ฟิสิกส์ระดับมัธยมปลาย

บทความเกี่ยวกับหลักฟิสิกส์ของหัวใจ เคล็ดลับการใช้ชีวิตอย่างมีสุขภาพดี

โดยธรรมชาติแล้ว น้ำจะไหลจากที่สูงไปยังที่ต่ำกว่า เช่น น้ำฝน แม่น้ำ หรือน้ำประปา อย่างไรก็ตาม น้ำไม่สามารถไหลจากที่ต่ำกว่าไปยังที่สูงกว่าได้เองตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น น้ำบาดาลไม่สามารถไหลจากบ่อไปยังอ่างเก็บน้ำได้เอง ต้องอาศัยพลังงานจากมนุษย์หรือเครื่องจักร ยิ่งความแตกต่างของระดับความสูงระหว่างบ่อกับอ่างเก็บน้ำมากเท่าใด ก็ยิ่งต้องการพลังงานมากขึ้นเท่านั้น

ในทางฟิสิกส์น้ำเป็นของไหลของไหลคือสารที่สามารถไหลได้และคงตัวอยู่นิ่งได้เช่นกัน 🙂 ตัวอย่างอีกอย่างหนึ่งของของไหลคือเลือด

อ่านเพิ่มเติม

ตัวเก็บประจุมีค่าความจุจำเพาะ หากไม่มีตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุตามต้องการ สามารถต่อตัวเก็บประจุสองตัวขึ้นไปเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ค่าความจุที่ต้องการ การต่อตัวเก็บประจุอย่างถูกต้องนั้น จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับวงจรตัวเก็บประจุ

ก่อนที่จะศึกษาเกี่ยวกับวงจรตัวเก็บประจุ เราต้องเข้าใจสัญลักษณ์ต่างๆ ก่อน ต่อไปนี้เป็นคำอธิบาย สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุแสดงเส้นแนวตั้งสองเส้น ซึ่งแทนตัวนำสองตัวในตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน ส่วนสัญลักษณ์แบตเตอรี่ เส้นแนวตั้งที่ยาวกว่าแสดงถึงศักย์ไฟฟ้าสูง (+) และเส้นแนวตั้งที่สั้นกว่าแสดงถึงศักย์ไฟฟ้าต่ำ (-) เส้นแนวนอนในทั้งสัญลักษณ์ตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่แสดงถึงสายไฟ

อ่านเพิ่มเติม

วัสดุเก็บพลังงานไฟฟ้าในตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่น และมีฉนวนคั่นอยู่ระหว่างตัวนำทั้งสองในตอนเริ่มต้น ตัวนำทั้งสองไม่มีประจุไฟฟ้า เพื่อให้ตัวเก็บประจุทำงานได้ แผ่นตัวนำแต่ละแผ่นจะต้องมีประจุไฟฟ้า โดยปริมาณประจุไฟฟ้าบนตัวนำแต่ละแผ่นจะต้องเท่ากันแต่เป็นชนิดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ตัวนำแผ่นหนึ่งมีประจุ Q = +10 คูลอมบ์ และอีกแผ่นหนึ่งมีประจุ Q = -10 คูลอมบ์ การมีประจุไฟฟ้า ชนิด เดียวกัน แต่ตรงข้ามกันบนตัวนำทั้งสองทำให้เกิด สนามไฟฟ้าขึ้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง โดยทิศทางของสนามไฟฟ้าจะพุ่งจากประจุบวกไปยังประจุลบ นอกจากนี้ยังเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้นระหว่างตัวนำทั้งสอง โดยตัวนำที่มีประจุบวกจะมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า ในขณะที่ตัวนำที่มีประจุลบจะมีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า

อ่านเพิ่มเติม

ตัวเก็บประจุจะทำงานได้ก็ต่อเมื่อแผ่นตัวนำทั้งสองไม่สัมผัสกัน เพื่อไม่ให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่จากตัวนำหนึ่งไปยังอีกตัวนำหนึ่ง ในทำนองเดียวกัน เพื่อไม่ให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่จากตัวนำไปยังอากาศ พื้นที่ระหว่างตัวนำทั้งสองจะต้องเป็นสุญญากาศ ในบทความเกี่ยวกับตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน ได้มีการกล่าวถึงค่าความจุของตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน ซึ่งแผ่นทั้งสองถูกคั่นด้วยสุญญากาศ ค่าความจุของตัวเก็บประจุในสุญญากาศมีข้อจำกัด ดังนั้นเพื่อเพิ่มค่าความจุ จึงต้องวาง วัสดุไดอิเล็กทริกไว้ระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง

อ่านเพิ่มเติม

นิยามของตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน

ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน คือตัวเก็บประจุที่ประกอบด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่นวางขนานกัน โดยแต่ละแผ่นมีพื้นที่หน้าตัด (A) เท่ากัน และแผ่นทั้งสองแยกจากกันด้วยระยะห่าง (d) ดังแสดงในภาพด้านซ้าย ในบทความนี้ สมมติว่าแผ่นตัวนำทั้งสองแยกจากกันด้วยสุญญากาศ ในภาพ แผ่นตัวนำแผ่นหนึ่งมีประจุบวก (+Q) ในขณะที่แผ่นตัวนำอีกแผ่นหนึ่งมีประจุลบ (-Q) โดยปริมาณประจุไฟฟ้าบนแต่ละแผ่นมีค่าเท่ากัน

อ่านเพิ่มเติม

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับค่าความจุไฟฟ้า

แก้วใบเล็กสามารถบรรจุน้ำได้ปริมาณน้อย ในขณะที่แก้วใบใหญ่สามารถบรรจุน้ำได้มากกว่า ยิ่งแก้วใหญ่เท่าไหร่ ก็ยิ่งบรรจุน้ำได้มากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น แก้วแต่ละใบจึงมีความจุ หรือค่าที่วัดได้สำหรับความสามารถในการบรรจุน้ำ เช่นเดียวกับแก้ว ตัวเก็บประจุเองก็มีความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าและพลังงานศักย์ไฟฟ้าได้เช่นกัน ความจุของตัวเก็บประจุ หรือค่าที่วัดได้สำหรับความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าและพลังงานศักย์ไฟฟ้า เรียกว่าค่าความจุ (capacitance )

อ่านเพิ่มเติม

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่เก็บประจุไฟฟ้าและพลังงานศักย์ตัวเก็บประจุอย่างง่ายประกอบด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่นวางอยู่ใกล้กันแต่ไม่สัมผัสกัน โดยมีฉนวนหรือสุญญากาศคั่นอยู่ ตัวนำคือวัสดุที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ เช่น โลหะ ในขณะที่ฉนวนคือวัสดุที่ไม่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ เช่น พลาสติก

อ่านเพิ่มเติม

คำนิยาม

ศักย์ไฟฟ้าถูกนิยามว่าคือพลังงานศักย์ต่อหน่วยประจุไฟฟ้าตัวอย่างเช่น เมื่อที่จุด a ประจุ q มีพลังงานศักย์เท่ากับ EP _aศักย์ไฟฟ้าที่จุด a สามารถเขียนได้ดังนี้:

คำอธิบาย: V = ศักย์ไฟฟ้า, EP = พลังงานศักย์ไฟฟ้า, q = ประจุไฟฟ้า

ค่า V ไม่ได้มีอยู่เฉพาะที่จุด a เท่านั้น แต่ยังมีอยู่ทุกจุดในสนามไฟฟ้าด้วย จุด a ถูกใช้เป็นตัวอย่าง ดังที่จะอธิบายต่อไป ค่าของมันไม่ขึ้นอยู่กับประจุ q

อ่านเพิ่มเติม

ก่อนที่ จะศึกษาหัวข้อนี้ โปรดทำความเข้าใจเนื้อหาเกี่ยวกับฟิสิกส์แรงอนุรักษ์ประจุไฟฟ้ากฎของคูลอมบ์และสนามไฟฟ้าเสียก่อน

แรงไฟฟ้าเป็นแรงอนุรักษ์

นอกจากแรงโน้มถ่วงและแรงสปริงแล้ว แรงไฟฟ้ายังเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของแรงอนุรักษ์ เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าทำไมแรงไฟฟ้าจึงเรียกว่าแรงอนุรักษ์ โปรดอ่านคำอธิบายต่อไปนี้

สมมติว่ามีแผ่นโลหะสองแผ่นที่มีประจุไฟฟ้าดังแสดงในภาพ โดยแผ่นด้านซ้ายมีประจุบวกและแผ่นด้านขวามีประจุลบn เชิงลบ ลูกศรระหว่าง จานทั้งสองใบ เส้นสนามไฟฟ้า หยาง ประจุบวกเคลื่อนที่ไปยังประจุลบ ประจุบวกอยู่ใกล้แผ่นประจุบวก

อ่านเพิ่มเติม

สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุเดี่ยว

เพื่อคำนวณ สนามไฟฟ้า เนื่องจากประจุบวกเดี่ยวเป็นตัวสร้างสนามแม่เหล็ก ขั้นตอนแรกคือการเลือกพื้นผิวเกาส์ทรงกลมรัศมี r โดยมีจุดศูนย์กลางของทรงกลมอยู่ที่ประจุเดี่ยว พื้นที่ผิวของทรงกลมคือ 4พายอาร์².

สนามไฟฟ้าที่ออกมาจากจุดศูนย์กลางของลูกบอลจะทะลุผ่านพื้นผิวของลูกบอลในแนวตั้งฉาก ดังนั้น สูตร ฟลักซ์ไฟฟ้าคือΦ = E A และสูตรของกฎของเกาส์คือ Φ = Q / ε _o

สนามไฟฟ้า ณ จุดที่อยู่ห่างจากประจุเดี่ยวเป็นระยะ r คือ:

อ่านเพิ่มเติม