บทที่ 13

ไฟฟ้าสถิต (Electrostatic)

เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ






 ประจุไฟฟ้า  (Charge)( Law of Conservation of Charge )


                ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้น     ธรรมชาติของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆที่มีลักษณะและมีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า 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)



วิธีการถ่ายเทประจุ






การถ่ายเทประจุไฟฟ้า (Electrostatic Discharge)  คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว  เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2  ชนิดไม่เท่ากันตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า       เมื่อเราใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า  เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ 2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็กตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ   ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน ร่างกายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี  เมื่อเราเดินผ่านพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  รองเท้าหนังของเราจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม ทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม เมื่อเราเดินไปเรื่อย ๆ อิเล็คตรอนจะถ่ายเทจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัวเรา เมื่อเราไปจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเล็กตรอนจากประตูถ่ายเทมายังตัวเรา ทำให้เรารู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต  ในลักษณะเดียวกันถ้าเราใส่รองเท้ายาง  รองเท้ายางจะรับอิเล็กตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรมจะทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ  เมื่อเราเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตู  จะทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทจากเราไปยังลูกบิดประตู เราจะมีความรู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต 




รูปแสดงการนำแท่งอำพันที่มีประจุลบแตะวัตถุ(a) เกิดการถ่ายเทประจุ ทำให้มีประจุเป็นลบด้วย(b)


โดยการนำวัตถุตัวนำอื่นที่มีประจุไฟฟ้าอิสระอยู่แล้วมาสัมผัสกับตัวนำที่เราต้องการ จะให้เกิดมีประจุไฟฟ้าอิสระ การกระทำเช่นนี้จะเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างตัวนำทั้งสอง และในที่สุดตัวนำทั้งสองต่างจะมีประจุไฟฟ้าอิสระ และต่างจะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ซึ่งตามทฤษฎีอิเล็กตรอนแล้ว การถ่ายเทประจุไฟฟ้าให้กันนั้น เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั่นเอง ซึ่งในการทำให้เกิดประจุไฟฟ้าอิสระด้วยการสัมผัสนั้น อาจสรุปได้ว่า
(ก)ประจุฟ้าอิสระที่ตัวนำได้รับ จะเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันกับชนิดของประจุไฟฟ้าบนตัวนำที่นำมาสัมผัสเสมอไป
(ข) เมื่อสัมผัสกันแล้ว ตัวนำทั้งสองต่างจะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน
(ค)ประจุไฟฟ้าอิสระที่ตัวนำทั้งสองมี ภายหลังสัมผัสกันแล้วนั้น จะมีจำนวนเท่ากัน หรือ อาจไม่เท่ากันก็ได้ ทั้งนี้ย่อมขึ้นอยู่กับความจุไฟฟ้าของตัวนำทั้งสอง
(ง)ประจุไฟฟ้ารวมทั้งหมดบนตัวนำทั้งสองภายหลังที่สัมผัสแล้ว จะมีจำนวนเท่ากับประจุไฟฟ้าทั้งหมดก่อนสัมผัสกัน

"สรุปว่าผลการถ่ายเทประจุโดยการแตะสัมผัส  หลังการถ่ายเทจะเกิดประจุชนิดเดียวกันบนวัตถุแตะละอัน"


วิธีการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้า









ภาพแสดงการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้าบนวัตถุตัวนำ(conductor)

แรงระหว่างประจุไฟฟ้า

แรงระหว่างประจุไฟฟ้า

Charles Augustin de  Coulomb   ทำการวัดแรงระหว่างประจุในปี ค.ศ. 1785 โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า เครื่องชั่งการบิด ( torsion balance )

แรงระหว่างวัตถุที่มีประจุถูกวัดด้วยเครื่องมือที่มีชื่อว่า Torsional Balance ดังรูปด้านข้าง เครื่องมือนี้ประกอบด้วยทรงกลมเล็ก 2 ลูก ติดอยู่กับท่อนฉนวนน้ำหนักเบาผูกติดกับเชือกเบาให้แกว่งได้ในแนวนอน เมื่อให้ประจุกับทรงกลม A และทรงกลม B มีประจุถูกนำเข้าใกล้ๆ 
แรงดูดหรือแรงผลักระหว่างทรงกลม A และ B จะทำให้ท่อนฉนวนเกิดการหมุน ไปบิดการแขวน มุมที่หมุนสามารถวัดได้โดยการฉายแสงไปที่กระจกที่ติดอยู่กับการแขวน เมื่ออยู่ในจุดสมดุล แรงก็สามารถคำนวณได้จากกฎของนิวตันข้อ 1 กล่าวคือแรงอยู่ในภาวะสมดุล

 

ชาร์ล ออกุสติน เดอ คูลอมบ์ เป็นผู้คิดค้นกฎของคูลอมบ์ขึ้นมาแล้ว กฎคูลอมบ์ (Coulomb's Law) มีใจความว่า "แรงระหว่างประจุไฟฟ้ามีค่าแปรผันตามผลคูณของประจุไฟฟ้าทั้งสองและแปรผกผันกับระยะทางระหว่างประจุไฟฟ้าทั้งสองยกกำลังสอง"


นิยาม กฎของคูลอบ์

 
 
เมื่อมีประจุไฟฟ้าสองประจุ มีขนาดประจุ Q1  และ Q2   อยู่ห่างกันเป็นระยะทาง   r   ขนาดของแรง F ที่ประจุต่างร่วมกระทำต่อกัน เขียนแสดงการแปรผันได้ดังนี้เ
ขนาดของแรงทางไฟฟ้า $ F $ ที่กระทำต่อกันระหว่างจุดประจุ 1 คู่ ขนาดประจุ Q1  และ  Q2   วางห่างกันเป็นระยะ $ r $ มีค่าเท่ากับ

โดยประมาณในการคำนวณใช้ค่า


เมื่อ $ k $ คือค่าคงที่โดยในระบบ SI: $ k=8.99\times 10^9\,\textrm{N}\cdot \textrm{m}^2/\textrm{C}^2 $    แรงทางไฟฟ้ามีทิศขนานและวางทับกับเส้นตรงที่ลากเชื่อมระหว่างจุดประจุทั้งสอง ชนิดของประจุทั้งสองเป็นตัวกำหนดว่าแรงดังกล่าวเป็นแรงผลักหรือแรงดูด 
ในทางปฏิบัติเราสามารถเขียนค่าคงตัว $ k $ ให้อยู่ในรูป $ k=1/4\pi\epsilon_0 $ เมื่อ $ \epsilon_0 $ คือ permittivity of free space มีค่าเท่ากับ $ \epsilon_0=1/(4\pi k)= 8.85\times 10^{-12}\,\textrm{C}^2/ \textrm{N}\cdot\textrm{m}^2 $

ชนิดของแรงระหว่างประจุ

1. ประจุต่างชนิดกันจะออกแรงดูดกัน(บวกดูดกับลบ)


2. ประจุชนิดเดียวกันจะออกแรงผลักกัน(บวกผลักบวก  และลบผลักลบ)

การเขียนเวกเตอร์แทนแรงระหว่างประจุ
รูป (a)  แรงดูดเกิดจากประจุชนิดตรงกันข้ามออกแรงต่างร่วมกระทำต่อกัน
ทิศของแรงดูดที่ประจุกระทำต่อกันจะเป็นแรงดูดมีทิศเข้าหากัน

รูป (b) และ (c)   แรงผลักเกิดจากประจุชนิดเดียวกัน ออกแรงต่างร่วมกระทำต่อกัน
ทิศของแรงผลักที่ประจุกระทำต่อกันจะเป็นแรงผลักมีทิศออกจากกัน




 การใช้สมการ ตามกฏของคูลอมบ์   
  • ในการคำนวณใช้ค่า K ประมาณ 9 x 10^9 (เก้าคูณสิบยกกำลังเก้า)
  • ขนาดของประจุ Q  ใช้หน่วยคูลอมบ์  และระยะทาง  r  ใช้หน่วย เมตร  จะได้แรงเป็นหน่วยนิวตันการแทนค่าประจุไฟฟ้าแต่ละตัวไม่ต้องแทนเครื่องหมายของประจุบวกหรือลบ  ให้แทนค่าเฉพาะขนาดของประจุ  การพิจารณาชนิดของแรงว่าเป็นแรงดูด หรือแรงผลัก ให้ดูจากชนิดของประจุคู่นั้น 
การเขียนเวกเตอร์ของแรงตามกฏคูลอมบ์ที่กระทำต่อประจุตัวหนึ่ง


จากรูป  เป็นการเขียนเวกเตอร์ของแรงที่กระทำต่อประจุเป้าหมาย  +Q1 

                                            โดย แรง  F14  หมายถึงแรงที่ประจุ  +Q4  ผลักประจุ +Q1
                                                    แรง  F13  หมายถึงแรงที่ประจุ  -Q3  ดูดประจุ +Q1
                                                    แรง  F12  หมายถึงแรงที่ประจุ  -Q2  ดูดประจุ +Q1

"การหาแรงลัพธ์ที่กระทำต่อประจุตัวหนึ่ง ให้ใช้วิธีการรวมเวกเตอร์"

เช่น      1. ให้หาแรงลัพธ์ที่ทำต่อประจุ  +Q1



            2. ให้หาแรงลัพธ์ที่ทำต่อประจุ  -Q2


     
            3. ให้หาแรงลัพธ์ที่ทำต่อประจุ  -Q3



            4. ให้หาแรงลัพธ์ที่ทำต่อประจุ  +Q2


             5. การหาแรงลัพธ์อาจจะใช้วิธีแตกเวกเตอร์เข้าแกน x แกน y  แล้วรวมเวกเตอร์ทีละแกน

สนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้า (electric field)

สนามไฟฟ้า หมายถึง "บริเวณโดยรอบประจุไฟฟ้า ซึ่งประจุไฟฟ้า สามารถส่งอำนาจไปถึง" หรือ "บริเวณที่เมื่อนำประจุไฟฟ้าทดสอบเข้าไปวางแล้วจะเกิดแรงกระทำบนประจุไฟฟ้าทดสอบนั้น" ตามจุดต่างๆ ในบริเวณสนามไฟฟ้า ย่อมมีความเข้มของ สนามไฟฟ้าต่างกัน จุดที่อยู่ใกล้ประจุไฟฟ้าต้นกำเนิดสนาม จะมีความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงกว่าจุดที่อยู่ ห่างไกลออกไป หน่วยของสนามไฟฟ้าคือนิวตันต่อคูลอมบ์ หรือโวลต์ต่อเมตร 



ภาพแสดงสนามไฟฟ้าจากประจุต้นกำเนิด +Q

เส้นแรงไฟฟ้า

หมายถึง เส้นสมมติที่ใช้เขียนเพื่อแสดงสนามไฟฟ้าโดยทิศทางของสนามไฟฟ้า หรือเส้นที่ใช้แสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุบวกที่วางอยู่ในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้า   ความหนาแน่นของเส้นแรงไฟฟ้าแสดงถึงขนาดความเข้มของสนามไฟฟ้า  ถ้าเส้นแรงหนาแน่นมากหมายถึงค่าความเข้มสนามไฟฟ้ามากด้วย

รูปแสดงเส้นแรงไฟฟ้า

สมบัติของเส้นแรงไฟฟ้า มีดังนี้
1.  มีทิศพุ่งออกจากประจุบวกและพุ่งเข้าหาประจุลบ
2.  แนวเส้นแรงตั้งฉากกับผิวของวัตถุที่มีประจุ
3.  เส้นแรงไฟฟ้าไม่ตัดกัน
4.  เส้นแรงไฟฟ้าสิ้นสุดที่ผิวนอกของตัวนำ (ภายในตัวนำไม่มีเส้นแรงไฟฟ้า) แต่เส้นแรง    
     ไฟฟ้าสามารถผ่านฉนวนไฟฟ้าได้

การพิจารณาค่าของสนามไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆ


1.การหาสนามไฟฟ้าจากประจุไฟฟ้าต้นกำเนิดสนาม Q

นิยามค่าสนามไฟฟ้า หมายถึง " แรงที่เกิดขึ้นบนประจุ +1 คูลอมบ์ ที่เอาไปวางในสนามไฟฟ้านั้น " สนามไฟฟ้าจากประจุ Q ใด ๆ มีค่าดังนี้


                                                 ค่า Q ไม่ต้องแทนเครื่องหมาย บวกหรือลบ



E = สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ Q (N/C)
Q = ประจุแหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า หน่วยคูลอมบ์ (C)
R = ระยะจากแหล่งกำเนิดถึงจุดที่ต้องการรู้ค่าสนามไฟฟ้า หน่วย เมตร (m)

ทิศของสนามไฟฟ้า ที่เกิดจากจุดประจุต้นกำเนิดสนาม Q


2. การหาสนามไฟฟ้าจากแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบ q
ในการหาสนามไฟฟ้า ให้นำประจุทดสอบ q  ไปวาง ณ จุดที่เราต้องการหาสนามไฟฟ้า เมื่อมีแรง F  ที่กระทำบนบนประจุทดสอบ   หาค่าสนามไฟฟ้าจากอัตราส่วนแรงกระทำต่อประจุ   ซึ่งสนามไฟฟ้ามีค่าเท่ากับแรงที่กระทำต่อประจุ 1 คูลอมบ์  หาได้จากสมการ


                                 F = แรงที่กระทำบนประจุ (N)
                                 E = สนามไฟฟ้า(N/C)
                                 q = ประจุทดสอบ (C)




การหาทิศของสนามไฟฟ้าจากแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบ q

เมื่อพิจารณาเปรียบเทียบทิศของสนามไฟฟ้าทั้ง 2 แบบ


3. สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นตัวนำคู่ขนาน

มีแผ่นตัวนำโลหะ 2 แผ่นวางขนานกัน  เมื่อทำให้แผ่นหนึ่งมีประจุไฟฟ้า +Q  และอีกแผ่นหนึ่งมีประจุไฟฟ้า -Q  จะมีสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นทั้งสอง



สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะขนานจะมีค่าคงตัวทั้งขนาดและทิศทาง ขนาดของสนาม E หาได้จากขนาดของแรงที่กระทำต่อประจุ +1C ที่วาง ในสนามไฟฟ้านั้น   หรือหาจาก ความต่างศักย์ระหว่างแผ่นขนาน/ระยะห่างระหว่างแผ่นขนาน

ทิศของสนาม หาจากทิศของแรง เมื่อนำประจุทดสอบวางลงในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ โดยทิศของสนามไฟฟ้ามีทิศเดียวกับทิศแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบ +1 C ที่วางลงในสนามไฟฟ้านี้ และทิศสนามมีทิศตรงกันข้ามกับทิศของแรงที่ทำต่อประจุลบ  หรือสนามไฟฟ้ามีทิศจากแผ่นบวกไปยังแผ่นลบ

การหาขนาดของสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ

ข้อสังเกต   จากสมการหาสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอระหว่างแผ่นตัวนำคู่ขนาน  ระยะห่างระหว่างแผ่นขนาน จะแปรผกผันกับ สนามไฟฟ้า
4. สนามไฟฟ้าของตัวนำทรงกลม

พิจารณาตัวนำทรงกลมกลวงหรือตันที่มีประจุไฟฟ้าอิสระ ประจุจะกระจายอยู่ที่ผิวของตัวนำทรงกลมสม่ำเสมอ ซึ่งพบว่าทรงกลมที่มีประจุนี้ จะแผ่สนามไฟฟ้าไปโดยรอบ และเนื่องจากประจุบนตัวนำทรงกลมกระจายตัวอย่างสมำเสมอนี้ ทำให้เราอาจหาสนามไฟฟ้าภายนอกทรงกลมได้ โดยพิจารณาว่า ทรงกลมนี้ประพฤติตัวเหมือนจุดประจุ รวมกันอยู่ตรงกลางทรงกลม



การหาสนามไฟฟ้าที่จุด A ซึ่งอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลมเป็นระยะ r คิดเสมือนว่าประจุ Q ทั้งหมดรวมกันที่จุดศูนย์กลางของทรงกลม ดังนั้น การหาขนาดของสนามไฟฟ้า ณ จุดซึ่งห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลมเป็นระยะ r หาได้จาก
เนื่องจากเส้นแรงไฟฟ้าตั้งฉากกับผิวของตัวนำ และไม่สามารถผ่านทะลุไปในตัวนำได้ ดังนั้น ภายในตัวนำ ค่าความเข้มของสนามไฟฟ้าจึงมีค่าเป็นศูนย์เสมอ และที่ผิวของตัวนำทรงกลมมีความเข้มสนามไฟฟ้ามากที่สุด ซึ่งแสดงได้รูปและกราฟข้างล้าง

  • สนามไฟฟ้าภายในทรงกลม



สนามไฟฟ้าภายในทรงกลมเป็นศูนย์


  • สนามไฟฟ้าที่ผิวทรงกลม

สนามไฟฟ้าที่ผิวทรงกลมมีค่ามากที่สุด


  • สนามไฟฟ้าภายนอกทรงกลม

สนามไฟฟ้าภายนอกทรงกลม(วัดระยะถึงจุดศูนย์กลางทรงกลม)



กราฟสนามไฟฟ้าของตัวนำทรงกลม


สนามไฟฟ้าตั้งฉากกับผิวทรงกลมเสมอ
สรุป

1.  สนามไฟฟ้า ณ ตำแหน่งต่างๆ  ในที่ว่างภายในตัวนำรูปทรงใดๆ มีค่าเป็นศูนย์
2.  สนามไฟฟ้า ณ ตำแหน่ง ที่ติดกับผิวของตัวนำ จะมีทิศตั้งฉากกับผิวเสมอ
การหาสนามไฟฟ้ารวมที่จุดๆหนึ่ง

  • เขียนเวกเตอร์สนามไฟฟ้า ณ จุดที่ต้องการหาสนามไฟฟ้ารวม  โดยสนามไฟฟ้ามีทิศออกจากประจุบวก และทิศเข้าหาประจุไฟฟ้าลบ  
  • รวมสนามไฟฟ้าด้วยวิธีรวมเวกเตอร

ศักย์ไฟฟ้า

ศักย์ไฟฟ้า หรือ เรียกว่าศักดาไฟฟ้า คือระดับของพลังงานศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ในสนามไฟฟ้า จากรูป ศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ B เพราะว่าพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าที่ B


ศักย์ไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ ศักย์ไฟฟ้าบวก เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุบวก และศักย์ไฟฟ้าลบ เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุลบ

เมื่อประจุต้นกำเนิดเป็นประจุบวก ศักย์ไฟฟ้าจะมีค่ามากเมื่อใกล้ประจุต้นกำเนิด และมีค่าน้อยลง เมื่อห่างออกไป จนกระทั่งเป็นศูนย์ที่ ระยะอนันต์ (infinity) 

รูป ศักย์ไฟฟ้าที่ a  สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ b

เมื่อประจุต้นกำเนิดเป็นประจุลบ ศักย์ไฟฟ้าจะมีค่าน้อยเมื่อใกล้ประจุต้นกำเนิด และมีค่ามากขึ้น เมื่อห่างออกไป จนกระทั่งเป็นศูนย์ที่ ระยะอนันต์ (infinity)


รูป ศักย์ไฟฟ้าที่ a  ต่ำกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ b


ในการวัดศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ วัดจากจำนวนพลังงานศักย์ไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนประจุทดสอบ +1 หน่วย จากระยะอนันต์ไปยังจุดนั้น ดังนั้น จึงให้นิยามของศักย์ไฟฟ้าได้ว่า
" ศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ในสนามไฟฟ้า คือ พลังงานที่สิ้นเปลืองไปในการเคลื่อนประจุ ทดสอบ +1 หน่วยประจุจาก infinity มายังจุดนั้น หรือจากจุดนั้นไปยัง infinity "   ศักย์ไฟฟ้ามีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือโวลต์

สมการคำนวณหาศักย์ไฟฟ้า ณ จุดหนึ่ง



ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ
ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุที่ระยะห่างออกมาจากจุดประจุตัวหนึ่ง ดังรูป  ศักย์ไฟฟ้าที่จุด A คำนวณได้จาก
XXXXXXXXXXXXXXXX«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»V«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mi»kq«/mi»«mi»r«/mi»«/mfrac»«/math»
XXXXเมื่อ   q    เป็นประจุไฟฟ้า (แทนค่าเครื่องหมายบวกหรือลบตามชนิดของประจุ)
 Xr    เป็นระยะจากประจุ q ออกมา ถึงจุดที่ต้องการทราบศักย์ไฟฟ้า
 X V    ศักย์ไฟฟ้าตรงจุด A เนื่องจากประจุ q หน่วยเป็น โวลต์ (V) หรือ จูลต่อคูลอมบ์ (J/C)
XXXXXX XXX  Xk        มีค่าเท่ากับ «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»9«/mn»«mo»§#215;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mn»9«/mn»«/msup»«/math» นิวตัน-เมตร2 ต่อคูลอมบ์2 «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mfenced»«mrow»«msup»«mi»Nm«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»/«/mo»«msup»«mi»C«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfenced»«/math»
XXXXXศักย์ ไฟฟ้าจะมีค่าเป็นบวกหรือลบขึ้นกับชนิดของประจุที่ทำให้เกิดสนาม เช่น ศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งต่างๆ ในบริเวณที่เป็นสนามไฟฟ้าของประจุบวก ศักย์ไฟฟ้าจะมีค่าเป็นบวก และศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากประจุต้นกำเนิดลบ จะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ เมื่อมีประจุอยู่ในบริเวณหนึ่งหลายประจุ ย่อมมีค่าศักย์ไฟฟ้าจากแต่ลละประจุต้นกำเหิด  การหาศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งหนึ่งเนื่องจาก  จุดประจุหลายประจุ  หาได้จาก
XXXXXXXXXXXXXXXX«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mtable columnalign=¨left¨ rowspacing=¨0¨»«mtr»«mtd»«mi»V«/mi»«mo»=«/mo»«munderover»«mo»§#8721;«/mo»«mrow»«mi»i«/mi»«mo»=«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mi»n«/mi»«/munderover»«msub»«mi»V«/mi»«mi»i«/mi»«/msub»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»=«/mo»«msub»«mi»V«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»+«/mo»«msub»«mi»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»+«/mo»«msub»«mi»V«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»+«/mo»«mo».«/mo»«mo».«/mo»«mo».«/mo»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/math»
XXXXXเมื่อ       V       คือ ศักย์ไฟฟ้ารวมที่ตำแหน่งหนึ่ง
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»V«/mi»«mi»i«/mi»«/msub»«/math» XXคือ ศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งเนื่องจากจุดประจุแต่ละจุด
หมายเหตุ    ให้รวมตามเครื่องหมาย + หรือ - ของศักย์ไฟฟ้าแต่ละค่า
ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ q1 , q2 และ q3
ศักย์ไฟฟ้าของตัวนำทรงกลม
XXXXXXศักย์ ไฟฟ้าเนื่องจากประจุ  ซึ่งกระจายอย่างสม่ำเสมอบนผิวทรงกลมตรงตำแหน่งที่ห่างออกมาจากทรงกลม ให้คิดระยะที่ห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลมออกมา ดังนี้
XXXXXXXXXXXXXXX«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»V«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mi»kQ«/mi»«mi»r«/mi»«/mfrac»«/math»
XXXXXXศักย์ไฟฟ้าภายในตัวนำทรงกลมมีค่าเท่ากันทุกจุด และมีค่าเท่ากับศักย์ไฟฟ้าที่ผิวของตัวนำ
กราฟแสดงศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากประจุบนตัวนำทรงกลม
พลังงานศักย์ไฟฟ้า 

พลังงานศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานของประจุขนาด q  อยู่ในตำเเหน่งใดๆของสนามไฟฟ้า  หรือมีค่าเท่ากับงานในการเลื่อนประจุ q จากตำแหน่งที่มีพลังงานศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์(ระยะอนันต์) มายังตำแหน่งหนึ่งในสนามไฟฟ้า 
  
จากรูป   ถ้าวางประจุไฟฟ้า q  ที่ตำแหน่ง x  จะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุเท่ากับ Ep1  เมื่อวางประจุ q ที่ตำแหน่ง y  จะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุเท่ากับ Ep2   เมื่อประจุ q เคลื่อนที่ระหว่างตำแหน่ง x กับ y  จะเกิดงาน (W)  เท่ากับผลต่างของพลังงานศักย์ไฟฟ้าระหว่าง x กับ y




การหาค่าพลังงานศักย์ไฟฟ้า



หมายเหตุ 

ศักย์ไฟฟ้า เป็นปริมาณสเกลาร์ ซึ่งไม่มีทิศทาง ในการคำนวณเกี่ยวกับศักย์ไฟฟ้านั้น ต้องใส่เครื่องหมายของประจุไฟฟ้าด้วย เพราะ ศักย์ไฟฟ้ามีค่าทั้ง บวก และ ลบ ตามชนิดของประจุไฟฟ้า และ เวลาหาผลรวมของศักย์ไฟฟ้า ให้ใช้การรวมแบบสเกลาร์

ภาพแสดงที่ระยะใกล้ประจุต้นกำเนิดสนามที่เป็นบวก จะมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าระยะไกล(ใกล้มีพลังงานศักย์ไฟฟ้ามากระยะไกล)  เมื่อนำประจุทดสอบที่มีประจุบวก เข้าใกล้ต้นกำเนิดจะต้องออกแรงมาก และเมื่อปล่อยประจุทดสอบประจุบวกจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจากบริเวณศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า


ภาพแสดงที่ระยะใกล้ประจุต้นกำเนิดสนามที่เป็นลบจะมีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าระยะไกล(ใกล้มีพลังงานศักย์ไฟฟ้าน้อยกว่าระยะไกล)  เมื่อนำประจุทดสอบที่มีประจุบวก ออกจากต้นกำเนิดจะต้องออกแรงมาก และเมื่อปล่อยประจุทดสอบประจุบวกจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจากบริเวณศักย์ไฟฟ้าสูง(ไกล) ไปยังศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า(ใกล้)

สรุป  เมื่อปล่อยให้ประจุทดสอบเคลื่อนที่เอง   
  • ประจุบวก จะเคลื่อนจากบริเวณที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังต่ำ
  • ประจุลบ จะเคลื่อนจากบริเวณที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังสูง
เส้นสมศักย์ (equipotential line )

เส้นสมศักย์ หมายถึง เส้นที่ต่อจุดต่างๆ ที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันในสนามไฟฟ้า   ทีจุดห่างจากประจุไฟฟ้า Q เป็นระยะ r จะหาศักย์ไฟ้าได้จากสมการ V = KQ/r    ดังนั้นที่ห่างจากจุดประจุ Q เท่ากัน จะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ถ้าเราลากเส้นระหว่างจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน เราจะได้แนวเส้นวงกลมรอบจุดประจุนั้น เราเรียกว่าเส้นสมศักย์ ซึ่งเราสามารถลากเส้นสมศักย์ได้หลาย ๆ เส้น โดยทุกจุดบนเส้นสมศักย์เดียวกันจะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ดังนั้นเส้นสมศักย์ที่ไม่ใช่เส้นเดียวกันก็จะมีศักย์ไฟฟ้าไม่เท่ากัน 
เส้นสมศักย์ของจุดประจุ


เส้นสมศักย์ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ

ความต่างศักย์ไฟฟ้า

ความต่างศักย์ไฟฟ้า  หมายถึง ค่าความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดในสนามไฟฟ้า


 จากรูป  ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ  จุด C , A , D มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน และมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าจุด G , B , P ซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน  ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันระหว่างสองจุดในสนามใฟฟ้าเรียกว่าค่าของความต่างศักย์ระหว่าง 2 จุด  แต่กรณีที่ 2 จุดมีค่าศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ความต่างศักย์จะเป็นศูนย์ เช่น VAC= 0 หรือ VBP = 0 เป็นต้น

ข้อสังเกต

ความต่างศักย์ระหว่าง 2 จุด บนเส้นสมศักย์เส้นหนึ่งเป็นศูนย์(เพราะสองจุดบนเส้นสมศักย์มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน)


การหาค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อทราบศักย์ไฟฟ้า 2 จุด  หาได้จากผลต่างของศักย์ไฟฟ้า 2 จุดนั้น
เช่น  จุดที่ a มีศักย์ไฟฟ้า  12  โวลต์  จุดที่ b มีศักย์ไฟฟ้า  8 โวลต์  หาค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าได้จาก V = va - vb =  12 - 8  =  4  โวลต์



ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดใดๆ หมายถึง "งานต่อหนึ่งหน่วยประจุ ในการเคลื่อนประจุระหว่างจุดทั้งสอง" 

ตัวอย่างเช่น  ในการเลื่อนประจุไฟฟ้า q = 2 คูลอมบ์ จากจุด B ไปยัง A  ปรากฏว่างานในการเลื่อนประจุนี้เท่ากับ W= 10  จูล  แสดงว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด A กับ B  หาได้จาก  V = W/q  ดังนั้นความต่างศักย์ VAB = 5 จูล/คูลอมบ์ หรือ โวลต์

ความต่างศักย์ไฟฟ้าในบริเวณสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ

จากรูป  พิจารณา 2 จุดในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ E  มีระยะห่างกันตามแนวขนานกับสนามไฟฟ้าเท่ากับ  d   สามารถหาความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง 2 จุดนี้ได้จาก  V = Ed

งานในการเลื่อนประจุไฟฟ้า

งานในการเลื่อนประจุไฟฟ้า
เมื่อออกแรง F กระทำต่อวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรงเป็นระยะทาง S  จะเกิดงานจากการกระทำโดยหาขนาดของงานได้จาก W = F.S

งานในการเลื่อนประจุ ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ

กรณีที่มีประจุไฟฟ้า q  อยู่ในสนามไฟฟ้า E   จากความรู้ที่ผ่านมาเราทราบแล้วว่าจะมีแรงจากสนามไฟฟ้ามากระทำต่อประจุ q  ด้วยขนาดของแรง  F = qE  มำให้ประจุเคลื่อนที่เป็นระยะ d  ดังนั้น เมื่อแทนค่าสูตรหางาน จะได้งานในการเลื่อนของประจุ ในสนามไฟฟ้า ดังนี้


ข้อสังเกต
จากสูตร ระยะ d  เป็นระยะที่วัดขนานกับสนามไฟฟ้า  ระหว่าง 2 จุดที่มีความต่างศักย์ V



    งานในการเลื่อนประจุ ในสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ

    จุด A ห่างจากประจุต้นกำเนิด Q  มีค่าศักย์ไฟฟ้า VA  และจุด B  ห่างจากประจุต้นกำเนิด Q มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ VB  เมื่อนำประจุ q  เลื่อนจากจุด A ไปยัง B  เราสามารถหางานในการเลื่อนประจุ q ได้จาก


    ข้อสังเกต
    • งานเท่ากับผลคูณระหว่างประจุที่เลื่อนกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง 2 จุดนั้น
    • ถ้าหากทราบศักย์ไฟฟ้าของแต่ละจุด  ค่าความต่างศักย์ให้ใช้ศักย์ที่จุดปลายทาง ลบด้วยศักย์ที่จุดต้นทาง (จะส่งผลต่อค่าของงานออกมาว่าจะเป็นบวกหรือลบ)
    • การแทนค่าประจุ q ที่เลื่อน ในสูตร ให้แทนเครื่องหมายของประจุบวก หรือลบลงไปด้วย
    • ผลการคำนวณได้ค่างานออกมาเป็นบวก หรือลบ  มีความหมายดังนี้  ถ้างานเป็นค่าบวก หมายถึงงานที่ย้ายประจุจากแรงภายนอก ฝืนธรรมชาติของแรงจากสนามไฟฟ้าที่ทำต่อประจุ q  เช่นเมื่อประจุ +q อยู่ในสนามไฟฟ้าจะถูกแรงไฟฟ้ากระทำให้เคลื่อนจากบริเวณศักย์สูงไปยังศักย์ต่ำ แต่ถ้าเราเลื่อนประจุ+q จากบริเวณศักย์ต่ำไปยังศักย์สูง เราต้องย้ายประจุฝืนแรงธรรมชาติ ถ้าคำนวณผลการคำนวณจะได้ค่างานเป็นค่าบวก   แต่กรณีที่งานเป็นค่าลบ  หมายถึงงานที่ไม่ฝืน หรืองานที่ประจุ q เลื่อนตามธรรมชาติ  เช่น ประจุ +q จะเลื่อนตามธรรมชาติของแรงไฟฟ้าจากศักย์สูง ไปยังศักย์ต่ำ  หรือประจุ -q จะเลื่อนจากศักย์ต่ำไปยังศักย์สูง  งานกรณีเหล่านี้จะเป็นลบ 
    • งานในการเลื่อนประจุระหว่าง 2 จุด จะไม่ขึ้นกับเส้นทางที่เลื่อน (แม้จะเลื่อนเป็นเส้นตรง หรือเส้นโค้งต่างก็ได้งานเท่ากัน)

    งานในการเลื่อนประจุจากระยะอนันต์

    จากความรู้เดิม การเลื่อนประจุไฟฟ้าระหว่าง 2 จุดที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าจะเกิดงานในการเลื่อนประจุ แต่ถ้าเลื่อนประจุระหว่าง 2 จุดที่ไม่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า(2 จุดมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน) จะไม่เกิดงาน

    เมื่อกำหนดที่ระยะอนันต์ ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับศูนย์ การย้ายประจุไฟฟ้า q  จากระยะอนันต์มาไว้ที่จุดๆหนึ่ง
    จะเกิดงานในการย้ายประจุ จะต้องมีความต่างศักย์ระหว่างตำแหน่งระยะอนันต์กับจุดที่จะย้ายประจุมาลงไว้  ดังนั้นจุดที่จะนำประจุมาลงจะต้องมีศักย์ไฟฟ้า(ศักย์ไม่เป็นศูนย์)

    จากรูป  จุด A  อยู่ห่างจากประจุ Q เป็นระยะ  r  ทำให้จุด A มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ KQ/r   ที่ระยะอนันต์มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์  เมื่อย้ายประจุ q จากระยะอนันต์ไปลงที่จุด A  จะเกิดงานในการเลื่อนประจุ  หาได้
    ดังนี้


    ข้อสังเกต  งานในการเลื่อนประจุ q จากระยะอนันต์มาไว้ที่จุดๆหนึ่ง จะมีค่าเท่ากับผลคูณของประจุที่เลื่อนกับศักย์ไฟฟ้า ณ จุดที่นำประจุมาลง    จากสมการจะเห็นว่าถ้าจุดที่เลื่อนประจุมาลง ศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ จะทำให้การเลื่อนประจุจากระยะอนันต์นี้ไม่เกิดงาน

    ประยุกต์การเลื่อนประจุ

    1. หลักของงานและพลังงาน กับการเร่งประจุ q ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ
    เมื่อนำประจุไฟฟ้า q  วางลงในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ E  จากความรู้เดิมเราทราบเล้วว่าประจุ q จะถูกทำให้เคลื่อนด้วยความเร่ง a   การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งนี้ ระหว่างสองจุดที่ประจุเคลื่อนไปด้วยอำนาจของสนามไฟฟ้า จะต้องมีความต่างศักย์ไฟฟ้า V  เกิดความสัมพันธ์กันตามหลักของงานและพลังงาน
    จากสมการงานและพลังงาน 
    เมื่อ  
       V = ความต่างศักย์ระหว่าง 2 จุดที่ประจุเคลื่อนไป
       d  = ระยะห่างระหว่าง 2 จุดที่ประจุเคลื่อน วัดขนานกับสนามไฟฟ้า
       m = มวลของอนุภาคที่มีประจุ
       v  = ความเร็วปลายของอนุภาค
       u  = ความเร็วต้นของอนุภาค
       E1 = พลังงานของอนุภาค ณ จุดเริ่มต้น
       E2 = พลังงานของอนุภาค ณ จุดปลายทาง
       E  = สนามไฟฟ้า
       W = งานในการเลื่อนประจุระหว่าง 2 จุด

    ความจุไฟฟ้าและตัวเก็บประจุ

    ตัวเก็บประจุ


    ตัวเก็บประจุ  เป็นอุปกรณ์ที่เก็บประจุไฟฟ้าไว้ในตัวได้  ตัวเก็บประจุที่จะศึกษาในที่นี้มี 2 ชนิด ดังนี้

    1. ตัวนำทรงกลม
    2. ตัวเก็บประจุชนิดแผ่นตัวนำขนาน
    ความจุไฟฟ้า
    ความจุไฟฟ้า (Capacitance) คือ ความสามารถในการเก็บประจุของตัวนำไฟฟ้า หรือ ปริมาณประจุไฟฟ้า ที่ทำให้ตัวนำมีค่าศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 หน่วย ตัวนำใดมีความจุไฟฟ้ามาก แสดงว่าจะต้องใช้ประจุไฟฟ้าจำนวนมากในการทำให้ศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แต่ตัวนำใดมีความจุไฟฟ้าน้อย ศักย์ไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นจากเดิมมาก


        Q      คือ  จำนวนประจุไฟฟ้า ที่ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C)
        V      คือ  ศักย์ไฟฟ้าของตัวนำ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)
        C      คือ  ความจุไฟฟ้าของตัวนำ มีหน่วยเป็น คูลอมบ์/โวลต์ (C/V) หรือ ฟารัด (F)




    ความจุไฟฟ้าของตัวนำทรงกลม

    ความจุไฟฟ้าของวัตถุตัวนำทรงกลมแปรผันตรงกับรัศมีของตัวนำทรงกลมนั้น  ดังนั้นตัวนำทรงกลมขนาดใหญ่มีความจุไฟฟ้ามากกว่าตัวนำทรงกลมขนาดเล็ก

    ตัวนำทรงกลมรัศมี a  เมื่อทำให้ทรงกลมมีประจุไฟฟ้า Q  ปรากฏว่าทำให้ทรงกลมมีศักย์ไฟฟ้า V
    หาค่าความจุไฟฟ้าของวัตถุตัวนำทรงกลมได้จาก



    เมื่อแทนค่ารัศมี a  ในหน่วย เมตร  จะได้ความความจุไฟฟ้าในหน่วย ฟารัด (F)

    ข้อสังเกต  เมื่อ K เป็นค่าคงที่  ดังนั้น  ความจุ(C)  แปรผันตรงกับรัศมีทรงกลม(a)  เช่นทรงกลมลูกใหญ่มีรัศมีเป็น 2 เท่าของทรงกลมลูกเล็ก  สรุปว่าทรงกลมลูกใหญ่มีความจุไฟฟ้าเป็น 2 เท่าของทรงกลมลูกเล็ก    ดังนั้นโลกเป็นวัตถุทรงกลมขนาดใหญ่มากจึงมีค่าความจุไฟฟ้ามากด้วย


    ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุชนิดแผ่นตัวนำขนาน
    ในทางปฏิบัติ เราสามารถสร้างตัวเก็บประจุไฟฟ้า(Capacitor บางตำราเรียก Condensor)ขึ้น โดยใช้แผ่นโลหะ 2 แผ่นวางขนานกัน แล้วคั่นด้วยฉนวนไฟฟ้า ดังรูป



    เมื่อนำไปใช้งาน โดยต่อเข้าความต่างศักย์ค่าหนึ่ง จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำให้แผ่นโลหะข้างหนึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนอีกแผ่นหนึ่งจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ และสามารถเก็บประจุไว้ได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นที่ของแผ่นโลหะ ค่าของอัตราส่วนระหว่างประจุไฟฟ้า(Q) ต่อความต่างศักย์(V) เรียกว่า ความจุไฟฟ้า(C) มีหน่วยเป็น คูลอมบ์ต่อโวลต์ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ฟารัด(F) หาค่าได้จาก
     


     ใช้สัญลักษณ์เป็นขีดยาวสองเส้นที่ยาวเท่ากัน(รูปซ้ายสุด) และอาจจะระบุขั้วบวกสำหรับการชาร์ตประจุไว้ด้วย(สองรูปด้านขวา)  


    รูปของตัวเก็บประจุแบบต่างๆ


    การต่อตัวเก็บประจุ

    เพื่อให้ได้ค่าของตัวเก็บประจุตามที่เราต้องการ เราสามารถนำตัวเก็บประจุตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาต่อกัน ซึ่งจะมีการนำมาต่อกันได้ 2 วิธี คือ

    1. การต่อแบบขนาน  การนำตัวเก็บประจุมาต่อกันแบบขนาน ดังภาพด้านล่าง จะมีผลทำให้ความจุรวม มีค่ามากขึ้น มีผลเท่ากับผลรวมของความจุของตัวเก็บประจุทั้งสอง และเป็นที่น่าสังเกตว่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของตัวเก็บประจุทั้งสอง จะมีค่าเท่ากัน และเท่ากับความต่างศักย์ไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่นำมาต่อ


    2. การต่อแบบอนุกรม  การนำตัวเก็บประจุมาต่อกันแบบอนุกรม ดังภาพด้านล่าง จะมีผลทำให้ความจุรวม มีค่าน้อยลง และหาค่าได้จาก







    ไม่มีความคิดเห็น:

    แสดงความคิดเห็น

    สมัครสมาชิก: ความคิดเห็น (Atom)