แนวคิดทางไฟฟ้า
ประจุไฟฟ้า
ฟ้าผ่าเป็นตัวอย่างปรากฏการณ์ที่เกิดจากประจุไฟฟ้าประจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติของอนุภาคซึ่งเล็กกว่าอะตอม (Subatomic particle) ที่ชัดเจน ซึ่งแสดงให้เห็นและมีผลกระทบต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐาน (Fundamential Interaction) ในธรรมชาติ (แรงมูลฐานประกอบด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า, แรงโน้มถ่วง, แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน และแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม) ประจุไฟฟ้าเกิดจากอะตอมซึ่งมีปริมาณของอิเล็กตรอนและโปรตอน มันจะอนุรักษ์ประจุของมันเอาไว้ เพราะกลุ่มประจุจะอยู่ในระบบโดดเดี่ยว (Isolated system) ซึ่งจะทำให้ประจุยังคงอยู่ในระบบของมันตลอดเวลา ในระบบประจุสามารถถ่ายเทกันได้ระหว่างอะตอม ถ้าไม่เกิดจากการสัมผัสกันโดยตรงก็เกิดจากการนำประจุของโลหะอย่างเช่นเส้นลวด อาจกล่าวได้ว่าพฤติกรรมของประจุเหล่านี้เป็นไฟฟ้าสถิตก็ได้ โดยทั่วไปจะเกิดจากการขัดถูของวัตถุที่แตกต่างกันสองชนิด จะเกิดการถ่ายเทประจุจากวัตถุชนิดหนึ่งไปยังอีกชนิดหนึ่ง พฤติกรรมของประจุจะทำให้เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น แรงของมันเป็นที่รู้กันในอดีต แต่ในช่วงเวลานั้นยังไม่มีใครเข้าใจปรากฏการณ์ดังกล่าว ลูกบอลน้ำหนักเบาที่ถูกแขวนสามารถมีประจุไฟฟ้าได้จากการกระตุ้นโดยแท่งแก้วที่ขัดถูกับผ้ามาแล้ว ในทำนองเดียวกันลูกบอลที่มีประจุไฟฟ้าโดยการกระตุ้นจากแท่งแก้วเหมือนกันกับลูกบอลลูกแรก เมื่อมาเจอกันก็จะผลักกัน สามารถกล่าวได้ว่าวัตถุที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน อย่างไรก็ตามถ้าลูกบอลลูกหนึ่งถูกกระตุ้นโดยแท่งแก้ว ส่วนอีกลูกหนึ่งถูกกระตุ้นโดยแท่งอำพัน ลูกบอลสองลูกนั้นจะดึงดูดกัน นั่นคือวัตถุที่มีประจุต่างกันจะดูดกัน ปรากฏการณ์นี้ค้นพบโดยชาร์ลส์ ออกัสติน เดอ คูลอมป์ หลักการก็คือจะเกิดแรงที่ประจุด้วยตัวของมันเอง ดังนั้นประจุจึงมีแนวโน้มที่จะกระจายไปทั่วบริเวณและเป็นไปได้ที่จะกรัจาบไปทั่วผิวหน้าวัตถุ ส่วนสำคัญของเรื่องแรงแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ว่าจะดูดหรือผลักกัน จะเป็นไปตามกฎของคูลอมป์ซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงที่เกิดจากประจุและมีความเกี่ยวข้องกับกฎจัตุรัสตรงข้าม (Inverse-square Law) ระหว่างประจุที่เกิดแรงซึ่งกันและกัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้านี้แข็งแรงมาก เป็นรองแค่แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มเท่านั้น
กระแสไฟฟ้า
การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าเราเรียกว่า กระแสไฟฟ้า ความเข้มของมันเราวัดในหน่วยแอมแปร์ กระแสไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้แม้ประจุเพียงเล็กน้อย ซึ่งประจุที่ว่านั้นโดยทั่วไปจะหมายถึงอิเล็กตรอน แต่ประจุที่ที่เคลื่อนที่ร่วมกันนั้นเรียกว่ากระแส มีการกำหนดแบบแผนการทิศทางของกระแสให้ประจุบวกเคลื่อนที่ หรือมีการเคลื่อนที่ของประจุจากส่วนที่เป็นขั้วบวกไปยังส่วนที่เป็นขั้วลบในวงจรไฟฟ้าอย่างชัดเจน การกำหนดแบบแผนทิศทางของกระแสไฟฟ้าดังกล่าวเรียกว่า กระแสสมมติ การเคลื่อนที่ของประจุลบในวงจรไฟฟ้าเรียกว่า กระแสอิเล็กตรอน คือหนึ่งในรูปแบบที่นิยมในการกำหนดทิศทางของกระแส ดังนั้นจะเห็นได้ว่าทิศทางของกระแสสมมติ (ดูการเคลื่อนที่ของประจุบวก) จะเคลื่อนที่ตรงข้ามกับทิศทางของกระแสอิเล็กตรอน (ดูการเคลื่อนที่ของประจุลบ) อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่ที่การใช้งาน กระแสอิเล็กตรอนใช้ในการรวมประจุให้ไปในทิศทางเดียวกัน ส่วนกระแสสมมติก๋ใช้วิเคราะห์ได้ง่ายและกว้าง ในการเกิดกระแสไฟฟ้าจะผ่านวัสดุที่เรียกว่าตัวนำไฟฟ้า มีวัสดุธรรมชาติมากมายที่สามารถก่อให้เกิดประจุได้ ตัวอย่างของกระแสไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุตัวนำก็คือ อิเล็กตรอนที่ไหลอยู่ในตัวนำไฟฟ้า อาทิโลหะ หรือการอิเล็กโตรไลซิส(คือการที่ไอออนไหลอยู่ในของเหลว) โดยปกติแล้วมันจะไหลช้ามากๆ บางทีเฉลี่ยเป็นแค่ความเร็วลอยเลื่อนเท่านั้น คิดเป็นเพียงเศษของมิลลิเมตรต่อวินาทีเลยทีเดียว สนามไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนด้วยตัวของมันเอง ด้วยการแพร่ไปด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสง ทำให้สัญญาณอิเล็กตรอนสามารถส่งผ่านไปยังสายตัวนำอย่างรวดเร็ว
กระแสไฟฟ้ามีกรณีที่สังเกตเห็นได้ในหลายเหตุการณ์ ตามประวัติศาสตร์นั่นหมายความว่ามันเป็นที่รู้จักมานานแล้ว น้ำสามารถถูกแยกได้โดยกระแสจากโวตาอิก ไพล์ (แบตเตอรี่ของโวลต้า) ซึ่งค้นพบโดยวิลเลี่ยม นิโคลสันกับเซอร์ แอนโธนี คาร์ลิเซิลสองนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เมื่อคริสต์ศตวรรษที่ 1800 โดยกระบวนการอิเล็กโตรไลซิส ในเรื่องของไฟฟ้ากระแสยังมีการกล่าวถึงความต้านทาน ซึ่งเกิดจากความร้อน ผลกระทบนี้เจมส์ เพรสคอต จูลได้ทำการศึกษามันทางคณิตศาสตร์ในปี พ.ศ. 2383 เรื่องสำคัญที่มีความเกี่ยวข้องกับกระแสเรื่องหนึ่งนั้นถูกค้นพบโดยบังเอิญโดยฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตดในปีพ.ศ. 2363 เมื่อครั้งที่เขากำลังเตรียมการสอน เขาพบเห็นกระแสในเส้นลวดทำให้เกิดแม่เหล็กขึ้นล้อมรอบ เออร์สเตดจึงค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้า ซึ่งต่อมาเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า
ในทางวิศวกรรมหรือการใช้งานตามอาคารบ้านเรือน เรามักจะพบเจอกับกระแสไฟฟ้าอยู่บ่อยๆ ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) หรือไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)
สนามไฟฟ้า
สนามไฟฟ้า (electric field) คือปริมาณซึ่งใช้บรรยายการที่ประจุไฟฟ้าทำให้เกิดแรงกระทำกับอนุภาคมีประจุภายในบริเวณโดยรอบ หน่วยของสนามไฟฟ้าคือ นิวตันต่อคูลอมบ์ หรือโวลต์ต่อเมตร (มีค่าเท่ากัน) สนามไฟฟ้านั้นประกอบขึ้นจากโฟตอนและมีพลังงานไฟฟ้าเก็บอยู่ ซึ่งขนาดของความหนาแน่นของพลังงานขึ้นกับกำลังสองของความหนานแน่นของสนาม ในกรณีของไฟฟ้าสถิต สนามไฟฟ้าประกอบขึ้นจากการแลกเปลี่ยนโฟตอนเสมือนระหว่างอนุภาคมีประจุ ส่วนในกรณีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้น สนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับสนามแม่เหล็ก โดยมีการไหลของพลังงานจริง และประกอบขึ้นจากโฟตอนจริง
ศักย์ไฟฟ้า
ศักย์ไฟฟ้า หรือ เรียกว่าศักดาไฟฟ้า คือระดับของพลังงานศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ในสนามไฟฟ้า จากรูป ศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ B เพราะว่าพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าที่ B ศักย์ไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ ศักย์ไฟฟ้าบวก เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุบวก และศักย์ไฟฟ้าลบ เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุลบ ศักย์ไฟฟ้าจะมีค่ามากที่สุดที่ประจุต้นกำเนิดสนาม และมีค่าน้อยลง เมื่อห่างออกไป จนกระทั่งเป็นศูนย์ที่ ระยะอนันต์ (infinity) ในการวัดศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ วัดจากจำนวนพลังงานศักย์ไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนประจุทดสอบ +1 หน่วย ไปยังจุดนั้น ดังนั้น จึงให้นิยามของศักย์ไฟฟ้าได้ว่า ศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ในสนามไฟฟ้า คือ พลังงานนี้สิ้นเปลืองไปในการเคลื่อนประจุ ทดสอบ +1 หน่วยประจุจาก infinity มายังจุดนั้น หรือจากจุดนั้นไปยัง infinity ศักย์ไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโวลต์
แม่เหล็กไฟฟ้า
แม่เหล็กไฟฟ้า คือ แท่งแม่เหล็กที่เกิดจากอำนาจไฟฟ้า โดยการพันขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลรอบๆแกนแม่เหล็ก เมื่อกดคุณกดปุ่ม บันทึก ถือว่าคุณยอมรับเงื่อนไขการใช้งาน และคุณตกลงให้ข้อความที่คุณเผยแพร่นั้นอยู่ภายใต้สัญญาอนุญาต CC-BY-SA 3.0 และ GFDL โดยไม่สามารถแก้กลับคืน คุณยอมรับว่าการใส่ลิงก์กลับมายังหน้านี้เพียงพอสำหรับนำเนื้อหาของคุณไปใช้ในทุกกรณี โปรดทราบ เมื่อคุณกดบันทึก ผลการแก้ไขของคุณจะปรากฏแก่สาธารณะในทันที หากคุณต้องการทดลอง กรุณาใช้หน้าทดลองเขียนแทน โปรดเพิ่มเฉพาะเนื้อหารูปแบบสารานุกรม พร้อมแหล่งอ้างอิงซึ่งสามารถพิสูจน์ได้จากแหล่งข้อมูลอื่น และกรุณาเขียนอย่างเป็นกลาง ไม่มีอคติ โปรดอย่าคัดลอกและวางเนื้อหาจากแหล่งที่มีลิขสิทธิ์ มีเพียงข้อมูลจากแหล่งข้อมูลสาธารณสมบัติเท่านั้นที่สามารถคัดลอกได้โดยไม่ต้องขออนุญาต
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น