อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 1

ไฟฟาสถตไฟฟาสถต 2 2((ElectrostaticsElectrostatics))

ออ.. ดรดร.. นฤมลนฤมล สวรรณจนทรดสวรรณจนทรด

ภาควชาฟสกสภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตรคณะวทยาศาสตร

จฬาลงกรณมหาวทยาลยจฬาลงกรณมหาวทยาลย

2929 เมษายนเมษายน 25492549

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 2

เนอหา• พลงงานศกยไฟฟา (Electric Potential Energy)• ศกยไฟฟา (Electric Potential)• ความตางศกย (Potential Difference)• ตวเกบประจ (Capacitor) ความจไฟฟา (Capacitance)• พลงงานในตวเกบประจ (Energy Stored in Capacitor)• การเกดฟาผา (Lightening)

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 3

พลงงานศกยไฟฟา (Electric Potential Energy)

งานของแรงภายนอกในการเลอนประจ +q จากจด B มายงจด A มคา

+σ -σ

A B

∆s

E

o

Eεσ

=

สนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนานมคา

sqEsEqsFW AB ∆=∆⋅−=∆⋅−=→

และมคาเทากบพลงงานศกยทเปลยนไป sqEEPEP BA ∆=− .).(.).(

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 4

ศกยไฟฟา (Electric Potential)นยาม ศกยไฟฟาคอพลงงานศกยไฟฟาตอหนวยประจ

qEPV ..

=

ความตางศกยไฟฟาระหวางจด A และจด B จะมคา sEVV BA ∆=−

ศกยไฟฟาทจดใดๆ จะมคาเทากบงานในการเลอนประจ 1 คลอมบจากระยะอนนตมายงตาแหนงทสนใจ sEVA ∆=

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 5

ความตางศกย (Potential Difference)sEVV BA ∆=−จาก และ2

AA r

kqE =2

BB r

kqE =

สนามไฟฟาเฉลยระหวางจด A และจด B จะมคา

เฉลยแบบอนกรมเลขคณต

เฉลยแบบอนกรมเรขาคณตBABA rr

kqrkq

rkqE ≈⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= 22

ถาจด A และจด B อยใกลกน คาเฉลยทงสองจะมคาใกลเคยงกน

ดงนนBA

ABBA

BA rkq

rkqrr

rrkqVV −=−=− )(

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

+= 22

1122 BA

BA

rrkqEEE

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 6

ตวเกบประจ (Capacitor)แผนโลหะคขนานมประจ +σ และ -σ มพนท A วางอยหางกน d ความตาง

ศกยระหวางแผนมคา

dEdVoε

σ==

นยาม คาความจไฟฟามคาเทากบประจไฟฟาตอหนวยความตางศกย

dA

d

AVQC o

o

ε

εσσ

===

+σ -σ

dA A

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 7

ความจไฟฟา (Capacitance)ความจไฟฟามคาขนอยกบประจทสะสมไวและความตางศกย โดยขนกบพนท

และระยะหางระหวางแผนดวย

จประจไฟฟาใหแกแผนโลหะคขนาน

R

C

E

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 8

พลงงานในตวเกบประจเดมไมมประจอยเลย จะไมมพลงงานสะสมอย

เมอกระแสเรมไหล ประจจะเรมสะสมบนแผนโลหะคขนาน

เมอประจเตม จะไมมกระแสไหลผาน เนองจากความตางศกยครอมเทากบแรงเคลอนไฟฟาจากแหลงกาเนด

งานททาในการสะสมประจจนเตมจะมคา

CQCVQVW

22

21

21

21

===

dA A

+-

+Q -Q

+

+

--

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 9

ความหนาแนนพลงงานไฟฟา

นยาม ความหนาแนนพลงงานไฟฟา คอพลงงานไฟฟาตอหนวยปรมาตร

22

21

21 E

AdCVu oε==

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 10

การเกดฟาผา (Lightening)

สายลอฟา

โลกเปนตวนาขนาดใหญซงมประจลบ คาสนามไฟฟาสงสดทอากาศทนไดกอนทจะแตกตวเปนอออนและนาไฟฟามคาประมาณ 8000 โวลตตอเซนตเมตร ดงนนการเกดฟาผาจากทสง 1 กโลเมตร จะตองมความตางศกยอยางนอย 800,000,000 โวลต

เราสามารถหาคาความหนาแนนประจทผวโลกไดจากกฎของเกาส

∑ =∆⋅=o

inqAE

εφ

การทาใหเกดฟาผาสนามไฟฟาทาใหอากาศแตกตว

อบรมครฟสกส หลกสตรท 1 ป 2549 ไฟฟาสถต 2 อ. ดร. นฤมล สวรรณจนทรด หนาท 11

การหาความหนาแนนประจบนผวโลก

ตวอยาง ขณะเกดเมฆฝน บรเวณใตกอนเมฆจะมประจเปนลบ ซงจะเหนยวนาใหเกดประจบวกบนผวโลก ทาใหเกดสนามไฟฟาในทศขน ความหนาแนนประจบวกทเกดขนเมอสนามไฟฟามคา 8000 โวลตตอเซนตเมตรจะมคาเทาไร

กาหนดให 2

212

NmC 108542.8 −×=oε