ไฟฟ้าสถิต

สำหรับวิทยาศาสตร์ของประจุไฟฟ้านิ่ง โปรดดูไฟฟ้าสถิต

สนามไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการกระจายตัวของประจุ (+) ส่วนเกิน

เมื่อผมของเด็กคนนี้สัมผัสกับแผ่นไถล ประจุบวกจะถูกสร้างสะสมขึ้นจนทำให้ผมแต่ละเส้นผลักกันเอง ผมยังสามารถดึงดูดกับผิวหน้าแผ่นไถลที่มีประจุลบอีกด้วย

ไฟฟ้านิ่ง (อังกฤษ: Static electricity) คือความไม่สมดุลย์ของประจุไฟฟ้าภายในหรือบนพื้นผิวของวัสดุหนึ่ง ประจุยังคงอยู่กับที่จนกระทั่งมันสามารถจะเคลื่อนที่โดยอาศัยการไหลของอิเล็กตรอน (กระแสไฟฟ้า) หรือมีการถ่ายเทประจุ (อังกฤษ: electrical discharge) ไฟฟ้านิ่งมีชื่อที่ขัดกับไฟฟ้ากระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดหรือตัวนำอื่นและนำส่งพลังงาน

ประจุไฟฟ้านิ่งสามารถสร้างขึ้นได้เมื่อไรก็ตามที่สองพื้นผิวสัมผัสกันและแยกจากกัน และอย่างน้อยหนึ่งในพื้นผิวนั้นมีความต้านทานสูงต่อกระแสไฟฟ้า (และดังนั้นมันจึงเป็นฉนวนไฟฟ้า) ผลกระทบทั้งหลายจากไฟฟ้านิ่งจะคุ้นเคยกับคนส่วนใหญ่เพราะผู้คนสามารถรู้สึก, ได้ยิน, และแม้แต่ได้เห็นประกายไฟเมื่อประจุส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางเมื่อถูกนำเข้ามาใกล้กับตัวนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ (เช่นเส้นทางที่ไปลงดิน) หรือภูมิภาคที่มีประจุส่วนเกินที่มีขั้วตรงข้าม (บวกหรือลบ) ปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยของช็อกนิ่ง หรือที่เจาะจงมากขึ้นคือการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต (อังกฤษ: electrostatic discharge) จะเกิดจากการเป็นกลางของประจุ

สาเหตุ

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

การกำจัดและป้องกันไฟฟ้าสถิต

การปลดปล่อยหรือการป้องกันการสะสมของประจุ อาจทำได้ง่ายๆแค่เปิดหน้าต่างหรือใช้ตัวเพิ่มความชื้นของอากาศทำให้อากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เครื่อง ionizers ก็สามารถจัดการได้

อุปกรณ์ที่ไวต่อการเกิดประจุไฟฟ้าเป็นอย่างยิ่ง อาจจะรับการป้องกันด้วยการประยุกต์ใช้สารป้องกันไฟฟ้าสถิตซึ่งจะเพิ่มชั้นผิวนำไฟฟ้า เพื่อให้ประจุส่วนเกินมีการกระจายออกไป น้ำยาปรับผ้านุ่มและแผ่นเป่าแห้ง ที่ใช้ในเครื่องซักผ้าและเครื่องอบผ้าเป็นตัวอย่างของตัวป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ใช้ในการป้องกันและกำจัดการยึดเหนี่ยวของประจุ

ตัวอย่างถุงใส่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีสารป้องกันไฟฟ้าสถิตเคลือบอยู่ ก่อนเปิดถุงต้องเอาตัวถุงสัมผัสกับกราวด์ก่อนเพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ภายในถุง

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากมีความไวต่อการเกิดประจุไฟฟ้า ถุงตัวนำป้องกันไฟฟ้าสถิต มักใช้ห่ออุปกรณ์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ดังกล่าวในขณะขนส่ง คนที่ทำงานกับวงจรที่มีอุปกรณ์เหล่านี้มักจะสายรัดข้อมือและต่อสายลงกราวด์ป้องกันไฟฟ้าสถิตทำลายอุปกรณ์นั้น

ในโรงงานอุตสาหกรรมเช่นโรงสีหรือแป้งหรือในโรงพยาบาล, รองเท้าความปลอดภัยป้องกันไฟฟ้าสถิตบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าเนื่องจากจะสัมผัสกับพื้น รองเท้าเหล่านี้มีพื้นรองเท้าที่มีการนำไฟฟ้าดี รองเท้าป้องกันไฟฟ้าสถิตไม่ควรจะสับสนกับรองเท้าฉนวนซึ่งจะให้ผลตรงกันข้าม เพราะรองเท้าฉนวนใช้ป้องกันไฟฟ้าช็อตอย่างรุนแรงจากกระแสไฟฟ้า

การนำไปใช้ประโยชน์

• ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร มีหลักการทำงานที่สำคัญคือ แผ่นฟิล์มที่ฉาบด้วยวัสดุตัวนำ ที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำเมื่อถูกแสงและเป็นฉนวนเมื่อไม่ได้ถูกแสง เมื่อเครื่องเริ่มทำงาน แผ่นฟิล์มจะถูกทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกทั่วทั้งแผ่น และจะสอ่งแสงไปยังสิ่งพิมพ์ผ่านเลยส์ไปกระทบกับแผ่นฟิล์ม ส่วนที่เป็นสีขาวบนสิ่งพิมพ์แสงจะทะลุผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์ม ทำให้บริเวณที่ถูกแสงเป็นตัวนำ เป็นผลให้บริเวณนั้นมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนตัวอักษรหรือภาพลายเส้นที่เป็นสีดำจะดูดกลืนแสงจึงไม่ให้แสงผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์มทำให้บริเวณที่ไม่ถูกแสงบนแผ่นฟิล์มคงยังมีประจุไฟฟ้าบวกอยู่ เมื่อพ่นผงหมึกที่มีประจุไฟฟ้าลบไปที่แผ่นฟิล์ม ผงหมึกจะไปเกาะเฉพาะบริเวณที่มีประจุบวกเท่านั้น ส่วนบริเวณอื่นที่ไม่มีประจุไฟฟ้าก็จะไม่มีผงหมึกเกาะ ทำให้เห็นเป็นภาพของต้นฉบับบนแผ่นฟิล์ม และเมื่อกดแผ่นกระดาษประจุบวกลงบนแผ่นฟิล์มที่มีผงหมึกก็จะได้ภาพสำเนาปรากฏบนแผ่นกระดาษ นำกระดาษนี้ไปอบความร้อนเพื่อให้ผงหมึกติดแน่นก็จะได้ภาพสำเนาบนแผ่นกระดาษที่ชัดเจนและถาวร

• ใช้ในการพ่นสี เครื่องพ่นสีใช้สำหรับพ่นผงหรือละอองสี เพื่อให้สีเกาะติดชิ้นงานได้ดีกว่าการพ่นแบบธรรมดา ใช้หลักการทำผงหรือละอองสีกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าขณะผงถูกพ่นออกจากเครื่องพ่น มีผลให้ผงหรือละอองสีที่มีประจุไฟฟ้านั้นมแรงดึงดูดกับผิวชิ้นงานและจะเกาะติดชิ้นงานนั้นได้ดี

• ใช้ในเครื่องพิมพ์ Inkjet

• ใช้กับไมโครโฟรแบบตัวเก็บประจุ หลักการของไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุคือ ประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่นที่ขนานกัน แผ่นหนึ่งทำหน้าที่เป็นไดอะแฟรมรับคลื่นเสียง ส่วนแผ่นที่สองยึดติดกับฐาน โดยแผ่นที่รับคลื่นเสียงจะบางมากเมื่อมีคลื่นเสียงมากระทบ มันจะสั่นตามความถี่และกำลังของคลื่น ผลจากการสั่นของแผ่นบางนี้ จะทำให้ความจุไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง เมื่อต่อไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุนี้อนุกรมกับตัวต้านทานความต่างศักย์คร่อมไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงตามความถี่ของคลื่นเสียง เป็นผลให้เกิดสัญญาณไฟฟ้า

ไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุนี้เราสามารถนำไปใช้กับการร้องเพลง การพูด จะได้เสียงที่ชัดเจน และเป็นไมโครโฟนที่นิยมใช้