กูรูมูดา เน็ตเวิร์กส์
โมเมนตัมเชิงมุม ปริมาณของการเคลื่อนที่แบบหมุน ซึ่งเหมือนกับมวล (m) ในการเคลื่อนที่เชิงเส้น คือ โมเมนต์ความเฉื่อย (I) ปริมาณของการเคลื่อนที่แบบหมุน ซึ่งเหมือนกับความเร็ว (v) ในการเคลื่อนที่เชิงเส้น คือ ความเร็วเชิงมุม (ω) ดังนั้น วัตถุที่หมุนจึงมีโมเมนตัมเชิงมุมที่สามารถ… อ่านเพิ่มเติม
ทบทวนอนุภาคหมุน อนุภาคที่มีมวล m ได้รับแรง F ทำให้หมุนรอบแกน O อนุภาคอยู่ห่างจากแกนหมุนเป็นระยะ r ในตอนแรก อนุภาคอยู่นิ่ง (v = 0) หลังจากเคลื่อนที่ด้วยแรง F อนุภาคจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่ง ทำให้เกิดความเร่งสัมผัส ความสัมพันธ์ระหว่างแรง (F) มวล (m) และความเร่งสัมผัสของอนุภาคแสดงได้ด้วยสมการที่ 3:
ในตัวนำเช่นทองแดง มีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่แบบสุ่มด้วยความเร็วสูงอย่างอิสระ แต่ไม่สามารถหลุดออกจากโลหะได้ อิเล็กตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระ แม้ว่าอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในทุกทิศทาง แต่ก็ไม่มีการไหลของอิเล็กตรอนทั้งหมดในทิศทางใดทิศทางหนึ่งโดยเฉพาะ สภาวะนี้เกิดขึ้นเมื่อไม่มีความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองของลวดทองแดง
เมื่อต่อลวดเข้ากับแหล่งจ่ายไฟฟ้า จะเกิดความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองของลวดทองแดง ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าขึ้นภายในลวดทองแดง การมีอยู่ของสนามไฟฟ้าทำให้อิเล็กตรอนอิสระได้รับแรงไฟฟ้า F = q E = e E โดยที่ F = แรงไฟฟ้า , e = ประจุอิเล็กตรอน, E = สนามไฟฟ้าแรงไฟฟ้านี้ทำให้อิเล็กตรอนทั้งหมดที่เคลื่อนที่อย่างอิสระเร่งความเร็วไปพร้อมกันในทิศทางเดียวกับแรงไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุคืออุปกรณ์ที่เก็บประจุไฟฟ้าและพลังงานศักย์ไฟฟ้า ตัวเก็บประจุแบบง่ายประกอบด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่นที่วางอยู่ใกล้กันแต่ไม่สัมผัสกัน และคั่นด้วยฉนวนหรือสุญญากาศ ตัวนำคือวัสดุที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ เช่น โลหะ ในขณะที่ฉนวนคือวัสดุที่ไม่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ เช่น พลาสติก
ในตอนแรก ตัวนำทั้งสองไม่มีประจุไฟฟ้าหรือเป็นกลางทางไฟฟ้า เพื่อให้ตัวนำหนึ่งมีประจุบวกและอีกตัวนำหนึ่งมีประจุลบ จะต้องมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากตัวนำหนึ่งไปยังอีกตัวนำหนึ่ง อิเล็กตรอนอยู่บนพื้นผิวของอะตอม จึงเคลื่อนที่ได้ง่าย หลังจากที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากตัวนำหนึ่งไปยังอีกตัวนำหนึ่งแล้ว ตัวนำหนึ่งจะมีอิเล็กตรอน ส่วนเกิน (ขาดโปรตอน)
เพื่อให้ตัวนำตัวหนึ่งมีประจุลบ ในขณะที่ตัวนำอีกตัวมีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอ (มีโปรตอนมากเกินไป) จึงกลายเป็นประจุบวก หัวข้อเกี่ยวกับการเก็บพลังงานไฟฟ้าในตัวเก็บประจุจะกล่าวถึงรายละเอียดกระบวนการประจุไฟฟ้าในตัวเก็บประจุ
ศักย์ไฟฟ้าถูกนิยามว่าเป็นพลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อหน่วยประจุ สมมติว่าเมื่อประจุ q อยู่ที่จุด a จะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ EP aแล้ว ศักย์ไฟฟ้าที่จุด a สามารถเขียนได้ดังนี้:
V = ศักย์ไฟฟ้า, EP = พลังงานศักย์ไฟฟ้า, q = ประจุไฟฟ้า
ค่า V ไม่ได้มีอยู่แค่ที่จุด a เท่านั้น แต่ยังมีอยู่ทุกจุดในสนามไฟฟ้าด้วย จุด a ถูกใช้เป็นตัวอย่าง ดังที่จะได้อธิบายต่อไป ค่า V ไม่ขึ้นอยู่กับประจุ q
ก่อนที่จะศึกษาหัวข้อนี้ โปรดทำความเข้าใจเกี่ยวกับงาน แรงอนุรักษ์ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงอนุรักษ์กับพลังงานศักย์แรงไฟฟ้าและสนามไฟฟ้า เสียก่อน
นอกจากแรงโน้มถ่วงและแรงสปริงแล้ว แรงไฟฟ้ายังเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของแรงอนุรักษ์ เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าทำไมแรงไฟฟ้าจึงเรียกว่าแรงอนุรักษ์ โปรดอ่านคำอธิบายต่อไปนี้
สนามไฟฟ้าจากประจุจุดเดี่ยว
ในการคำนวณสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุบวกเดี่ยว ขั้นตอนแรกคือการเลือกพื้นผิวเกาส์ทรงกลมที่มีรัศมี r โดยที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมอยู่ที่ประจุเดี่ยว พื้นที่ผิวของทรงกลมคือ 4πr²2.
สนามไฟฟ้าที่ออกมาจากศูนย์กลางของทรงกลมจะทะลุผ่านตั้งฉากกับพื้นผิวของทรงกลม ดังนั้นสูตรของฟลักซ์ไฟฟ้าคือ Φ = E A และสูตรของกฎของเกาส์คือ Φ = Q/ε o
ในส่วนของกฎของคูลอมบ์นั้นได้มีการศึกษาแรงระหว่างประจุไฟฟ้า ในการทบทวนเรื่องสนามไฟฟ้า ได้มีการกล่าวถึงกฎของคูลอมบ์อีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งแสดงโดยสมการ F = q E
โดยที่ F คือแรงทางไฟฟ้า, q คือประจุไฟฟ้า และ E คือสนามไฟฟ้า กล่าวได้ว่ากฎของคูลอมบ์เป็นกฎทางฟิสิกส์ที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้า (q) และสนามไฟฟ้า (E)
กฎของเกาส์เป็นอีกหนึ่งกฎทางฟิสิกส์ที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้าและสนามไฟฟ้า กฎของเกาส์ถูกคิดค้นโดยคาร์ล ฟรีดริช เกาส์ (ค.ศ. 1777-1855) นักฟิสิกส์ทฤษฎีและนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน
ในส่วนของสนามไฟฟ้า ได้มีการกล่าวถึงนิยามและสมการของสนามไฟฟ้าซึ่งสามารถใช้ในการคำนวณความแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าหนึ่งตัว ประจุไฟฟ้าหลายตัว หรือการกระจายตัวของประจุไฟฟ้า การคำนวณความแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าหนึ่งตัวหรือสองตัวนั้นทำได้ง่ายโดยใช้สูตรความแรงของสนามไฟฟ้า แต่ถ้าเป็นการคำนวณความแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากการกระจายตัวของประจุไฟฟ้า การคำนวณจะซับซ้อนกว่าหากใช้สูตรความแรงของสนามไฟฟ้า แต่จะง่ายกว่าหากใช้กฎของเกาส์ก่อนที่จะศึกษากฎของเกาส์อย่างละเอียด ควรทำความเข้าใจเกี่ยวกับฟลักซ์ไฟฟ้าก่อน เนื่องจากแนวคิดของฟลักซ์ไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในกฎของเกาส์
ในเรื่องของประจุไฟฟ้า เราได้เรียนรู้ว่าประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน ในขณะที่ประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน หากนำวัตถุที่มีประจุบวกเข้าใกล้กับวัตถุที่มีประจุลบ วัตถุทั้งสองจะดึงดูดกันและเคลื่อนที่เข้าหากัน ในทางกลับกัน หากนำวัตถุที่มีประจุบวกเข้าใกล้กับวัตถุที่มีประจุบวกอีกชิ้นหนึ่ง วัตถุทั้งสองจะผลักกันและเคลื่อนที่ออกจากกัน จากการศึกษาในเรื่องกฎของคูลอมบ์ วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสามารถเร่งความเร็ววัตถุที่มีประจุไฟฟ้าอื่นได้ เนื่องจากมีแรงไฟฟ้ากระทำระหว่างวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเหล่านั้น แรงไฟฟ้าที่วัตถุที่มีประจุไฟฟ้ากระทำต่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าอื่นเป็นตัวอย่างหนึ่งของแรงที่สามารถกระทำได้โดยไม่ต้องสัมผัส อีกตัวอย่างหนึ่งของแรงที่สามารถกระทำได้ในระยะไกลคือแรงโน้มถ่วงแรงโน้มถ่วงเกิดจากวัตถุที่มีมวลกระทำต่อวัตถุที่มีมวลอื่น