ผู้ใช้:Tangpanicha

ไฟฟ้าสถิต

              ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges) 
   เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ

               ประจุไฟฟ้า  (Charge)
               ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ  ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน3ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส
               ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือจะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน  เป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ประจุ ( Law of Conservation of Charge ) เมื่อนำวัตถุสองชนิดมาถูกันจะเกิดการถ่ายเทประจุระหว่างวัตถุทั้งสองชนิดทำให้วัตถุหนึ่งมีปริมาณประจุบวกมากกว่าประจุลบ  จึงมีประจุสุทธิเป็นบวก และวัตถุอีกอันหนึ่งมีปริมาณ ประจุลบมากกว่าประจุบวก  จึงมีประจุสุทธิเป็นลบ เราสามารถวัดค่าไฟฟ้าสถิตได้โดยใช้ Static Field Meter โดยหน่วยที่วัดคือ โวลท์

               การเกิดไฟฟ้าสถิต
               การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกันหรือเกิดแรงผลักกัน  เมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกันเราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน  พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน  โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง,พลาสติก และแก้ว   สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้น โอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยาก  แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้ 

                การถ่ายเทประจุไฟฟ้า (Electrostatic Discharge)
               คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว  เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2  ชนิดไม่เท่ากัน

               ตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า 
               เมื่อเราใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า  เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ 2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเล็คตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก  ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็คตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ   ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน ร่างกายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี  เมื่อเราเดินผ่านพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม  รองเท้าหนังของเราจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม ทำให้อิเล็คตรอนถ่ายเทจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม เมื่อเราเดินไปเรื่อย ๆ อิเล็คตรอนจะถ่ายเทจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัวเรา เมื่อเราไปจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเล็คตรอนจากประตูถ่ายเทมายังตัวเรา ทำให้เรารู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต  ในลักษณะเดียวกันถ้าเราใส่รองเท้ายาง  รองเท้ายางจะรับอิเล็คตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรมจะทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ  เมื่อเราเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตู  จะทำให้อิเล็คตรอนถ่ายเทจากเราไปยังลูกบิดประตู เราจะมีความรู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต 

               ทำไมไฟฟ้าสถิตถึงเป็นปัญหา
               ในสภาพแวดล้อมในการทำงานของเรา ไฟฟ้าสถิตเป็นสิ่งที่เราต้องให้ความสนใจ นอกจากไฟฟ้าสถิตจะมีผลต่อคน  เมื่อไปสัมผัสกับวัสดุประเภทตัวนำแล้ว ทำให้รู้สึกสะดุ้งเหมือนถูกไฟช็อตแล้ว   ไฟฟ้าสถิตยังส่งผลต่อกระบวนการในการผลิตด้วย
                ปัจจุบันชิ้นงานอิเลคทรอนิคส์นับวันจะมีขนาดเล็กลงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น  การมีวงจรไฟฟ้ามากมายในขนาดของชิ้นงานที่เล็กลง จะส่งผลให้ชิ้นงานยิ่งไวต่อไฟฟ้าสถิตไฟฟ้าสถิตจะถูกส่งจากคนงานในสายการผลิต  เครื่องมือ และอุปกรณ์อื่นๆ ไปยังชิ้นงานอิเล็คทรอนิคส์  ซึ่งมีผลทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของชิ้นงานเหล่านั้นเปลี่ยนไป  อาจจะเป็นการลดคุณภาพลงหรือทำลายชิ้นงาน  มีการศึกษาและพบว่ามากกว่า 50% ของชิ้นงานที่เสียหายล้วนมีผลมาจากไฟฟ้าสถิต

               ข้อควรปฏิบัติเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต
                เพื่อควบคุมไฟฟ้าสถิต  มีแนวทางในการปฏิบัติดังนี้     
               1. ออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิคส์/เครื่องมืออิเล็คทรอนิคส์ 
                   ให้ทนต่อไฟฟ้าสถิต เท่าที่เป็นไปได้ 
               2. ลดหรือขจัดเหตุในการเกิดไฟฟ้าสถิต มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา เช่น 
                   -พื้น / วัสดปูพื้น  
                   - ความชื้นของอากาศในห้อง
                   - เก้าอี้ 
                   - รองเท้า 
                   - ชุดที่สวมใส่ 
                   - วิธีทำความสะอาด 
               3.สลายไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้น 
               วิธีการนี้คือการต่อสายดิน (Grounding) เป็นการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นให้มีศักดิ์เป็นศูนย์ (0) เท่ากับพื้นดิน เราสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตได้โดยการให้พนักงานในสายการผลิตใช้ สายรัดข้อมือ (WristStrap)การใช้กระเบื้องยางปูพื้นชนิด Static Dissipative PVC หรือ Static Conductive PVC   

กฎของคูลอมบ์ "แรงดูดหรือแรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณระหว่างประจุและเป็นสัดส่วนโดยผกผันกับกำลังสองของระยะ ทางระหว่างประจุนั้น"

F = แรงระหว่างประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็น นิวตัน

Q1 , Q2 = ประจุไฟฟ้าทั้งสอง มีหน่วยเป็น คูลอมบ์

R = ระยะห่างระหว่างประจุ มีหน่วยเป็น เมตร

k = ค่าคงที่ในกฎของคูลอมบ์ = 9000000000 Nm2/c2

หลักการ ประจุต่างกันจะดูดกันและประจุต่างกันจะผลักกัน

สนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้า คือ บริเวณรอบ ๆ ประจุไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้า

สามารถส่งอำนาจไปถึง ถ้า Q เป็นประจุ + จะได้รับแรงใน

ทิศทางเดียวกับ สนามไฟฟ้า ถ้า Q เป็นประจุ - จะได้รับแรง

ในทิศตรงข้ามกับสนามไฟ ฟ้า

E = สนามไฟฟ้า มีหน่วยเป็น นิวตัน/คูลอมบ์

Q = ประจุไฟฟ้าที่ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า

R = ระยะระหว่างประจุ

k = ค่าคงที่ 9x109 Nm2/c2

สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะคู่ขนานจะมีค่าคงที่ และ

มีค่าเท่ากับ

E = สนามไฟฟ้า

V = ความต่างศักย์ มีหน่วยเป็น โวลต์

d = ระยะห่างระหว่างแผ่น มีหน่วยเป็น เมตร

จุดสะเทิน คือ ตำแหน่งที่มีความเข้มของสนามไฟฟ้า

เป็นศูนย์

 จุดสะเทินจะอยู่ระหว่างประจุทั้งสอง หรือภาย

นอกของ ประจุทั้งสอง จะขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้าทั้งสองดังนี้

1. ประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะอยู่ระหว่าง

ประจุทั้งสอง และอยู่ใกล้ประจุไฟฟ้าที่มีแรงทางไฟฟ้าน้อย

2. ประจุไฟฟ้าต่างชนิดกัน จุดสะเทินจะอยู่ภายนอก

ของประจุทั้ง สอง และอยู่ใกล้ทางประจุไฟฟ้าที่มีแรง

ไฟฟ้าน้อย Q2 < Q1

ณ จุดสะเทิน จะได้ E1 = E2

ศักย์ไฟฟ้า

ศักย์ไฟฟ้า คือ ระดับไฟฟ้าที่มีอยู่ในวัตถุนั้น ๆ ประจุ

ลบจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังศักย์ไฟฟ้าสูง

ส่วนประจุบวกจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปสู่จุด

ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ

V = ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น Volt

Q = ประจุไฟฟ้า

R = ระยะจากประจุไฟฟ้า ถึงจุดที่ต้องการหาศักย์ไฟฟ้า

k = ค่าคงที่ = 9000000000 Nm2/c2

ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุด คือ ผลต่างระหว่างศักย์

ไฟฟ้าของ จุด 2 จุดนั้น

VAB = ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง A กับ B

VA = ศักย์ไฟฟ้าที่จุด A

VB = ศักย์ไฟฟ้าที่จุด B

พลังงานศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานศักย์ต่อหนึ่งหน่วยประจุ

ทที่ใช้ในการเคลื่อนประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุด

หนึ่งในสนามไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล

Ep = พลังงานศักย์ไฟฟ้า

q = ประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็น คูลอมบ์

V = ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลต์

ส่วนพลังงานในการเคลื่อนประจุจากจุด A ที่มีความต่างศักย์

ไฟฟ้า VA ไปยังจุด B ที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า VB จะเป็นดังนี้

W = พลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ มีหน่วยเป็นจูล

q = ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนระหว่างจุด A กับ B

V = ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด A กับจุด B

จาก

V = Ed

ดังนั้น

d = ระยะระหว่างจุด 2 จุดในสนามไฟฟ้า

ความเร็วของประจุ

ประจุ +q เคลื่อนที่จากจุด A ไปยังจุด B พลังงานศักย์

ไฟฟ้าจะ เปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์

พลังงานศักย์ไฟฟ้าที่ลด = พลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้น

; v = ความเร็วของประจุ มีหน่วยเป็น m/s

ความประจุไฟฟ้า

ความจุไฟฟ้า หมายถึง ความสามารถในการกักเก็บ

ประจุของวัตถุ วัตถุที่สามารถรับประจุได้มากแต่ทำให้ศักย์

ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นน้อย แสดงว่า วัตถุนั้นมีความจุไฟฟ้ามาก

ความจุไฟฟ้าของวัตถุใด ๆ จะเป็นอัตราส่วนระหว่าง

ประจุไฟฟ้ากับศักย์ไฟฟ้าของวัตถุนั้น

C = ความจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็นฟารัด (F) หรือคูลอมบ์/โวลต์

Q = ปริมาณประจุไฟฟ้า

V = ศักย์ไฟฟ้า

สัญลักษณ์แทนตัวเก็บประจุ จะเป็นรูปแผ่นขนานด้วย

ขีด 2 ขีด

ความจุของวัตถุชนิดต่าง ๆ

1. ทรงกลม - ความจุจะแปรผันตามรัศมีของทรงกลม

ดังนั้นตัวนำทรงกลมใหญ่ จะมีความจุมากกว่าตัวนำทรง

กลมเล็ก

แต่

C = ความจุไฟฟ้า

R = รัศมีของทรงกลม

k = ค่าคงที่

2. แผ่นโลหะที่ขนานกัน

C = ความจุไฟฟ้า

Q = ประจุไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำ

V = ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นทั้งสอง

A = พื้นที่ของแผ่นโลหะ มีหน่วยเป็นตารางเมตร

d = ระยะระหว่างแผ่นโลหะ

= Permittivity Constant

= 8.85x10-12 C2/N-m2

พลังงานสะสมในตัวเก็บประจุ สามารถหาได้จากพื้นที่ใต้

กราฟเนื่อง จากถ้าความต่างศักย์ V ที่ต่อกับตัวเก็บประจุ

มีค่าเพิ่มขึ้น ประจุ Q บนตัวเก็บประจุจะมีค่าเพิ่มขึ้นด้วย

พื้นที่ใต้กราฟ = พลังงานสะสมในตัวเก็บประจุ

มีหน่วยเป็นจูล

การต่อตัวเก็บประจุ

1. แบบอนุกรม ประจุ Q แต่ละตัวจะเท่ากัน คือ

Qรวม = Q1 = Q2 = Q3

2. แบบขนาน ความต่างศักย์ระหว่างแต่ละตัวจะเท่ากันคือ

Vรวม = V1 = V2 = V3

Qรวม = Q1 + Q2 + Q3

CVAB = C1VAB + C2VAB + C3VAB

C = C1 + C2 + C3ข้อความตัวเอน