กฏการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

การนำวัตถุมาถูกันทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า สามารถอธิบายได้ว่า เกิดจากการทำงานหรือพลังงานกลเนื่องจากการถูจะ ถ่ายโอนความร้อนให้อิเล็กตรอนของอะตอมบริเวณที่ถูกัน ทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนสูงขึ้น จนสามารถหลุดเป็นอิสระออกจากอะตอมของวัตถุหนึ่งไปสู่อะตอมของอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้อะตอมของวัตถุที่มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นมีประจุลบ ส่วนอะตอมของวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุบวก จึงสรุปได้ว่า การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าไม่ใช่เป็นการสร้างประจุขึ้นใหม่ แต่เป็นเพียงการย้ายประจุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยที่ผลรวมของจำนวนประจุทั้งหมดของระบบที่พิจารณาจะเท่าเดิมเสมอ นี่คือกฎมูลฐานกฎหนึ่งของฟิสิกส์ที่มีชื่อว่า กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

วัตถุที่ได้รับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแล้วอิเล็กตรอนนั้นยังคงอยู่ ณ บริเวณเดิมต่อไป วัตถุนั้นเป็นฉนวนไฟฟ้า นั่นคือ อิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอนให้แก่วัตถุที่เป็นฉนวนจะไม่เคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปสู่อีกที่หนึ่งในเนื้อวัตถุ หรืออาจกล่าวได้ว่า ในฉนวน ประจุไฟฟ้าจะถ่ายโอนจากที่หนึ่งไปสู่อีกที่หนึ่งได้ยาก แต่วัตถุใดได้รับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแล้ว อิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอนสามารถเคลื่อนที่กระจายไปตลอดเนื้อวัตถุได้ง่าย คือ อิเล็กตรอนมีอิสระในการเคลื่อนที่ในวัตถุนั้น เรียกวัตถุที่มีสมบัติเช่นนั้นว่า ตัวนำไฟฟ้า

การประยุกต์ประจุไฟฟ้า

ปัจจุบันมีการผลิตเครื่องใช้ที่อำนวยประโยชน์ด้านต่าง ๆ โดยอาศัยความรู้เรื่องไฟฟ้าสถิตดังตัวอย่างต่อไปนี้

เครื่องถ่ายเอกสาร

เครื่องถ่ายเอกสารเป็นอุปกรณ์ถ่ายสำเนาสิ่งพิมพ์ตัวอักษรหรือภาพลายเส้นจากต้นฉบับ ส่วนประกอบและหลักการทำงานแต่ละขั้นตอนแสดงดังรูป 32

 



หลักการให้แสงส่องไปที่ต้นฉบับสะท้อนผ่านเลนส์ไปกระทบแผ่นฟิล์ม ซึ่งฉาบด้วยวัสดุตัวนำที่ขึ้นกับแสง (จะมีสมบัติเป็นตัวนำเมื่อถูกแสง) โดยเมื่อเครื่องเริ่มทำงาน แผ่นฟิล์มนี้จะถูกทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกทั่วทั้งแผ่นก่อนดังรูป 2ก จากนั้นจึงให้แสงส่องไปที่ต้นฉบับสะท้อนผ่านเลนส์กระทบแผ่นฟิล์มบริเวณที่เป็นที่ว่าง บนต้นฉบับจะให้แสงออกมากระทบแผ่นฟิล์ม ให้บริเวณที่ถูกแสงกลายเป็นตัวนำ จึงมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนตัวอักษรหรือภาพลายเส้นบนต้นฉบับที่เป็นสีดำ (หรือสีเข้ม ๆ) ดูดกลืนแสง จึงไม่ให้แสงสะท้อนมากระทบแผ่นฟิล์มบริเวณนั้นบนแผ่นฟิล์มจึงไม่ถูกแสง ยังคงมีประจุบวกอยู่ดังรูป 32ข เมื่อพ่นผงหมึกที่มีประจุลบไปบนแผ่นฟิล์มนี้ ผงหมึกจะเกาะติดเฉพาะบริเวณที่มีประจุ บวกนี้เท่านั้น ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดจากตัวอักษรหรือภาพลายเส้นดังรูป 32ค

ทำให้ปรากฏเป็นภาพของต้นฉบับบนแผ่นฟิล์ม เมื่อกดแผ่นกระดาษประจุบวกลงแผ่นฟิล์มที่มีผงหมึกดังกล่าว จึงได้ภาพสำเนาปรากฏบนแผ่นกระดาษดังรูป 32ง เมื่ออบแผ่นกระดาษด้วยความร้อน เพื่อให้ผงหมึกติดแน่นก็จะได้ภาพสำเนาที่ติดทนถาวรชัดเจน

เครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศ

เครื่องกำจัดฝุ่นในอากาศเป็นอุปกรณ์กำจัดอนุภาคจากแก๊สเผาไหม้ หรืออากาศร้อนที่สกปรก ประกอบด้วยท่อโลหะที่มีแกนกลางยึดติดด้วยฉนวน ดังรูป 33

หลักการใช้ความต่างศักย์สูงจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง โดยต่อขั้วลบเข้ากับแกนกลาง และต่อขั้วบวกเข้ากับท่อ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีค่าสูงมากพอที่จะทำให้อนุภาคในอากาศสกปรกที่ผ่านไปในท่อ ได้รับอิเล็กตรอนจากแกนกลางจนกลายเป็นอนุภาคประจุลบและถูกดูดเข้าไปติดที่ท่อพร้อม ๆ

กับท่อถูกทำให้สั่นเป็นจังหวะ อนุภาคที่สะสมบนท่อจึงร่วงหล่นลงบนส่วนล่างของท่อและถูกปล่อยออก แก๊สหรืออากาศที่ผ่านออกทางตอนบนของท่อจึงเป็นก๊าซหรืออากาศสะอาด
เคื่องพ่นสี

เครื่องพ่นสีใช้หลักการทำให้ผงหรือละอองสีกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ขณะถูกพ่นออกจากเครื่องพ่น ซึ่งผงหรือละอองสีที่มีประจุไฟฟ้าเกิดแรงดึงดูดกับชิ้นงาน ทำให้เกาะติดชิ้นงานได้ดีกว่าการพ่นแบบธรรมดา อุปกรณ์ที่ใช้พ่นละอองสี ดังรูป 34

ในกรณีที่ชิ้นงานเป็นโลหะ อาจจะทำให้ผิวโลหะมีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกับผงสี โดยต่อชิ้นงานกับแหล่งกำเนิดที่มีความต่างศักย์สูง ๆ จะช่วยเพิ่มแรงดูด ทำให้ผงหรือละอองสียึดเคลือบผิวชิ้นงานดียิ่งขึ้น และช่วยให้ประหยัดผงสี เนื่องจากไม่ฟุ้งกระจาย