แรง สนามไฟฟ้า
![แรง สนามไฟฟ้า](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต-Part-2.jpg)
เนื้อหา แรงและสนามไฟฟ้า
ในบทนี้จะพูดถึงเนื้อหาของ สนามไฟฟ้า ซึ่งเป็นหัวข้อที่สำคัญในการศึกษาเรื่องไฟฟ้าในปัจจุบัน เพราะการใช้สนามไฟฟ้าในปัจจุบันถูกใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่มากยิ่งขึ้นนอกจากเรื่อง สนามไฟฟ้า เรายังศึกษาแรงที่เกิดจากสนามไฟฟ้าซึ่งทำให้เรานำไปประยุกต์กับกฎของนิวตันได้ต่อไปอีก เพราะฉะนั้นตั้งใจทำความเข้าใจดีๆ
แรงทางไฟฟ้า
แรงทางไฟฟ้าเป็นปรากฎการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ซึ่งมีการประยุกต์ใช้ในทางวิศวกรรมต่างๆมากมาย ความรู้ที่นำมาเรียนในส่วนนี้เป็นแรงทางไฟฟ้าแบบพื้นฐานที่ทำให้สามารถเข้าใจธรรมชาติของแรงทางไฟฟ้าได้ ถ้าอยากเรียนรู้โดยละเอียดสามารถเรียนในสาขาที่เฉพาะทางกว่านี้ได้
แรงทางไฟฟ้า (ปริมาณเวกเตอร์ )
คือผลที่เกิดจากแรงระหว่างประจุสองปรจุ หน่วยเป็น N
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_01-280x300.png)
หมายเหตุ
- แรงทางไฟฟ้าคือแรงที่เกิดจากประจุ 2 ประจุ ถ้าเกิดมีประจุมากกว่า 2 ต้องคิดทีละคู่
- ทิศทางของแรงจะขึ้นอยู่กับชนิดของประจุว่าทำให้เกิดแรงดูด หรือแรงผลัก
ในกรณีที่ไม่ได้อยู่ในสภาพสุญญากาศ
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_02-300x137.png)
ตัวอย่างที่ 1 มีประจุไฟฟ้า ขนาด -1 x 10^-6 คูลอมบ์ และ +4 x 10^-6 อยู่ห่างเป็นระยะ 2 เมตร จงหาแรงกระทำที่กระทำต่อ ประจุ -1 x 10^-6 คูว่ามีขนาดเท่าไหร่และทิศทางใด
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_03-300x96.png)
จากโจทย์ ประจุทั้งสองมีชนิดของประจุต่างชนิดกันเพราะฉะนั้น จะเกิดแรงผลัก
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_04-300x78.png)
ประจุที่เราสนใจคือประจุ -1 x 10^-6 หาขนาดของแรง
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_05-300x171.png)
หาทิศทางของแรง เนื่องจากประจุเป็นประจุต่างชนิดกัน จะเกิดเป็นแรงผลัก เพราะฉะนั้นแรงที่ทำกับประจุ จะมีทิศไปทางซ้าย
สนามไฟฟ้า
สนามไฟฟ้า ( เป็นปริมาณเวกเตอร์ ) คือบริเวณที่ประจุไฟฟ้าส่งอำนาจไปถึง โดยในการคำนวณอาศัยแรงทางไฟฟ้าโดยเปรียบเสมือนให้จุดที่ต้องการทราบมีประจุไฟฟ้า เท่ากับ +1 C
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_06-281x300.png)
ตัวอย่างที่ 1 ตำแหน่งที่ห่างจากจุดประจุเป็นระยะ 3 เมตร มีขนาดของสนามไฟฟ้าเป็น 1×10^5 N/C จงหาขนาดของสนามไฟฟ้าที่ห่างจากประจุนี้ 1 เมตร
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_07-300x83.png)
จากโจทย์ เราต้องการหาค่าสนามไฟฟ้าที่ระยะห่าง 1 เมตร
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_08-300x134.png)
เราทราบค่า k และ R = 1 m แต่เราไม่ทราบค่า Q เพราะฉะนั้นต้องหาค่า Q ก่อน
หาค่า โจทย์กำหนด ขนาดของสนามไฟฟ้า ( E) ที่ระยะทาง 3 m มีค่าเท่ากับ 1 x 10^5 N/C เราจะสามารถหาค่า Q ได้
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_09-300x252.png)
เมื่อเราได้ตัวแปรครบแล้วจะสามารถหา E ที่ระยะทางห่าง 1 เมตรได้
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_10-300x173.png)
ตัวอย่างที่ 2 จุดประจุ -6×10^-6 คูลอมบ์ และ +10×10^-6 คูลอมบ์ วางอยู่ห่างกัน 4 เซนติเมตร ที่ตำแหน่ง A และ B ตามลำดับ สนามไฟฟ้าที่จุด C จะมีขนาดเท่าไหร่
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_11-768x287.png)
จากโจทย์ จะมีประจุทั้งหมด 2 ประจุ เพราะฉะนั้นจะเกิดแรงจากสนามไฟฟ้า จากประจุ 2 ประจุด้วยกัน เวลาคิดให้คิดแยกกัน
คิดสนามไฟฟ้าจากประจุ +10×10^-6 C
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_12-300x156.png)
คิดสนามไฟฟ้าจากประจุ -6×10^-6 C
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_13-300x171.png)
เมื่อเราได้ สนามไฟฟ้าจากประจุทั้ง 2 แล้ว เนื่องจากว่าสนามไฟฟ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์ เราไม่สามารถบวกกันได้เลยเพราะฉะนั้นเราต้องทำการรวมกันแบบเวกเตอร์ โดยใช้สูตร
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_14.png)
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_15-768x254.png)
ถ้าน้อง ๆ ไม่แม่นยำเรื่องการรวมเวกเตอร์ แนะนำให้ไปทบทวนการรวมแบบเวกเตอร์ก่อนนะครับ
เส้นสนามไฟฟ้า
เส้นสนามไฟฟ้า คือ แนวเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าอิสระในสนามไฟฟ้า
สมบัติของสนามไฟฟ้า
- พุ่งออกจากประจุบก และพุ่งเข้าหาประจุลบ
- เส้นสนามไฟฟ้าจะไม่ทับกันเด็ดขาด
- เส้นสนามไฟฟ้าจะพุ่งออกหรือเข้าในทิศตั้งฉากกับผิววัตถุเสมอ
- ภายในประจุ จะไม่มีสนามไฟฟ้า
ตัวอย่างเส้นสนามไฟฟ้าที่ควรทราบ
เส้นสนามไฟฟ้าของประจุอิสระเหมือนกัน
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_17-300x158.png)
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_16-300x159.png)
เส้นสนามไฟฟ้าของประจุอิสระต่างกัน
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_18-300x176.png)
เส้นสนามไฟฟ้าของแผ่นตัวนำ
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_19-300x225.png)
จุดสะเทินในสนามไฟฟ้า
เป็นจุดในสนามไฟฟ้าที่มีค่าความเข้มของสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ หรือพูดง่ายๆคือ จุดที่สนามไฟฟ้าหักล้างกันนหมดนั่นเอง
บริเวณที่เกิดจุดสะเทิน
ประจุชนิดเดียวกัน อยู่ระหว่างประจุทั้งสอง
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_21-300x149.png)
ประจุต่างชนิดกัน อยู่นอกระยะระหว่างประจุทั้งสอง
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_21-300x149.png)
ตัวอย่างที่ 1 จุดประจุ +4×10^-8 คูลอมบ์ และ+9×10^-8 คูลอมบ์ อยู่ห่างกัน 0.5 เมตร จงหาตำแหน่งตามแนวเส้ตรงระหว่างจุดทั้งสองที่มีสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_22-300x92.png)
จากนิยามของจุดสะเทิน คือจุดที่มีสนามไฟฟ้าเท่ากับ 0 หรือมีแรงทั้งสองหักล้างกันพอดี
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_23-300x90.png)
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_24-232x300.png)
เพราะฉะนั้นจุดสะเทินจะอยู่ห่างจากประจุ 9 x 10^-6 อยู่ 0.2 m
ตัวอย่างที่ 2 ทรงกลมตัวนำขนาดเล็ก A,B มีประจุ +4×10^-6 คูลอมบ์ และ -1×10^-6 คูลอมบ์ ตามลำดับ และอยู่ห่างกัน 1 เมตร ในอากาศจงหาตำแหน่งซึ่งมีค่าสนามไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์ อยู่ห่างจากตัวนำ A เท่าใด
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_25-300x82.png)
จากนิยามของจุดสะเทิน คือจุดที่มีสนามไฟฟ้าเท่ากับ 0 หรือมีแรงทั้งสองหักล้างกันพอดี
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_26-300x84.png)
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_27-244x300.png)
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงทางไฟฟ้าและสนามไฟฟ้า
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_281-300x120.png)
หมายเหตุ : ถ้าเราทราบสนามไฟฟ้า เราสามารถทราบแรงที่กระทำต่อประจุที่เราสนใจ ณ ตำแหน่งนั้นได้
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_28-300x218.png)
ตัวอย่าง เมื่อนำประจุ -2×10^-6 คูลอมบ์ เข้าไปวางไว้ ณ จุดจุดหนึ่ง ปรากฏว่ามีแรง นิวตัน มากระทำต่อประจุนี้ในทิศจากซ้ายไปขวา จงหาค่าสนามไฟฟ้าตรงจุดนั้น
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_29-300x225.png)
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/ไฟฟ้าสถิต2_30-300x144.png)
ได้ ขนาดของสนามไฟฟ้า ( E ) = 4 N/C ทิศทางตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า
![](https://tuenongfree.xyz/wp-content/uploads/2019/03/สูตรสนามไฟฟ้า-768x768.png)