บทที่ 15 ไฟฟ้าและแม่เหล็ก

บทที่ 15 ไฟฟ้าและแม่เหล็ก

1.สนามแม่เหล็ก

f = B A Sin q

เมื่อ   B  คือ  สนามแม่เหล็ก (T,เทสลา)

         A  คือ  พื้นที่ที่เส้นแรงแม่เหล็กผ่าน (m^2)

         q   คือ  มุมระหว่าง A กับ B

         f   คือ  ฟลักซ์แม่เหล็ก (Wb, เวเบอร์)

         

เส้นแรงแม่เหล็กมีทิศพุ่งออกจากเหนือไปใต้

ขั้วโลกเหนือ เป็นแม่เหล็กขั้วใต้

ขั้วโลกใต้ เป็นแม่เหล็กขั้วเหนือ

                      x          x          x           x          x          x

                      x          x          x           x          x          x

                      x          x          x           x          x          x

                      x          x          x           x          x          x

                      x          x          x           x          x          x

ถ้า B มีทิศพุ่งเข้า แทนด้วย x

                                                           .     .     .     .     .     .

                                                           .     .     .     .     .     .

                                                           .     .     .     .     .     .

                                                           .     .     .     .     .     .

                                                           .     .     .     .     .     .

ถ้า B มีทิศพุ่งออก แทนด้วย  .

>>>> เข้าดอก ออกจุด <<<<

2.แรงที่กระทำต่อ q ในสนาม B

F = q V B Sin q

เมื่อ  F  คือ  ขนาดของแรง (N)

        q  คือ  ประจุ (C)

        B  คือ  สนามแม่เหล็ก (T,เทสลา)

การหาทิศ

1. นิวทั้ง 4 (ชี้ นาง กลาง ก้อย) ชี้ตาม V

2. กำนิ้วทั้ง 4 ไปหา B

3. F จะชี้ตามนิ้วโป้ง

+ มือขวา          - มือซ้าย         x  คว่ำ        . หงาย

ถ้า q  วิ่งตั้งฉากกับ  B  ตะทำให้เคลื่อนที่เป็นวงกลม

        

3.แรงที่กระทำต่อลวดมีกระแสไฟฟ้า I

F = I L B Sin q

เมื่อ  F  คือ แรงกระทำต่อเส้นลวดนั้น (N)

        

        I   คือ กระแสที่ไหลผ่าน (I)

        L  คือ  ความยาวของเส้นลวด (m)

        q  คือ  มุมระหว่างทิศการไหลกระแสไฟฟ้ากับทิศของสนามแม่เหล็ก

4. มอเตอร์   

พลังงานไฟฟ้า >>> พลังงานกล

มี 2 ประเภท คือ  มอเตอร์กระแสตรง   ,  มอเตอร์กระแสสลับ

มอเตอร์กระแสตรง

เมื่อ  M  คือ  โมเมนต์ที่กระทำต่อลวด

        N  คือ  จำนวนรอบขดลวด

        I   คือ กระแสไฟฟ้า

        A  คือ  พื้นที่

        B  คือ  สนามแม่เหล็ก

แรงเคลื่อนไฟฟ้าดันกลับ เกิดจากการหมุนของมอเตอร์  ทิศตรงข้ามกับ E

I = E-e/R+r

5.ไดนาโม

พลังงานกล >>> กระแสไฟฟ้า

มี 2 ประเภท คือ  ไดนาโมกระแสตรง  ,  ไดนาโมกระแสสลับ

6.แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

7.หม้อแปลงไฟฟ้า

ไฟฟ้ากระแสสลับ

1.ปริมาณที่เกี่ยวข้อง

2.ความต้านทานของวงจร

3.ความสัมพันธ์ของ V กับ I

4.วงจรกระแสสลับ

5.กำลังไฟฟ้า

บทที่ 14 ไฟฟ้ากระแส

บทที่ 14 ไฟฟ้ากระแส

บทที่ 14 ไฟฟ้ากระแส

ไฟฟ้ากระแส คือ การไหลของอิเล็กตรอนภายใน ตัวนำไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งเช่น ไหลจาก แหล่งกำเนิดไฟฟ้าไปสู่แหล่ง ที่ต้องการใช้กระ แสไฟฟ้า ซึ่งก่อให้เกิด แสงสว่าง เมื่อกระแส ไฟฟ้าไหลผ่านลวด ความต้านทานสูงจะก่อให้ เกิดความร้อน เราใช้หลักการเกิดความร้อน เช่นนี้มาประดิษฐ์อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น เตาหุงต้ม เตารีดไฟฟ้า เป็นต้น

แบ่งเป็น 2 ชนิด
- ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C )
- ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. )

ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C )
          เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปทางเดียว ตลอดระยะเวลาที่วงจรไฟฟ้าปิดกล่าว คือ กระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วบวก ภายในแหล่งกำเนิด ผ่านจากขั้วบวกจะไหลผ่านตัวต้านหรือโหลดผ่านตัวนำไฟฟ้าแล้ว ย้อนกลับเข้าแหล่งกำเนิดที่ขั้วลบ วนเวียนเป็นทางเดียวเช่นนี้ตลอดเวลา การไหลของไฟฟ้ากระแสตรงเช่นนี้ แหล่งกำเนิดที่เรารู้จักกันดีคือ ถ่าน-ไฟฉาย ไดนาโม ดีซี เยนเนอเรเตอร์ เป็นต้น


            แบ่งออกเป็น 2 ประเภท
 - ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทสม่ำเสมอ (Steady D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง อันแท้จริง คือ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ที่ไหลอย่างสม่ำเสมอตลอดไปไฟฟ้ากระแสตรงประเภทนี้ได้มาจากแบตเตอรี่หรือ ถ่านไฟฉาย
- ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทไม่สม่ำเสมอ ( Pulsating D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นช่วงคลื่นไม่สม่ำเสมอ ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดนี้ได้มาจากเครื่องไดนาโมหรือ วงจรเรียงกระแส (เรคติไฟ )
  - คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสตรง
กระแสไฟฟ้าไหลไปทิศทางเดียวกันตลอด
มีค่าแรงดันหรือแรงเคลื่อนเป็นบวกอยู่เสมอ
สามารถเก็บประจุไว้ในเซลล์ หรือแบตเตอรี่ได้

ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสตรง

• ใช้ในการชุบโลหะต่างๆ
• ใช้ในการทดลองทางเคมี
• ใช้เชื่อมโลหะและตัดแผ่นเหล็ก
• ทำให้เหล็กมีอำนาจแม่เหล็ก
• ใช้ในการประจุกระแสไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่
• ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
• ใช้เป็นไฟฟ้าเดินทาง เช่น ไฟฉาย

ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. )

  เป็นไฟฟ้าที่มีการไหลกลับไป กลับมา ทั้งขนาดของกระแสและแรงดันไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คือ กระแสจะไหลไปทางหนึ่งก่อน ต่อมาก็จะไหลสวนกลับแล้ว ก็เริ่มไหลเหมือนครั้งแรก          ครั้งแรกกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นหนัก เริ่มต้นจากศูนย์ แล้วค่อยๆเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนถึงขีดสุด แล้วมันจะค่อยๆลดลงมาเป็นศูนย์อีกต่อจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นปะลดลงเรื่อยๆจนถึงขีด ต่ำสุด แล้วค่อยๆ เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงศูนย์ตามเดิมอีก เมื่อเป็นศูนย์แล้วกระแสไฟฟ้าจะไหลไปทางลูกศรเส้นหนักอีกเป็นดังนี้ เรื่อยๆไปการที่กระแสไฟฟ้าไหลไปตามลูกศร เส้นหนักด้านบนครั้งหนึ่งและไหลไปตามเส้นประด้านล่างอีกครั้งหนึ่ง เวียน กว่า 1 รอบ ( Cycle )

ความถี่
          หมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับที่เปลี่ยนแปลงใน 1 วินาที กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยใช้ไฟฟ้าที่มี ความถี่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งหมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้าสลับที่เปลี่ยนแปลง 50 รอบ ในเวลา 1 วินาที                                                                          คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสสลับ

• สามารถส่งไปในที่ไกลๆได้ดี กำลังไม่ตก
• สามารถแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงได้ตามต้องการโดยการใช้หม้อแปลง(Transformer)

ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสสลับ

• ใช้กับระบบแสงสว่างได้ดี
• ประหยัดค่าใช้จ่าย และผลิตได้ง่าย
• ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการกำลังมากๆ
• ใช้กับเครื่องเชื่อม
• ใช้กับเครื่องอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เกือบทุกชนิด

การนำไฟฟ้า
          ตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวกลางให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน การนำไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอนอิสระ ไอออนบวก ไอออนลบ

14.1 กระแสไฟฟ้า

เมื่อ    Q  คือ ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดตัวนำ ณ จุดหนึ่งๆ (C)

           t   คือ  เวลาที่ประจุไฟฟ้าไหลผ่านจุดนั้นๆ (s)

           I   คือ  กระแสไฟฟ้าที่เกิด (A)

Q = ne

เมื่อ    Q  คือ ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดตัวนำ ณ จุดหนึ่งๆ (C)
           n   คือ  จำนวนอนุภาคไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดตัวนำ ณ จุดนั้น
           e   คือ  ประจุไฟฟ้าของอนุภาคแต่ละตัว (C)        

I = Nev A

เมื่อ   N  คือ ความหนาแน่นอิเล็กตรอน
         e    = 1.6 * 10^-19 (C)
         v  คือ  ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอน (m/s) (ความเร็วอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในตัวนำ)
         A  คือ พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ (ตร.ม.)




ควรทราบเพิ่มเติม

 พื้นที่ใต้กราฟกระแสไฟฟ้า กับ เวลา มีขนาดเท่ากับ ปริมาณประจุไฟฟ้า  

14.2 ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์
14.2.1 กฎของโอห์มและความต้านทาน

กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดนิโครมแปรผันตรงกับความต่างศักย์ระหว่างปลายของลวดนิโครม”
จึงเขียนเป็นสมการความสัมพันธ์ ได้ดังนี้

เมื่อ   V  คือ ความต่างศักย์ (V)
          I   คือ  ปริมาณกระแสไฟฟ้า (A)
          R  คือ  ความต้านทาน (โอห์ม)

14.2.2 สภาพต้านทานไฟฟ้า และสภาพนำไฟฟ้า

  ความสัมพันธ์ของความต่างศักย์ไฟฟ้า (V)  และกระแสไฟฟ้า ()  เพื่อหาความต้านทานของลวดโลหะตามกฎของโอห์ม  จะได้ว่า ...         1.  ความต้านทาน (R) ของลวดโลหะแปรผันกับความยาว () ของลวดโลหะ  เมื่อภาคตัดขวาง (A)มีค่าคงตัว
         2.  ความต้านทาน (R) ของลวดโลหะจะแปรผกผันกับภาคตัดขวาง(A)ของลวดโลหะ  เมื่อความยาว() ของลวดคงที่
         เขียนความสัมพันธ์ได้ว่า …
                                               
                                               
         เมื่อ …
                  r         =         ค่าคงตัว เรียกว่า สภาพต้านทาน (resistivity)  มีหน่วยเป็น โอห์ม.เมตร (W.m)

             ค่าสภาพต้านทานเป็นค่าเฉพาะของสารหนึ่งๆ  ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิคงตัวหนึ่ง

จากสมการ ...
                                               

         พบว่า ... สภาพต้านทานของสารมีค่าเท่ากับความต้านทานของสารที่มีภาคตัดขวาง 1 m²  และมีความยาว 1 m

14.3 พลังงานไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้า

14.3.1 พลังงานไฟฟ้า

เมื่อ  W คือ พลังงานไฟฟ้า (J)
         Q คือ ประจุไฟฟ้า (C)
         V  คือ ความต่างศักย์ (V)

14.3.2 กำลังไฟฟ้า

เมื่อ   P  คือ กำลังไฟฟ้า (J/s,W)
          W คือ พลังงานไฟฟ้า (J)
          t   คือ เวลา (s)

การคำนวณหาจำนวนหน่วยไฟฟ้าที่ใช้ไปและเงินค่าไฟ

 Unit =  (P/1000) t

ค่าไฟฟ้า = (Unit) (ราคาต่อหน่วย)

เมื่อ  unit คือ จำนวนหน่วยไฟฟ้าที่ใช้ (kW.Hr)
        P  คือ กำลังไฟฟ้า (J/s,W)
        t   คือ  เวลา (ชั่วโมง)

14.4 การต่อตัวต้านทาน

14.4.1 การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม



Iรวม = I1 = I2

V1 ไม่เท่ากับ V2 ไม่เท่ากับ ...

Vรวม = V1+V2+...

Rรวม = R1+R2+...

14.4.2 การต่อตัวต้านทานแบบขนาน

I1 ไม่เท่ากับ I2 ไม่เท่ากับ ....

Iรวม = I1+I2+...

Vรวม = V1 = V2 =...

1/Rรวม = 1/R1 + 1/R2 + ...

14.5 แรงเคลื่อนไฟฟ้า และการต่อแบตเตอรี่

14.5.1 แรงเคลื่อนไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้า  เป็นพลังงานที่แหล่งกำเนิดนั้นจะสามารถให้ได้ต่อหน่วยประจุไฟฟ้า

E = I (R+r)

เมื่อ  E  คือ  แรงเคลื่อนไฟฟ้า (V)

         I    คือ  ปริมาณกระแสไฟฟ้า (A)

         R   คือ  ความต้านทานภายนอกเซลล์ไฟฟ้า (โอห์ม)

         r   คือ  ความต้านทานภายในเซลล์ไฟฟ้า (โอห์ม)

14.5.2 การต่อแบตเตอรี

ก. การต่อแบตเตอรีแบบอนุกรม





1.ต่อถูกทิศ (หันขั้วบวกของแบตเตอรี่ไปทางเดียวกัน)

Eรวม = E1 + E2

2.ถ้าต่อกลับทิศ (คือหันขั้วบวกของแบตเตอรี่ไปคนละทาง)

Eรวม = E1-E2


ความต้าน

rรวม = r1+ r2




ข.การต่อแบตเตอรีแบบขนาน





แบตเตอรี่แต่ละตัวมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเท่ากัน และหันขั้วบวกไปทางเดียวกัน

Eรวม = E แบตเตอรี่ตัวเดียว

1/rรวม = 1/r1 + 1/r2 + ...

14.6 เครื่องวัดไฟฟ้า

14.6.1 แอมมิเตอร์

14.6.2 โวลต์มิเตอร์

14.6.3 โอห์มมิเตอร์

บทที่13 ไฟฟ้าสถิต

บทที่13 ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges)
 เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ

   *** รูปแสดงฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ปรากฏการณ์จากประจุไฟฟ้าสถิต

ประจุไฟฟ้า  (Charge)

( Law of Conservation of Charge )

ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้น     ธรรมชาติของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆที่มีลักษณะและมีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)  ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวก กับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus)  ส่วนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส

***ภาพแสดงอะตอมมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน(ในสภาพปกติ) 

ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือจะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน  เป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ประจุ

ข้อสังเกต  - ถ้าวัตถุมีสภาพประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ  วัตถุนั้นเป็นกลาง จะไม่มีสภาพของไฟฟ้าสถิต
                   - ถ้าบนวัตถุมีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าประจุไฟฟ้าบวก เรียกวัตถุนั้นว่าวัตถุมีประจุลบ (การที่มีประจุลบมากกว่าเกิดจากวัตถุนี้ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามา)

                   - ถ้าบนวัตถุมีประจุไฟฟ้าบวกมากกว่าประจุไฟฟ้าลบ เรียกวัตถุนั้นว่าวัตถุมีประจุบวก (การที่มีประจุบวกมากกว่าเกิดจากวัตถุนี้สูญเสียอิเล็กตรอนไป)

การทำให้เกิดสภาพไฟฟ้าสถิตบนวัตถุ 

1. วิธีการขัดถูกันของวัตถุ  

***ภาพแสดงการนำวัสดุมาขัดถูกันทำให้วัตถุมีประจุ ตรวจสอบโดยการต่อเข้ากับหลอดไฟ

การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกัน  หรือเกิดแรงผลักกัน เมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกัน เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน  พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน  โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง,พลาสติก และแก้ว   สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้น โอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยาก  แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้

***รูปแสดงประจุลบจากผ้าขนสัตว์ติดบนแท่งอำพัน ทำให้แท่งอำพันมีประจุลบ และผ้าขนสัตว์มีประจุบวก

การขัดสีหรือการถู  วัตถุ 2 ชนิดที่มาขัดสี หรือถูกัน จะทำให้มีการถ่ายเทของประจุไฟฟ้า(อิเล็กตรอน)ระหว่างวัตถุทั้งสอง วัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปวัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเล็ก ตรอนมา จะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ   ในการขัดสีหรือถู จำนวนประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นชนิดตรงข้าม  เช่น วัตถุ A และ B เดิมเป็นกลางทางไฟฟ้า เมื่อนำมาถูกันปรากฏว่าหลังจากถูกัน วัตถุ A มีประจไฟฟ้า +1.6 x 10 ^-19 คูลอมบ์   แสดงว่าวัตถุ B ก็จะมีประจุไฟฟ้า -1.6 x 10^-19 คูลอมบ์  ตัวอย่างของการทำให้เกิดประจุบนวัตถุโดยการขัดถูกันของวัตถุ คือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต หรือเรียกว่า Van de graaff generator  หลักการขัดถูกันโดยใช้สายพาน ทำให้ทรงกลมมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  เมื่อคนไปแตะทรงกลมจะทำให้คนเกิดประจุบวก เมื่อเส้นผมต่างมีประจุเป็นบวกก็จะเกิดแรงผลักกันทางไฟฟ้าสถิต ทำให้เส้นผมชี้ขึ้น

>>>คลิกที่นี่เพื่อศึกษาหลักการทำงานของเครื่อง แวน เดอร์ กราฟ<<<

"สรุปว่าการเกิดประจุจากการขัดสีกัน  วัตถุแต่ละอันจะมีขนาดประจุไฟฟ้าเท่ากัน แต่เป็นประจุชนิดตรงกันข้าม"

13.1 แรงระหว่างประจุและกฎของคูลอมบ์

เมื่อ    F  คือ  ขนาดของแรงกระทำ (N)          K  คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์ มีค่า 9 x 10⁹ N-m²/c²          Q  คือ ขนาดประจุตัวที่1 และ2 ตามลำดับ (C)          r  คือ  ระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง (m)**** การคำนวณขนาดของแรงกระทำ ไม่ต้องนำเครื่องหมายของประจุมาคำนวณ****

13.2 สนามไฟฟ้ารอบจุดประจุ

           จุดประจุ หมายถึงประจุไฟฟ้าที่มีขนาดความกว้าง ความยาวน้อยมาก ( เช่นอิเล็กตรอน 1 ตัว ) และปกตินั้นประจุไฟฟ้าใดๆ จะมีแรงทางไฟฟ้าแผ่ออกมารอบๆ ตัวประจุขนาดหนึ่งเสมอ เราเรียกบริเวณรอบประจุซึ่งมีแรงทางไฟฟ้าแผ่ออกมานั้นว่า สนามไฟฟ้ า ( E )

          สนามไฟฟ้าเป็ นปริมาณเวกเตอร์ เพราะเป็น ปริมาณที่มีทิศทาง และทิศของสนามไฟฟ้า กําหนดว่า สําหรับตัวประจุบวก สนามไฟฟ้ ามีทิศออกตัวประจุ สําหรับตัวประจุลบ สนามไฟฟ้ ามีทิศเข้าตัวประจุ 

ดังแสดงในรูป เส้นของแรงทีÉเขียนแทนแรงทางไฟฟ้า ที่แผ่ออกมาเรียก เส้นแรงไฟฟ้า 

เมื่อ    E  คือ ความเข้มสนามไฟฟ้า (N/C)
          F  คือ  ขนาดของแรงกระทำ (N)
          K  คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์ มีค่า 9 x 10⁹ N-m²/c²
          Q  คือ ขนาดประจุต้นเหตุ (C)
          r  คือ  ระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง (m)

**** การคำนวณขนาดของแรงกระทำ ไม่ต้องนำเครื่องหมายของประจุมาคำนวณ**** 

จุดสะเทิน คือจุดที่มีค่าสนามไฟฟ้ าลัพธ์มีค่าเป็ นศูนย์ โดยทั่วไปแล้ว

 1. จุดสะเทินจะ เกิดขึ้นได้เพียงจุดเดียวเท่านั้น
 2. จุดสะเทินของประจุ 2 ตัว จะเกิด ในแนวเส้นตรงที่ลากผ่านประจุทั้งสอง หากประจุทั้งสองเป็นประจุชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะอยู่ระหว่างประจุทั้งสอง หากประจุทั้งสองเป็นประจุต่างชนิดกัน จุดสะเทินจะอยู่รอบนอกประจุทั้งสอง
 3. จุดสะเทินจะเกิดอยู่ใกล้ประจุที่มีขนาดเล็กกว่า



                                              

13.3 ศักย์ไฟฟ้ารอบจุดประจุ

       เมื่อเรานําประจุทดสอบ ( q ) มาวางใน สนามไฟฟ้าของประจุต้นเหตุ ( Q ) ประจุทดสอบนั้น
จะถูกแรงกระทําทําให้เกิดการเคลื่อนที่ และการที่ประจุทดสอบสามารถเคลื่อนที่ได้ แสดงว่า                 ประจุทดสอบนั้นมีพลังงานสะสมอยู่ภายในตัว พลังงานที่สะสมในประจุเช่นนี้ เรียกว่า
พลังงานศักย์ไฟฟ้า ( Ep ) และขนาดของพลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุ 1 คูลอมบ์
จะเรียกว่าศักย์ไฟฟ้ า ( V )
        ศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์ เพราะเป็นปริมาณที่ไม่มีทิศทาง เราสามารถคํานวณหาค่า
ของศักย์ไฟฟ้ารอบจุดประจุได้จาก






เมื่อ  V คือศักย์ไฟฟ้า ( โวลต์ )
        q คือประจุทดสอบ ( คูลอมบ์ )
        Ep คือพลังงานศักย์ไฟฟ้ าของประจุทดสอบ ( จูล )
        Q คือประจุต้นเหตุ ( คูลอมบ์ )
        R คือระยะห่างจากประจุต้นเหตุ ( เมตร )


ข้อควรทราบ
 1) การคํานวณหาศักย์ไฟฟ้าต้องแทนเครื่องหมาย บวก และลบ ของประจุด้วยเสมอ
 2) เมื่อทําการเลื่อนประจุทดสอบ ( q ) จากจุดที่หนึ่งไปสู่จุดที่สองซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน
เราสามารถคํานวณหางานที่ใช้เลื่อนประจุนั้นได้จาก

  W = q (V2-V1)

 เมื่อ  W    คืองานที่ใช้ในการเลื่อนประจุ ( จูล )
         q      คือประจุที่ถูกเลื่อน ( คูลอมบ์ )
         V1   คือศักย์ไฟฟ้าที่จุดเริ่มต้น (โวลต์ )
         V2   คือศักย์ไฟฟ้าที่จุดสุดท้าย ( โวลต์ )

13.4 สนามไฟฟ้า และศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากประจุบนตัวนำทรงกลม

กรณีที่1 คำนวณอยู่ภายนอก หรือผิววัตถุ ใช้สมการ


                                          

                                                  

เมื่อ    E  คือ ความเข้มสนามไฟฟ้า (N/C)
          K  คือ ค่าคงที่ของคูลอมบ์ มีค่า 9 x 10⁹ N-m²/c²
          Q  คือ ขนาดประจุต้นเหตุ (C)
          r  คือ  ระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง (m)
          V คือศักย์ไฟฟ้า ( โวลต์ )

กรณีที่2  จุดที่คำนวณอยู่ภายในวัตถุ


E ทุกจุดภายในตัวนำ = 0

V ทุกจุดภายในตัวนำ = V ที่ผิววัตถุนั้น

13.5 ความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์และสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ

                           

                                          

เมื่อ    E  คือ ความเข้มสนามไฟฟ้า (N/C)
          q   คือ ประจุทดสอบ (C)
          d  คือ  ระยะห่างระหว่างจุดที่คำนวณ (m)
          V คือศักย์ไฟฟ้า ( โวลต์ )

13.6 ตัวเก็บประจุและความจุ

เมื่อ   C  คือ ตัวเก็บประจุ (F)
          Q  คือ ปริมาณประจุ
          V  คือ ศักย์ไฟฟ้า



13.6.1 ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ แบบทรงกลม

เมื่อ  a คือ รัศมีทรงกลม (m)



ตัวเก็บประจุ แบบแผ่นโลหะคู่ขนาน











พลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมในตัวเก็บประจุแผ่นโลหะคู่ขนานหาได้จาก


                              


เมื่อ  U คือ พลังงานที่เก็บสะสม (J)
      





13.6.2 การต่อตัวเก็บประจุ




                                   






                                       

13.6.3 การถ่ายโอนประจุระหว่างทรงกลมตัวนำ

การถ่ายโอนประจุ เป็นไปภายใต้กฎ คือ

1. หลังแตะ ศักย์ไฟฟ้าของตัวเก็บประจุทุกตัวจะเท่ากัน
2. ประจุรวมก่อนแตะ = ประจุรวมหลังแตะ