บทที่ 5 ไฟฟ้าสถิต

                        บทที่ 5 ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต ( Electrostatics ) เป็นแขนงวิชาไฟฟ้าที่กล่าวถึงวิชาไฟฟ้าที่ปรากฏนิ่งอยู่กับที่ การเกิดฟ้าแลบ ฟ้าผ่า และได้ยินเสียงฟ้าร้อง เป็นปรากฏการณ์เกี่ยวกับการถ่ายเทของประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดประกายไฟฟ้าได้ เบนจามิน แฟรงคลิน เป็นผู้พิสูจน์โดยใช้ว่าวเป็นเครื่องทดลองว่า มีประจุไฟฟ้าในเมฆ และฟ้าผ่า คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าเช่นเคียวกันกับการเกิดประกายไฟฟ้าและเบนจามิน เป็นผู้เริ่มทสายล่อฟ้า 

ไฟฟ้าสถิต

1. ความหมาย

1.1. เป็นปรากฏการณ์ที่นำวัตถุมาทำการขัดสี หรือถู หรือเหนี่ยวนำกัน ทำให้วัตถุหนึ่งการสูญเสียอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน วัตถุที่สูญเสียอิเล็กตรอน จะมีประลบน้อยลง ทำให้แสดงอำนาจทางไฟฟ้าบวก ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเล็กตรอน จะทำให้มีประจุลบมากขึ้น ทำให้แสดงอำนาจทางไฟฟ้าลบ

2. ประจุไฟฟ้า

2.1. ชนิดของประจุ

2.1.1. ประจุบวก : เกิดบนแท่งแก้ว เมื่อถูด้วยผ้าไหม

2.1.2. ประจุลบ : เกิดบนแท่งอำพัน เมื่อถูด้วยผ้าขนสัตว์

2.2. แรงกระทำที่เกิดระหว่างประจุ

2.2.1. แรงดึงดูดกัน : ประจุต่างชนิดกัน

2.2.2. แรงผลักกัน : ประจุชนิดเดียวกัน

2.3. วัตถุประกอบด้วยอะตอมจำนวนมาก แต่ละอะตอมมีนิวเคลียส ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก เรียกว่า โปรตอน อนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เรียกว่า นิวตรอน และบริเวณภายนอกนิวเคลียสมีอนุภาคที่มีประจุลบ เรียกว่า อิเล็กตรอน

3. กฏการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

3.1. อะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเมื่ออะตอมสูญเสียอิเล็กตรรอนไปจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุบวก ส่วนอะตอมที่ไดัรับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจักลายเป็นอะตอมที่มีประจุลบ โดยผลรวมของจำนวนประจุทั้งหมดของระบบที่พิจารณายังคงเท่าเดิม

4. ตัวนำและฉนวนไฟฟ้า

4.1. ตัวนำไฟฟ้า คือ วัตถุที่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปได้สะดวกตลอดเนื้อวัตถุโดยง่าย เช่น โลหะต่างๆ เบสและเกลือ เป็นต้น

4.2. ฉนวนไฟฟ้า คือ วัตถุที่ไม่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปได้สะดวกหรือไม่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านไปได้ เช่น ยาง กระเบื้องเคลือบ แก้ว เป็นต้น

5. การทำให้วัตถุตัวนำเกิดไฟฟ้า

5.1. การขัดถู

5.1.1. การถูแก้วด้วยผ้าไหม

5.1.2. การถูแท่งอำพันด้วยผ้าขนสัตว์

5.2. การสัมผัส (แตะ)

5.2.1. การนำวัตถุที่มีประจุอิสระอยู่แล้วมาสัมผัสกับวัตถุที่เดิมเป็นกลาง จะทำให้วัตถุที่เป็นกลางนี้มีประจุไฟฟ้าอิสระ

5.2.2. เงื่อนไข

5.2.2.1. ประจุไฟฟ้าอิสระที่ตัวนำได้รับ จะเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันกับชนิดของประจุไฟฟ้าบนตัวนำที่นำมาสัมผัสเสมอ
5.2.2.2. การถ่ายเทประจุเป็นการถ่ายเทอิเล็กตรอนเท่านั้นและการถ่ายเทจะสิ้นสุดเมื่อศักย์ไฟฟ้า (ระดับไฟฟ้า) บนวัตถุที่แตะกันมีค่าเท่ากัน
5.2.2.3. ประจุไฟฟ้าอิสระบนตัวนำทั้งสองที่มาแตะกัน ภายหลังการแตะจะมีจำนวนเท่ากันหรืออาจไม่เท่ากันก็ได้ทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับความจุไฟฟ้าของตัวนำทั้งสอง
5.2.2.4. ประจุไฟฟ้ารวมทั้งหมดบนตัวนำทั้งสองภายหลังการแตะจะมีจำนวนเท่ากับประจุไฟฟ้าทั้งหมดก่อนแตะกัน

5.3. การเหนี่ยวนำไฟฟ้า

5.3.1. การนำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเข้าไปใกล้วัตถุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าจะทำให้เกิดประจุชนิดตรงกันข้ามบนตัวนำที่อยู่ใกล้วัตถุ

6. อิเล็กโทรสโคป

6.1. แบบลูกพิท

6.1.1. ลูกกลม ทำด้วยโฟมฉาบด้วยโลหะ ตัวลูกกลมแขวนด้วยเส้นด้ายเล็กๆ

6.2. แบบแผ่นโลหะ

6.2.1. แกนโลหะด้านในเชื่อมติดกับจานโลหะชนิดเดียวกันกับปลาย ล่างแท่งโลหะมีแผ่นโลหะบางๆติดไว้

7. สนามไฟฟ้า

7.1. แรงที่กระทำต่อประจุบวกขนาดหนึ่งหน่วยซึ่งวางไว้ตำแหน่งใดๆ คือสนามไฟฟ้า ณ ตำแหน่งนั้น

7.2. เส้นสนามไฟฟ้า

7.2.1. เพื่อแสดงทิศทางของสนามไฟฟ้าในบริเวณรอบๆจุดประจุ

8. ศักย์ไฟฟ้า

8.1. พลังงานศักย์ต่อประจุหนึ่งหน่วย

9. ตัวเก็บประจุและความจุไฟฟ้า

9.1. สัญลักษณ์

9.1.1. เป็นรูปขีดยาวสองขีดขนานกัน

10. การนำไปใช้ประโยชน์

10.1. เครื่องถ่ายเอกสาร

10.2. เครื่องพ่นสี

10.3. ไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุ

 ประจุไฟฟ้า  (Charge)
                ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ  ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน3ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส
                ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือจะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน  เป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ประจุ Law of Conservation of Charge ) เมื่อนำวัตถุสองชนิดมาถูกันจะเกิดการถ่ายเทประจุระหว่างวัตถุทั้งสองชนิดทำให้วัตถุหนึ่งมีปริมาณประจุบวกมากกว่าประจุลบ  จึงมีประจุสุทธิเป็นบวก และวัตถุอีกอันหนึ่งมีปริมาณ ประจุลบมากกว่าประจุบวก  จึงมีประจุสุทธิเป็นลบ
 เราสามารถวัดค่าไฟฟ้าสถิตได้โดยใช้ Static Field Meter โดยหน่วยที่วัดคือ โวลท์
 การเกิดไฟฟ้าสถิต                การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกันหรือเกิดแรงผลักกัน  เมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกันเราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน  พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน  โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง,พลาสติก และแก้ว   สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้น โอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยาก  แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้ 

       การถ่ายเทประจุไฟฟ้า (Electrostatic Discharge)
                คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว  เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2  ชนิดไม่เท่ากัน

                ตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า
                เมื่อเราใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า  เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ 
2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเล็คตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็คตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ   ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน ร่างกายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี  เมื่อเราเดินผ่านพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  รองเท้าหนังของเราจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม ทำให้อิเล็คตรอนถ่ายเทจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม เมื่อเราเดินไปเรื่อย ๆ อิเล็คตรอนจะถ่ายเทจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัวเรา เมื่อเราไปจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเล็คตรอนจากประตูถ่ายเทมายังตัวเรา ทำให้เรารู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต  ในลักษณะเดียวกันถ้าเราใส่รองเท้ายาง  รองเท้ายางจะรับอิเล็คตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรมจะทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ  เมื่อเราเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตู  จะทำให้อิเล็คตรอนถ่ายเทจากเราไปยังลูกบิดประตู เราจะมีความรู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต 
 ทำไมไฟฟ้าสถิตถึงเป็นปัญหา                ในสภาพแวดล้อมในการทำงานของเรา ไฟฟ้าสถิตเป็นสิ่งที่เราต้องให้ความสนใจ นอกจากไฟฟ้าสถิตจะมีผลต่อคน  เมื่อไปสัมผัสกับวัสดุประเภทตัวนำแล้ว ทำให้รู้สึกสะดุ้งเหมือนถูกไฟช็อตแล้ว   ไฟฟ้าสถิตยังส่งผลต่อกระบวนการในการผลิตด้วย
                 
ปัจจุบันชิ้นงานอิเลคทรอนิคส์นับวันจะมีขนาดเล็กลงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น  การมีวงจรไฟฟ้ามากมายในขนาดของชิ้นงานที่เล็กลง จะส่งผลให้ชิ้นงานยิ่งไวต่อไฟฟ้าสถิตไฟฟ้าสถิตจะถูกส่งจากคนงานในสายการผลิต  เครื่องมือ และอุปกรณ์อื่นๆ ไปยังชิ้นงานอิเล็คทรอนิคส์  ซึ่งมีผลทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของชิ้นงานเหล่านั้นเปลี่ยนไป  อาจจะเป็นการลดคุณภาพลงหรือทำลายชิ้นงาน  มีการศึกษาและพบว่ามากกว่า 
50% ของชิ้นงานที่เสียหายล้วนมีผลมาจากไฟฟ้าสถิต

                ข้อควรปฏิบัติเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต

                 เพื่อควบคุมไฟฟ้าสถิต  มีแนวทางในการปฏิบัติดังนี้  
                1. ออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิคส์/
เครื่องมืออิเล็คทรอนิคส์
                    ให้ทนต่อไฟฟ้าสถิต
 เท่าที่เป็นไปได้
                2. ลดหรือขจัดเหตุในการเกิดไฟฟ้าสถิต มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา เช่น

                    -พื้น / 
วัสดปูพื้น
                    - 
ความชื้นของอากาศในห้อง
                    - เก้าอี้

                    - รองเท้า

                    - ชุดที่สวมใส่

                    - วิธีทำความสะอาด

                3.สลายไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้น 

                วิธีการนี้คือการต่อสายดิน (Grounding) เป็นการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นให้มีศักดิ์เป็นศูนย์ (0) เท่ากับพื้นดิน เราสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตได้โดยการให้พนักงานในสายการผลิตใช้ สายรัดข้อมือ (WristStrap)การใช้กระเบื้องยางปูพื้นชนิด Static Dissipative PVC หรือ Static Conductive PVC 
  
 กฎของคูลอมบ์
"แรงดูดหรือแรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณระหว่างประจุและเป็นสัดส่วนโดยผกผันกับกำลังสองของระยะ ทางระหว่างประจุนั้น"

สนามไฟฟ้า
สนามไฟฟ้า คือ บริเวณรอบ ๆ ประจุไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าสามารถส่งอำนาจไปถึง ถ้า Q เป็นประจุ + จะได้รับแรงในทิศทางเดียวกับ สนามไฟฟ้า ถ้า Q เป็นประจุ - จะได้รับแรงในทิศตรงข้ามกับสนามไฟ ฟ้า
จุดสะเทิน คือ ตำแหน่งที่มีความเข้มของสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์
 จุดสะเทินจะอยู่ระหว่างประจุทั้งสอง หรือภาย
นอกของ ประจุทั้งสอง จะขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้าทั้งสองดังนี้
1. ประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะอยู่ระหว่างประจุทั้งสอง และอยู่ใกล้ประจุไฟฟ้าที่มีแรงทางไฟฟ้าน้อย
2. ประจุไฟฟ้าต่างชนิดกัน จุดสะเทินจะอยู่ภายนอกของประจุทั้ง สอง และอยู่ใกล้ทางประจุไฟฟ้าที่มีแรงไฟฟ้าน้อย Q2 < Q1


ศักย์ไฟฟ้า
ศักย์ไฟฟ้า คือ ระดับไฟฟ้าที่มีอยู่ในวัตถุนั้น ๆ ประจุ
ลบจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังศักย์ไฟฟ้าสูง
ส่วนประจุบวกจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปสู่จุด

ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ
พลังงานศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานศักย์ต่อหนึ่งหน่วยประจุที่ใช้ในการเคลื่อนประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุด
หนึ่งในสนามไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล

ความเร็วของประจุ
ประจุ +q เคลื่อนที่จากจุด A ไปยังจุด B พลังงานศักย์ไฟฟ้าจะ เปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์

พลังงานศักย์ไฟฟ้าที่ลด = พลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้น
ความประจุไฟฟ้า
ความจุไฟฟ้า หมายถึง ความสามารถในการกักเก็บ

ประจุของวัตถุ วัตถุที่สามารถรับประจุได้มากแต่ทำให้ศักย์
ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นน้อย แสดงว่า วัตถุนั้นมีความจุไฟฟ้ามาก
ความจุไฟฟ้าของวัตถุใด ๆ จะเป็นอัตราส่วนระหว่างประจุไฟฟ้ากับศักย์ไฟฟ้าของวัตถุนั้น

ความจุของวัตถุชนิดต่างๆ
1. ทรงกลม - ความจุจะแปรผันตามรัศมีของทรงกลม
ดังนั้นตัวนำทรงกลมใหญ่ จะมีความจุมากกว่าตัวนำทรง
กลมเล็ก
2. แผ่นโลหะที่ขนานกัน
การต่อตัวเก็บประจุ
1. แบบอนุกรม ประจุ Q แต่ละตัวจะเท่ากัน คือ
Qรวม = Q= Q2 = Q3

2. แบบขนาน ความต่างศักย์ระหว่างแต่ละตัวจะเท่ากันคือ
Vรวม = V1 = V2 = V3

ผลการค้นหารูปภาพสำหรับ ไฟฟ้าสถิต
   

ที่มา : https://sites.google.com/site/physicselectricity/fifasthit
https://www.google.com/search?q=%E0%B9%84%E0%B8%9F%E0%B8%9F%E0%B9%89%E0%B8%B2%E0%B8%AA%E0%B8%96%E0%B8%B4%E0%B8%95&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjR6Z7LybTdAhWIr48KHSo_Dd8Q_AUICigB&biw=1440&bih=794#imgrc=ew_Pyqn3JnI6QM:


ความคิดเห็น

โพสต์ยอดนิยมจากบล็อกนี้

บทที่ 2 งานและพลังงาน

บทนำวิชาฟิสิกส์

บทที่ 3 การชนและโมเมนตัม