img1.gif

ศักย์ของตัวนำ

  

Homeผู้จัดทำPretestไฟฟ้าสถิตประจุไฟฟ้ากฎของคูลอมบ์สนามไฟฟ้า,จุดสะเทินEletrostaticsสนามไฟฟ้างานเคลื่อนประจุศักย์ของตัวนำการใช้ประโยชน์Postest

 

ศักย์ของตัวนำ 
แบบทดสอบ 

สาระ-1, 1.8  ความจุและตัวเก็บประจุ

3. ศักย์ไฟฟ้า V ของตัวนำเป็นสัดส่วนตรงต่อประจุทั้งหมดที่ตัวนำบรรทุกไว้

     

    ค่าคงที่ C เรียกว่า ความจุของตัวนำ ในระบบ SI มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ต่อโวลต์ หรือ เรียกว่า ฟารัด (farad)

    คราวนี้ให้นักเรียนพิจารณา สายไฟทองแดงซึ่งปัจจุบันเขาได้เคลือบฉนวนหุ้มสายไฟไว้ และเรียกว่า ตัวนำหุ้มฉนวน ( insulated conductor ) การที่ทำแบบนี้ ผลดีก็คือ ประจุไฟฟ้าไม่สามารถหลบหนีออกไปได้ เพราะฉนวนเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีเลย โดยประจุจะแผ่ไปทั่วผิวของตัวนำ ดังนั้นแต่ละประจุจะแยกออกจากกันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้น มี

                                พลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุบนตัวนำ,

Vavg คือ ศักย์ไฟฟ้าเฉลี่ยเพราะการเพิ่มของศักย์คิดต่อเวลาทั้งหมดที่ประจุค่อย ๆ แย่งไปทั่วผิวตัวนำ

นักเรียนสงสัยไหมว่า ศักย์ไฟฟ้าเฉลี่ยคืออะไร ?

                นักเรียนรู้มาว่า ความต่างศักย์เป็นสัดส่วนโดยตรงต่อจำนวนประจุบนผิวตัวนำ, q = CV

                ดังนั้น                   

     โดยที่ q คือ ประจุบนผิวตัวนำ, C คือ ความจุของตัวนำ, และ V เป็นศักย์ไฟฟ้าของตัวนำ

    คราวนี้ นักเรียนจะรู้แนวคิดของความจุ โดยจินตนาการถึงตัวนำทรงกลมรัศมี R0 ( click ) ดูรูป

    รูป 1 ตัวนำทรงกลมรัศมี R0 และมีประจุ Q ประจุจะแผ่กระจายอย่างสม่ำเสมอบนผิว, และสนามไฟฟ้าที่ด้านนอกเป็นอันเดียวกันกับสนามไฟฟ้าของประจุ Q เมื่อนำไปวางที่จุดศูนย์กลาง, โดยศักย์ไฟฟ้าของตัวนำเป็น  

                พลังงานศักย์/q = ศักย์

    ดูรูป (ก) ตอนแรกให้ประจุ +Q อยู่รวมกันที่จุดศูนย์กลาง

    (ก) หลังจากนี้ มันจะกระเจิงออกไปอยู่บนผิวตัวนำทรงกลมตามรูป 1 ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้าของการแผ่กระจายของประจุมีค่าเป็น

         ถ้า  

                                         ถ้า 

    บริเวณเส้นปะ คือ ภายในตัวนำประจุทดสอบ q อยู่ในตัวนำห่างจากจุด Q เป็น   โดยที่               

    ประจุทดสอบ    อยู่ข้างนอกตัวนำ โดยที่

        

    สนาม E ภายในตัวนำ = 0       ศักย์เป็นค่าคงที่ค่าหนึ่ง

    สรุป ที่บริเวณภายนอกตัวนำศักย์ไฟฟ้าและสนามมีค่าเช่นเดียวกับ ค่าศักย์ไฟฟ้าและสนามของจุดประจุ Q  ที่วางอยู่ที่จุดศูนย์กลาง ภายในตัวนำสนามไฟฟ้าหายไป ศักย์ของตัวนำ เท่ากับ  ดังนั้น ค่าความจุของตัวนำทรงกลมเป็น  

    ตัวอย่างการคำนวณตัวนำทรงกลม
    ให้ตัวนำทรงกลมมีรัศมี 3  cm และให้ประจุไฟฟ้าขนาด 5 x 10-7 C เข้าไป ถามว่า ศักย์ไฟฟ้าที่ผิวมีค่าเป็นเท่ราไร ? และขนาดของสนามไฟฟ้าที่ผิวมีค่าเท่าไร ?มีพลังงานไฟฟ้าถูกเก็บอยู่มากเท่าไร ?

    เฉลย

    ข้างนอกตัวนำที่ถูกประจุจะมีพฤติกรรมคล้ายกับจุดประจุ
    ศักย์ที่ผิวมีค่าเป็น
                                      เมื่อ R = R0

                                              

                                                          = 1.5 x 105 โวลท์

    สนามไฟฟ้าที่ผิว                   เมื่อ R =R0  = 5 x106  โวลท์ต่อเมตร

    พลังงานที่เก็บในตัวนำ   

     

 

[กฎของเกาส์][ตัวนำในสภาพสมดุล][สนามไฟฟ้าในตัวนำ]

 

 

 จำนวนผู้เข้าใช้งาน
ตั้งแต่วันที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2550

thaigoodview.com Version 13.0
บริหารและจัดการโดยทีมงานชาวมัธยมศึกษาและประถมศึกษา
e-mail: webmaster@thaigoodview.com

จัดทำโดย ครูสุทธิรัตน์  ศรีสงคราม  ครูกลยุทธ  ทะกอง  ครูนิรมล  เสือเขียว
ภาควิชาฟิสิกส์  มหาวิทยาลัยนเรศวร จังหวัดพิษณุโลก
Copyright (c) Faculty of Science Naresuan University All rights reserved.