1

ไฟฟาสถิต(Electrostatics)

2

3

4

5

6

กิจกรรมการทดลองเรื่อง อิเล็กโทรสโคป

(อภิปรายผลการทดลองและสรุป)

อิเล็กโทรสโคปโดยการเหนี่ยวนํา

7

8

9

10

11

12

:: สรุปผลการทดลอง ::

ประจุบนแทงเปอรสเปกซ มีชนิดของประจตุางกบัประจบุนแทงพีวีซี

ประจุที่เกิดบนอิเล็กโทรสโคปมีประจุตรงขามกับประจุทีม่าเหนี่ยวนํา

แผนโลหะบางของอิเล็กโทรสโคปจะกางมากขึน้เมื่อนําประจุชนิดเดยีวกันมาจอ

แผนโลหะบางของอิเล็กโทรสโคปจะกางนอยลงเมื่อนําประจุตางชนิดกันมาจอ

การตอสายดินทาํใหกานโลหะและแผนโลหะบางเปนกลาง

Simulation : Charge polarization

Movies: Static_electricity

Static_electricity adv

Thunderstorms

13

คําถามชวนคิด

ถานักเรียนนั่งอยูในรถยนต แลวเกิดฟาผาลงมาตรงรถคนัที่นักเรยีนนั่งพอด ี

นักเรียนจะไดรับอันตรายหรือไม คลิป

ถามีตนไม 2 ตน ที่มีความสูงเทากัน ขึ้นอยูกลางทุงนา ตนหนึ่งเขียวขจ ีอีกตน

หนึ่งแหงเหี่ยว ถาเกิดฟาผาลงมา นักเรียนคิดวาจะเกิดฟาผาที่ตนไหน คลิป

14

:: การทําใหวัตถุมีประจุไฟฟา ::

1. โดยการขัดสี เชน ถูแทงแกวดวยผาไหม ผลปรากฎวา

แทงแกวแสดงอํานาจประจุบวก สวนผาไหมแสดงอํานาจ

ประจุลบ

2. โดยการสัมผัสกัน

simulation : Insulator, Conductor, การถายเทประจไุฟฟา 1

3. โดยการเหนี่ยวนํา

++++++

charged neutral

++ +

++ +

metal

++++++

wood

รูปที่ 1 รูปที่ 2 รูปที่ 3

Simulation : การถายเทประจุไฟฟา 2

15

:: แบบจําลองอะตอม ::

16

การทําใหเกิดประจุไฟฟาโดยการขัดสี

คําถาม ทําไมการขัดสีจึงทําใหวัตถุแสดงอํานาจไฟฟาได แกว

เสนผมคน

เปอรสเปกซ

ไนลอน

ผาสักหลาด

ผาไหม

ผาฝาย

อําพัน

พีวีซี

เทฟลอน

ลําดับของการเกิดชนิดประจุจากการถูวัสดุคูหนึ่ง

วัสดุที่อยูตําแหนงเหนือกวาจะเปนบวก วัสดุที่

อยูต่ํากวาจะเปนลบ

17

:: กฎการอนุรักษประจุไฟฟา ::

คําถาม การที่อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอมหนึ่งแลวเคลื่อนที่สูอีกอะตอม

หนึ่ง ทําใหอะตอมทั้งสองมีประจเุปลี่ยนแปลงหรือไม อยางไร

การทําใหวัตถุมีประจุไฟฟาไมใชเปนการสรางประจุขึ้นใหม แตเปนเพียงการยาย

ประจุจากที่หนึ่งไปยงัอีกที่หนึ่งโดยที่ผลรวมของจาํนวนประจทุั้งหมดของระบบ

ยังคงเทาเดมิ “กฎการอนุรักษประจุไฟฟา”

คําถาม ผาสักหลาดที่ถูกับแผนพีวีซี กับผาสักหลาดที่ถูกับแผนเปอรสเปกซ จะมี

ประจุไฟฟาชนิดเดียวกันหรือตางชนิดกัน

18

คําถาม หากนําแทงอะลูมิเนียมหรือโลหะ มาถูดวยผาสักหลาด แลวนําไปเขา

ใกลกับแผนพีวีซีที่แขวนไวดวยเสนดาย ผลจะเปนอยางไร

ตัวนําไฟฟา (conductor) คือ วัตถุที่ยอมใหประจุไฟฟาเคลื่อนที่ไปไดโดยสะดวก

ฉนวนไฟฟา (Insulator) คือ วัตถุที่ไมยอมใหประจุไฟฟาเคลื่อนที่ไปโดยสะดวก

คําถาม ทําอยางไรจึงจะทําใหฉนวน สามารถนําไฟฟาได

19

:: การเหนี่ยวนําไฟฟา ::

คําถาม ถานําโฟมที่เปนทรงกลมเล็กๆ ฉาบดวยตวันํา แขวนทรงกลมนี้ดวย

เสนดายในแนวดิ่ง จากนั้นนําแผนพีวีซีที่ไมมีประจุมาใกล ผลเปนอยางไร

คําถาม ถานําโฟมที่เปนทรงกลมเล็กๆ ฉาบดวยตวันํา แขวนทรงกลมนี้ดวย

เสนดายในแนวดิ่ง จากนั้นนําแผนพีวีซีที่มีประจุมาใกล ผลจะเปนอยางไร

- - - - - -- +- +

เรียกอุปกรณนี้วา อิเล็กโทรสโคปลูกพิท

20

:: แรงระหวางประจุและกฎของคูลอมบ ::

เครื่องมือหาแรงระหวางประจขุองคูลอมบ

Charles Augustin de Coulomb

(1736-1806)

จากการทดลอง คูลอมบพบวา

221

rQQF α

221

rQkQF = “กฎของคูลอมบ”

เมื่อ k เปนคาคงที่ของคูลอมบ ≅ 9.0 x 109 N m2 C-2

212

1 QQr

F αα

ก. ประจุชนิดเดียวกัน ข. ประจุตางชนิดเดยีวกัน

r

Q1 Q2

12Fv

21Fv

r

Q1 Q2

12Fv

21Fv

(Movie, Simulation)

22

:: การประยุกตใชกฎของคูลอมบ ::

ตัวอยาง สมมติวาลูกพิทสองลูก แตละลูกมีประจุ 1.0 คูลอมบ เมื่อศูนยกลาง

ของลูกพิทอยูหางกนั 1.0 เมตร แรงระหวางประจุที่เกิดขึ้นจะมีขนาดเทาใด

วิธีทํา จากกฎของคูลอมบ

ดังนั้น

คําตอบ ขนาดของแรงระหวางประจุเทากับ 9.0 x 109 นิวตัน

221

rQkQF =

Nm

CCCNmF

9

2

229

100.9)0.1(

0.10.1100.9

×=

×××=

−

23

:: การประยุกตใชกฎของคูลอมบ ::

1. อะตอมของไฮโดรเจน ประกอบดวย โปรตอน (มีมวล 1.67x10-27 kg และประจุ

1.6x10-19 C) จํานวน 1 ตัว และอิเล็กตรอน (มีมวล 9.1x10-31 kg และมีประจุ

ขนาดเทากับโปรตอน) เมื่อระยะหางระหวางอเิล็กตรอนและโปรตอนเทากับ

5.3x10-11 m จงหา ก. แรงระหวางประจุ (8.2x10-8 N)

ข. แรงดึงดดูระหวางมวล (3.6x10-47 N)

2. จากรูป ที่ X, Y และ Z มีประจุ q1, q2, q3 มีคา 3.2, 1.6 และ -1.6 μC ตามลําดับ เมื่อระยะ XY เทากับ 4.8 m YZ เทากับ 1.6 m จงหาขนาดและทิศของแรงที่

กระทําตอประจุที่ตาํแหนง Y (9.2x10-3 N, ทํามุม 77.50 กับแนว XY)

+

-

+X

q1

q3

q2

Y

Z

1.6 m

4.8 m

24

3. จากรูป จงหาแรงลัพธที่กระทําบนประจุ 4 μC (0.46 N)

+

0.3 m

0.3 m

0.4 m

0.5 m

0.5 m

q1=2.0 μC

q2=2.0 μC

q3=4.0 μC

+

+ X

Y