที่อยูในสนามไฟฟา
1. แรงที่กระทําตอประจุ q มีทิศเดียวกับสนามไฟฟา
2. แรงที่กระทําตอประจุ q มีทิศตรงกันขามกับสนามไฟฟา
ถาคาสนามไฟฟามีมากกวา 1 ตองหาสนามไฟฟาลัพธ โดยวิธีการรวมแบบเวกเตอร (เชนเดียวกับการหาแรงลัพธ
ในการหาแรงคูลอมบ)
คํานวณหาทิศทางของสนามไฟฟา คํานวณตามทิศของแรงลัพธ โดยใชสูตร
1
2
tan 


E
E
เสนแรงไฟฟา ( Line of electric field )
เสนแรงไฟฟาเปนเสนสมมติที่ฟาราเดยตั้งขึ้นเพื่อใชอธิบายเกี่ยวกับสนามไฟฟา เสนแรงไฟฟาทีทิศเดียวกับทิศของ
สนามไฟฟา คือ พุงออกจากประจุบวก พุงเขาสูประจุลบ
บริเวณที่มีความหนาแนนของเสนแรงไฟฟามาก ขนาดของสนามไฟฟาบริเวณนั้นมีคามาก อาจกลาวไดวาจํานวน
เสนแรงไฟฟาเปนตัวกําหนดขนาดของสนามไฟฟา
คุณสมบัติของเสนแรงไฟฟา
1. เสนแรงไฟฟาพุงออกจากประจุบวกและพุงเขาสูประจุลบ
2. เสนแรงไฟฟาแตละเสนไมตัดกัน
3. เสนแรงไฟฟาตั้งฉากกับผิววัตถุที่มีประจุเสมอ

2. 30
4. เสนแรงไฟฟาไมพุงผานตัวนํา จะสิ้นสุดที่ผิวของตัวนําเทานั้น
5. เสนแรงไฟฟาจากประจุชนิดเดียวกันจะเบนออกจากกัน สวนเสนแรงไฟฟาจากประจุตางชนิดกันจะเสริมเปน
แนวเดียวกัน
จุดสะเทิน ( Neutral point ) คือ จุดที่สนามไฟฟาลัพธเปนศูนย เปนบริเวณที่ไมมีเสนแรงไฟฟาผาน
สนามไฟฟามี 2 ลักษณะ คือ
1. สนามไฟฟาไมสม่ําเสมอ เกิดจากจุดประจุ หรือสนามไฟฟาของวัตถุทรงกลม
จากจุดประจุ
สนามไฟฟามีความเขมบริเวณใกล ๆ กับจุดประจุมากกวาบริเวณที่หางออกไป
ตัวนําทรงกลม
ภายในทรงกลมไมมีสนามไฟฟา
มีเฉพาะที่ผิวของตัวนําเทานั้น เพราะ
วาเสนแรงไฟฟาไมพุงผานตัวนํา
2. สนามไฟฟาสม่ําเสมอ เกิดระหวางแผนตัวนําคูขนาน
ตัวอยางที่ 1 วางประจุ 1 ไมโครคูลอมบ ในสนามไฟฟาพบวามีแรงกระทํา 10 นิวตัน สนามไฟฟามีคาเทาใด
ตัวอยางที่ 2 ที่ตําแหนง A และ C มีประจุเปน 3.2  10-3
C และ –1.6 10-3
C ตามลําดับดังรูป เมื่อระยะ AB
= 4.8 m ,BC = 1.6 m จงหาขนาดและทิศทางของสนามไฟฟาที่ตําแหนง B
ตัวอยางที่ 3 ทรงกลมเล็ก ๆ 2 ลูก A มีประจุ +4  10-3
C และ B มีประจุ +1  10-3
C อยูหางกัน 10 cm จง
หาตําแหนงที่ความเขมของสนามไฟฟามีคาเปนศูนย (จุดสะเทิน)
+
+
+
+
+
+
+
E
A
B
C
X 0.1-X
A BP

3. 31
ตัวอยางที 4 ทรงกลมรัศมี 20 เซนติเมตร และมีประจุไฟฟา -40 10-6
คุลอมบจงหา ความเขมของสนามไฟฟาที่
ก. ผิวทรงกลม
ข. ระยะ 80 cm. จากผิวทรงกลม
ค. ระยะ 10 cm. จากจุดศูนยกลางทรงกลม
แบบฝกหัด เรื่องสนามไฟฟาและเสนแรงไฟฟา
ทบทวน
1. เสนแรงไฟฟาและสนามไฟฟาคืออะไร
2. เสนแรงไฟฟา สัมพันธกับสนามไฟฟาอยางไร
3. สมการแสดงความสัมพันธระหวางประจุไฟฟา สนามไฟฟา และแรงกระทําตอประจุไฟฟาคืออะไร
4. จุดสะเทินหมายถึงอะไร
5. สนามไฟฟา ณ.ตําแหนงตาง ๆ ภายในตัวนําทรงกลมใด ๆ มีคาเปนเทาใด และสนามไฟฟาตําแหนงที่ติดกับ
ผิวตัวนํามีลักษณะอยางไร
ปญหา
1. อิเล็กตรอนเริ่มจากหยุดนิ่งในสนามไฟฟาคงที่ความเขม 104
N/C กําหนดใหอิเล็กตรอนมีประจุ 1.6
10-19
C มวลของอิเล็กตรอน 9.110-31
kg. อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ดวยความเรงเทาใด
2. จงหาขนาดของสนามไฟฟาที่ทําใหอิเล็กตรอนมีแรงทางไฟฟาเทากับน้ําหนักของมันเอง กําหนดให
อิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 10-19
C มวลของอิเล็กตรอน 9.110-31
kg.
3. จากรูปจุดประจุ A ขนาด -6  10-6
C และจุดประจุ B ขนาด 10 10-6
C วางหางกัน 4 cm จุด C
หางจากจุด B 5 cm และหางจากจุด A 3 cm สนามไฟฟาที่จุด C มีขนาดเทาใด

กํา

กํา
EB
A
B
C
EA