สรุปไฟฟ้าสถิต ที่ต้องเจอ ใน ม.5
ไฟฟ้าสถิตเป็นพื้นฐานของการเรียนไฟฟ้า เพื่อเพิ่มความเข้าใจใน ธรรมชาติของไฟฟ้า บทนี้อาจจะยากนิดหน่อย แต่ถ้าเข้าใจจะช่วยและเป็นพื้นฐานที่ดีของการเรียนไฟฟ้ากระแส
สารบัญ :
ประจุไฟฟ้า (Electric Charge)
ประจุบวก (+): ประจุที่มีลักษณะผลักวัตถุที่มีประจุบวกอื่นๆ
ประจุลบ (-): ประจุที่มีลักษณะผลักวัตถุที่มีประจุลบอื่นๆ
การดูดและผลักกัน: วัตถุที่มีประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน และวัตถุที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน
กฎของคูลอมบ์ (Coulomb’s Law)
กฎของคูลอมบ์:
$$
F = k \frac{q1 \cdot q2}{r^2}
$$
\( F \): แรงระหว่างประจุไฟฟ้า (หน่วย: นิวตัน)
\( k \) : (หน่วยของมันคือ นิวตันเมตรสองต่อคูลอมบ์สอง (N·m²/C²).)
\( q1 \), \( q2 \): ประจุไฟฟ้าของวัตถุสองวัตถุ (หน่วย: คูลอมบ์)
\( r \): ระยะห่างระหว่างประจุ (หน่วย: เมตร)
สนามไฟฟ้า (Electric Field)
คือ บริเวณรอบๆ ประจุไฟฟ้าที่มีผลกระทำต่อประจุไฟฟ้าอื่น
ทิศทางของสนามไฟฟ้า: ตามทิศทางแรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าทดสอบ
หน่วยของสนามไฟฟ้า: โวลต์ต่อเมตร (V/m)
ศักย์ไฟฟ้า (Electric Potential)
คือ ศักย์ไฟฟ้าเป็นการวัดงานต่อหน่วยประจุที่จำเป็นในการย้ายประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า.
หน่วยของศักย์ไฟฟ้า: โวลต์ (V)
สูตรศักย์ไฟฟ้า
คำนวณศักย์ไฟฟ้าที่จุดหนึ่งๆ:
$$
V = \frac{kq}{r}
$$
\( V \) คือ ศักย์ไฟฟ้าที่จุดนั้น
\( k \) คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์
\( q \) คือ ประจุไฟฟ้า
\( r \) คือ ระยะห่างจากประจุไฟฟ้า.
หาความต่างศักย์ไฟฟ้า (\(\Delta V\))ได้จาก
$$
\Delta V = E \cdot d
$$
\( \Delta V \) คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า
\( E \) คือ ความแรงของสนามไฟฟ้า
\( d \) คือ ระยะทางที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า.
สนามไฟฟ้า (Electric Field)
สนามไฟฟ้าคือบริเวณรอบๆ ประจุไฟฟ้าที่มีผลกระทำต่อประจุไฟฟ้าอื่น ๆ ที่วางอยู่ในบริเวณนั้น.
ทิศทางของสนามไฟฟ้าจะมีทิศจาก ประจุบวกไปยังประจุลบ
หน่วยของสนามไฟฟ้า: โวลต์ต่อเมตร (V/m)
คำนวณสนามไฟฟ้าจากแรงต่อประจุได้จาก
$$
E = \frac{F}{q}
$$
\( E \) คือ สนามไฟฟ้า
\( F \) คือ แรงที่กระทำต่อประจุทดสอบ
\( q \) คือ ประจุของวัตถุทดสอบ.
คำนวณสนามไฟฟ้าต่อประจุถ้ามีระยะห่าง:
$$
E = \frac{kq}{r^2}
$$
\( E \) คือ สนามไฟฟ้า
\( k \) คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์
\( q \) คือ ประจุที่สร้างสนามไฟฟ้า
\( r \) คือ ระยะห่างจากประจุไปยังจุดที่วัด.
จุดสะเทิน
คือ จุดในสนามไฟฟ้าที่มีสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์
ถ้าเป็นประจุชนิดเดียวกัน จุดสะเทิน จะอยู่ ข้างใน
ถ้าเป็นประจุต่างชนิดกัน จุดสะเทิน จะอยู่ ข้างนอก
ความจุไฟฟ้า (Capacitance)
ความจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติของตัวเก็บประจุที่บ่งบอกถึงความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าและพลังงานไฟฟ้า. คำนวณได้จาก
$$
C = \frac{Q}{V}
$$
\( C \) คือความจุไฟฟ้า,
\( Q \) คือประจุไฟฟ้าที่เก็บได้
\( V \) คือความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ.
พลังงานสะสมในตัวเก็บประจุ (Energy Stored in a Capacitor)
พลังงานที่สะสมในตัวเก็บประจุสามารถคำนวณได้จากสูตร
$$
W = \frac{1}{2}CV^2
$$
\( W \) คือพลังงานที่สะสม,
\( C \) คือความจุไฟฟ้า,
\( V \) คือความต่างศักย์ไฟฟ้า.
การต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม (Series Connection of Capacitors)
เมื่อต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม, ประจุที่เก็บได้ในแต่ละตัวเก็บประจุเป็นเท่ากัน และความต่างศักย์ไฟฟ้ารวมคือผลรวมของความต่างศักย์ไฟฟ้าของแต่ละตัวเก็บประจุ.
ความจุรวม\( C_{total} \) คำนวณได้จาก \( \frac{1}{C_{total}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \cdots + \frac{1}{C_n} \).
การต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน (Parallel Connection of Capacitors)
ในการต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน, ความต่างศักย์ไฟฟ้าของแต่ละตัวเก็บประจุเท่ากัน และประจุไฟฟ้ารวมเป็นผลรวมของประจุไฟฟ้าของแต่ละตัวเก็บประจุ.
ความจุรวม\(C_{total} \) คำนวณได้จาก \( C_{total} = C_1 + C_2 + \cdots + C_n \)
ผลรวมของ\(C_{total} \) จะตรงข้ามกับ \(R_{total} \)
