ประจุไฟฟ้าและแรงไฟฟ้า
| English | ไทย |
|---|---|
| electric force/ɪˈlektrɪk fɔːs/ | แรงไฟฟ้า |
| electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ | ประจุไฟฟ้า |
| coulombs/ˈkuːlɒmz/ | คูลอม |
| quantised/ˈkwɒntaɪzd/ | ควอนไทซ์ (quantised) |
| Coulomb's law/ˈkuːlɒmz lɔː/ | กฎของคูลอม |
| inverse-square law/ɪnˈvɜːs skweə lɔː/ | กฎกำลังสองผกผัน |
| superposition/ˌsuːpəpəˈzɪʃn/ | การ叠加 (email: superposition) |
ทำไมลูกโป่งที่ถูแล้วจึงติดผนัง?
- ถูกลูกโป่งกับเส้นผมของคุณ แล้วมันจะยึดติดกับผนัง — เป็นแรงดึงที่มองไม่เห็น
- แรงดึงนี้คือ แรงไฟฟ้า, หนึ่งในสี่แรงพื้นฐาน
- มันกระทำระหว่างวัตถุใดๆ ที่มี ประจุไฟฟ้า
- หน่วยเรียนทั้งหมดนี้ตั้งอยู่บนกฎง่ายๆ สำหรับแรงนี้หนึ่งข้อ
ประจุสองชนิด
- ประจุไฟฟ้ามีสองชนิด: บวก และ ลบ
- ประจุเหมือนกันจะผลักกัน; ประจุต่างชนิดจะดึงดูดกัน
- ประจุวัดในหน่วย คูลอมบ์ (C); ประจุอิสระที่มีค่าน้อยที่สุดคือของอิเล็กตรอน ซึ่งเท่ากับ $e = 1.6\times10^{-19}$ C
- ประจุเป็น ปริมาณที่ต่อเนื่อง (จำนวนเต็มของ $e$) และ อนุรักษ์ — ไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้
นำประจุลบสองตัวเข้าใกล้กัน พวกมันจะ:
ประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน — ประจุลบสองประจุจะผลักกันออก
ประจุไฟฟ้าวัดได้ด้วยหน่วยที่เรียกว่า ____
ประจุวัดด้วยคูลอมบ์ (C)
กฎของคูลอมบ์
- แรงระหว่างประจุจุดสองจุดเป็นไปตาม กฎของคูลอมบ์
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$, dengan $k = 8.99\times10^9\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$.
- ทิศทางของแรงชี้ตามเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างประจุทั้งสอง
- ประจุที่ใหญ่กว่าให้แรงที่มากขึ้น; ระยะห่างที่มากขึ้นให้แรงที่อ่อนลง
ประจุ $+3\ \mu\text{C}$ สองตัวอยู่ห่างกัน $2\ \text{m}$ หาแรง (ในหน่วย N) โดยใช้ $k = 9\times10^9$
$F = \dfrac{(9\times10^9)(3\times10^{-6})^2}{2^2} = \dfrac{9\times10^9 \cdot 9\times10^{-12}}{4} \approx 0.02\ \text{N}$.
คุณเพิ่มขนาด หนึ่ง ในสองประจุเป็นสองเท่า แรงระหว่าง нихจะ:
$F \propto q_1 q_2$, ดังนั้นการเพิ่มประจุหนึ่งตัวเป็นสองเท่าจะทำให้แรงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
กฎกำลังสองผกผัน
- ตัว $r^2$ ด้านล่างทำให้สิ่งนี้เป็น กฎกำลังสองผกผัน.
- หากเพิ่มระยะเป็นสองเท่า แรงจะลดลงเหลือ หนึ่งส่วนสี่.
- หากเพิ่มระยะเป็นสามเท่า แรงจะลดลงเหลือ หนึ่งส่วนเก้า.
- รูปแบบ $1/r^2$ เดียวกันนี้จะปรากฏอีกครั้งในทฤษฎีความโน้มถ่วง.
กฎของคูลอม
แรงระหว่างประจุสองตัวลดลงตามกำลังสองของระยะห่างระหว่างกัน (เป็นกฎกำลังสองผกผัน)
หากคุณเพิ่มระยะห่างระหว่างประจุสองตัวเป็นสามเท่า แรงจะลดลงเหลือหนึ่งในเก้า
แปรผันตาม $1/r^2$ ดังนั้น การเพิ่มระยะ $\times 3$ เท่า จะทำให้แรงเปลี่ยนเป็น $\div 9$ เท่า
ประจุหลายชนิดรวมกันแบบเวกเตอร์
- เมื่อมีประจุหลายชนิด ให้หาแรงจากแต่ละประจุต่ออีกประจุหนึ่งแยกต่างหาก.
- จากนั้นนำแรงเหล่านั้นมาบวกกันด้วยวิธี เวกเตอร์ — ตามหลักการ การซ้อนทับ (superposition).
- $\vec F_{\text{net}} = \sum \vec F_i$, นำมาต่อกันปลายหัว.
- สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถหาแรงจากชุดประจุใด ๆ ได้.
เลือก ทุก ข้อที่ถูกต้องเกี่ยวกับแรงไฟฟ้า
กฎของคูลอมบ์เป็นกำลังสองผกผัน ตามเส้นเชื่อม และรวมกันได้ ดึงดูดหรือผลักได้
ประจุ $+2\ \mu\text{C}$ สองชนิดวางอยู่ห่างกัน $3\ \text{cm}$ จงหาแรงระหว่างกัน.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2} = \dfrac{(8.99\times10^9)(2\times10^{-6})^2}{(0.03)^2}$.
- $F \approx 40\ \text{N}$, และมีลักษณะ ผลักกัน เพราะประจุทั้งสองเป็นบวก.
แทนค่า ขนาด ของประจุลงใน $F = k q_1 q_2 / r^2$ แล้วพิจารณา ทิศทาง แยกต่างหาก: ผลักกันเมื่อมีเครื่องหมายเดียวกัน ดึงดูดเมื่อมีเครื่องหมายต่างกัน อย่าให้เครื่องหมายลบจากประจุลบทำให้ลูกศรแรงของคุณชี้ผิดทาง
แรงไฟฟ้า ระหว่างประจุจุดสองชนิดเป็นไปตาม กฎของคูลอมบ์ $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$ — ซึ่งเป็น กฎกำลังสองผกผัน. ประจุชนิดเดียวกันผลักกัน ประจุต่างชนิดดึงดูดกัน และแรงจากประจุหลายชนิดจะ รวมกันแบบเวกเตอร์ (การซ้อนทับ).