74
สนามไฟฟา : กฎของคลอมบและกฎของเกาส อ.ดร. วรนทร ศรทะวงศ

สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

สนามไฟฟฟา กฎของคคลอมบบและกฎของเกาสบ

อดร วรรนทร ศรรทะวงศบ

หนนวยทรท 1 สนามไฟฟฟา

sect ประจจไฟฟฟา

sect กฎของคคลอมบบ

sect สนามไฟฟฟา

sect ฟลลกซบ

sect กฎของเกาสบ

3

เอกสารออางออง

Raymond A Serway and John W Jewett Physics for Scientists and Engineers 6thBrooks Cole 2003

ฟฟสรกสบ 2 Course Comprehensive Text สาขาวรชาฟฟสรกสบ สสานลกวรชาวรทยาศาสตรบ มหาวรทยาลลยเทคโนโลยรสจรนารร 2549

College Physics OpenStax College httpopenstaxcollegeorg 2013

Hugh D Young and Roger A Freedman University Physics with Modern Physics 13th Addison-Wesley 2011

4

เครดอตภาพ httpastarmathsandphysicscom

เขขาสคนบทเรรยน ธรรมชาตรของประจจไฟฟฟาคคออะไร ขนาดประจจขขขนกลบอะไร

วลตถจตนางๆในชรวรตประจสาวลนสนวนมากจะเปปนกลางทางไฟฟฟา เราสามารถทสาใหขวลตถจเหลนานลขนมรประจจบวกหรคอลบไดขอยนางไร

แรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟาแตกตนางกลนอยนางไร

เราจะศขกษากฎของคคลอมบบและกฎของเกาสบซขทงจะมรประโยชนบอยนางมากสสาหรลบการคสานวณสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจหรคอกลจนมประจจ

5

11 ประจจไฟฟฟา

ประจจไฟฟฟามร 2 ชนรด คคอ ประจจลบและประจจบวก

อนจภาคประจจบวก คคอ โปรตอน(p) มรประจจ +e

อนจภาคประจจลบ คคอ อรเลลกตรอน (e) มรประจจ -e

แรงทรทเกรดจากประจจตนางชนรดกลนจะดคดกลน

แรงทรทเกรดจากประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน

ประจจลบ หรคอ อรเลลกตรอนสามารถถนายเทจากวลตถจหนขทง

ไปยลงอรกวลตถจหนขททงไดขโดยการขลดสรแลกเปลรทยนประจจ

6

Benjamin Franklin (1706-1790) ไดขทดลองนสาแทนงแกขวและแทนงยางมาผนานการขลดดขวยผขาขนสลตวบ ในกรณรของแทนงแกขวประจจลบ(อรเลลกตรอน)จะถนายเทสคนผขาขนสลตวบ ในขณะทรทแทนงยางประจจลบจากผขาขนสลตวบจะถนายเทสคนแทนงยาง

เมคทอนสาแทนงแกขวและแทนงยางทรทผนานการขลดสรมาทดลองจะพบวนาแทนงแกขวและแทนงยางทรทมรประจจตนางกลนจะดคดกลน ในขณะทรทแทนงยางดขวยกลนมรประจจเหมคอนกลนจะผลลกกลนดลงภาพ

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 2: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

หนนวยทรท 1 สนามไฟฟฟา

sect ประจจไฟฟฟา

sect กฎของคคลอมบบ

sect สนามไฟฟฟา

sect ฟลลกซบ

sect กฎของเกาสบ

3

เอกสารออางออง

Raymond A Serway and John W Jewett Physics for Scientists and Engineers 6thBrooks Cole 2003

ฟฟสรกสบ 2 Course Comprehensive Text สาขาวรชาฟฟสรกสบ สสานลกวรชาวรทยาศาสตรบ มหาวรทยาลลยเทคโนโลยรสจรนารร 2549

College Physics OpenStax College httpopenstaxcollegeorg 2013

Hugh D Young and Roger A Freedman University Physics with Modern Physics 13th Addison-Wesley 2011

4

เครดอตภาพ httpastarmathsandphysicscom

เขขาสคนบทเรรยน ธรรมชาตรของประจจไฟฟฟาคคออะไร ขนาดประจจขขขนกลบอะไร

วลตถจตนางๆในชรวรตประจสาวลนสนวนมากจะเปปนกลางทางไฟฟฟา เราสามารถทสาใหขวลตถจเหลนานลขนมรประจจบวกหรคอลบไดขอยนางไร

แรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟาแตกตนางกลนอยนางไร

เราจะศขกษากฎของคคลอมบบและกฎของเกาสบซขทงจะมรประโยชนบอยนางมากสสาหรลบการคสานวณสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจหรคอกลจนมประจจ

5

11 ประจจไฟฟฟา

ประจจไฟฟฟามร 2 ชนรด คคอ ประจจลบและประจจบวก

อนจภาคประจจบวก คคอ โปรตอน(p) มรประจจ +e

อนจภาคประจจลบ คคอ อรเลลกตรอน (e) มรประจจ -e

แรงทรทเกรดจากประจจตนางชนรดกลนจะดคดกลน

แรงทรทเกรดจากประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน

ประจจลบ หรคอ อรเลลกตรอนสามารถถนายเทจากวลตถจหนขทง

ไปยลงอรกวลตถจหนขททงไดขโดยการขลดสรแลกเปลรทยนประจจ

6

Benjamin Franklin (1706-1790) ไดขทดลองนสาแทนงแกขวและแทนงยางมาผนานการขลดดขวยผขาขนสลตวบ ในกรณรของแทนงแกขวประจจลบ(อรเลลกตรอน)จะถนายเทสคนผขาขนสลตวบ ในขณะทรทแทนงยางประจจลบจากผขาขนสลตวบจะถนายเทสคนแทนงยาง

เมคทอนสาแทนงแกขวและแทนงยางทรทผนานการขลดสรมาทดลองจะพบวนาแทนงแกขวและแทนงยางทรทมรประจจตนางกลนจะดคดกลน ในขณะทรทแทนงยางดขวยกลนมรประจจเหมคอนกลนจะผลลกกลนดลงภาพ

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 3: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

3

เอกสารออางออง

Raymond A Serway and John W Jewett Physics for Scientists and Engineers 6thBrooks Cole 2003

ฟฟสรกสบ 2 Course Comprehensive Text สาขาวรชาฟฟสรกสบ สสานลกวรชาวรทยาศาสตรบ มหาวรทยาลลยเทคโนโลยรสจรนารร 2549

College Physics OpenStax College httpopenstaxcollegeorg 2013

Hugh D Young and Roger A Freedman University Physics with Modern Physics 13th Addison-Wesley 2011

4

เครดอตภาพ httpastarmathsandphysicscom

เขขาสคนบทเรรยน ธรรมชาตรของประจจไฟฟฟาคคออะไร ขนาดประจจขขขนกลบอะไร

วลตถจตนางๆในชรวรตประจสาวลนสนวนมากจะเปปนกลางทางไฟฟฟา เราสามารถทสาใหขวลตถจเหลนานลขนมรประจจบวกหรคอลบไดขอยนางไร

แรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟาแตกตนางกลนอยนางไร

เราจะศขกษากฎของคคลอมบบและกฎของเกาสบซขทงจะมรประโยชนบอยนางมากสสาหรลบการคสานวณสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจหรคอกลจนมประจจ

5

11 ประจจไฟฟฟา

ประจจไฟฟฟามร 2 ชนรด คคอ ประจจลบและประจจบวก

อนจภาคประจจบวก คคอ โปรตอน(p) มรประจจ +e

อนจภาคประจจลบ คคอ อรเลลกตรอน (e) มรประจจ -e

แรงทรทเกรดจากประจจตนางชนรดกลนจะดคดกลน

แรงทรทเกรดจากประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน

ประจจลบ หรคอ อรเลลกตรอนสามารถถนายเทจากวลตถจหนขทง

ไปยลงอรกวลตถจหนขททงไดขโดยการขลดสรแลกเปลรทยนประจจ

6

Benjamin Franklin (1706-1790) ไดขทดลองนสาแทนงแกขวและแทนงยางมาผนานการขลดดขวยผขาขนสลตวบ ในกรณรของแทนงแกขวประจจลบ(อรเลลกตรอน)จะถนายเทสคนผขาขนสลตวบ ในขณะทรทแทนงยางประจจลบจากผขาขนสลตวบจะถนายเทสคนแทนงยาง

เมคทอนสาแทนงแกขวและแทนงยางทรทผนานการขลดสรมาทดลองจะพบวนาแทนงแกขวและแทนงยางทรทมรประจจตนางกลนจะดคดกลน ในขณะทรทแทนงยางดขวยกลนมรประจจเหมคอนกลนจะผลลกกลนดลงภาพ

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 4: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

4

เครดอตภาพ httpastarmathsandphysicscom

เขขาสคนบทเรรยน ธรรมชาตรของประจจไฟฟฟาคคออะไร ขนาดประจจขขขนกลบอะไร

วลตถจตนางๆในชรวรตประจสาวลนสนวนมากจะเปปนกลางทางไฟฟฟา เราสามารถทสาใหขวลตถจเหลนานลขนมรประจจบวกหรคอลบไดขอยนางไร

แรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟาแตกตนางกลนอยนางไร

เราจะศขกษากฎของคคลอมบบและกฎของเกาสบซขทงจะมรประโยชนบอยนางมากสสาหรลบการคสานวณสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจหรคอกลจนมประจจ

5

11 ประจจไฟฟฟา

ประจจไฟฟฟามร 2 ชนรด คคอ ประจจลบและประจจบวก

อนจภาคประจจบวก คคอ โปรตอน(p) มรประจจ +e

อนจภาคประจจลบ คคอ อรเลลกตรอน (e) มรประจจ -e

แรงทรทเกรดจากประจจตนางชนรดกลนจะดคดกลน

แรงทรทเกรดจากประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน

ประจจลบ หรคอ อรเลลกตรอนสามารถถนายเทจากวลตถจหนขทง

ไปยลงอรกวลตถจหนขททงไดขโดยการขลดสรแลกเปลรทยนประจจ

6

Benjamin Franklin (1706-1790) ไดขทดลองนสาแทนงแกขวและแทนงยางมาผนานการขลดดขวยผขาขนสลตวบ ในกรณรของแทนงแกขวประจจลบ(อรเลลกตรอน)จะถนายเทสคนผขาขนสลตวบ ในขณะทรทแทนงยางประจจลบจากผขาขนสลตวบจะถนายเทสคนแทนงยาง

เมคทอนสาแทนงแกขวและแทนงยางทรทผนานการขลดสรมาทดลองจะพบวนาแทนงแกขวและแทนงยางทรทมรประจจตนางกลนจะดคดกลน ในขณะทรทแทนงยางดขวยกลนมรประจจเหมคอนกลนจะผลลกกลนดลงภาพ

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 5: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

5

11 ประจจไฟฟฟา

ประจจไฟฟฟามร 2 ชนรด คคอ ประจจลบและประจจบวก

อนจภาคประจจบวก คคอ โปรตอน(p) มรประจจ +e

อนจภาคประจจลบ คคอ อรเลลกตรอน (e) มรประจจ -e

แรงทรทเกรดจากประจจตนางชนรดกลนจะดคดกลน

แรงทรทเกรดจากประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน

ประจจลบ หรคอ อรเลลกตรอนสามารถถนายเทจากวลตถจหนขทง

ไปยลงอรกวลตถจหนขททงไดขโดยการขลดสรแลกเปลรทยนประจจ

6

Benjamin Franklin (1706-1790) ไดขทดลองนสาแทนงแกขวและแทนงยางมาผนานการขลดดขวยผขาขนสลตวบ ในกรณรของแทนงแกขวประจจลบ(อรเลลกตรอน)จะถนายเทสคนผขาขนสลตวบ ในขณะทรทแทนงยางประจจลบจากผขาขนสลตวบจะถนายเทสคนแทนงยาง

เมคทอนสาแทนงแกขวและแทนงยางทรทผนานการขลดสรมาทดลองจะพบวนาแทนงแกขวและแทนงยางทรทมรประจจตนางกลนจะดคดกลน ในขณะทรทแทนงยางดขวยกลนมรประจจเหมคอนกลนจะผลลกกลนดลงภาพ

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 6: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

6

Benjamin Franklin (1706-1790) ไดขทดลองนสาแทนงแกขวและแทนงยางมาผนานการขลดดขวยผขาขนสลตวบ ในกรณรของแทนงแกขวประจจลบ(อรเลลกตรอน)จะถนายเทสคนผขาขนสลตวบ ในขณะทรทแทนงยางประจจลบจากผขาขนสลตวบจะถนายเทสคนแทนงยาง

เมคทอนสาแทนงแกขวและแทนงยางทรทผนานการขลดสรมาทดลองจะพบวนาแทนงแกขวและแทนงยางทรทมรประจจตนางกลนจะดคดกลน ในขณะทรทแทนงยางดขวยกลนมรประจจเหมคอนกลนจะผลลกกลนดลงภาพ

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 7: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

7

คจณสมบลตรของประจจ

เครดอตภาพ httpsocraticorg

ววตถถทททเปปนกลางทางไฟฟฟาจะมรจสานวนอนจภาคประจจบวกเทนากลบจสานวนอนจภาคของประจจลบ เมคทอมรการขลดสรเกรดการถนายเทประจจ อนจภาคประจจลบซขทงกลคคอ อรเลลกตรอนซขทงเบากวนาจะถนายออกจากวลตถจนลขนไป หากอรเลลกตรอนหลจดออกไปเปปนจสานวน n (จสานวนเตลม) วลตถจนลขนกลจะมรประจจสจทธรเปปนบวกเทนากลบ +ne

ประจจมคลฐาน คคอ ประจจทรทมรขนาดเลลกทรทสจด e โดยทรท อรเลลกตรอนมรประจจ -eและโปรตรอนมรประจจ +e ขนาดของประจจเทนากลนแตนเครคทองหมายตนางกลน

e = 1602times10minus19Coulomb (C)

ขนาดของประจจไฟฟฟาใดๆ จะมรขนาดเปปนจสานวนเทนาของ e

q = ne n=123hellip หรคอ n=minus1minus2minus3hellip

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 8: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

8

การอนจรลกษบและควอนไทเซชลนของประจจ

การทรทประจจไฟฟฟาในธรรมชาตรจะเปปนจสานวนเทนาของ e เสมอ เราเรรยกวนาประจจไฟฟฟาเปปน ปรรมาณควอนไทซบ ซขทงหมายความวนาไมนใชนปรรมาณตนอเนคทองมรหนนวยยนอยทรทเลลกสจดคคอ e เปปนประจจมคลฐาน

เนคทองจากประจจทรทเราศขกษาในระดลบนรข เกรดจากการถนายเทของอนจภาคอรเลลกตรอนซขทงกระบวนการดลงกลนาว ไมนไดขสรขาง หรคอ สลาย อรเลลกตรอนดลงนลขนประจจจขงเปปนปรรมาณทรทอนจรลกษบโดยไมนสามารถสรขางขขขนใหมนไดขหรคอสคญหายไปไหน มรเพรยงการถนายเทไปมาระหวนางกลน

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 9: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

9

ตลวนสา ฉนวน และ สารกขทงตลวนสา

ฉนวน (insulator) คคอวลสดจทรรทมรอรเลลกตรอนทลขงหมดอยคนในอะตอม ไมนมรอรเลลกตรอนอรสระสสาหรลบการนสาไฟฟฟา ประจจทรทเกรดขขขนจะไมนสามารถเคลคทอนทรทไปยลงสนวนอคทนๆของวลสดจ เชนน แกขวและยาง

ตลวนสา (conductor) คคอวลสดจทรทประกอบดขวยอรเลลกตรอนอรสระจสานวนมาก ประจจสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางอรสระภายในเนคขอสารของวลสดจ

สารกขทงตลวนสา ( semiconductor) คคอวลสดจทรทมรคจณสมบลตรทางไฟฟฟาอยคนระหวนางตลวนสาและฉนวน

สสาหรลบสายไฟฟฟาตามบขานเรคอนทลทวไป เปลคอกทรทหจขมทองแดงจะเปปนฉนวนเพคทอกลนไฟรลทว และทองแดงขขางในเปปนตลวนสาทสาหนขาทรทสนงผนานกระแสไฟฟฟา

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 10: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

10

การทสาใหขเกรดประจจการถนายเทประจจระหวนางกขอนอสาพลนและผขา

การทสาใหขเกรดประจจโดยการนสา (มรการสลมผลสกลน)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 11: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

11

การทสาใหขเกรดประจจโดยการเหนรทยวนสา (induction)

วลตถจจะไมนมรการสลมผลสกลนกลบวลตถจทรทมาเหนรทยวนสา

วลตถจทรทถคกเหนรทยวนสา ถคอวนา เปปนกลางทางไฟฟฟาคคอมรประจจลบและบวกเทนากลน

เมคทอตนอ ground อรเลลกตรอนจะวรทงเขขาสคนทรงกลม (b) และเมคทอตลดสาย groundประจจสจทธรของทรงกลมจะเปปนลบ (cd)

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 12: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

12

การเรรยงตลวใหมน(rearrangement)ของประจจในฉนวน

การเหนรทยวนสาสามารถเกรดขขขนไดขในวลตถจทรทเปปนฉนวน โดยทรทประจจของโมเลกจลในเนคขอสารเรรยงตลวใหมนเมคทอมรวลตถจทรทมรประจจบวก(a) หรคอประจจลบ (b) มาเหนรทยวนสา

นลกศขกษาสามารถอธรบายภาพตนอไปนรขไดขหรคอไมน

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 13: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

13

กฎของคคลอมบบCharles Coulomb (1736-1806) อธรบายแรงระหวนางประจจไฟฟฟาดขวยการเสนอกฎดลงนรข

แรงทรทเกรดขขขนระหวนางประจจ จะมรทรศตามแนวเสขนตรงทรทเชคทอมระหวนางประจจนลขน และลดลงตามระยะหนางยกกสาลลงสองขนาดของแรงจะขขขนกลบปรรมาณประจจ โดยถขาเปปนประจจชนรดเดรยวกลนจะผลลกกลน ตนางชนรดกลนจะดคดกลน

F = ke

|q1||q2|

r2

โดยทรทคนาคงตลว ke = 89875times109 Nsdotm2C2

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 14: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

14

ตลวอยนาง คสาถามทดสอบความเขขาใจ ถขาวางประจจทดสอบทรทเปปนบวก ทรทตสาแหนนง X ตนางๆดลงภาพ ทรศทางของแรงไฟฟฟาทรทกระทสาตนอประจจทดสอบจะเปปนเชนนไร

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 15: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

15

กฎของคคลอมบบ

F = ke

|q1||q2|

r2

ในหนนวย SI คนาคงทรทของคคลอมบบสามารถใชขคนาโดยประมาณไดข k

e = 9 x 109 Nm2 C2

ระยะหนางระหวนางวลตถจมรหนนวยเปปนเมตร

ประจจมรหนนวยเปปนคคลอมบบ

ke =1

4 πϵ0

ϵ0=8854times10minus12 C2Nsdotm2

ϵ0 คคอ คนาสภาพยอมของสคญญากาศ[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 16: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

16

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCอยคนหนางกลนเปปนระยะ 1 เมตรแรงทรทประจจ B กระทสาตนอประจจ A มรขนาดเทนาใดและมรทรศใด

AB

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 17: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

17

ตลวอยนาง ประจจ A มรประจจ + 2μC และวลตถจ B มรประจจ + 6μCขขอใดถคกตของ

AB

FBAF AB

F AB = minus3 FBA

F AB = minus FBA

3 F AB = minus FBA

(a)

(b)

(c)

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 18: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

18

แรงรวมจากประจจมากกวนาหนขทงประจจแรงทางไฟฟฟารวม หาไดขจากผลรวมของแรงจากประจจตนางๆ มารวมกลนแบบเวกเตอรบ (เชนนเดรยวกลบการรวมแรงตามปกตร)

F = sum F i = F1+ F2+ F3+hellip

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 19: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

19

ตลวอยนาง ถขา q1 = q

3 = 50 μC และ q

2 = -20 μC จงหาแรงทรทกระทสา

ตนอประจจ q3 (a = 01 m)

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 20: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

20

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q ทรทจจด D

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 21: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

21

ตลวอยนาง จงหาแรงทางไฟฟฟาทรททสากลบประจจ +Q เมคทอนสาไปวางทรทจจด Cและจจด D

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 22: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

22

ตลวอยนาง จากรคป q1 = 150 μC และ q

2 = 6 μC อยคนหนางกลนเปปนระยะ

ทาง 20 m ใหข q3 อยคนทรทตสาแหนนง x ทรททสาใหขแรงลลพธบบนประจจเปปนศคนยบ

จงหาตสาแหนนง x วนาเปปนเทนาไร

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 23: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

23

สนามไฟฟฟาสนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

วรธรการมองนรขเสนอโดย Michael Faraday (1791-1867) ซขทงชนวยใหขเขาสามารถออกแบบการทดลองซขทงนสาไปสคนการคขนพบมากมาย

สนามไฟฟฟาเปปนวรธรการมองภาพลลกษณะของแรงทรทจะเกรดทรทตสาแหนนงตนางๆรอบๆวลตถจทรทมรประจจ เมคทอมรประจจบวกทดสอบ(test charge)หนขทงหนนวยเขขามาอยคนในบรรเวณนลขน

สนามไฟฟฟาจะมรทรศเดรยวกลบทอศของแรงทททกระททาตตอประจถทดสอบซขทงเปปนประจจบวก ดลงนลขนเสขนแรงไฟฟฟาของสนามไฟฟฟาจะมรทรศพจนงจาก ประจจบวกไปยลงประจจลบดลงภาพ

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 24: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

24

ถขานสาประจจทดสอบ q0 เขขามาใกลขกลบประจจตขนกสาเนรด(source

charge ) มรแรง กระทสาตนอประจจทดสอบเราสามารถนรยามสนามไฟฟฟา ไดขจาก

FE

E equivFq0

ดลงนลขนขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจ q อยคนหนางออกไปเปปนระยะr สามารถหาไดขจาก

E = k e

|q|

r2

หรคอถขาเรารคขขนาดของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจกสาเนรด เรากลสามารถหาแรงทรทกระทสาตนอประจจ q ไดขจาก

F = q E

[ NC ]

[ NC ]

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 25: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

25

[Serway and Jewett Physics for Scientists

and Engineers 6e]

[OpenStax College]

ขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาจะขขขนกลบระยะหนางของจจดนลขนกลบประจจกสาเนรด ขนาดของประจจและเครคทองหมายของประจจ

สนามไฟฟฟาจะชรขออกประจจบวก ชรขเขขาประจจลบถขาประจจมากกวนาสนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนาเชนน (c) สนามไฟฟฟาจะหนาแนนนกวนา (b)

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 26: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

26

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายเหมคอนกลน (ประจจผลลกกลน)

สนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจสองอลนทรทมรเครคทองหมายตนางกลน (ประจจดคดกลน)

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 27: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

27

ตลวอยนาง ประจจทดสอบ +3 μC วางทรทจจด P ซขทงมรสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจอคทนมรทรศไปทางขวาและมรขนาด ถขาเปลรทยนประจจทดสอบเปปน -3 μC สนามไฟฟฟาทรทจจด P จะเปปนอยนางไร

4times106 N C

a) มรขนาดเทนาเดรม แตนมรทรศตรงขขาม

b) มรขนาดเพรทมขขขน และมรทรศตรงขขาม

c) สนามไฟฟฟาเหมคอนเดรมทจกประการ

d) มรขนาดลดลง และมรทรศตรงขขาม

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 28: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

28

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร b มรประจจสจทธร q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอขนาดของสนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางของวงแหวนจะเปปนเทนาไร

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 29: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

29

ตลวอยนาง ถขาวางอรเลลกตรอนและโปรตรอนอรสระในสนามไฟฟฟาทรทเหมคอนกลนทจกประการ ขขอใดตนอไปนรขถคกตของ

a) อนจภาคทลขงสองจะมรขนาดของแรงกระทสาเทนากลนและมรอลตราเรนงเทนากลน

b) แรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะมรขนาดมากกวนาและมรทรศตรงขขามกลบ

แรงทรทกระทสากลบอรเลลกตรอน

c) ขนาดของแรงทรทกระทสากลบโปรตอนจะเทนากลนกลบขนาดของแรงทรท

กระทสาตนออรเลลกตรอน แตนมรทรศตรงกลนขขาม

d) อลตราเรนงของอรเลลกตรอนจะมากกวนาโปรตอน

e) อนจภาคทลขงสองมรอลตราเรนงเทนากลน

(ตอบไดข 2 ขขอ)

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 30: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

30

เวกเตอรบของสนามไฟฟฟา

สนามไฟฟฟาเปปนปรรมาณเวกเตอรบ สามารถคสานวณจากกฎของคคลอมบบไดขเชนนเดรยวกลบแรงไฟฟฟา

Fe = ke

q q0

r2 r E =Fe

q0

=ke

q

r2 r

ในกรณรทรทมรประจจตขนกสาเนรด qi มากกวนาหนขทงประจจ สนามไฟฟฟารวม

กลหาไดขจากการรวมเวกเตอรบของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากแตนละประจจ qi

E = k esumi

qi

r i2 r i

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 31: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

31

ขนาดและทรศทางของแรงไฟฟฟาและสนามไฟฟฟา

(a)

(b)

(c)

(d)

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 32: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

32

ตลวอยนาง อนจภาคประจจ + q จสานวน 6 ตลว ถคกตรขงใหขหนางกลนอยนางสมสทาเสมอบนโครงวงกลมรลศมร a ดลงภาพ ถขานสาประจจออกจากระบบหนขทงตลว สนามไฟฟฟาทรทจจดศคนยบกลางวงกลมจะมรขนาดเทนาใด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 33: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

33

ตลวอยนาง จงหาขนาดและทรศทางของสนามไฟฟฟาทรท O ทรทเกรดจากประจจ q

1 และ q

2 ทรทวางตลวดลงภาพ

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 34: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

34

สนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทอง

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

เราจะครดวนาวลตถจประกอบขขขนจากหนนวยเลลกๆ ซขทงแตนละหนนวยมรประจจ ซขทงเมคทออรนทรเกรตรวมทลขงกขอน เราจะไดขเปปนประจจรวม Q

Δqi

Q = sumi

Δqi

เราสามารถหาสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากหนนวยประจจ ไดขดลงนรข

Δ EΔq

Δ E = keΔqr2

r

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 35: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

35

[Serway and Jewett

Physics for Scientists and Engineers 6e]

สนามไฟฟฟารวมทรทจจด P สามารถหาไดขจากการรวมกลนของสนามไฟฟฟายนอย ทรทเกรดจากประจจยนอยรวมกลนทลขงกขอน คคอ

E = sumi

Δ E i = k e limΔq irarr0

sumi

Δqi

r i2 r i

Δ Ei Δqi

= keintdqr2

r

โดยทรทชรขนประจจยนอย dq จะขขขนกลบลลกษณะของความ-

หนาแนนนของการกระจายตลวแตนละแบบ

เชรงปรรมาตร

เชรงพคขนทรท

เชรงเสขน

dq = ρdV

dq = σ dA

dq = λ dl

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 36: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

36

ความหนาแนนนประจจถขาประจจกระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ ทจกๆจจดบนวลตถจจะมรความหนาแนนนของประจจเทนากลน

การหาสนามไฟฟฟาจากประจจทรทกระจายตลวตนอเนคทองเราสามารถเขรยนหนนวยของประจจเลลกๆขขขนจากความหนาแนนนของประจจแบบตนางๆดลงนรข

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 37: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

37

ตลวอยนาง จงหาความหนาแนนนของประจจทรทกระจายสมสทาเสมอกรณร ตนอไปนรข

a) ประจจ 10 C กระจายสมสทาเสมอในเสขนลวดยาว 2 เมตร

b) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอบนผรว ของทรงกลมรลศมร 1 μm

c) ประจจ 14 pC (pico = 10-12) กระจายสมสทาเสมอในกขอน ของทรงกลมรลศมร 1 mm

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 38: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

38

ตลวอยนาง ลวดยาว l มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ สนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากปลายลวดตามแนวเสขนลวดเปปนระยะ a มรขนาดและทรศทางอยนางไร

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 39: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

39

ตลวอยนาง วงแหวนรลศมร a มรประจจสจทธร Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ จงหาสนามไฟฟฟาทรทจจด P ซขทงหนางจากจจดศคนยบกลางตามแนวแกนกลางตลขงฉากกลบวงแหวนปปนระยะ x ดลงรคป

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 40: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

40

เสขนสนามไฟฟฟาเสขนสนามไฟฟฟาเปปนเสขนทรทใชขแสดงทรศทางของสนามไฟฟฟา

[Serway and Jewett Physics for Scientists and

Engineers 6e]

สนามไฟฟฟา จะมรทรศในแนวเสขนสลมผลสกลบเสขนสนามไฟฟฟาE

จสานวนเสขนสนามทรททะลจผนานพคขนทรททรทตลขงฉากกลบเสขนสนามจะขขขนกลบขนาดหรคอความเขขมของสนามไฟฟฟา

ในภาพพคขนทรทหนขาตลด A จะมรความเขขมของสนามไฟฟฟามากกวนาพคขนทรทหนขาตลด Bเพราะความหนาแนนนของเสขนสนามไฟฟฟามรมากกวนา

เสอนสนามไฟฟฟาไมตใชตเสอนทางการเคลลทอนทททของประจถ

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 41: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

41

ภาพของเสขนสนามไฟฟฟาจากการทดลองเทรยบกลบแผนภาพ

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 42: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

42

ตลวอยนาง จงเรรยงลสาดลบตสาแหนนงตามขนาดของสนามไฟฟฟา จากมากไปนขอย

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 43: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

43

การเคลคทอนทรทของประจจในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอระหวนางแผนนตลวนสาโลหะสองแผนนทรทมรประจจขนาดเทนากลนแตนมรเครคทองหมายตรงขขามสนามไฟฟฟาทรทอยคนระหวนางแผนนจะมรขนาดและทรศทางสมสทาเสมอยกเวอนบรอเวณใกลอๆ ขอบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

อนจภาคทรทมรมวล m และประจจ q จะมรการเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟาคงทรทดลงสมการ

Fe=q E=m a a =q Em

เมคทอไดขความเรนงคงทรท a เรากลสามารถใชขสคตรเหลนานรขไดข

v=u+at v2=u2+2as s=ut+12

a t2

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 44: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

44

[Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e]

เชนนเดรยวกลบกรณรวลตถจเคลคทอนทรทภายใตขความเรนงเนคทองจากแรงโนขมถนวงคงทรท gถขายรงอรเลลกตรอนเขขาไประหวนางแผนนตลวนสาทรทมรสนามไฟฟฟาคงทรท เสขนทางการเคลคทอนทรทของอรเลลกตรอนจะเปปนเสขนโคขงของกราฟพาราโบลา

อนจภาคทรทมรประจจลบ อยนางอรเลลกตรอนความเรนงจะสวนทางกลบทรศของสนาม

หลอดรลงสรแคโทดในทรวรรจนนเกนากลใชขสนามไฟฟฟาควบคจมลสาอรเลลกตรอนในเคลคทอนทรทตามแกนX และ Y เพคทอใหขไปตกตสาแหนนงทรทตของการบนจอ

[httpwwwschoolphysicscouk]

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 45: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

45

ตลวอยนาง อนจภาคอรเลลกตรอนเคลคทอนทรทผนานสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ ทรทเกรดจากแผนนโลหะขนานยาว l = 01 m ใหขอนจภาคมรความเรลว v = 3 x 106 ms และสนามไฟฟฟามรขนาด E = 200 NC

(ประจจของอรเลลกตรอนคคอ -16X10-19 C)

จงตอบคสาถามตนอไปนรข

a) ความเรนงของอนจภาคในสนามไฟฟฟาเปปนเทนาไร

b) จงหาเวลาทลขงหมดทรทอนจภาคเคลคทอนทรทในสนามไฟฟฟา

c) ใหขตสาแหนนงทรทอนจภาคเรรทมเขขาสนามไฟฟฟาเปปน y = 0 จงหาตสาแหนนงของอนจภาคตอนทรทออกจากสนามไฟฟฟา

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 46: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

46

การทดลองหยดนสขามลนของมรลลรแกนRobert A Millikan และ Harvey Fletcher ไดขทสาการทดลองหาคนาประจจมคลฐาน ไดขเมคทอ คศ 1909 โดยทรทการทดลองมรหลลกการดลงรคปe = 1602times10minus19

หากปรลบสนามไฟฟฟา E ใหขพอดรหยดนสขามลนลอยอยคนในอากาศเรากลสามารถหาประจจไดข จากการทดลองคนา n = 1 เรากลคนา e

E (nqe) = mg n qe =mgE

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 47: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

47

ตลวอยนาง ในการทดลองของมรลลรแกน ปลนอยหยดนสขามลนเขขาไประหวนางขลขวไฟฟฟาในระบบสจญญากาศทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอขนาด 592x104 NC มรทรศชรขลง ถขาหยดนสขามลนมรมวล 293x10-15 kg

สามารถลอยนรรทงอยคนไดข

1) หยดนสขามลนมรประจจเทนาไร

2) จสานวนอรเลลกตรอนบนหยดนสขามลนมรมากกวนาจสานวนโปรตอนเทนาใด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 48: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

48

ฟลลกซบไฟฟฟา (Electric Flux)ฟลลกซบไฟฟฟาแปรผลนตรงกลบเสขนสนามไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทสมมตรหนขทงๆ

ถขาสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ (E) ผนานพคขนทรทตลขงฉากสมมจตร (A) ฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทนรขจะเทนากลบ

ϕE = E Aถขาเสขนสนามไฟฟฟาทสามจม θ กลบเสขนตลขงฉากของพคขนผรวเราสามารถหาฟลลกซบไฟฟฟาไดขดลงนรข

Nm2C

ϕE = EsdotA = E A cosθ

เราถคอวนาทรศของพคขนทรท A มรทรศตลขงฉากกลบแผนนของพคขนผรวเปปนไปตามทรศเดรยวเวกเตอรบตลขงฉาก (normal vector)ของพคขนทรทผรวนลขน

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 49: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

49

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานพคขนทรทผรวรคปทรงกลมรลศมร 1 m

ซขทงมรประจจขนาด +100 μC อยคนทรทศคนยบกลาง

คสาถามเพรทมเตรม ถขาทรงกลมมรรลศมรเลลกลงเปปน 05 m แตนประจจทรทศคนยบกลางยลงเทนาเดรมฟลลกซบไฟฟฟาจะเปลรทยนแปลงอยนางไร

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 50: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

50

การหาฟลลกซบทรทผนานพคขนผรวทรทมรรคปรนางตนางๆโดยทลทวไปเราจะหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดรคปทรงใดๆ โดยการแบนงเปปนพคขนทรทเลลกๆแลขวอรนทรเกรตรวมกลนทลทวทลขงพคขนผรว

จากรคปฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานพคขนทรทผรว dA เลลกๆคคอ

d ϕE = Esdotd A

= EdA cosθ

การหาฟลลกซบทลขงหมดทรทผนานพคขนทรทผรวหาไดขจากการรวมสนวนยนอยทลขงหมดเขขาดขวยกลนโดยการอรนทรเกรต

ϕE = ∮ Esdotd A(เครคทองหมายนรขกลเหมคอนการอรนทรเกรตทลทวไป แตนครดหาคนารวมทลขงหมดของพคขน ทรทผรวปฟดทรทพรจารณา)

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 51: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

51

เครคทองหมายของฟลลกซบ

เครคทองหมายของฟลลกซบจะขขขนอยคนกลบทรศของสนามไฟฟฟาและทรศของพคขนทรท(ทรศของเวกเตอรบตลขงฉาก)

EA

จากรคปพคขนทรท A1A

2 และ A

3

มรฟลลกซบไฟฟฟาผนานดขวยเครคทองหมายทรทแตกตนางกลน

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 52: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

52

ตลวอยนาง จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรททะลจผนานลคกบาศกบซขทงยาวดขานละ lและวางอยคนในบรรเวณทรทมรสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอในทรศ +x

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 53: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

53

กฎของเกาสบ (Gausss Law)กฎนรขเสนอโดยนลกคณรตศาสตรบผคขยรทงใหญนทรทสจดทนานหนขทง คคอ Carl Friedrich Gauss (1777-1855) ผคขฝากผลงานคณรตศาสตรบสสาคลญไวขมากมาย

ในสนวนฟฟสรกสบทนานกลมรสนวนสสาคลญในการพลฒนาวรชาทลศนศาสตรบ(optics) ดาราศาสตรบ แมนเหลลกไฟฟฟา

ทนานไดขรนวมกลบเวบเบอรบ(Wilhelm Weber)ศขกษาเรคทองสนามแมนเหลลกโลกซขทงตนอมาทลขง Weber และ Gauss

กลเปปนชคทอหนนวยทรทใชขวลดสนามแมนเหลลกซขทงเราจะไดขเรรยนในบทตนอๆไป

เครดอตภาพ httpsenwikipediaorg

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 54: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

54

การใชขกฎของเกาสบใชขอธรบายถขงความสลมพลนธบระหวนางฟลลกซบทรทผนานผรวปฟดใดๆกลบประจจสจทธร q ทรทอยคนภายในผรวปฟดนลขน ดลงสมการ

ϕE = ∮ Esdotd A =qϵ0

เราใชขกฎของเกาสบชนวยคสานวณสนามไฟฟฟา E

เนคทองจากประจจสจทธร q โดยการคสานวณหาฟลลกซบยนอยทรทผนานพคขนทรท dA เลลกๆของผรวปฟดสมมจตร(Gaussian surface) ซขทงมรรคปรนางใดกลไดข

เทคนรคคคอ เราตของเลคอกผรวปฟดสมมจตรทรทชนวยใหขเราสามารถคสานวณหาสนามไฟฟฟาE ไดขงนายทรทสจด ซขทงโดยปกตรเราจะพรจารณาจากสมมาตรของปปญหา เชนน ถขาประจจทรทพรจารณาเปปนจจด เรากลเลคอกผรวปฟดเปปนทรงกลม

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 55: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

55

ตลวอยนางของการใชข Gaussian surfaceผรวปฟดรคปรนางตนางๆ S

1 S

2 และ S

3

สามารถลขอมประจจ q ไดขหมดเหมคอนกลน

ฟลลกซบของสนามไฟฟฟาทลขงหมดทรทผนานผรวปฟดทลขงสามแบบจะเทนากลน ขขขนกลบแคนขนาดของประจจ q ทรทผรวปฟดทลลขงสามลขอมไวขไมนขขขนกลบรคปทรงของผรวปฟด

สสาหรลบทจกผรวปฟดเมคทอเมคทอใชขกฎของเกาสบจะคสานวณฟลลกซบของสนามทรทผนานผรวทลขงหมดไดข

ϕE =qϵ0

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 56: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

56

ในกรณรทรทประจจทรทอยคนดขานนอกของผรวปฟดรคปรนางใดๆสนามไฟฟฟาทรทเขขาไปในผรวปฟดดขานหนขทงจะทะลจผนานออกไปอรกดขานหนขทงเสมอ

ซขทงทสาใหขฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทเกรดจากประจจทรทอยคนนอกผรวมรคนาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอเทลจจรรงนรขเราสามารถมองไดขจากกฎของเกาสบ นลทนคคอ ไมนมรประจจใดทรทถคกผรวปฟดนรขลขอมไวข (ประจจวางอยคนดขานนอก)

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 57: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

57

ตลวอยนาง จงเรรยบลสาดลบฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบตนอไปนรขจาก มากไปนขอย (บางรคปอาจตอบวนาเทนากลนไดข)

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 58: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

58

ตลวอยนาง พคขนทรทผรวปฟด S1S

2S

3 และ S4 ลขอมประจจไฟฟฟาไวขดลงรคป

จงหาฟลลกซบไฟฟฟาทรทผนานแตนละผรวปฟด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 59: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

59

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะหนาง r เนคทองจากจจดประจจ q

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 60: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

60

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

ผรวปฟดสมมจตร

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 61: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

61

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทตสาแหนนงใดๆเนคทองจากทรงกลมตลนรลศมรa ทรทมรประจจสจทธร Q กระจายอยนางสมสทาเสมอทลขงปรรมาตร(ใหขหาทลขงกรณร r gt a และ r lt a)

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 62: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

62

ขนาดสนามไฟฟฟา E ทรทหาไดขจะมรสมการทรทตนางกลนสสาหรลบภายในทรงกลมและภายนอกทรงกลม

โดยทรทบรรเวณภายนอกทรงกลมตลนจะเหมคอนประจจทลขงหมดไปรวมกลนทรทจจดศคนยบกลางของทรงกลม

E = k eQr2

สนวนภายในทรงกลมตลน กลจะเทนากลบประจจทรทถคกลขอมดขวยทรงกลมรลศมร r

E = k e

1

r2timesQ(4 3)π r3

(4 3)πa3

E = k eQa3

r

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 63: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

63

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาทรทระยะ r จากเสขนลวดทรทมรประจจบวกมรความยาวเปปนอนลนตบ และกสาหนดใหขความหนาแนนนประจจตนอความยาวเปปน λ

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 64: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

64

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากแผนนประจจบวกทรทมรความ กวขางยาวเปปนอนลนตบ โดยกสาหนดใหขประจจกระจายสมสทาเสมอ และมรความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรทเปปน σ

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 65: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

65

ตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบในตลวนสาอรเลลกตรอนอรสระสามารถเคลคทอนทรทไดขอยนางเสรร ถขาหลลงจากเวลาผนานไปชลทวขณะหนขทง อรเลลกตรอนเหลนานลขนจะจลดเรรยงตลวอยนางสมดจลภายใตขสนามไฟฟฟามรการเคลคทอนทรทลลพธบเปปนศคนยบ เราเรรยกวนา สมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

ภาพตลวอยนางของตลวนสาทรงกลมทรทสมดจลประจจสถรตยบในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

ในรคปแสดงใหขเปปนถขงสภาพมรขลขว(polarized)กลนาวคคอประจจบวกและประจจลบจะแยกกลนอยคนคนละฝปฝง

สลงเกตวนาสนามไฟฟฟาจะแรงขขขนบรรเวณใกลขๆผรวของตลวนสา แตนจะเปปนศคนยบภายในเนคขอของตลวนสา

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 66: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

66

การจลดเรรยงตลวของประจจทรทสมดจลสถรตจะทสาใหขสนามในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ

ขขอสลงเกตเกรทยวกลบตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สนามไฟฟฟาจะตลขงฉากกลบผรวของตลวนสา ซขทงเสขนแรงไฟฟฟาจะเรรทมตขน(สสาหรลบประจจบวก)

และสรขนสจด(สสาหรลบประจจลบ)ทรทผรวของตลวนสา

ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเสมอ และความหนาแนนนของประจจจะอยคนบรรเวณปลายแหลม

ในรคปแสดงถขงทรงกลมตลวนสาทรทมรประจจบวกเกรนมาไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟาจากภายนอก จะสลงเกตวนาในตลวนสาไมนมรสนามไฟฟฟา ประจจสนวนเกรนจะอยคนทรทผรวและเปปนจจดเรรทมตขนของสนามไฟฟฟาทรทแผนออกไปภายนอก

ขนาดของสนามไฟฟฟาทรทตลขงฉากกลบผรวคคอ (เมคทอ คคอความหนาแนนนของประจจตนอพคขนทรท ณ จจดนลขน)

σ ϵ0

σ

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 67: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

67

เหตจใดสนามไฟฟฟาภายในตลวนสาสมดจลประจจสถรตยบจขงเปปนศคนยบลองพรจารณาตลวนสาทรทวางในสนามไฟฟฟาดลงรคป

สมมจตรวนาสนามไฟฟฟาในตลวนสาไมนเปปนศคนยบ อรเลลกตรอน-

อรสระในตลวนสาจะรลบรคขสนามไฟฟฟาและเคลคทอนทรทดขวยความเรนง

เมคทอมรความเรนงแปลวนาอรเลลกตรอนเหลนานลขนไมนไดขอยคนในสภาวะสมดจลประจจสถรตยบ

ดลงนลขนเราจขงไมนสามารถมรสนามไฟฟฟาในตลวนสา

กนอนทรทจะมรสนามไฟฟฟาอรเลลกตรอนอรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวอยคนในสภาวะสมดจลประจจ-สถรตยบแบบหนขทง และเมคทอมรสนามไฟฟฟามากระทสา อรสระในตลวนสาจะเรรยงตลวใหมนจนกระทลทวเกรดสนามไฟฟฟา(จากการเรรยงตลว)หลกลขางกลบสนามไฟฟฟาจากภายนอกพอดร

อรเลลกตรอนจะใชขเวลาประมาณ 10-16 วรนาทรในการเรรยงตลวใหมน ซขทงอาจถคอวนาการเรรยงตลวใหมนสามารถเกรดไดขโดยทลนทร

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 68: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

68

สนามไฟฟฟาจากตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบการพรสคจนบวนาประจจไฟฟฟาอยคนไดขแคนบรรเวณผรวของตลวนสา เรรทมจากสรขางผรวปฟดเกาสบภายในเนคขอของตลวนสาดลงรคป โดยสามารถสรขางผรวปฟดเกาสบใหขเขขาใกลขผรวของตลวนสาเทนาไรกลไดข

จากทรทสนามไฟฟฟาในตลวนสาเปปนศคนยบเสมอ แสดงวนาผรวปฟดเกาสบทรทเราสรขางจะไมนมรประจจสจทธรอยคนภายในเนคทองจากไมนสามารถมรฟลลกซบสนามไฟฟฟาสจทธรไดข

นลทนคคอตลวนสาในสมดจลประจจสถรตยบประจจสจทธรจะอยคนทรทผรวของตลวนสาเทนานลขน

กฎของเกาสบบอกไดขเพรยงวนาประจจจะอยคนไดขแคนผรวของตลวนสาเทนานลขน แตนบอกลลกษณะการกระจายตลวของประจจทรทผรวของตลวนสาไมนไดข

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 69: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

69

รคป (b) แสดงกรณรทรทตลวนสามรประจจเกรนเปปนบวกไมนไดขอยคนในสนามไฟฟฟา

รคป (c) แสดงกรณรทรทตลวนสาทรทเปปนกลางวางอยคนในสนามไฟฟฟาสมสทาเสมอ

เครดอตภาพ OpenStax College httpcnxorgcontentcol11406latest

สลงเกตวนาในทลขงสองรคปประจจจะมรความหนาแนนนมากกวนาทรทบรรเวณทรทเปปนปลายแหลมซขทงจะทสาใหขสนามไฟฟฟาทรทบรรเวณปลายแหลมมากกวนาสนวนอคทนไปดขวย

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 70: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

70

จากภาพประจจบวกทรทกระจายตลวอยคนทรทผรวของตลวนสาทสาใหขเกรดสนามไฟฟฟาในแนวตลขงฉากกลบผรว

เครดอตภาพ Serway and Jewett Physics for Scientists and Engineers 6e

สนามไฟฟฟาในทรศขนานกลบผรวของตลวนสาไมนสามารถมรไดข เพราะถขามรประจจจะเคลคทอนทรท(ดขวยความเรนง)ทสาใหขไมนอยคนในสมดจลสถรต

นลทนคคอ ฟลลกซบสจทธรของสนามไฟฟฟาทรทผนานผรวปฟดเกาสบจะผนานแคนพคขนทรทตลขงฉาก A เทนานลขน และจากกฎของเกาสบ

ΦE = EA =σ Aϵ0

หาสนามไฟฟฟา E ไดข ดลงนรข

E =σ Aϵ0

1A

= σϵ0

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 71: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

71

ตลวอยนาง จงหาสนามไฟฟฟาเนคทองจากประจจ q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอ บนผรวของเปลคอกทรงกลม(กลวง)รลศมร R (พรจารณา rltR และ rgtR)

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 72: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

72

ตลวอยนาง ประจจ Q กระจายตลวอยนางสมสทาเสมอภายในทรงกระบอกความยาว L มรรลศมร R โดยทรท L gtgt R ใหขจจด P อยคนหนางจากแกนกลางเปปนระยะ r จงหาa) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r lt R

b) สนามไฟฟฟาทรทจจด P กรณร r gt R

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 73: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

73

ตลวอยนาง ใหขทรงกลมดขานในเปปนฉนวนมรประจจ Q กระจายสมสทาเสมอและเปลคอกของทรงกลมดขานนอกเปปนตลวนสาทรทมรประจจ -2Q

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 74: สนามไฟฟฟ้าscience.sut.ac.th/physics/Doc/3-58/105102/%cd.%c7...5 1.1 ประจจุไฟฟฟ้า ประจจุไฟฟฟ้ามรี 2 ชนริด

74

จบสไลดบ

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74