ไฟฟ้าสถิต
ในเรื่องไฟฟ้าสถิต มีสูตรที่ควรทราบ ดังนี้
-
แรงระหว่างประจุ
สูตร ที่ใช้
ใช้หา แรงระหว่างประจุ ซึ่งอาจจะเป็นแรงผลัก หรือ แรงดุดก็ตาม โดยแรงที่หามีลักษณะเป็นแรงต่างร่วม คือ แรงที่ Q1 กระทำต่อ Q2 จะมีขนาดเท่ากับแรงที่ Q2 กระทำต่อ Q1
ในการแทนค่า Q ในสูตรนี้ ไม่ต้องแทนความเป็น + หรือ ความเป็น – ลงไป
-
สนามไฟฟ้าเนื่องจากแหล่งประจุ Q
บริเวณรอบ ๆ แหล่งประจุ Q จะมีสนามไฟฟ้า ซึ่งเป็นบริเวณที่แหล่งประจุ Q ส่งอำนาจไปถึง
หาขนาดของความเข้มสนามไฟฟ้าที่ระยะห่าง R ได้จาก
โดยทิศของสนามไฟฟ้าจะ พุ่งเข้าหาแหล่งประจุ – แต่พุ่งออกจากแหล่งประจุ +
-
แรงที่เกิดกับประจุ q ที่นำไปวางในสนามไฟฟ้า
ถ้านำประจุ q ไม่ว่าจะเป็นประจุ + หรือ ประจุ – ไปวางในสนามไฟฟ้าย่อมจะต้องเกิดแรงกระทำต่อประจุ ดังกล่าวเสมอ ขนาดของแรง หาได้จาก
โดยแรงที่เกิดกับประจุ +q จะมีทิศเดียวกับทิศของสนามไฟฟ้า
ส่วนแรงที่เกิดกับประจุ -q จะมีทิศตรงกันข้ามกับทิศของสนามไฟฟ้า
-
ศักย์ไฟฟ้า เนื่องจากแหล่งประจุ Q
ในบริเวณรอบ ๆ แหล่งประจุไฟฟ้า นอกจากจะหาค่าความเข้มสนามไฟฟ้าได้แล้ว ยังหาค่าศักย์ไฟฟ้าได้อีกด้วย
ศักย์ไฟฟ้า ณ จุด ใด จะเป็นค่าที่บอกระดับของอำนาจไฟฟ้าเนื่องจากแหล่งประจุ ณ จุดนั้น
หาค่าของศักย์ไฟฟ้า ณ จุดที่ห่างจากแหล่งประจุ Q เป็นระยะ R ได้จาก งานในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์ จากระยะอนันต์ มายังจุดนั้น สูตร
ในการแทนค่า ให้แทนเครื่องหมาย + และ – ของแหล่งประจุ Q ลงไปด้วย ซึ่งเป็นการบอกให้ทราบว่า ศักย์ไฟฟ้ามีค่าทั้ง ศักย์ไฟฟ้า + ศูนย์ และ ศักย์ไฟฟ้า –
หรือ กล่าวได้ว่า ศํกย์ไฟฟ้าจากแหล่งประจุ + จะเป็นศักย์ไฟฟ้า +
ศํกย์ไฟฟ้าจากแหล่งประจุ – จะเป็นศักย์ไฟฟ้า –
-
งานในการเคลื่อนประจุ q ไปในสนามไฟฟ้า
ในการเคลื่อนประจุ q ไปในสนามไฟฟ้า จะต้องพิจารณาดูว่าสนามไฟฟ้านั้น เป็นสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ หรือไม่ ถ้าเป็นสนามไฟฟ่าสม่ำเสมอ
หาจาก
แต่ถ้า เป็นการเคลื่อนไปในสนามไฟฟ้า ไม่สม่ำเสมอ หาจากงานในการนำ ประจุ +q จากระยะอนันต์ มายังจุดนั้น
ซึ่งการใช้สูตรนี้ จะต้องทราบข้อตกลงของการใช้ด้วย อันจะมีผลให้ ค่าของงานออกมาอาจเป็น + หรือ – ก็ได้
โดยมีความหมาย ดังนี้
ถ้า W เป็น + หมายคงวามว่า เป็นงานจากการกระทำของแรงภายนอก
ถ้า W เป็น – หมายคงวามว่า เป็นงานจากการกระทำของแหล่งประจุ
-
พลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุ q
ในบริเวณสนามไฟฟ้านั้น ถ้าเป็นบริเวณว่างเปล่า ไม่ว่าจุดใดก็ตาม สามารถหาค่าของ สนามไฟฟ้า(E) และ ศักย์ไฟฟ้า ( V ) ได้เสมอ
แต่ถ้านำประจุ q ไปวาง ณ ตำแหน่ง ดังกล่าว จะต้องบอกได้ว่า มีแรงกระทำต่อประจุ หาจาก F = qE
และยังต้องสามารถหาพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่สะสมในประจุได้อีกด้วย โดยค่าของพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่สะสม นั้น หาได้จาก
ในการแทนค่าสูตรนี้ จะต้อง แทนเครื่องหมาย + และ – ของ q และ V ลงไปด้วย เพราะ พลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุอาจเป็น + หรือ – ก็ได้
-
สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอระหว่างแผ่นโลหะคู่ขนานที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า
ระหว่างแผ่นโลหะคู่ขนานที่ไม่มีระยะห่างกันมากนัก จะมีสนามไฟฟ้าค่าสม่ำเสมออยู่ ซึ่งจะหาค่าความเข้มสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอนั้นได้จาก
-
การเคลื่อนที่ไปในสนามไฟฟ้าของประจุ q ซึ่งต้องการคำนวณของพลังงานจลน์หรือความเร็ว หาโดยใช้หลักการคงที่ของพลังงานกล
แต่ถ้าเดิมก่อนที่ประจุจะถูกเร่งด้วยความต่างศักย์ V นั้น ประจุ q มีการเคลื่อนที่อยู่ก่อนด้วยความเร็ว v1 จะต้องใช้สมการ
ซึ่งเป็นกรณีที่ ความต่างศักย์ V นั้น ช่วยเร่งให้ประจุ q เคลื่อนที่เร็วขึ้น
และใช้สมการ
ซึ่งเป็นกรณีที่ ความต่างศักย์ V นั้น ดึงให้ประจุ q เคลื่อนที่ช้าลง
ถ้าเป็นการคำนวณ การเร่งประจุ q ที่เดิมหยุดนิ่ง ด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้า V ให้ใช้สูตร
9 ค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุที่จะศึกษา อาจจะเป็นทรงกลมตัวนำ หรือ แผ่นโลหะคู่ขนานที่มีฉนวนอยู่ตรงกลางก็ได้
ค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุใด ๆ จะเป็นอัตราส่วนระหว่าง จำนวนประจุกับศักย์ไฟฟ้าของตัวเก็บประจุนั้น
จึงมีสูตรว่า
แต่ถ้าเป็นการหาค่าความจุไฟฟ้งของตัวเก็บประจุที่เป็นแผ่นคู่ขนาน
จะใช้สูตร
ถ้าเป็นการหาค่าความจุไฟฟ้าของทรงกลมตัวนำ จะไช้สูตร
ซึ่งจากสูตร
อธิบายได้ว่า ค่าความจุไฟฟ้าของตัวนำทรงกลม จะแปรผันโดยตรงกับรัศมีของตัวนำ
10.. การหาปริมาณของประจุ บนตัวเก็บประจุ 2 ตัวที่ นำมาต่อถึงกันด้วยลวดตัวนำ หรือ นำมาแตะกัน
ในกรณี ดังกล่าวนี้ โจทย์อาจจะถามว่า ภายหลังนำมาแตะกันแล้ว ตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีศักย์ไฟฟ้าเท่าใด ซึ่ง จะหาศักย์ไฟฟ้าของแต่ละตัวซึ่งเท่ากันได้จาก
-
การนำตัวเก็บประจุที่ไม่มีประจุในตัวเลยมาต่อกัน แล้วต่อเข้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้าภายนอก
กรณีนี้ มีกรณีที่ตัองศึกษา 2 กรณี คือ
-
การต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม แล้วนำมาต่อเข้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้าภายนอก
หา Cรวม ได้จาก
แล้วนำไปหา Qรวม ซึ่งจะเท่ากับ Q บนแต่ละตัว จาก
ส่วน V บนตัวเก็บประจุแต่ละตัว จะหาจาก
10.2 การต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน แล้วนำมาต่อเข้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้าภายนอก
หา Cรวม ได้จาก
แล้วนำไปหา Q บนแต่ละตัว จาก
-
พลังงานที่สะสมในตวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุที่มีประจุไฟฟ้าในตัว จะมีพลังงานสะสมอยู่ หาได้จากสูตร
โจทย์ ไฟฟ้าสถิตย์ 1
(คลิป วิเคราะห์ และแก้ปัญหาโจทย์ อยู่ระหว่างดำเนินการ
โจทย์ ไฟฟ้าสถิตย์ 2
(คลิป วิเคราะห์ และแก้ปัญหาโจทย์ อยู่ระหว่างดำเนินการ
โจทย์ ไฟฟ้าสถิตย์ 3
(คลิป วิเคราะห์ และแก้ปัญหาโจทย์ อยู่ระหว่างดำเนินการ
โจทย์ ไฟฟ้าสถิตย์ 4
(คลิป วิเคราะห์ และแก้ปัญหาโจทย์ อยู่ระหว่างดำเนินการ