ไฟฟ้าสถิต

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
สนามไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการกระจายตัวของประจุ (+) ส่วนเกิน

ไฟฟ้าสถิต (อังกฤษ: Static electricity หรือ Electrostatics) เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน และไม่เคลื่อนที่ (จึงเรียกว่า สถิต) จนกระทั่งมีการถ่ายเทประจุ หรือเกิดการไหลของอิเล็คตรอน กลายเป็นไฟฟ้ากระแส ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูดหรือการผลักกัน แต่ไม่เกิดประกายไฟ ไฟฟ้าสถิต

การเกิดประจุไฟฟ้าเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันของผู้คน เพราะว่าเรามักมีการเคลื่อนที่และสัมผัสกับวัตถุต่างๆ เช่น พลาสติกและเส้นใยสังเคราะห์ซึ่งง่ายต่อการทำให้เกิดประจุไฟฟ้า ในยุคเริ่มต้นการค้นพบไฟฟ้าเมื่อประมาณ 60 ปีก่อนพุทธกาลนักปราชญ์ชาวกรีกชื่อ ทาลีส พบว่า เมื่อนำอำพันมาถูกับผ้าขนหนูสัตว์ มันสามารถดูดกับวัตถุที่มีน้ำหนักเบาได้ซึ่งอำนาจที่เกิดขึ้นได้ถูกเรียกว่า ไฟฟ้า (electricity) มาจาก elecktron ในภาษากรีก หมายถึง อำพัน ในยุคต่อมา เบนจามิน แฟรงคลิน (Benjamin Franklin) ทดลองโดยการใช้ว่าว ที่มีเชือกและลวดติดขึ้นไปบนฟ้าในวันที่ฝนฟ้าคะนอง ทำให้พิสูจน์ได้ว่ากระแสไฟฟ้าและฟ้าผ่ามีความสัมพันธ์กัน

เบนจามิน แฟรงคลิน

วัตถุบางชนิด เช่น พลาสติก เมื่อนำมาขัดถูกับผ้าสักหลาด แล้วสามารถดึงดูดวัตถุเบาๆ เช่น กระดาษเล็กๆ ได้ แรงดึงดูดนี้ไม่ใช่แรงดึงดูดระหว่างมวล เพราะเกิดขึ้นภายหลังจากที่นำวัตถุมาถูกันแล้ว แรงที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า แรงระหว่างประจุไฟฟ้า แรงระหว่างประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันจะเป็นแรงผลักและแรงระหว่างประจุไฟฟ้าต่างชนิดกันจะเป็นแรงดูด

การเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้า คือการนำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเข้าใกล้วัตถุที่เป็นกลางแล้วทำให้วัตถเป็นกลางเกิดประจุชนิดตรงข้ามที่ด้านใกล้และประจุชนิด เดียวกันที่ด้านไกลออกไปและเมื่อนำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าออกห่างการกระจายตัวของประจุในวัตถุก็จะกลับมาเป็นเช่นเดิม

โครงสร้างพื้นฐานเกี่ยวกับอะตอม วัตถุชิ้นหนึ่งๆ ประกอบด้วยอะตอมจำนวนมากมาย แต่ละอะตอมประกอบด้วย นิวเคลียส ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก เรียกว่า โปรตอน และอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เรียกว่านิวตรอน และมีอนุภาคที่มีประจุลบ เรียกว่า อิเล็กตรอน เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส ซึ่งโดยทั่วไปแล้ววัตถุจะอยู่ในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าคือมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอเท่ากัน และถ้าวัตถุมีจำนวนอนุภาคทั้งสองไม่เท่ากันจะทำให้วัตถุนั้นมีประจุไฟฟ้าสุทธิไม่เป็นศูนย์ ซึ่งอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเมื่อเสียอิเล็กตรอนจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุบวก ในทางตรงกันข้ามอะตอมใดที่ได้รับอิเล็กตรอนเข้ามาจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุลบ

การเกิดฟ้าผ่ากับกระแสไฟฟ้า

เบนจามิน แฟรงคลิน ได้พิสูจน์ไว้ว่าการเกิดฟ้าผ่ามีความสัมพันธ์กับกระแสไฟฟ้า จากที่ได้เคยศึกษาเกี่ยวกับการเกิดประกายไฟซึ่งจะเกิดขึ้นอยู่ระหว่างวัตถุที่มีประจุและวัตถุที่ไม่มีประจุหรือระหว่างที่มีประจุไม่เหมือนกัน และพบว่าประกายไฟมีการกระโดดจากคนสู่วัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้าได้ สายฟ้าเคลื่อนที่จากก้อนเมฆมาสู่พื้นดินซึ่งคล้ายกับว่าเกิดประกายไฟฟ้าที่ยาวมากๆ ฟ้าผ่าเป็นการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ในการผลิตประกายไฟที่ยาวเช่นนั้นจะต้องมีความต่างศักย์ที่สูงมากระหว่างวัตถุหนึ่งกับอีกวัตถุหนึ่ง ในการเกิดฟ้าผ่านั้นความต่างศักย์เกิดขึ้นอาจถึงหนึ่งล้านโวลต์ โดยประจุไฟฟ้าจำนวนมากจะเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในเวลาเสี้ยววินาที การเกิดฟ้าผ่ามักจะเกิดเมื่อมีการเคลื่อนที่อย่ารวดเร็วของอากาศ ในเวลาที่มีพายุ ฝนฟ้าคะนอง ซึ่งการเกิดประจุไฟฟ้าบางทีอาจเกิดจากการขัดสีระหว่างอากาศที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว ฟ้าผ่ามีความอันตรายต่อชีวิของมุษย์ นักวิยาศาสตร์ชื่อ เบนจามิน แฟรงคลิน ได้สร้างเครื่องมือ ที่เรียกว่า “สายล่อฟ้า” ซึ่งก่อนที่เขาออกแบบมัน เขาพบว่าวัตถุที่มีปลายแหลมจะมีประจุไฟฟ้ามากและจะสูญเสียประจุเร็วกว่าแบบกลมเรียบดังนั้น สายล่อฟ้าจึงถูกทำให้เป็นวัตถุที่มีความแหลมมาก ซึ่งจะถูกติดตั้งตรงส่วนบนของบ้านโดยจะต่อสายไฟเข้ากับสายล่อฟ้าและพื้นดิน ซึ่งเมื่อเกิดฟ้าผ่ามันจะผ่าที่สายล่อฟ้าไม่ใช่บ้าน ประจุจะเดินทางจากสายไฟลงดินทำให้บ้านไม่เสียหาย

ฟ้าผ่า

สาเหตุที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต[แก้]

ปกติแล้ว วัสดุทำจากอะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะพวกมันมีประจุบวก (โปรตอนในนิวเคลียส) และประจุลบ (อิเล็กตรอน วงรอบนิวเคลียส) เท่ากัน ปรากฏการณ์ของไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นได้เมื่อแยกประจุบวกและลบออกจากกัน เมื่อวัตถุสองชนิดสัมผัสกัน อิเล็กตรอนอาจย้ายจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุหนึ่งมีประจุลบเกิน และอีกวัตถุหนึ่งมีประจุบวกเกิน (เพราะประจุลบหายไป) เกิดการไม่สมดุลของประจุขึ้นในวัตถุทั้งสองนั้น เมื่อแยกวัตถุทั้งสองออกจากกัน วัตถุที่มีประจุลบเกิน ก็ถือว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุลบ วัตถุที่ประจุบวกเกิน ก็เรียกว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุบวก

การกำจัดและป้องกันไฟฟ้าสถิต[แก้]

การปลดปล่อยหรือการป้องกันการสะสมของประจุ อาจทำได้ง่ายๆแค่เปิดหน้าต่างหรือใช้ตัวเพิ่มความชื้นของอากาศทำให้อากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เครื่อง ionizers ก็สามารถจัดการได้

อุปกรณ์ที่ไวต่อการเกิดประจุไฟฟ้าเป็นอย่างยิ่ง อาจจะรับการป้องกันด้วยการประยุกต์ใช้สารป้องกันไฟฟ้าสถิตซึ่งจะเพิ่มชั้นผิวนำไฟฟ้า เพื่อให้ประจุส่วนเกินมีการกระจายออกไป น้ำยาปรับผ้านุ่มและแผ่นเป่าแห้ง ที่ใช้ในเครื่องซักผ้าและเครื่องอบผ้าเป็นตัวอย่างของตัวป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ที่ใช้ในการป้องกันและกำจัดการยึดเหนี่ยวของประจุ

ตัวอย่างถุงใส่อุปกรณ์อิเล็คโทรนิคส์ที่มีสารป้องกันไฟฟ้าสถิตเคลือบอยู่ ก่อนเปิดถุงต้องเอาตัวถุงสัมผัสกับกราวด์ก่อนเพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ภายในถุง

อุปกรณ์อิเล็คโทรนิคส์จำนวนมากมีความไวต่อการเกิดประจุไฟฟ้า ถุงตัวนำป้องกันไฟฟ้าสถิต มักใช้ห่ออุปกรณ์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ดังกล่าวในขณะขนส่ง คนที่ทำงานกับวงจรที่มีอุปกรณ์เหล่านี้มักจะสายรัดข้อมือและต่อสายลงกราวด์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ทำลายอุปกรณ์นั้น

สายรัดข้อมือที่มีปลายด้านหนึ่งไว้หนีบกับกราวด์เพื่อระบายไฟฟ้าสถิตออกจากร่างกายก่อนทำงานกับอุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์

ในโรงงานอุตสาหกรรมเช่นโรงสีหรือแป้งหรือในโรงพยาบาล, รองเท้าความปลอดภัยป้องกันไฟฟ้าสถิตบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าเนื่องจากจะสัมผัสกับพื้น รองเท้าเหล่านี้มีพื้นรองเท้าที่มีการนำไฟฟ้าดี รองเท้าป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ไม่ควรจะสับสนกับรองเท้าฉนวนซึ่งจะให้ผลตรงกันข้าม เพราะรองเท้าฉนวนใช้ป้องกันไฟฟ้าช็อตอย่างรุนแรงจากกระแสไฟฟ้า[1]

การนำไปใช้ประโยชน์[แก้]

  • ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร[2]
  • ใช้ในการพ่นสี
  • ใช้ในเครื่องพิมพ์ Inkjet

อ้างอิง[แก้]

  1. [1], การป้องกันไฟฟ้าสถิต
  2. [2], ประโยชน์ของไฟฟ้าสถิต