เชิดชัย พลกุล กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียนวาปีปทุม จังหวัดมหาสารคาม

1. ไฟฟ้าสถิต (static electricity) • เชิดชัย พลกุล กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียนวาปีปทุม จังหวัดมหาสารคาม

3. ฟ้าแลบฟ้าผ่า ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  ปรากฏการณ์ธรรมชาติของไฟฟ้า 1 นักเรียนคิดว่าปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดจากสาเหตุใด

4. 2 ไฟฟ้าสถิต เป็นปรากฏการณ์ อันเนื่องมาจากการมีอยู่ หรือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ธาลีส นักปราชญ์ชาวกรีก เป็นผู้ค้นพบเป็นคนแรก โดยนำแท่งอำพันมาถูกกับผ้าขนสัตว์ แล้วแท่งอำพันจะมีอำนาจไฟฟ้าสามารถดูดวัตถุเบาๆ ได้

5. 3 ไฟฟ้าสถิต

6. Charge ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  อำนาจไฟฟ้า 4 ตัวการที่ทำให้หวีและลูกโป่งดูดวัตถุได้คืออะไร

7. ชนิด มวล (kg) ประจุไฟฟ้า(C)โปรตอน 1.67x10-27 +1.6x10-19นิวตรอน 1.67x10-27กลางอิเล็กตรอน 9.1x10-31 -1.6x10-19 ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  สภาพทางไฟฟ้า 5 ปกติวัตถุเป็นกลางทางไฟฟ้า จะแสดงอำนาจไฟฟ้า เมื่อมีการเสีย หรือได้รับอิเล็กตรอน

8. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  ประจุไฟฟ้า (charge) 6 เป็นตัวการที่ทำให้วัตถุมีอำนาจไฟฟ้า ประจุไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ ประจุไฟฟ้าบวก (โปรตอน) และประจุไฟฟ้าลบ (อิเล็กตรอน) สมบัติของประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันจะผลักกัน ส่วนประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน

9. ปุ่มโลหะ ฉนวน ก้านโลหะ กล่องโลหะ แผ่นโลหะทองคำ ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  อิเล็กโตรสโคป 7 เป็นอุปกรณ์ตรวจสอบว่า 1. วัตถุมีประจุไฟฟ้าหรือไม่ 2. ชนิดของประจุไฟฟ้า 3. วัตถุเป็นตัวนำหรือฉนวน

10. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  กฏอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า 8 ประจุไฟฟ้าที่มีอยู่ในธรรมชาติ ไม่อาจทำให้เพิ่มขึ้นหรือลดลงได้ การทำให้วัตถุมีประจุอิสระชนิดบวก หรือลบ จึงเป็นการเคลื่อนย้าย ถ่ายเทประจุทั้งหมดของระบบที่ พิจารณา ผลรวมของจำนวนประจุ ทั้งหมดของระบบยังคงเท่าเดิม

11. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  ตัวนำไฟฟ้าและฉนวนไฟฟ้า 9 วัตถุที่ได้รับการถ่ายโอน อิเล็กตรอนแล้วอิเล็กตรอน ที่ถูกถ่ายโอนสามารกระจาย ไปได้ตลอดเนื้อวัตถุ วัตถุที่ได้รับการถ่ายโอน อิเล็กตรอนแล้วอิเล็กตรอน ยังคงอยู่บริเวณเดิม

12. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า 10 • 1. การขัดถู • นำวัตถุที่ต่างชนิด มาขัดถูกัน • 1. ขนสัตว์ 2. ขนแกะหรือผ้าสักหลาด 3. ไม้ • 4. เชลแล็ก 5. ยางสน 6. ครั่ง 7. แก้วผิวเกลี้ยง • 8. ผ้าฝ้ายหรือสำลี 9. กระดาษ 10. ผ้าแพรเลี่ยน • 11. แก้วผิวขรุขระ 12. ผิวหนัง 13. โลหะต่างๆ • 14. ยางอินเดีย 15. อำพัน 16. กำมะถัน • 17. อิโบไนต์ 18. ยาง Gutta – percha • 19. ผ้าแพร Amalgamated 20. เซลลูลอยด์

13. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า 11 • 1. การขัดสี • เมื่อนำวัตถุที่มีหมายเลขลำดับน้อยมาถูกับวัตถุที่มี หมายเลขลำดับมากกว่า • วัตถุที่มีหมายเลขลำดับน้อยกว่า จะปรากฏ • ประจุไฟฟ้าบวกอิสระ • ส่วนวัตถุที่มีหมายเลขลำดับมากกว่า จะปรากฏ • ประจุไฟฟ้าลบอิสระ การขัดสี จะเกิดประจุต่างชนิดกันที่วัตถุที่ขัดสีกัน

14. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า 12 • 2. การแตะ • วัตถุตัวนำที่มีประจุ(อิสระ) แตะวัตถุที่ • เป็นกลาง จะเกิดการถ่ายเทประจุ ก่อนแตะ หลังแตะ การแตะ จะเกิดประจุชนิดเดียวกับวัตถุที่ถ่ายเท

15. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics) ตัวอย่าง1 ตัวนำรูปทรงกลม A และ B มีรัศมีของทรงกลมเป็น r และ 2r ตามลำดับ ถ้าต้องนำ A มีประจุ Q และตัวนำ B มีประจุ -2Q เมื่อเอามาแตะกันแล้วแยกออก จงหาประจุของตัวนำ A1. -Q 2. -Q/2 3. -2Q/3 4. -Q/3 12.1 √ ตัวอย่าง2 ทรงกลมตัวนำสองลูก ลูกที่หนึ่งมีรัศมี 10 cm มีประจุไฟฟ้า Q ส่วนลูกที่สองมีรัศมี 5 cm มีประจุเป็นกลาง เมื่อนำทรงกลมทั้งสองมาแตะกันแล้วแยกออก อัตราส่วนของประจุลูกที่หนึ่งต่อประจุลูกที่สองจะเป็นเท่าใด1. 1 2. 2 3. 3 4. -Q/3 √

16. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า 13 B 3. การเหนี่ยวนำ A 1. นำวัตถุที่มีประจุ(A) เข้าใกล้ B 2. ต่อสายดิน 3. ปลดสายดิน 4. นำวัตถุ A ออกห่าง B 1 2 Earth 3 การเหนี่ยวนำ จะเกิดประจุที่ B ตรงข้าม A 4 B

17. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า 14 3. การเหนี่ยวนำ การเหนี่ยวนำ จะเกิดประจุชนิดตรงข้ามกับประจุที่นำมาเหนี่ยวนำ

18. แท่งยาง แท่งยาง แท่งแก้ว แท่งยาง ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  แรงระหว่างประจุ 15 แรงระหว่างประจุ จะเป็นได้ทั้งแรงดูดและแรงผลัก

19. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  แรงระหว่างประจุ 16 ประจุชนิดเดียวกัน ผลักกัน ประจุต่างชนิดกัน ดึงดูดกัน

20. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  แรงระหว่างประจุ 17 • กฎของคูลอมบ์ ตัวกลาง เป็นอากาศ หรือสุญญากาศ

21. 2. จากรูป จงหาแรงกระทำต่อประจุ +2x10-3 C +4x10-4 C 3 m -3x10-4 C +2x10-3 C 3 m ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะแรงระหว่างประจุ 18 1. จากรูป จงหาแรงกระทำต่อประจุ -3x10-9 C 3 cm 3 cm 3 cm +2x10-9 C -3x10-9 C +4x10-9 C -1x10-9 C

22. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะแรงระหว่างประจุ 19 3. ทรงกลมตัวนำ 2 อัน แต่ละอันมีรัศมี 1 cm ทรงกลมอันแรกมีประจุไฟฟ้า 3 x 10-5 C อันหลังมีประจุไฟฟ้า -1 x 10-5 C เมื่อให้ ทรงกลมทั้งสองแตะกัน แล้วแยกนำไปวาง ให้ผิวทรงกลมทั้งสองห่างกัน 8 cm ขนาดของแรงระหว่างทรงกลม ทั้งสองเป็นเท่าใด

23. + - 20  เส้นแรงไฟฟ้า (electric field lines) จุดประจุลบ จุดประจุบวก เป็นเส้นสมมติ ใช้บอกทิศของสนามไฟฟ้ามีทิศออกจากประจุบวก และเข้าหาประจุลบ

24. เส้นแรงไฟฟ้าระหว่าง ประจุชนิดเดียวกัน เส้นแรงไฟฟ้าระหว่าง ประจุต่างชนิดกัน ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics) 21  เส้นแรงไฟฟ้า (electric field lines)

25. F F +q +Q E -q +q -q ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  สนามไฟฟ้า (electric field) 22 เป็นบริเวณที่เมื่อนำประจุทดสอบไปวางแล้ว จะเกิดแรงกระทำต่อประจุทดสอบนั้น ทิศของสนามไฟฟ้า จะมีทิศเดียวกับแรงที่ กระทำต่อประจุทดสอบ ที่เป็นประจุบวก

26. F F สนามไฟฟ้า กรณีนี้ หาจาก ความสัมพันธ์ -q -Q E +q E = -q +q ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  สนามไฟฟ้า (electric field) 23 เป็นบริเวณที่เมื่อนำประจุทดสอบไปวางแล้ว จะเกิดแรงกระทำต่อประจุทดสอบนั้น

27. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 24 1. จากรูป จงหาขนาดและทิศของสนามไฟฟ้าที่ B -4x10-3 C A BF=20x103 N 2. วัตถุเล็ก ๆ อันหนึ่งมีประจุไฟฟ้า -5x10-9 C เกิดแรงกระทำ 20 x10-9 N ในทิศลงล่าง เมื่อวางไว้ที่จุด ๆ หนึ่ง ในสนามไฟฟ้า ถ้านำ อิเล็กตรอนไปไว้แทนที่วัตถุนี้จะเกิดแรงกระทำ ต่ออิเล็กตรอนเท่าใด

28. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 25 3. ทรงกลม A มีมวล 0.1732 g ผูกด้วยสายไหม ตรึงไว้ที่จุด O ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ 2 x 105 N/C ปรากฏว่าเส้นไหมทำมุม 30o กับแนวดิ่ง ดังรูป ขนาดและชนิดของประจุของทรงกลม A มีค่าเท่าใด E 30o A

29. F +Q E E = สนามไฟฟ้า กรณีนี้ หาจาก ความสัมพันธ์ ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  สนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ 26 เป็นการพิจารณาสนามไฟฟ้าที่ระยะห่าง จากประจุที่ส่งสนามไฟฟ้า q

30. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 27 1. จากรูป จงหาขนาดและทิศของสนามไฟฟ้าที่ O +5x10-6 C +2.5x10-6 C A O B 5 cm 20 cm 2. ประจุ +Q และประจุ +4Q วางห่างกันเป็น ระยะ 1 เมตร จงหาตำแหน่งของจุดสะเทิน

31. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 28 3. ทรงกลมตัวนำ 2 อัน มีเส้นผ่าศูนย์กลางอันละ 4 cm ทรงกลมอันแรกมีประจุไฟฟ้า +20 C อันหลังมีประจุไฟฟ้า -5 C วางให้ผิวทรงกลม ทั้งสองห่างกัน 16 cm ตำแหน่งที่สนามไฟฟ้า เป็นศูนย์อยู่ ณ ตำแหน่งใด

32. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 29 Q1 Q2 a 4. ประจุ Q1, Q2และ Q3 วางไว้ที่มุม 3 มุมของ สี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความยาวด้านละ a ดังรูป ถ้า ประจุ Q1= Q3 = +Q ประจุ Q2 จะต้องเป็นประจุ ชนิดใดและมีขนาดเท่าใด จึงจะทำให้สนาม ไฟฟ้าที่จุด P ซึ่งอยู่ที่มุมที่ว่างอยู่มีค่าเป็นศูนย์ a P Q3

33. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 30 C A 3 cm 5. จากรูป จุดประจุ -6x10-6 C และ +10x10-6 C วางอยู่ห่างกัน 4 cm ที่ตำแหน่ง A และ B ตามลำดับ สนามไฟฟ้าที่จุด C มีขนาดเท่าใด -6x10-6 C 4 cm +10x10-6 C B

34. + + + + + + + + + + + - - - - x C D E E V y - - - - - - - V E = สนามไฟฟ้า กรณีนี้ หาจาก ความสัมพันธ์ ฟิสิกส์พื้นฐาน (Basic Physics) 31  สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะขนาน A B d A d B

35. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 32 1. แผ่นโลหะขนานขนาดเท่ากัน วางห่างกัน 3 mm ถ้าต่อแผ่นโลหะขนานคู่นี้เข้ากับแบตเตอรี่ 9 V จงหาสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะขนานคู่นี้ 2. แผ่นโลหะขนานสองแผ่น วางห่างกันเป็นระยะ d มีประจุไฟฟ้า +Q และ -Q ตามลำดับ ถ้าอนุภาค มีมวล m ประจุไฟฟ้า -2q หลุดออกจากแผ่นลบ และวิ่งด้วยความเร่ง 3g ไปยังแผ่นบวก จงหา ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะขนาน

36. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 33 3. A B อนุภาคโปรตอนเคลื่อนที่ในบริเวณที่มีสนาม ไฟฟ้าสม่ำเสมอ 5x104 N/C จาก A ไป B ดังรูป ถ้าการเคลื่อนที่ในลักษณะนี้ ทำให้ อนุภาคโปรตอนดังกล่าว มีพลังงานจลน์ เปลี่ยนไป 2x10-15 J จงหาระยะทางจาก A ไป B E = 50 000 N/C

37. E = E = E = E = E = 0 ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  สนามไฟฟ้าเนื่องจากประจุบนตัวนำทรงกลม 34 ระยะทาง ระยะทาง

38. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะสนามไฟฟ้า 35 1. ตัวนำทรงกลมมีรัศมี 10 cm มีประจุกระจาย อย่างสม่ำเสมอบนผิวตัวนำ ถ้าทรงกลมมีประจุ 5.5x10-6 C จงหา 1. สนามไฟฟ้าที่ผิวตัวนำทรงกลม 2. สนามไฟฟ้าที่ระยะห่างจุดศูนย์กลาง ตัวนำทรงกลม 5 cm 3. สนามไฟฟ้าที่ระยะห่างจากผิวตัวนำ ทรงกลม 15 cm

39. m mg g - Q h r E FE โลก + q ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  พลังงานศักย์ไฟฟ้า 36 พลังงานศักย์โน้มถ่วง EP = mgh พลังงานศักย์ไฟฟ้า EP = qEr

40. VA VBA B ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  ศักย์ไฟฟ้า 37 หมายถึง พลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อ 1 หน่วยประจุหาจากความสัมพันธ์ ความต่างศักย์ไฟฟ้า เป็นผลต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุด

41. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะพลังงานศักย์ไฟฟ้า 38 1. ถ้านำประจุไฟฟ้าขนาด +2 C ไปวาง ณ จุด ที่มีศักย์ไฟฟ้า 0.9x107 V จงหาพลังงานศักย์ ไฟฟ้า ณ จุดนี้ 2. การเกิดฟ้าผ่าครั้งหนึ่ง ปรากฏว่ามีการถ่ายเท ประจุไฟฟ้าระหว่างก้อนเมฆและพื้นดิน 40 C ถ้าความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างก้อนเมฆและ พื้นดินมีค่า 8.0x106 V พลังงานศักย์ไฟฟ้า ที่เกิดขึ้นเนื่องจากฟ้าผ่าครั้งนี้มีค่าเท่าใด

42. FE A B q + สมการการเคลื่อนที่ของ ประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า qV = EK ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าใน E 39 E EA = EB VA > VB ประจุไฟฟ้าบวก จะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ สนามไฟฟ้า มีทิศชี้จากตำแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังตำแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ

43. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะการเคลื่อนที่ของประจุใน E 40 1. อิเล็กตรอนถูกเร่งผ่านความต่างศักย์ไฟฟ้า 100 V ความเร็วของอิเล็กตรอนเป็นเท่าใด 2. โปรตอนมวล 1.67x10-27 kg มีประจุไฟฟ้า 1.6x10-19 C เริ่มต้นเคลื่อนที่จากหยุดนิ่งจาก A ไป B ถ้าศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าที่ B เท่ากับ 100 V อัตราเร็วของโปรตอนขณะผ่านจุด B เป็นเท่าใด

44. A +Q V = ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ หาจากความสัมพันธ์ ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ 41 E

45. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะศักย์ไฟฟ้า 42 +6x10-9 C 1. จุด A,B,C และ D เป็นจุดเรียงกันบนแนวเส้นตรง เดียวกัน ดังรูป ถ้ามีประจุ +6x10-9 C วางไว้ที่ A จงหาศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุนี้ A B C D 20 cm 20 cm  2. วางประจุ 3x10-4 C ที่ตำแหน่ง X=-2 m,Y=0 m และประจุลบขนาดเท่ากันที่ตำแหน่ง X=0 m , Y=-3 m จงหาศักย์ไฟฟ้าที่จุด (0,0)

46. V = V = V = V = ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากประจุบนตัวนำทรงกลม 43 ระยะทาง ระยะทาง

47. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะศักย์ไฟฟ้า 44 1. ตัวนำทรงกลม มีรัศมี 60 cm มีประจุ 20 C จงหา 1. ศักย์ไฟฟ้าที่ผิวตัวนำทรงกลม 2. ศักย์ไฟฟ้าที่ระยะห่าง 10 cm จาก จุดศูนย์กลางของตัวนำทรงกลม 3. ศักย์ไฟฟ้าที่ระยะ 30 cm จากผิวตัวนำ ทรงกลม

48. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะศักย์ไฟฟ้า 45 E (N/C) 2. ตัวนำทรงกลมมีรัศมี 10 cm มีประจุกระจาย อย่างสม่ำเสมอบนผิวตัวนำ ถ้ากราฟแสดง ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดสนามไฟฟ้า (E)กับ ระยะจากจุดศูนย์กลางของทรงกลม (r) มีค่า ดังรูป ศักย์ไฟฟ้าที่ระยะ 5 cm มีค่าเท่าใด 5x106 0 10 r (cm)

49. A vA= vB= rA rB B + q Q + ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  งานในการย้ายประจุไฟฟ้า 46 งานในการย้ายประจุไฟฟ้าจะไม่ขึ้นกับเส้นทางในการย้ายประจุ

50. ไฟฟ้าสถิต (Electrostatics)  โจทย์ฝึกทักษะงานในการย้ายประจุ 47 1. จุด A อยู่ห่างจากจุดประจุ +8 nC เป็นระยะ 90 cm และจุด B อยู่ห่างจากประจุ +8 nC เป็นระยะ 160 cm จงหา 1. งานในการย้ายประจุ +4 C จากจุด B ไปยังจุด A 2. งานในการย้ายประจุ - 6 C จาก ระยะอนันต์มายังจุด A