สนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้า (Electric field)

การนำประจุไฟฟ้าไปวางไว้ ณ ตำแหน่งต่างๆ กันในบริเวณรอบๆ อีกประจุหนึ่ง จะพบว่ามีแรงไฟฟ้ากระทำต่อประจุที่นำไปวางเสมอ ในกรณีเช่นนี้เรากล่าวว่ามี สนามไฟฟ้า  เรียกประจุที่นำไปวางนั้นว่า ประจุทดสอบ ดังรูป

รูปที่  1  แรง  F  กระทำต่อประจุทดสอบ +q

         เมื่อ + q เป็นประจุทดสอบ ไปวาง ณ จุดใดๆ ในบริเวณรอบๆ ประจุ +Q  แรง F ที่กระทำต่อประจุทดสอบ +q จะมีค่าแปรผันตรงกับค่าของ +q ตามกฎของคูลอมบ์ นั่นคือ แรงกระทำกับประจุที่นำไปวางในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้ามีค่าแปรผันตรงกับค่าของประจุทดสอบ

ในทางกลับกัน ประจุทดสอบก็จะส่งแรงกระทำต่อประจุ เจ้าของสนามที่วางอยู่เดิมด้วยขนาดแรง F  นี้เช่นกัน ดังนั้น ถ้าขนาดประจุทดสอบมีค่ามาก แรงกระทำนี้ก็จะมีค่ามากด้วย ซึ่งอาจส่งผลให้การวางตัวของประจุที่ทำให้เกิดสนามเปลี่ยนไปจากเดิม นอกจากนี้ประจุทดสอบจะมีผลทำให้สนามในบริเวณรอบๆ ประจุเดิมมีค่าเปลี่ยนไปเพราะบริเวณรอบๆ ประจุทดสอบก็จะมีสนามไฟฟ้าอันเนื่องจากประจุทดสอบอยู่ด้วย

ด้วยเหตุผลข้างต้นนี้ประจุทดสอบจึงควรมีขนาดเล็กมากๆ เพื่อให้มีผลกระทบต่อสนามไฟฟ้าเดิมน้อยที่สุด

ดังนั้น  แรงที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยประจุบวกซึ่งวาง ณ ตำแหน่งใดๆ คือ สนามไฟฟ้า ณ ตำแหน่งนั้น และเขียนด้วยสัญลักษณ์  E

 

เราสามารถหาขนาดของสนามไฟฟ้าได้จากสมการ และแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบ +q คำนวนได้จาก

\mathbf{F} = q\mathbf{E}

จะเเห็นว่า  ขนาดของแรงจะแปรผันตรงกับขนาดของประจุทดสอบ   

ดังนั้น ณ ตำแหน่งหนึ่งที่มีสนามไฟฟ้าคงที่ แรงที่กระทำต่อประจุทดสอบที่มีขนาดต่างกันสามารถพิจารณาจาก

 

สนามไฟฟ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์ โดยกำหนดทิศของสนามไฟฟ้าให้อยู่ในทิศเดียวกับทิศของแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบบวก  ดังรูป ที่ 2

 

รูปที่ 2 แสดงทิศของสนามไฟฟ้าที่มีทิศเดียวกับแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบบก

และมีทิศตรงข้ามกับทิศของแรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าลบ ดังรูปที่ 3

รูปที่ 3  แสดงทิศของสนามไฟฟ้าซึ่งมีทิศตรงข้ามกับทิศของแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบที่เป็นลบ

สนามไฟฟ้า ณ ตำแหน่งใดๆ เนื่องจากจุดประจุ

เมื่อนำจุดประจุบวกหรือลบวางอยู่ในบริเวณว่างเปล่าใดๆ รอบๆ จุดประจุบวกหรือลบนี้จะมีสนามไฟฟ้าแผ่ออกไป ซึ่งสามารถหาขนาดและทิศทางของสนามไฟฟ้า ณ จุดต่างๆ รอบจุดประจุนี้ได้ โดยนำประจุทดสอบบวก วางไว้ ณ ตำแหน่งต่างๆ รอบจุดประจุ  จะได้ทิศทางของสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุดังรูปที่ 4

Electric Field Lines.svg

รูปที่ 4 แสดงทิศของสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุบวก ลบ และอนุภาคที่ไม่มีประจุตามลำดับ

 (อ้างอิงจาก http://en.wikibooks.org/wiki/Electrodynamics/Electric_Field)

จากรูปที่ 4  จะเห็นว่า สนามไฟฟ้าจะมีทิศพุ่งออกจากประจุบวก และมีทิศพุ่งเข้าหาประจุลบ 

การหาขนาดของสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ

กำหนดให้มีจุดประจุ +Q  อยู่ที่ตำแหน่งหนึ่ง ถ้าวางประจุทดสอบ +q ไว้ห่างจาก +Q เป็นระยะ r แล้วเกิดแรงซึ่งมีขนาด F กระทำต่อประจุ + q ดังรูป

อ้างอิงจาก http://www.vcharkarn.com/lesson/1344

สามารถคำนวณสนามไฟฟ้าได้จากสมการ

   E =  F/q

\displaystyle E = \frac{{\frac{{KQq}}{{r^2 }}}}{q}

\displaystyle E = \frac{{KQ}}{{r^2 }}

เส้นแรงไฟฟ้า (Lines of Force) หมายถึงเส้นสมมุติที่ใช้แสดงทิศทางของสนามไฟฟ้า ซึ่งมีคุณสมบัติ ดังนี้

  1. เส้นแรงไฟฟ้า จะพุ่งออกจากประจุบวก เข้าประจุลบ

  2. เส้นแรงไฟฟ้า จะมีทิศตั้งฉากกับผิวของวัตถุเสมอ

  3. เส้นแรงไฟฟ้า จะไม่ผ่านผิวของตัวนำ แต่จะไปสิ้นสุดลงตรงผิวของตัวนำ จึงทำให้ ความเข้มของ สนามไฟฟ้ารวมภายในทรงกลมตัวนำมีค่าเป็นศูนย์

  4. เส้นแรงไฟฟ้า ผ่านวัตถุที่เป็นฉนวนได้

  5. เส้นแรงไฟฟ้าย่อมไม่ตัดกัน

 จุดสะเทิน

จุดสะเทิน คือ จุดที่สนามไฟฟ้าลัพธ์เป็นศูนย์

  • ประจุชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะเกิดในแนวต่อระหว่างประจุทั้งสองใกล้ประจุที่มีค่าน้อย
  • ประจุต่างชนิดกัน จุดสะเทินจะเกิดนอกแนวต่อระหว่างประจุทั้งสองใกล้ประจุที่มีค่าน้อย

 

 

 

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s