ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต (Static  electricity)                ไฟฟ้าสถิต (Static electricity) เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด, การผลักกัน และเกิดประกายไฟ             การเกิดไฟฟ้าสถิต             การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรง ดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกัน หรือเกิดแรงผลักกันเมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุ    ชนิดเดียวกัน เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยน กัน โดยจะ เกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง, พลาสติก และแก้ว สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้นโอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ ไม่เท่า กันนั้นยากแต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้ เช่น กรณีที่ผิวโลหะถูกกระแทกด้วยของแข็งหรือของเหลวที่ไม่เป็นตัวนำ ประจุที่เกิดการเคลื่อนย้ายระหว่างการสัมผัสจะถูกเก็บบนผิวของวัสดุทั้ง 2 ชิ้น                 จากผลการทดลองแสดงว่า ประจุไฟฟ้าที่เกิดบนแท่งแก้วคู่แรกต้องเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดี่ยวกันเพราะ ต่างถูด้วยแพรด้วยกัน และประจุไฟฟ้าที่เกิดบนแท่งแก้วคู่หลังก็ เป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันเพราะ ต่างถูด้วยชนสัตว์เช่นเดียวกัน โดยทีแท่งแก้วคู่แรกผลักกันและแท่งแก้วคู่หลังผลักกัน แต่แท่งแก้วจากคู่แรกและจากคู่หลังดูดกันย่อมแสดงว่า  ประจุไฟฟ้าบนแท่งแก้วคู่แรกและคู่หลังต้องเป็นประจุไฟฟ้าต่างชนิดกัน แม้ว่าจะทดลองใช้วัตถุคู่อื่นๆที่เหมาะสม ก็จะให้ผลทำนองเดียวกัน จึงสรุปผลได้ว่า ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจาก การขัดสีมีต่างกันอยู่สองชนิดเท่านั้นจึงได้กำหนด ชนิดประจุไฟฟ้า โดยเรียกประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่งว่า ประจุไฟฟ้าบวก (positive charge) และเรียกประจุไฟฟ้าอีกชนิดหนึ่งว่า  ประจุไฟฟ้าลบ (negative charge)                                  ชนิดของประจุไฟฟ้า แรงกระทำที่เกิดขึ้นระหว่างประจุไฟฟ้า              การทดลองนำผ้าแพร ถูกับแก้วผิวเกลี้ยงสองแท่ง แล้วนำแท่งแก้วทั้งสองขึ้นแขวนไว้ใกล้ๆ กัน จะปรากฏว่าแท่งแก้วทั้งสองเบนหนีออกจากกัน แสดงว่าเกิดมีแรงผลัก ระหว่างแท่งแก้วทั้งสอง นำแท่งแก้วผิวเกลี้ยงชนิดเดียวกันอีกคู่หนึ่งถูด้วยขนสัตว์ แล้วนำ ขึ้นแขวนเช่นเดียวกัน จะปรากฏว่าแท่งแก้วคู่นี้ผลักกัน และเบนห่างจากกันแต่ถ้านำแงแก้ว ที่ถูด้วยผ้าแพร จากคู่แรกมาหนึ่งแท่ง แขวนคู่กับอีกหนึ่งแท่งจากคู่หลังที่ถูด้วยขนสัตว์แล้ว จะปรากฏว่าแท่งแก้วทั้งสองเบนเข้าหากัน แสดงว่าแท่งแก้วคู่นี้ดูดกัน เมื่อทำการทดลอง ซ้ำหลายครั้งก็จะปรากฏผลเช่นเดียวกัน                 จากผลการทดลองแสดงว่า ประจุไฟฟ้าที่เกิดบนแท่งแก้วคู่แรกต้องเป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดี่ยวกันเพราะ ต่างถูด้วยแพรด้วยกัน และประจุไฟฟ้าที่เกิดบนแท่งแก้วคู่หลังก็ เป็นประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันเพราะ ต่างถูด้วยชนสัตว์เช่นเดียวกัน โดยทีแท่งแก้วคู่แรกผลักกันและแท่งแก้วคู่หลังผลักกัน แต่แท่งแก้วจากคู่แรกและจากคู่หลังดูดกันย่อมแสดงว่า  ประจุไฟฟ้าบนแท่งแก้วคู่แรกและคู่หลังต้องเป็นประจุไฟฟ้าต่างชนิดกัน แม้ว่าจะทดลองใช้วัตถุคู่อื่นๆที่เหมาะสม ก็จะให้ผลทำนองเดียวกัน จึงสรุปผลได้ว่า ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจาก การขัดสีมีต่างกันอยู่สองชนิดเท่านั้นจึงได้กำหนด ชนิดประจุไฟฟ้า โดยเรียกประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่งว่า ประจุไฟฟ้าบวก (positive charge) และเรียกประจุไฟฟ้าอีกชนิดหนึ่งว่า  ประจุไฟฟ้าลบ (negative charge) (1) ประจุไฟฟ้าบวก คือ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นแท่งแก้วผิวเกลี้ยง ภายหลังที่นำมาถูด้วยผ้าแพร (2) ประจุไฟฟ้าลบ คือ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนแท่งอีโบไนต์ (ebonite) ภายหลังที่นำมาถูด้วยขนสัตว์ หรือสักหลาด (1) ประจุไฟฟ้าบวก คือ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นแท่งแก้วผิวเกลี้ยง ภายหลังที่นำมาถูด้วยผ้าแพร (2) ประจุไฟฟ้าลบ คือ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนแท่งอีโบไนต์ (ebonite) ภายหลังที่นำมาถูด้วยขนสัตว์ หรือสักหลาด (1) ประจุไฟฟ้าบวก คือ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นแท่งแก้วผิวเกลี้ยง ภายหลังที่นำมาถูด้วยผ้าแพร (2) ประจุไฟฟ้าลบ คือ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนแท่งอีโบไนต์ (ebonite) ภายหลังที่นำมาถูด้วยขนสัตว์ หรือสักหลาด                 แรงที่เกิดขึ้นระหว่างประจุไฟฟ้า                 1. ประจุไฟฟ้าชนิดเดียว จะผลักกัน                 2. ประจุไฟฟ้าต่างชนิด จะดูดกัน                 3. แรงผลักหรือแรงดูดนี้เป็นแรงคู่ปฏิกิริยากัน (action=reaction)                 4. วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าจะดูดวัตถุที่เป็นกลางเสมอ อนุภาค สัญลักษณ์ ประจุ มวล ( kg ) โปรตอน อิเล็กตรอน นิวตรอน p e- n +e -e 0 1.67252 x 10-27 9.1091 x 10-31 1.67482 x 10-27 การส่งผ่านประจุฟฟ้า                        หากเราเคยถูกไฟช็อตหลังจากเดินผ่านพรมหนาๆ แล้วมาสัมผัสลูกบิดที่เป็นโลหะ แสดงว่าเราเคยสัมผัสผลลัพธ์ที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตมาแล้ว ไฟฟ้าสถิตทำให้ลูกโป่ง ติดค้างอยู่บนฝาผนังหลังจากนำมาถูกับเส้นผมโป่ง                     อิเล็กตรอนในไฟฟ้าสถิตทำให้เกิดประจุ ไฟฟ้าหยุดนิ่งตัวอย่างเช่น เมื่อถูลูกโป่งเข้ากับเส้นผมอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่บนเส้นผมจะเปลี่ยนมาอยู่บนลูกโป่งแทน และทำให้ วัตถุที่เสียอิเล็กตรอน (เส้นผมของเรา) กลายเป็นประจุบวก ในขณะที่ประจุบวกรับอิเล็กตรอน (ลูกโป่ง) กลายเป็นประจุลบ และดึงดูดกับประจุบวกที่อยู่บนฝาผนังทำให้ลูกโป่งติด ค้างอยู่ได้ ลักษณะเช่นเดียวกันนี้เกิดขึ้น เมื่อเราเดินผ่านพรมแล้วมาสัมผัสกับลูกบิดโลหะ อิเล็กตรอนที่เกาะกันอย่างหลวมๆ บนพรมจะกระโดดมาอยู่ที่ตัวของเราทำให้เกิดเป็นขั้ว ของไฟฟ้า แต่เราจะไม่ทราบจนกระทั่งได้สัมผัสกับลูกบิดประตูโลหะ เพราะ ประจุลบจากตัวเราจะวิ่งผ่านมือไปยังลูกบิด ทำให้เรารู้สึกเหมือนโดยไฟฟ้าช็อตที่เกิดขึ้นด้วย             ตัวนำและฉนวนไฟฟ้า     ตัวนำไฟฟ้า                 ตัวนำ (Conductor) คือ สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อุปกรณ์ที่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย หรือวัตถุที่มีความต้านทานต่ำ ได้แก่ ทองแดง อลูมิเนียม ทอง และเงิน  ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุด แต่ในสายไฟทั่วไปจะใช้ทองแดงเป็นตัวนำ เพราะตัวนำที่ทำจากจะเงินมีราคาแพง     ฉนวนไฟฟ้า                 ฉนวน (Insulator) คือ สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อุปกรณ์ที่ไม่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้ หรือ ต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าไม่ให้ผ่านไปได้ ได้แก่ ไม้แห้ง  พลาสติก, ยาง, แก้ว และกระดาษแห้ง เป็นต้น     สารกึ่งตัวนำ                 สารกึ่งตัวนำเป็นสารที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน เช่น ซิลิกอน เยอรมันเนียม เทลลูเนียมเป็นต้น สารดังกล่าวเหล่านี้มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ คือมี จำนวนอิเล็กตรอนอิสระอยู่น้อยจึงไม่สามารถให้กระแสไฟฟ้าไหลเป็นจำนวนมาก ฉะนั้นลำพังสารนี้อย่างเดียวแล้วไม่สามารถทำประโยชน์อะไรได้มากนัก ดังนั้น เพื่อที่จะให้ได้ กระแสไฟฟ้าไหลเป็นจำนวนมากเราจึงต้องมีการปรุงแต่งโดยการเจือปนอะตอมของธาตุอื่นลงไปในเนื้อสารเนื้อเดียวเหล่านี้ หรือเอาอะตอมของธาตุบางชนิดมาทำปฏิกิริยากันให้ได้ สารประกอบที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ สารกึ่งตัวนำที่สร้างขึ้นโดยวิธีดังกล่าวนี้เรียกว่า สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ หรือสารกึ่งตัวนำแบบสารประกอบตามลำดับ ซึ่งจะเป็นสารที่ใช้ ทำทรานซิสเตอร์ และไดโอดชนิดต่าง ๆ                 การทำให้วัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้ามีอำนาจทางไฟฟ้า         การทำให้วัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้ามีอำนาจทางไฟฟ้าทำได้ 3 วิธี ดังนี้                 1. การขัดสีหรือการถู  เกิดจากการนำวัตถุ 2 ชนิดมาขัดสี หรือถูกัน จะทำให้มีการถ่ายเทของประจุไฟฟ้า(อิเลคตรอน)ระหว่างวัตถุทั้งสอง วัตถุใดสูญเสียอิเลคตรอนไปวัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเลค ตรอนมา จะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ   ในการขัดสีหรือถู จำนวนประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นชนิดตรงข้าม                 สำหรับคนที่สวมใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรหม เมื่อเดินไปจับลูกปิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้เราสามารถอธิบายได้ว่า เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ 2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเลคตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุใดได้รับอิเลคตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน                 เมื่อ เอาวัตถุที่กำหนดทางซ้ายมือ 2 ชนิดมาขัดสีกัน ตัวอย่างเช่น ถ้านำหนัง( leather)มาถูกับขนสัตว์( wool) หลังการถู หนังจะมีประจุเป็นบวก ขนสัตว์จะมีประจุเป็นลบ หรือเอาแท่งยางแข็ง (hard rubber)ถูกับขนสัตว์( wool) แท่งยางจะมีประจุไฟฟ้าลบและขนสัตว์จะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก หมายเหตุ การเรียงลำดับการให้หรือรับอิเล็กตรอนดังกล่าววัตถุนั้นจะต้อง สะอาดและแห้ง                  2.การแตะหรือสัมผัส  โดยการนำวัตถุที่มีอำนาจทางไฟฟ้าไปแตะหรือสัมผัสกับวัตถุที่เป็นกลางทาง ไฟฟ้า  ทำให้มีการถ่ายเทของอิเล็กตรอน จนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีศักดิ์ไฟฟ้าเท่ากันจึงหยุดการถ่ายเท   หลังการสัมผัสหรือการแตะจะทำให้วัตถุซึ่งเดิมเป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าชนิด เดียวกับประจุไฟฟ้าของวัตถุที่นำมาแตะ  โดยขนาดของประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า(เดิม)จะมีค่า เท่ากับขนาดประจุไฟฟ้าที่ลดลงของวัตถุที่นำมาแตะ                 3.โดยการเหนี่ยวนำ  โดยการนำวัตถุซึ่งมีประจุไฟฟ้าเข้าไปใกล้ ๆ วัตถุที่เป็นกลาง(แต่ไม่แตะ)จะทำให้ เกิดการเหนี่ยวนำให้ประจุไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุที่เป็นกลางเกิดการจัดเรียงตัวใหม่ เนื่องจากแรงทางคูลอมบ์ เป็นผลทำให้วัตถุที่เป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น                   อิเล็กโทรสโคป (electroscope)          อิเล็กโทรสโคปมี 2 ชนิดด้วยกัน ได้แก่             1. อิเล็กโตรสโคปแบบพิธบอล                 อิเล็กโทรสโคป เป็นเครื่องมือสำหรับตรวจไฟฟ้าสถิตย์ อิเล็กโตรสโคปแบบนี้ เป็นอิเล็ก โตรสโคปแบบง่ายที่สุด ประกอบด้วยลูกกลมเล็กทำด้วยเม็ดโฟม หรือไส้หญ ปล้อง ซึ่งมีน้ำหนัก เบามาก ตัวลูกกลมแขวนด้วยเชือกด้าย หรือไหมเส้นเล็กๆ จากปลายเสาที่ตั้งบนแท่นฉนวนไฟฟ้า ดังรูป              2. อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นทองคำเปลว                 อิเล็กโทรสโคปแบบนี้ ประกอบด้วยแผ่นทองคำเปลว หรือแผ่นอะลูมิเนียมบางๆ สองแผ่น ติด ห้อยประกบกันที่ปลายแท่งโลหะ AB ปลายบนของแท่งโลหะนี้ เชื่อมติด กับจานโลหะ D ตัวแท่งโลหะ สอดติดแน่นอยู่ในฉนวนไฟฟ้าท่อนหนึ่ง (ระบายทึบในรูป) ซึ่ง อาจเป็นแท่งอิโบไนต์ก็ได้ ตัวท่อนฉนวน เสียบแน่นอยู่กับปลั๊กยาง P ซึ่งสอดแนบ สนิท กับฝาบนของกล่องโลหะ C ด้านหน้า และด้านหลังของโลหะ จะตัดออก และกรุไว้ด้วยแผ่นกระจก เพื่อให้มองเห็นแผ่นทองคำเปลวได้สะดวก ดังรูป                 เนื่่องจากตัวกล่องโลหะ และวางอยู่บนพื้น ก็เท่ากับถูกเออร์ทอยู่ตลอดเวลา ศักย์ไฟฟ้าของตัวกล่องโลหะ จึงเป็นศูนย์เท่ากับ ศักย์ไฟฟ้า ของโลกอยู่เสมอ แผ่นทองคำ เปลวทั้งสอง จะกางออกจากกันได้ เพราะเกิดความต่างศักย์ ระหว่างแผ่นทองคำ กับตัวกล่องโลหะ เมื่อนำอิเล็กโตรสโคปตั้งบนพื้นโต๊ะ ตัวกล่องโลหะถูกเออร์ท ย่อมมีความต่างศักย์ ไฟเป็นศูนย์ เท่ากับศักย์ไฟฟ้า ของโลกอยู่ตลอดเวลา เมื่อให้ประจุไฟฟ้าแก่จานโลหะ จะเป็นประจุชนิดใดก็ได้ การทำเช่นนี้ ประจุไฟฟ้าที่ให้จะกระจายไปทั่วจานโลหะ ก้านโลหะและ แผ่น ทองคำเปลวทั้งสอง และทั้งสามสิ่งนี้ จะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันโดยตลอด ขณะนี้จะเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่างแผ่นทองคำเปลวกับกระป๋องโลหะทันที แผ่น ทองคำเปลวจะ กางออกจากกัน (ดังรูป ก.) ส่วนรูป ข. แสดงการให้ประจุไฟฟ้าลบอิสระแก่จานโลหะ ดังนั้น แผ่นทองคำเปลว จึงปรากฏมีประจุไฟฟ้าลบ จึงย่อมมีศักย์ไฟฟ้าลบ ส่วยผิวในของกล่อง โลหะ มีประจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำชนิดบวกแต่ศักย์ไฟฟ้าศูนย์ จึง เกิดความต่าง ศักย์ระหว่างแผ่นทองคำกับกล่องโลหะ แผ่นทองคำจึงอ้าออก              การเหนี่ยวนำ หรือการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต (Induction) เป็นวิธีการทำให้ตัวนำมีประจุไฟฟ้าโดยใช้ประจุไฟฟ้าจากวัตถุอื่น ซึ่งไม่แตะกัน ปกติแล้วประจุไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำตามส่วนต่างๆของวัตถุเนื่องจากการดึงดูดและผลักกัน ถ้าเคลื่อนประจุชนิดหนึ่งออกไป วัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าชนิดตรงข้ามคงอยู่อย่างถาวร                 แผ่นประจุ(Proof plane) เป็นแผ่นตัวนำเล็กๆมีด้ามถือทำด้วยฉนวน ใช้สำหรับถ่ายโอนประจุไฟฟ้าระหว่างวัตถุต่างๆ                 สนามไฟฟ้า (electric field)                                       สนามไฟฟ้า (electric field) หมายถึง “ บริเวณโดยรอบประจุไฟฟ้า ซึ่งประจุไฟฟ้า สามารถส่งอำนาจไปถึง”หรือ “ บริเวณที่เมื่อนำประจุไฟฟ้าเข้าไปวางแล้วจะเกิดแรงกระทำบนประจุไฟฟ้านั้น” ตามจุดต่างๆ ในบริเวณสนามไฟฟ้าย่อมมีความเข้มข้นของสนามไฟฟ้าต่างกัน จุดที่อยู่ใกล้ประจุไฟฟ้า จะมีความเข้มข้นของสนามไฟฟ้าสูงกว่าจุดที่อยู่ห่างไกลออกไป สนามไฟฟ้ารอบๆประจุบวกจะมีทิศพุ่งออก                 สนามไฟฟ้ารอบๆประจุลบจะมีทิศพุ่งเข้า นิยามสนามไฟฟ้า เป็นแรงต่อประจุ 1 coulum   สนาม E = แรง (F) / ประจุ (Q)                                                                                                   E = F / Q         สรุป การหาความเข้มของสนามไฟฟ้า(มีหน่วยคูลอมบ์) ณ จุดใด ๆ             1. เขียนรูป แสดงตำแหน่งประจุเข้าของสนาม             2. นำประจุ +1 คูลอมบ์ ไปวางไว้ ณ จุดที่จะหาความเข้มของสนามไฟฟ้า             3. เขียนทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุ +1 คูลอมบ์ ณ จุดนั้นด้วย             4. หาความเข้มของสนามไฟฟ้า จากสูตร แรงระหว่างประจุและกฎของคูลอมบ์                  Coulomb ทำการวัดแรงระหว่างประจุในปี ค.ศ. 1785 โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า เครื่องชั่งการบิด ( torsion balance ) ดังรูป  แสดงเครื่องมือที่ Coulomb ใช้วัดแรงไฟฟ้าระหว่างประจุทั้งสอง                 เมื่อประจุ Q1 ถูกดันออกจาก Q2 ทำให้เส้นใยสังเคราะห์บิดไปจนนิ่ง เมื่อแรงผลักถูกชดเชยโดยแรงคืนตัวของเส้นใยสังเคราะห์ที่บิด    จากหลักการนี้ Coulombสามารถวัดแรงเป็นฟังก์ชันของระยะทางระหว่างประจุ Q1 และ Q2 ได้ ในทำนองเดียวกัน Coulomb ยังสามารถวัดแรงดึงดูดได้อีกด้วย                 เมื่อประจุ Q1 และ Q2  คงที่, Coulomb ค้นพบว่า ขนาดของแรงไฟฟ้าF แปรผันตรงกับ ส่วนกลับ ของระยะทางระหว่างประจุทั้งสองยกกำลังสอง                 F ∝ 1/R2    ------------(1)                 Coulomb ทำการทดลองอีกชุดหนึ่ง พบว่า เมื่อระยะทางระหว่างประจุทั้งสองคงที่แล้ว ขนาดของแรงไฟฟ้า   แปรผันตรงกับผลคูณประจุ Q1  ของวัตถุหนึ่งกับประจุQ2 ของวัตถุอีกอันหนึ่ง                 F ∝ Q1Q2   ------------(2) นำสมการ (1) และ (2) มารวมกันเป็นสมการทั่วไปสำหรับแรงระหว่างประจุทั้งสอง                 F ∝ Q1Q2 /R2  -------(3) เรียกว่า Coulomb’s law อ่านว่า กฎของคูลอมบ์             ศักย์ไฟฟ้า             ศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งใดๆ (V) คือ งานที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 C จากตำแหน่งที่ศักย์ไฟฟ้าเป็น 0 มายังจุดนั้นหรือศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งใดๆ (V) คือ พลังงานศักย์ไฟฟ้า ต่อ 1 หน่วยประจุที่ตำแหน่งนั้น (Ep/q)ศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งซึ่งอยู่ห่างจากจุดประจุ Q เป็นระยะ R จะหาได้จากสูตร เวลาคำนวณต้องแทนเครื่องหมายของประจุ Q ด้วย ศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดใดๆ             ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดใดๆ หมายถึง "งานต่อหนึ่งหน่วยประจุ ในการเคลื่อนประจุระหว่างจุดทั้งสอง"                                                                                                                     VB - VA = WAB / Q A  ๐------------------------------๐ B                                             ถ้า Q เป็นประจุบวก จะพบว่า                                            W เป็น + เมื่อศักย์ที่ B สูงกว่าที่ A (ได้งาน)                                            W เป็น - เมื่อศักย์ที่ B ต่ำกว่าที่ A (เสียงาน)                                            W เป็น ศูนย์ เมื่อศักย์ที่ B เท่ากับศักย์ที่ A (ไม่มีงาน) V = W / Q W = QV                                             W = พลังงาน ในการเคลื่อนที่ประจุ Q หน่วย Joule                                             Q = ประจุไฟฟ้าหน่วย Coulomb                                             V = ความต่างศักย์ระหว่าง 2 จุด หน่วย (J/C หรือ Volt) พลังงานศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานศักย์ต่อหนึ่งหน่วยประจุที่ใช้ในการเคลื่อนประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล                                                                         Ep = พลังงานศักย์ไฟฟ้า                                                                         q = ประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็น คูลอมบ์                                                                         V = ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลต์ ส่วนพลังงานในการเคลื่อนประจุจากจุด A ที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า VA ไปยังจุด B ที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า VB จะเป็นดังนี้  W = qVAB                                                                       W = พลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ มีหน่วยเป็นจูล                                                                        q = ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนระหว่างจุด A กับ B                                                                         V = ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด A กับจุด B                                                                                                                                               V = Ed                                                                                                             ดังนั้น                                                                W = qEd             ตัวเก็บประจุ             ตัวเก็บประจุ เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่รู้จักทั่วไปว่าสามารถเก็บประจุได้ บางทีเรียกว่า คาปาซิเตอร์ ใช้สัญลักษณ์ย่อว่า C มีหน่วยเป็น ฟารัด (F)                                                                                     1. ตัวเก็บประจุชนิดค่าคงที่ จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าการเก็บประจุได้ แบ่งได้ 5 ชนิด                 ตัวเก็บประจุชนิดกระดาษ เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้กระดาษชุบไข หรือน้ำมัน (Oil) เป็นฉนวนไดอิเล็กตริก โครงสร้างของตัวเก็บประจุชนิดนี้จะประกอบด้วยแผ่นเพลต 2  แผ่น ที่เป็นแผ่นดีบุกรีดจนบางคั่นกลางด้วยกระดาษชุบไขแล้วนำมาม้วนเข้าเป็นท่อนกลม จากแผ่นเพลตทั้งสอง แต่ละข้างจะถูกต่อขาที่เป็นลวดตัวนำออกมาใช้งาน ตัวเก็บประจุ จะถูกหุ้มห่อด้วยฉนวนไฟฟ้าชนิดต่างๆ แล้วแต่บริษัทผู้ผลิต อย่างเช่น ปลอกกระดาษแข็ง กระเบื้องเคลือบ กระดาษอาบน้ำผึ้ง เป็นต้น เพื่อป้องกันความชื้นและฝุ่นละออง ดังแสดง ในรูป                 ตัวเก็บประจุชนิดกระดาษจะมีค่าความจะไม่สูงมากนัก ซึ่งจะเขียนบอกไว้ที่ข้างๆ ตัวเก็บประจุ คืออยู่ในพิสัยจาก 10 pF ถึง 10mF อัตราทนไฟสูงประมาณ 150 โวลต์  จนถึงหลายพันโวลต์ โดยมากนิยมใช้ในวงจรจ่ายกำลังไฟสูง                          ตัวเก็บประจุชนิดไมก้า เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้แผ่นไมก้าเป็นฉนวนไดอิเล็กตริก ส่วนมากตัวเก็บประจุชนิดนี้จะถูกทำเป็นรูปสี่เหลี่ยมเพราะแผ่นไมก้าจะมี คุณสมบัติที่แข็งกรอบ โครงสร้างของมันจะประกอบด้วยแผ่นเพลตโลหะบางๆ อาจใช้หลายๆ แผ่นวางสลับซ้อนกัน แต่จะต้องคั่นด้วยฉนวนไมก้า ดังแสดงในรูป ซึ่งตัวเก็บประจุจะ ถูกหุ้มห่อด้วยฉนวนจำนวนเมกาไลท์ เพื่อป้องกันการชำรุดสึกหรอ              ตัวเก็บประจุชนิดไมก้าจะมีค่าความจุอยู่ในพิสัยจาก 1.5 pF ถึง 0.1 mF มีอัตราทนแรงไฟได้สูงมากประมาณ 350 โวลต์ จนถึงหลายพันโวลต์ โดยบริษัทผู้ผลิตจะพิมพ์ บอกค่าความจุอัตราทนแรงไฟและค่าความคลาดเคลื่อนไว้บนตัวของมัน หรือบางทีก็ใช้สีแต้มบอกเป็นโค้ดที่ตัวเก็บประจุนี้ ซึ่งจะได้กล่าวถึงต่อไป ส่วนการใช้งานของตัวเก็บประจุ ชนิดไมก้า นิยมใช้งานในวงจรความถี่วิทยุ (RF) และวงจรที่มีแรงดันไฟสูงมาก            ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิค เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้ไดอิเล็กตริกที่ทำมาจากฉนวนจำพวกกระเบื้อง หรือที่เรียกว่า "เซรามิค" ซึ่งมีโครงสร้างของตัวเก็บประจุ   จะมีรูป ร่างแบบแผ่นกลม (Disc) และแบบรูปทรงกระบอก(Tubular) ซึ่งจะมีค่าความจุอยู่ในพิสัยจาก 1.5 pF ถึง 0.1 mF อัตราทนแรงไฟประมาณ 500 โวลต์         ตัวเก็บประจุชนิดพลาสติก แต่จะใช้ไดอิเล็กตริกที่เป็นแผ่นฟิล์มที่ทำมาจากโพลีเอสเตอร (Polyester) ไมลาร์ (Mylar) โพลีสไตรีน (Polystyrene) และอื่นๆ โดยนำมา คั่นระหว่างแผ่นเพลตทั้งสองแผ่นแล้วม้วนพับให้มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอก ตัวเก็บประจุชนิดพลาสติกจะมีค่าความจุอยู่ในพิสัยตั้งแต่ 2 mF ขึ้นไปและอัตราทนกำลังไฟตั้งแต่  200 ถึง 600 โวลต์        ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติก  เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้น้ำยาอิเล็กโทรไลท์เป็นแผ่นข้างหนึ่งแทนโลหะ และอีกแผ่นหนึ่งเป็นแผ่นโลหะมีเยื่อบางๆ ที่เรียกว่า "ฟิล์ม" (Film)  หุ้มอยู่ เยื่อบางๆ นี้คือ ไดอิเล็กตริก หรือแผ่นกั้นจะแสดงลักษณะรูปร่างของตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติก ซึ่งส่วนมากจะบรรจุในกระป๋องอะลูมิเนียมทรงกลมยาว และจะมีขั้วบอก ไว้อย่างชัดเจน ว่าขั้วใดเป็นขั้วบวกและขั้วลบ สัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติก การต่อขั้วของตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติกในการใช้งานเราจะต้องมีความระมัดระวัง ให้มากที่สุด ถ้าหากว่าเราต่อขั้วผิดจะมีผลทำให้กระแสไฟเข้าไปทำลายเยื่อที่เป็นไดอิเล็กตริกชำรุดเสียหายได้ ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติกจะสามารถทำให้มีค่าความจุได้สูงนับ เป็นร้อยๆ ไมโครฟารัด โดยที่ตัวเก็บประจุจะมีขนาดเล็ก ค่าความจุที่ใช้งานจะอยู่ในพิสัยสองสามไมโครฟารัดจนถึงมากกว่า 100 mF และอัตราทนกำลังไฟตั้งแต่ 5 โวลต์จนถึง700  โวลต์ ซึ่งนิยมนำไปใช้ในวงจร ดี.ซี.         ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติกจะมีข้อเสียอันเนื่องมาจากค่าสูญเสียจากสารไดอิเล็กตริกที่มีค่ามากแต่จะมีตัวเก็บประจุอีกชนิดหนึ่งที่ใช้หลักการเดียวกับตัวเก็บประจุชนิดอิเล็ก โทรลิติกคือตัวเก็บประจุแบบแทนทาลัม (Tantalum Electrolytic Capacitor)                                 2. ตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้             เป็นตัวเก็บประจุซึ่งการเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของแกนหมุน ตัวเก็บประจุชนิดนี้ปกติแล้วจะประกอบด้วยอุปกรณ์ภายใน 2 ส่วน ได้แก่ แผ่นเพลตที่ เคลื่อนที่ได้และแผ่นเพลตที่ติดตั้งอยู่กับที่โดยแผ่นเพลตทั้งสองจะเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้ากับวงจรภายนอก การแบ่งประเภทของตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้นี้ จะแบ่งตามไดอิเล็กตริก ที่ใช้ โดยแบ่งออกเป็น 4 ชนิด ได้แก่ อากาศ ไมก้า เซรามิค และพลาสติก     หน่วยของการเก็บประจุ                 ค่าการเก็บประจุ แสดงถึงความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ โดยมีหน่วยเป็น   ฟารัด (Farad, F) ตัวเก็บประจุที่มีค่าการเก็บประจุ 1 ฟารัด(F) หมายถึง  ความสามารถที่ะเก็บประจุไฟฟ้าจำนวน 1 คูลอมป์ (6.24 ด 1018 อิเล็กตรอน) โดยให้แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ ระหว่างแผ่นเพลตทั้งสองค่าการเก็บประจุ 1 ฟารัด (F) เป็นค่าที่มีปริมาณ มากและไม่ค่อยพบในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปแต่จะใช้ในรูปของ ไมโครฟารัดความจุของตัวนำใด              พลังงานสะสมในตัวเก็บประจุ                     งานเคลื่อนประจุเข้าไปเก็บในตัวเก็บประจุ คือพลังงานที่สะสมในตัวเก็บประจุ ถ้าให้ U แทนด้วยพลังงานที่สะสมอยู่ในเก็บประจุจะได้สูตรดังนี้           การใช้ประโยชน์ด้านต่างๆ                ปัจจุบันมีเทคโนโลยีใหม่ๆ มากมายในการพัฒนาและผลิตเครื่องกรองอากาศหรือเครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศ ซึ่งเราจะขอยกนำเสนอเทคโนโลยีที่นำมาประยุกต์จาก ไฟฟ้าสถิต โดยผลิตเป็นเครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศ  อันจะมีประโยชน์ในการช่วยบรรเทาปัญหาฝุ่นควันที่ฟุ้งกระจายในอากาศตามแหล่งโรงงานอุตสาหกรรม หรือ บ้านเรือนซึ่งก่อให้ เกิดปัญหาตามมามากมาย 1. เครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศ หรือเครื่องฟอกอากาศ  เป็นอุปกรณ์กำจัดอนุภาคจากแก๊สเผาไหม้ หรือ จากอากาศร้อนที่สกปรก ประกอบด้วยท่อโลหะที่มีแกนกลางยึดติดด้วยฉนวนดังรูป             ใช้ความต่างศักย์สูงจากไฟกระแสตรงโดยต่อขั้วลบเข้ากับแกนกลาง และต่อขั้วบวกเข้ากับท่อ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีค่าสูงมากพอที่จะทำให้อนุภาคในอากาศ สกปรกที่ผ่านเข้าไปในท่อได้รับอิเล็กตรอนจากแกนกลางจนกลายเป็นอนุภาคประจุลบ และถูกดูดข้าไปติดที่ท่อพร้อมๆ กับท่อถูกทำให้สั่นเป็นจังหวะๆ อนุภาคที่สะสมบนท่อจึงร่วง หล่นลงส่วนล่างของท่อและถูกปล่อยออกแก๊ส หรือ อากาศที่ผ่านออกทางตอนบนของท่อจึงเป็นแก๊ส หรือ อากาศสะอาด 2. เครื่องพ่นสีเป็นอุปกรณ์ใช้สำหรับพ่นผงหรือละอองสี เพื่อให้สีเก้าติดชิ้นงานดีกว่าสำหรับเครื่องพ่นผงสีนั้น จะใช้หลักการทำให้ผงสีหรือละอองสีกลายเป็นอนุภาคที่มี ประจุไฟฟ้าขณะถูกพ่น ออกจากเครื่องพ่น มีผลให้ผงหรือละอองที่มีประจุไฟฟ้านั้นมีแรงดึงดูดกับผิวชิ้นงานและจะเกาะ ติดชิ้นงานนั้นได้ดี                                     หลักการ ใช้ความต่างศักย์สูงต่อกับแผ่นโลหะ และชิ้นวัตถุที่ต้องการตรวจ โดยแผ่นโลหะนั้นเคลือบด้วยผงซิลิคอนคาร์ไบด์ต่อกับขั้วบวกส่วนชิ้นงาน (วัตถุ) ต่อเข้ากับ ขั้วลบ เมื่อเครื่องทำงานผงซิลิคอนคาร์ไบด์จะกลายเป็นประจุบวกถูกผลักจากแผ่นโลหะไป กระทบกับชิ้นงาน อนุภาคของผงซิลิคอนคาร์ไบด์จะยึดเกาะตรงบริเวณลายนิ้วมือ ลายนิ้ว มือจึงปรากฏให้เห็นซึ่งเป็นประโยชน์มากในการพิสูจน์อาชญากรรมบดังรูป  งสียึดเคลือบผิวชิ้นงานดียิ่งขึ้น และช่วยให้ประหยัดผงสี เนื่องจากไม่ฟุ้งกระจาย                                4. เครื่องถ่ายเอกสาร (เครื่องถ่ายสำเนาเอกสาร) เป็นอุปกรณ์ถ่ายสำเนาสิ่งพิมพ์ตัวอักษรหรือภาพลายเส้นจากต้นฉบับ ส่วนประกอบและหลักการทำงาน แต่ละขั้นตอนแสดงไว้ดังรูป                หลักการ ให้แสงส่องไปที่ต้นฉบับสะท้อนผ่านเลนส์ไปกระทบแผ่นฟิล์ม ซึ่งฉาบด้วยวัสดุตัวนำที่ขึ้นกับแสง (จะมีสมบัติเป็นตัวนำเมื่อถูกแสง) โดยเมื่อเครื่อง เริ่มทำงาน แผ่นฟิล์มนี้จะถูกทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกทั่วทั้งแผ่นก่อนดังรูป ก. จากนั้นจึงให้แสงส่องไปที่ต้นฉบับสะท้อนผ่านเลนส์กระทบแผ่นฟิล์มบริเวณที่ เป็นที่ว่าง บนต้นฉบับ จะให้แสงออกมากระทบแผ่นฟิล์ม ทำให้บริเวณที่ถูกแสงกลายเป็นตัวนำ จึงมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนตัวอักษร หรือ ภาพลายเส้น บนต้นฉบับที่เป็นสีดำ (หรือสีเข้มๆ ) ดูด กลืนแสง จึงไม่ให้แสงสะท้อนมากระทบแผ่นฟิล์มบริเวณนั้นบนแผ่นฟิล์มจึงไม่ถูกแสง ยังคงมีประจุบวกอยู่ดังรูป ข. เมื่อพ่นผงหมึกที่มีประจุลบไปบนแผ่นฟิล์มนี้ผงหมึกจะเกาะ ติดเฉพาะบริเวณที่ มีประจุบวกนี้เท่านั้น ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดจากตัวอักษร หรือภาพลายเส้นดังรูป ค. ทำให้ปรากฏเป็นภาพของต้นฉบับบนแผ่นฟิล์ม เมื่อกดแผ่นกระดาษประจุบวกลง แผ่นฟิล์มที่มีผงหมึกดังกล่าว จึงได้ภาพสำเนาปรากฏบนแผ่นกระดาษดังรูป ง. เมื่ออบแผ่นกระดาษด้วยความร้อน เพื่อให้ผงหมึกติดแน่นก็จะได้ภาพสำเนาที่ติดทนถาวรชัดเจน