บทความสรุปเนื้อหาไฟฟ้าสถิต ม.5 ที่จะช่วยให้น้อง ๆ เข้าใจหลักการไฟฟ้าสถิตและปรากฏการณ์ต่าง ๆ ได้อย่างชัดเจน พร้อมอธิบายตั้งแต่แรงระหว่างประจุ กฎของคูลอมบ์ สนามไฟฟ้า ไปจนถึงศักย์ไฟฟ้าและตัวเก็บประจุ เตรียมพร้อมกับตัวอย่างและเทคนิคสำคัญเพื่อเพิ่มความมั่นใจในการสอบ โรงเรียนกวดวิชาออนดีมานด์จัดเต็มให้น้อง ๆ เข้าใจง่ายและพร้อมพิชิตคะแนนสูงสุด!
หลาย ๆ คนเคยได้ยยินคำว่าไฟฟ้าสถิตกัน แน่นอนว่า น้อง ๆ ต้องเคยเกิดอาการไฟฟ้าสถิตกับเพื่อน ๆ กันอยู่บ้าน ต้องที่เดิน ๆ อยู่ จับเขียนเพื่อนแล้วเหมือนอาการไฟช็อต แล้วอาการช็อตหรือไฟฟ้าสถิต จริง ๆ แล้วมันคืออะไร เกิดขึ้นได้ยังไง นี่เป็นอีกเนื้อหาสำคัญที่น้องต้องรู้เลยทีเดียว
ไฟฟ้าสถิต คือ อะไร?
ไฟฟ้าสถิต คือ พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากการสะสมของประจุไฟฟ้าในวัตถุ โดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นเมื่อมีการเสียดสีกันระหว่างวัตถุสองชนิดที่แตกต่างกัน เช่น การถูวัตถุที่ทำจากพลาสติกหรือยางกับผิวหนัง เมื่อเกิดการเสียดสี ประจุไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้เกิดการสะสมประจุไฟฟ้าที่สามารถทำให้เกิดแรงดึงดูดหรือผลักระหว่างวัตถุได้
ไฟฟ้าสถิตเกิดจากอะไร?
ไฟฟ้าสถิตเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าในวัตถุ ซึ่งสามารถเกิดจากหลายปัจจัย เช่น ไฟฟ้าสถิตสามารถเกิดจากหลายวิธี เช่น:
- การเสียดสี (Friction): เมื่อวัตถุสองชนิดเสียดสีกัน เช่น ถูผมกับหวีพลาสติก ทำให้เกิดการถ่ายโอนประจุ
- การสัมผัส (Contact): การสัมผัสระหว่างวัตถุที่มีประจุต่างกัน เช่น การสัมผัสกับโลหะจะทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนประจุ
- การนำไฟฟ้า (Conduction): การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าผ่านตัวนำ
ตัวอย่างของไฟฟ้าสถิต
- การดึงดูดเส้นผม: เมื่อเราถูผมกับหวีพลาสติก ประจุไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนระหว่างสองวัตถุ ทำให้หวีมีประจุไฟฟ้าและสามารถดึงดูดเส้นผมที่อยู่ใกล้เคียงได้
- การช็อตไฟฟ้า: เมื่อเราเดินบนพื้นพรมแล้วสัมผัสกับโลหะ เช่น ลูกบิดประตู จะรู้สึกถึงการช็อตเล็กน้อย นี่คือผลจากการสะสมของประจุไฟฟ้าที่เกิดจากการเสียดสีกับพื้นพรม ในช่วงฤดูหนาวที่อากาศแห้ง ความชื้นในอากาศจะลดลง ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ง่ายขึ้น
ประจุไฟฟ้า
ประจุไฟฟ้ามีสองประเภท ได้แก่:
- ประจุบวก (+): เช่น ประจุของโปรตอน
- ประจุลบ (−): เช่น ประจุของอิเล็กตรอน
เมื่อมีการถ่ายโอนประจุระหว่างวัตถุ ประจุไฟฟ้าที่มีจำนวนไม่เท่ากันจะทำให้เกิดแรงดึงดูดหรือผลักระหว่างวัตถุ “วัตถุที่มีประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน และวัตถุที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน”
ไฟฟ้าสถิต ประโยชน์ในด้านต่างๆ
ไฟฟ้าสถิตมีประโยชน์ในหลายด้าน เช่น
- อุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จะมีการใช้เทคโนโลยีป้องกันไฟฟ้าสถิต เพื่อป้องกันความเสียหายจากการสะสมประจุไฟฟ้าบนชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้
- การเกษตรกรรมยังมีการใช้ไฟฟ้าสถิตในการกำจัดแมลงศัตรูพืชด้วยเทคโนโลยีไฟฟ้าสถิต โดยการสร้างสนามไฟฟ้าเพื่อดึงดูดหรือขับไล่แมลง
การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าสถิต
1. กฎของคูลอมบ์
กฎของคูลอมบ์ใช้ในการคำนวณแรงระหว่างประจุไฟฟ้าสองตัว
F = K q1 • q2r²
- F = แรงระหว่างประจุ (นิวตัน)
- k = ค่าคงที่ของคูลอมบ์ (ประมาณ 8.99×109 N m2/C2)
- q1 และ q2 = ขนาดของประจุไฟฟ้า (คูลอมบ์)
- r = ระยะห่างระหว่างประจุ (เมตร)
2. ศักย์ไฟฟ้า
ศักย์ไฟฟ้าเป็นพลังงานที่ต้องใช้ในการนำประจุไฟฟ้าไปยังจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า
F = K qr
- V = ศักย์ไฟฟ้า (โวลต์)
- q = ขนาดของประจุไฟฟ้า (คูลอมบ์)
- r = ระยะห่างจากประจุถึงจุดที่ต้องการคำนวณ (เมตร)
3. พลังงานไฟฟ้าที่เก็บอยู่ในสนามไฟฟ้าสามารถคำนวณได้จาก
F = K q1 • q2r
- U = พลังงานไฟฟ้า (จูล)
- q1และq2 = ขนาดของประจุไฟฟ้า (คูลอมบ์)
- r = ระยะห่างระหว่างประจุ (เมตร)
4. ประจุไฟฟ้า
หากคุณทราบพลังงานไฟฟ้าและระยะห่างระหว่างประจุ สามารถคำนวณขนาดของประจุได้จาก
q = U • rk
- U = พลังงานไฟฟ้า (จูล)
- r = ระยะห่าง (เมตร)
- k = ค่าคงที่ของคูลอมบ์
5. ประจุไฟฟ้ารวมในระบบ
สำหรับการคำนวณประจุรวมในระบบที่มีประจุหลายตัว
Qรวม=q1+q2+q3+…+qn
- Qรวม = ประจุรวม (คูลอมบ์)
- q1,q2,q3,…,qn = ขนาดของประจุไฟฟ้าทั้งหมดในระบบ
ตัวอย่างการใช้สมการ กฎของคูลอมบ์
สองประจุไฟฟ้าขนาด q1 = 3 μC (ไมโครคูลอมบ์) และ q2 = −5 μC ตั้งอยู่ห่างกัน r = 0.1 m (เมตร) จงหาค่าแรงระหว่างประจุทั้งสองตามกฎของคูลอมบ์
แทนค่า
- k = 8.99 × 109 N m2/C2
- q1 = 3 × 10-6 C
- q2 = −5 × 10-6 C
- r = 0.1 m
F = 8.99 × 109 • 3 × 10-6 • 5 × 10-6(0.1)²
F = 8.99 × 109 • 15 • 10-120.01
F = 8.99 × 109 • 1.5 × 10-9 = 13.485 N
ดังนั้น แรงระหว่างประจุทั้ง 2 คือ 13.485 N