ไฟฟ้าสถิตสามารถทำอะไรได้บ้าง? สูตรพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้าสถิตและสูตรกระแสตรง
... การทำนายไฟฟ้าสถิตทั้งหมดเป็นไปตามกฎสองข้อของมัน
แต่มันเป็นสิ่งหนึ่งที่จะพูดสิ่งเหล่านี้ในทางคณิตศาสตร์ และค่อนข้างอีกอย่าง -
นำไปใช้อย่างง่ายดายและมีไหวพริบที่เหมาะสม
Richard Feynman
ไฟฟ้าสถิตศึกษาปฏิสัมพันธ์ของประจุที่อยู่กับที่ การทดลองที่สำคัญเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตได้ดำเนินการในศตวรรษที่ 17 และ 18 ด้วยการค้นพบปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าและการปฏิวัติทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้น ความสนใจในไฟฟ้าสถิตหายไปชั่วขณะหนึ่ง อย่างไรก็ตาม การวิจัยทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่แสดงให้เห็นความสำคัญอย่างยิ่งของไฟฟ้าสถิตในการทำความเข้าใจกระบวนการต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตและธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต
ไฟฟ้าสถิตและชีวิต
ในปี 1953 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน S. Miller และ G. Urey ได้แสดงให้เห็นว่าหนึ่งใน "โครงสร้างแห่งชีวิต" - กรดอะมิโน - สามารถรับได้โดยการปล่อยประจุไฟฟ้าผ่านก๊าซที่มีองค์ประกอบคล้ายกับบรรยากาศยุคแรกเริ่มของโลก ซึ่งประกอบด้วย น้ำมีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจน และไอระเหย ในอีก 50 ปีข้างหน้า นักวิจัยคนอื่นๆ ทำการทดลองเหล่านี้ซ้ำและได้รับผลลัพธ์แบบเดียวกัน เมื่อกระแสไฟสั้นๆ ผ่านแบคทีเรีย รูพรุนจะปรากฏในซอง (เมมเบรน) ซึ่งชิ้นส่วนดีเอ็นเอของแบคทีเรียอื่นๆ สามารถผ่านเข้าไปภายในได้ ทำให้เกิดกลไกการวิวัฒนาการอย่างใดอย่างหนึ่ง ดังนั้น พลังงานที่จำเป็นสำหรับการกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลกและวิวัฒนาการของมันอาจเป็นพลังงานไฟฟ้าสถิตของการปล่อยฟ้าผ่าได้จริงๆ (รูปที่ 1)
ไฟฟ้าสถิตทำให้เกิดฟ้าผ่าอย่างไร
ในแต่ละช่วงเวลา ฟ้าผ่าประมาณ 2,000 ดวงวาบที่จุดต่างๆ บนโลก ฟ้าผ่าประมาณ 50 ดวงกระทบโลกทุกวินาที และทุกๆ ตารางกิโลเมตรของพื้นผิวโลกจะถูกฟ้าผ่าโดยเฉลี่ยหกครั้งต่อปี ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 18 เบนจามิน แฟรงคลิน พิสูจน์ว่าฟ้าผ่าที่กระทบจากเมฆฝนฟ้าคะนองเป็นกระแสไฟฟ้าที่ส่งมายังโลก เชิงลบค่าใช้จ่าย. ในกรณีนี้ การปล่อยแต่ละครั้งจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโลกหลายสิบคูลอมบ์ และแอมพลิจูดของกระแสไฟฟ้าระหว่างการโจมตีด้วยฟ้าผ่าอยู่ระหว่าง 20 ถึง 100 กิโลแอมแปร์ การถ่ายภาพความเร็วสูงแสดงให้เห็นว่าสายฟ้าฟาดกินเวลาเพียงหนึ่งในสิบของวินาที และสายฟ้าแต่ละอันประกอบด้วยสายฟ้าที่สั้นกว่าหลายอัน
ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือวัดที่ติดตั้งบนหัววัดบรรยากาศเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 วัดสนามไฟฟ้าของโลกซึ่งความเข้มที่พื้นผิวประมาณ 100 V / m ซึ่งสอดคล้องกับประจุทั้งหมดของ ดาวเคราะห์ประมาณ 400,000 C. ตัวพาประจุในชั้นบรรยากาศของโลกคือไอออนซึ่งมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นตามความสูงและสูงถึงสูงสุดที่ระดับความสูง 50 กม. ซึ่งชั้นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าคือชั้นไอโอโนสเฟียร์ถูกสร้างขึ้นภายใต้การกระทำของรังสีคอสมิก ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่าสนามไฟฟ้าของโลกคือสนามของตัวเก็บประจุทรงกลมที่มีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 400 kV ภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้านี้ กระแส 2–4 kA จะไหลอย่างต่อเนื่องจากชั้นบนไปยังชั้นล่างซึ่งมีความหนาแน่น (1–2) · 10 –12 A / m 2 และปล่อยพลังงานสูงถึง 1.5 กิกะวัตต์ และถ้าไม่มีฟ้าผ่า สนามไฟฟ้านี้ก็จะหายไป! ปรากฎว่าในสภาพอากาศที่ดีตัวเก็บประจุไฟฟ้าของโลกจะถูกปล่อยออกมาและในช่วงที่มีพายุฝนฟ้าคะนองจะมีประจุ
เมฆฝนฟ้าคะนองเป็นไอน้ำปริมาณมาก ซึ่งส่วนหนึ่งได้ควบแน่นในรูปของหยดเล็กๆ หรือน้ำแข็ง ยอดเมฆฝนฟ้าคะนองอาจอยู่ที่ระดับความสูง 6–7 กม. และด้านล่างสามารถลอยเหนือพื้นดินได้ที่ระดับความสูง 0.5–1 กม. เหนือ 3-4 กม. เมฆประกอบด้วยก้อนน้ำแข็งที่มีขนาดต่างกัน เนื่องจากอุณหภูมิจะต่ำกว่าศูนย์เสมอ ก้อนน้ำแข็งเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากกระแสลมอุ่นที่เพิ่มขึ้นจากด้านล่างของพื้นผิวที่ร้อนของโลก น้ำแข็งก้อนเล็ก ๆ จะเบากว่าก้อนใหญ่ และพวกมันถูกพัดพาไปโดยกระแสอากาศที่พุ่งสูงขึ้นและชนกับน้ำแข็งก้อนใหญ่ตลอดเวลา เมื่อมีการชนกันดังกล่าว กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้น ซึ่งน้ำแข็งก้อนใหญ่จะถูกประจุเป็นลบ และประจุเล็กๆ จะเป็นบวก เมื่อเวลาผ่านไป ก้อนน้ำแข็งขนาดเล็กที่มีประจุบวกจะรวมตัวกันที่ส่วนบนของก้อนเมฆเป็นส่วนใหญ่ และก้อนน้ำแข็งขนาดใหญ่ที่มีประจุลบจะรวมตัวกันที่ด้านล่าง (รูปที่ 2) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ส่วนบนของคลาวด์จะมีประจุเป็นบวก และด้านล่างมีประจุเป็นลบ ในกรณีนี้ จะเกิดประจุบวกบนพื้นดินโดยตรงภายใต้เมฆฝนฟ้าคะนอง ตอนนี้ทุกอย่างพร้อมสำหรับการปล่อยฟ้าผ่าซึ่งเกิดการสลายของอากาศและประจุลบจากด้านล่างของเมฆฝนฟ้าคะนองไหลลงสู่พื้นโลก
เป็นลักษณะเฉพาะที่ก่อนเกิดพายุฝนฟ้าคะนองความแรงของสนามไฟฟ้าของโลกสามารถเข้าถึง 100 kV / m ซึ่งสูงกว่าค่าของมัน 1,000 เท่าในสภาพอากาศที่ดี เป็นผลให้ประจุบวกของเส้นผมแต่ละเส้นบนศีรษะของบุคคลที่ยืนอยู่ภายใต้เมฆฝนฟ้าคะนองเพิ่มขึ้นตามปัจจัยเดียวกันและพวกเขาก็ผลักออกจากกันยืนอยู่ที่ปลาย (รูปที่ 3)
Fulgurite - สายฟ้าบนพื้นดิน
ในระหว่างการปล่อยฟ้าผ่า พลังงานจะถูกปล่อยออกมาตามคำสั่งของ 10 9 –10 10 J พลังงานส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับฟ้าร้อง ความร้อนในอากาศ แสงวาบ และการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ และมีเพียงส่วนน้อยเท่านั้น ปล่อยในที่ที่ฟ้าแลบลงสู่พื้นดิน แต่แม้ส่วน "เล็ก" นี้ก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดไฟไหม้ ฆ่าคนหรือทำลายอาคาร ฟ้าผ่าสามารถทำให้ช่องร้อนผ่านทะลุได้สูงถึง 30,000 ° C ซึ่งสูงกว่าจุดหลอมเหลวของทรายมาก (1600-2000 ° C) ดังนั้นสายฟ้าที่ตกลงสู่ทรายละลายและอากาศร้อนและไอน้ำขยายตัวก่อตัวเป็นท่อจากทรายหลอมเหลวซึ่งแข็งตัวหลังจากนั้นครู่หนึ่ง นี่คือที่มาของ fulgurites (ลูกศรสายฟ้า, นิ้วของปีศาจ) - กระบอกสูบกลวงที่ทำจากทรายละลาย (รูปที่ 4) ฟูลกูไรต์ที่ยาวที่สุดที่ขุดได้ลงไปใต้ดินลึกกว่าห้าเมตร
ไฟฟ้าสถิตป้องกันฟ้าผ่าได้อย่างไร
โชคดีที่ฟ้าผ่าส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างเมฆ ดังนั้นจึงไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม เชื่อกันว่าผู้คนกว่าพันคนทั่วโลกถูกฟ้าผ่าฆ่าตายทุกปี อย่างน้อยในสหรัฐอเมริกาที่มีการเก็บสถิติดังกล่าว ผู้คนประมาณพันคนต้องทนทุกข์จากฟ้าผ่าทุกปี และมากกว่าร้อยคนเสียชีวิต นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามปกป้องผู้คนจาก "การลงโทษของพระเจ้า" นี้มานานแล้ว ตัวอย่างเช่น ผู้ประดิษฐ์ตัวเก็บประจุไฟฟ้าตัวแรก (ขวด Leyden) Peter van Muschenbroek ในบทความเกี่ยวกับไฟฟ้าที่เขียนขึ้นสำหรับสารานุกรมฝรั่งเศสที่มีชื่อเสียง ได้ปกป้องวิธีการดั้งเดิมในการป้องกันฟ้าผ่า - เสียงกริ่งและการยิงปืนใหญ่ ซึ่งเขาเชื่อว่าค่อนข้างดี มีประสิทธิภาพ.
ในปี ค.ศ. 1750 แฟรงคลินได้ประดิษฐ์สายล่อฟ้า (สายล่อฟ้า) ในความพยายามที่จะปกป้องอาคารศาลาว่าการรัฐแมริแลนด์จากฟ้าผ่า เขาได้ติดราวเหล็กหนาเข้ากับอาคาร ซึ่งสูงตระหง่านเหนือโดมหลายเมตรและเชื่อมต่อกับพื้นดิน นักวิทยาศาสตร์ปฏิเสธที่จะจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ของเขาโดยหวังว่าจะเริ่มให้บริการประชาชนโดยเร็วที่สุด กลไกการออกฤทธิ์ของสายล่อฟ้าสามารถอธิบายได้ง่าย ๆ หากเราจำได้ว่าความแรงของสนามไฟฟ้าใกล้กับพื้นผิวของตัวนำที่มีประจุเพิ่มขึ้นตามความโค้งของพื้นผิวนี้ที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นภายใต้เมฆฝนฟ้าคะนองใกล้ปลายสายล่อฟ้า ความแรงของสนามจะสูงมากจนทำให้เกิดไอออไนเซชันในอากาศโดยรอบและปล่อยโคโรนาในอากาศ เป็นผลให้ความน่าจะเป็นของฟ้าผ่ากระทบสายล่อฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น ความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตไม่เพียงแต่ทำให้สามารถอธิบายที่มาของฟ้าผ่าได้เท่านั้น แต่ยังสามารถหาวิธีป้องกันฟ้าผ่าได้อีกด้วย
ข่าวสายล่อฟ้าของแฟรงคลินแพร่กระจายไปอย่างรวดเร็วทั่วยุโรป และเขาได้รับเลือกให้เข้าร่วมทุกสถาบัน รวมถึงโรงเรียนรัสเซียด้วย อย่างไรก็ตาม ในบางประเทศ ประชากรผู้เคร่งศาสนาทักทายการประดิษฐ์นี้ด้วยความขุ่นเคือง ความคิดที่ว่าบุคคลหนึ่งสามารถเชื่องอาวุธหลักแห่งพระพิโรธของพระเจ้าได้อย่างง่ายดายและง่ายดาย ดูเหมือนเป็นการดูหมิ่นศาสนา ดังนั้นในสถานที่ต่างๆ ผู้คนจึงหักสายล่อฟ้าด้วยเหตุผลที่เคร่งศาสนา
กรณีที่น่าสงสัยเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2323 ในเมืองเล็กๆ ทางตอนเหนือของฝรั่งเศส ซึ่งชาวเมืองเรียกร้องให้รื้อเสาเหล็กของสายล่อฟ้าและคดีนี้ก็เข้าสู่การพิจารณาคดี ทนายหนุ่มที่ปกป้องสายล่อฟ้าจากการโจมตีของพวก obscurantists สร้างการป้องกันจากข้อเท็จจริงที่ว่าทั้งจิตใจของมนุษย์และความสามารถของเขาในการพิชิตพลังแห่งธรรมชาตินั้นมีต้นกำเนิดจากสวรรค์ ทนายหนุ่มแย้งว่าทุกสิ่งที่ช่วยชีวิตได้เป็นผลดี เขาชนะการพิจารณาคดีและมีชื่อเสียงมาก ทนายความชื่อ ... Maximilian Robespierre
ทีนี้ ภาพเหมือนของผู้ประดิษฐ์สายล่อฟ้าเป็นภาพจำลองที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในโลก เพราะมันประดับใบเรียกเก็บเงิน 100 ดอลลาร์ที่มีชื่อเสียง
ไฟฟ้าสถิตที่ให้ชีวิต
พลังงานที่ปล่อยออกมาจากตัวเก็บประจุไม่เพียงแต่ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตบนโลกเท่านั้น แต่ยังสามารถฟื้นฟูชีวิตให้กับผู้ที่เซลล์หัวใจหยุดการหดตัวพร้อมกันได้ การหดตัวของเซลล์หัวใจแบบอะซิงโครนัส (วุ่นวาย) เรียกว่าภาวะ ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะสามารถหยุดได้หากชีพจรปัจจุบันสั้นผ่านเซลล์ทั้งหมด สำหรับสิ่งนี้ อิเล็กโทรดสองอันถูกนำไปใช้กับหน้าอกของผู้ป่วย โดยผ่านชีพจรที่มีระยะเวลาประมาณสิบมิลลิวินาทีและแอมพลิจูดสูงถึงหลายสิบแอมแปร์ ในกรณีนี้ พลังงานที่ระบายออกทางหน้าอกจะสูงถึง 400 J (ซึ่งเท่ากับพลังงานศักย์ของน้ำหนักปอนด์ที่ยกขึ้นสูง 2.5 ม.) อุปกรณ์ที่ให้ไฟฟ้าช็อตที่หยุดการสั่นของหัวใจเรียกว่าเครื่องกระตุ้นหัวใจ เครื่องกระตุ้นหัวใจที่ง่ายที่สุดคือวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ 20 μF และขดลวดเหนี่ยวนำ 0.4 H โดยการชาร์จตัวเก็บประจุให้มีแรงดันไฟฟ้า 1-6 kV และคายประจุผ่านขดลวดและตัวคนไข้ซึ่งมีความต้านทานประมาณ 50 โอห์ม คุณจะได้รับชีพจรปัจจุบันที่จำเป็นในการคืนชีวิตให้ผู้ป่วย
ไฟฟ้าสถิตให้แสง
หลอดฟลูออเรสเซนต์สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ความแรงของสนามไฟฟ้าได้อย่างสะดวก ในการตรวจสอบสิ่งนี้ ขณะอยู่ในห้องมืด ให้ถูโคมไฟด้วยผ้าขนหนูหรือผ้าพันคอ - เป็นผลให้พื้นผิวด้านนอกของกระจกโคมไฟจะถูกชาร์จในเชิงบวกและผ้าจะถูกประจุลบ ทันทีที่สิ่งนี้เกิดขึ้น เราจะเห็นแสงวาบที่เกิดขึ้นในบริเวณเหล่านั้นของตะเกียง ซึ่งเราสัมผัสเนื้อเยื่อที่มีประจุ การวัดพบว่าความแรงของสนามไฟฟ้าภายในหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ใช้งานได้อยู่ที่ประมาณ 10 V / m ด้วยความเข้มข้นนี้ อิเล็กตรอนอิสระจึงมีพลังงานที่จำเป็นในการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมปรอทภายในหลอดฟลูออเรสเซนต์
สนามไฟฟ้าภายใต้สายไฟฟ้าแรงสูง - สายส่ง - สามารถเข้าถึงค่าที่สูงมาก ดังนั้นหากในเวลากลางคืนหลอดฟลูออเรสเซนต์ติดอยู่ที่พื้นใต้สายส่งไฟฟ้าก็จะสว่างขึ้นและค่อนข้างสว่าง (รูปที่ 5) ดังนั้นการใช้พลังงานของสนามไฟฟ้าสถิตจึงสามารถส่องสว่างพื้นที่ใต้สายไฟได้
ไฟฟ้าสถิตเตือนไฟไหม้และทำให้ควันสะอาดได้อย่างไร
ในกรณีส่วนใหญ่ เมื่อเลือกประเภทของเครื่องตรวจจับสัญญาณเตือนไฟไหม้ เครื่องตรวจจับควันจะเลือกประเภทที่ต้องการ เนื่องจากไฟมักจะมาพร้อมกับการปล่อยควันจำนวนมาก และเป็นเครื่องตรวจจับประเภทนี้ที่สามารถเตือนผู้คนได้ อาคารเกี่ยวกับอันตราย เครื่องตรวจจับควันใช้ไอออไนซ์หรือหลักการโฟโตอิเล็กทริกเพื่อตรวจจับควันในอากาศ
ในเครื่องตรวจจับควันไอออไนซ์มีแหล่งกำเนิดรังสี α (โดยปกติคือ อะเมริเซียม-241) อากาศไอออไนซ์ระหว่างแผ่นโลหะ - อิเล็กโทรด ความต้านทานไฟฟ้าระหว่างที่วัดอย่างต่อเนื่องโดยใช้วงจรพิเศษ ไอออนที่เกิดขึ้นจากการแผ่รังสี α ให้ค่าการนำไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด และอนุภาคขนาดเล็กของควันที่ปรากฏที่นั่นจับกับไอออน ทำให้ประจุเป็นกลาง และเพิ่มความต้านทานระหว่างอิเล็กโทรด ซึ่งวงจรไฟฟ้าทำปฏิกิริยา ทำให้เกิด สัญญาณเตือน เซ็นเซอร์ที่ใช้หลักการนี้แสดงให้เห็นถึงความไวที่น่าประทับใจมาก โดยจะทำปฏิกิริยาแม้กระทั่งก่อนที่สิ่งมีชีวิตจะตรวจพบสัญญาณควันแรก ควรสังเกตว่าแหล่งกำเนิดรังสีที่ใช้ในเซ็นเซอร์ไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษย์ เนื่องจากรังสีอัลฟาไม่สามารถผ่านได้แม้ผ่านกระดาษแผ่นหนึ่งและถูกชั้นอากาศหนาหลายเซนติเมตรดูดกลืนอย่างสมบูรณ์
พลังไฟฟ้าของอนุภาคฝุ่นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องดักฝุ่นไฟฟ้าสถิตในอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ก๊าซที่ประกอบด้วยอนุภาคเขม่าที่ลอยขึ้นไปด้านบน ผ่านตาข่ายโลหะที่มีประจุลบ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่อนุภาคเหล่านี้ได้รับประจุลบ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อนุภาคพบว่าตัวเองอยู่ในสนามไฟฟ้าของเพลตที่มีประจุบวกซึ่งพวกมันถูกดึงดูดหลังจากนั้นอนุภาคจะตกลงไปในภาชนะพิเศษซึ่งจะถูกลบออกเป็นระยะ
ชีวไฟฟ้าสถิต
สาเหตุหนึ่งของโรคหอบหืดคือของเสียจากไรฝุ่น (รูปที่ 6) - แมลงขนาดประมาณ 0.5 มม. ที่อาศัยอยู่ในบ้านเรา การศึกษาพบว่าการโจมตีด้วยโรคหอบหืดเกิดจากโปรตีนตัวใดตัวหนึ่งที่แมลงเหล่านี้หลั่งออกมา โครงสร้างของโปรตีนนี้คล้ายกับเกือกม้า ซึ่งปลายทั้งสองข้างมีประจุบวก แรงผลักจากไฟฟ้าสถิตระหว่างปลายของโปรตีนรูปเกือกม้าทำให้โครงสร้างของมันมั่นคง อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติของโปรตีนสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการทำให้ประจุบวกเป็นกลาง ซึ่งสามารถทำได้โดยการเพิ่มความเข้มข้นของไอออนลบในอากาศโดยใช้ไอออไนเซอร์ใดๆ เช่น โคมระย้า Chizhevsky (รูปที่ 7) ในขณะเดียวกันความถี่ของการโจมตีของโรคหอบหืดก็ลดลง
ไฟฟ้าสถิตช่วยไม่เพียงแต่ทำให้โปรตีนเป็นกลางที่แมลงหลั่งออกมาเท่านั้น แต่ยังช่วยจับพวกมันด้วย มีคนกล่าวไปแล้วว่าผม "ยืนตรง" หากมีการชาร์จ เราสามารถจินตนาการได้ว่าแมลงรู้สึกอย่างไรเมื่อถูกประจุไฟฟ้า ขนที่บางที่สุดบนอุ้งเท้าจะแยกออกไปในทิศทางที่ต่างกัน และแมลงสูญเสียความสามารถในการเคลื่อนไหว กับดักแมลงสาบที่แสดงในรูปที่ 8 ตามหลักการนี้ แมลงสาบถูกดึงดูดโดยผงหวานซึ่งก่อนหน้านี้มีประจุไฟฟ้าสถิต แป้ง (ในรูปเป็นสีขาว) ใช้คลุมพื้นผิวเอียงรอบกับดัก เมื่อได้แป้งแล้ว แมลงจะพุ่งเข้าใส่กับดัก
สารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์คืออะไร?
เสื้อผ้า พรม ผ้าคลุมเตียง ฯลฯ สิ่งของต่างๆ จะถูกชาร์จหลังจากสัมผัสกับวัตถุอื่นๆ และบางครั้งก็เป็นเพียงไอพ่นของอากาศ ในชีวิตประจำวันและที่ทำงาน ประจุที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้มักเรียกว่าไฟฟ้าสถิตย์
ภายใต้สภาวะบรรยากาศปกติ เส้นใยธรรมชาติ (จากผ้าฝ้าย ขนสัตว์ ไหม และสารละลาย้เหนียว) จะดูดซับความชื้นได้ดี (ชอบน้ำ) จึงนำไฟฟ้าได้เล็กน้อย เมื่อเส้นใยดังกล่าวสัมผัสหรือถูกับวัสดุอื่น ประจุไฟฟ้าส่วนเกินจะปรากฏบนพื้นผิวของเส้นใยนั้น แต่เป็นเวลาสั้นมาก เนื่องจากประจุไฟฟ้าจะไหลกลับลงมาตามเส้นใยผ้าเปียกที่มีไอออนต่างๆ
เส้นใยสังเคราะห์ (โพลีเอสเตอร์ อะคริลิค โพรพิลีน) ต่างจากเส้นใยธรรมชาติ ดูดซับความชื้นได้ไม่ดี (ไม่ชอบน้ำ) และมีไอออนเคลื่อนที่บนพื้นผิวน้อยกว่า เมื่อวัสดุสังเคราะห์สัมผัสกัน พวกมันจะถูกประจุด้วยประจุตรงข้ามกัน แต่เนื่องจากประจุเหล่านี้ระบายออกช้ามาก วัสดุจึงเกาะติดกัน ทำให้เกิดความไม่สะดวกและความรู้สึกไม่พึงประสงค์ โดยวิธีการที่ผมมีโครงสร้างใกล้เคียงกับเส้นใยสังเคราะห์มากและไม่ชอบน้ำดังนั้นเมื่อสัมผัสเช่นหวีพวกเขาจะถูกชาร์จด้วยไฟฟ้าและเริ่มขับไล่กัน
เพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิต พื้นผิวของเสื้อผ้าหรือวัตถุอื่นๆ สามารถทาด้วยสารที่กักเก็บความชื้น และเพิ่มความเข้มข้นของไอออนเคลื่อนที่บนพื้นผิว หลังจากการบำบัดดังกล่าว ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะหายไปอย่างรวดเร็วจากพื้นผิวของวัตถุหรือถูกกระจายไปทั่ว ความชอบน้ำของพื้นผิวสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการหล่อลื่นด้วยสารลดแรงตึงผิว ซึ่งเป็นโมเลกุลที่คล้ายกับโมเลกุลของสบู่ - ส่วนหนึ่งของโมเลกุลที่ยาวมากจะถูกประจุและอีกส่วนหนึ่งไม่มีประจุ สารที่ป้องกันไฟฟ้าสถิตเรียกว่าสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ตัวอย่างเช่น ฝุ่นถ่านหินหรือเขม่าธรรมดาเป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ดังนั้น เพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิต เขม่าตะเกียงจึงถูกรวมไว้ในการเคลือบพรมและวัสดุหุ้มเบาะ เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน วัสดุดังกล่าวจะเพิ่มเส้นใยธรรมชาติมากถึง 3% และบางครั้งเป็นเกลียวโลหะบางๆ
คำจำกัดความ 1
ไฟฟ้าสถิตเป็นสาขาที่กว้างขวางของอิเล็กโทรไดนามิกที่ศึกษาและอธิบายวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งในระบบใดระบบหนึ่ง
ในทางปฏิบัติ มีการแยกประจุไฟฟ้าสถิตสองประเภท: บวก (แก้วบนผ้าไหม) และประจุลบ (ebonite บนผ้าขนสัตว์) ค่าบริการเบื้องต้นคือค่าบริการขั้นต่ำ ($ e = 1.6 ∙ 10 ^ (-19) $ C) ค่าใช้จ่ายของร่างกายใด ๆ เป็นผลคูณของจำนวนเต็มของค่าใช้จ่ายเบื้องต้น: $ q = Ne $
การใช้พลังงานไฟฟ้าของวัตถุคือการกระจายประจุระหว่างร่างกาย วิธีการสร้างกระแสไฟฟ้า: การสัมผัส การเสียดสี และการกระแทก
กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าบวก - ในแนวคิดแบบปิด ผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุของอนุภาคมูลฐานทั้งหมดยังคงมีเสถียรภาพและไม่เปลี่ยนแปลง $ q_1 + q _2 + q _3 +… .. + q_n = const $ ประจุทดสอบในกรณีนี้คือประจุบวกแบบจุด
กฎของคูลอมบ์
กฎหมายนี้จัดตั้งขึ้นโดยการทดลองในปี พ.ศ. 2328 ตามทฤษฎีนี้ แรงปฏิสัมพันธ์ของประจุแบบจุดคงที่สองประจุในตัวกลางจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของโมดูลบวกและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างทั้งหมดระหว่างพวกมัน
สนามไฟฟ้าเป็นสสารชนิดพิเศษที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้าที่เสถียร รูปแบบรอบประจุ และมีผลกับประจุเท่านั้น
กระบวนการขององค์ประกอบคงที่แบบจุดดังกล่าวเป็นไปตามกฎข้อที่สามของนิวตันอย่างสมบูรณ์ และถือว่าเป็นผลมาจากการผลักอนุภาคออกจากกันด้วยแรงดึงดูดที่เหมือนกันซึ่งกันและกัน การเชื่อมต่อของประจุไฟฟ้าที่เสถียรในไฟฟ้าสถิตเรียกว่าปฏิกิริยาคูลอมบ์
กฎของคูลอมบ์ค่อนข้างยุติธรรมและแม่นยำสำหรับวัตถุที่มีประจุ ลูกบอลและทรงกลมที่มีประจุสม่ำเสมอ ในกรณีนี้ พารามิเตอร์ของจุดศูนย์กลางของช่องว่างโดยทั่วไปจะใช้ระยะทาง ในทางปฏิบัติกฎหมายฉบับนี้มีผลดีและรวดเร็วหากค่าของวัตถุที่มีประจุน้อยกว่าระยะห่างระหว่างกันมาก
หมายเหตุ 1
ตัวนำและไดอิเล็กทริกยังทำหน้าที่ในสนามไฟฟ้า
อย่างแรกคือสารที่มีประจุแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพาหะ การเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอนสามารถเกิดขึ้นได้ภายในตัวนำ องค์ประกอบเหล่านี้รวมถึงสารละลาย โลหะ และอิเล็กโทรไลต์ละลายต่างๆ แก๊สในอุดมคติ และพลาสมา
ไดอิเล็กทริกเป็นสารที่ไม่สามารถประจุไฟฟ้าได้ฟรี การเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอนภายในไดอิเล็กตริกนั้นเป็นไปไม่ได้เนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เป็นอนุภาคทางกายภาพเหล่านี้ที่มีการซึมผ่านที่ไม่เท่ากับหน่วยอิเล็กทริก
สายไฟและไฟฟ้าสถิต
เส้นแรงของความเข้มเริ่มต้นของสนามไฟฟ้าเป็นเส้นต่อเนื่อง โดยเส้นสัมผัสจะชี้ไปยังตัวกลางแต่ละตัวที่ผ่าน ซึ่งตรงกับแกนของความตึงเครียด
ลักษณะสำคัญของสายไฟ:
- อย่าตัดกัน
- ไม่ปิด;
- มั่นคง;
- ทิศทางสุดท้ายตรงกับทิศทางของเวกเตอร์
- เริ่มต้นที่ $ + q $ หรือที่ระยะอนันต์ สิ้นสุดที่ $ - q $;
- เกิดขึ้นใกล้ประจุ (เมื่อความตึงเครียดสูงขึ้น);
- ตั้งฉากกับพื้นผิวของตัวนำหลัก
คำจำกัดความ 2
ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า (Ф หรือ $ U $) คือขนาดของศักย์ไฟฟ้าที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของวิถีประจุบวก ยิ่งการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นตามส่วนของเส้นทางน้อยเท่าใด ความแรงของสนามก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
ความแรงของสนามไฟฟ้ามุ่งไปที่การลดลงของศักยภาพเริ่มต้นเสมอ
รูปที่ 2. พลังงานศักย์ของระบบประจุไฟฟ้า Author24 - แลกเปลี่ยนเอกสารนักเรียนออนไลน์
ความจุไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดความสามารถของตัวนำใด ๆ ในการสะสมประจุไฟฟ้าที่ต้องการบนพื้นผิวของมันเอง
พารามิเตอร์นี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้า แต่อาจได้รับผลกระทบจากขนาดทางเรขาคณิตของตัวนำ รูปร่าง ตำแหน่ง และคุณสมบัติของตัวกลางระหว่างองค์ประกอบต่างๆ
ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าสากลที่ช่วยสะสมประจุไฟฟ้าอย่างรวดเร็วเพื่อปล่อยเข้าสู่วงจร
สนามไฟฟ้าและความแรงของมัน
ตามทัศนะสมัยใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ ประจุไฟฟ้าคงที่ไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อกัน ร่างกายที่มีประจุไฟฟ้าแต่ละตัวในไฟฟ้าสถิตจะสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นในสิ่งแวดล้อม กระบวนการนี้ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสารที่มีประจุอื่นๆ คุณสมบัติหลักของสนามไฟฟ้าคือการทำหน้าที่ประจุจุดด้วยแรงบางอย่าง ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่มีประจุบวกจะดำเนินการผ่านสนามที่ล้อมรอบองค์ประกอบที่มีประจุ
ปรากฏการณ์นี้สามารถตรวจสอบได้โดยใช้ค่าทดสอบที่เรียกว่าประจุไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งไม่ได้แนะนำการกระจายประจุที่ศึกษาอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับการระบุเชิงปริมาณของสนาม จะมีการแนะนำคุณลักษณะแรง - ความเข้มของสนามไฟฟ้า
กำลังเป็นตัวบ่งชี้ทางกายภาพที่เท่ากับอัตราส่วนของแรงที่สนามกระทำต่อประจุทดสอบที่วางอยู่ที่จุดที่กำหนดของสนามต่อค่าของประจุเอง
ความแรงของสนามไฟฟ้าเป็นปริมาณทางกายภาพของเวกเตอร์ ทิศทางของเวกเตอร์ในกรณีนี้เกิดขึ้นพร้อมกันที่จุดวัสดุแต่ละจุดของพื้นที่โดยรอบด้วยทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุบวก สนามไฟฟ้าขององค์ประกอบที่อยู่กับที่และไม่เปลี่ยนแปลงถือเป็นไฟฟ้าสถิต
เพื่อทำความเข้าใจสนามไฟฟ้า จะใช้เส้นแรง ซึ่งวาดในลักษณะที่ทิศทางของแกนหลักของความตึงในแต่ละระบบตรงกับทิศทางของเส้นสัมผัสถึงจุด
ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นในไฟฟ้าสถิต
สนามไฟฟ้าสถิตมีคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่ง: การทำงานของแรงของอนุภาคที่เคลื่อนที่ทั้งหมดเมื่อประจุแบบจุดเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งของสนามไปยังอีกจุดหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับทิศทางของวิถีโคจร แต่ถูกกำหนดโดยตำแหน่งเริ่มต้นเท่านั้น และบรรทัดสุดท้ายและพารามิเตอร์การชาร์จ
ผลของความเป็นอิสระของงานจากรูปแบบของการเคลื่อนที่ของประจุมีดังต่อไปนี้: หน้าที่ของแรงของสนามไฟฟ้าสถิตระหว่างการเปลี่ยนแปลงของประจุตามวิถีปิดใด ๆ จะเป็นศูนย์เสมอ
รูปที่ 4 ศักยภาพของสนามไฟฟ้าสถิต Author24 - แลกเปลี่ยนเอกสารนักเรียนออนไลน์
คุณสมบัติของศักย์ไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าสถิตช่วยในการแนะนำแนวคิดเกี่ยวกับศักย์และพลังงานภายในของประจุ และพารามิเตอร์ทางกายภาพเท่ากับอัตราส่วนของพลังงานศักย์ในสนามต่อค่าประจุนี้เรียกว่าศักย์คงที่ของสนามไฟฟ้า
ในปัญหาที่ซับซ้อนหลายอย่างของไฟฟ้าสถิต เมื่อกำหนดศักย์สำหรับจุดวัสดุอ้างอิง โดยที่ขนาดของพลังงานศักย์และศักย์ไฟฟ้าหายไป จะสะดวกที่จะใช้จุดที่ห่างไกลอย่างไม่สิ้นสุด ในกรณีนี้ ความสำคัญของศักยภาพถูกกำหนดดังนี้: ศักยภาพของสนามไฟฟ้า ณ จุดใด ๆ ในอวกาศเท่ากับงานที่แรงภายในทำเมื่อประจุบวกลบออกจากระบบที่กำหนดเป็นอนันต์
การนำไฟฟ้า
ความต้านทานไฟฟ้า
อิมพีแดนซ์ไฟฟ้า
ไฟฟ้าสถิต- ส่วนหนึ่งของหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าที่อยู่กับที่
ระหว่าง ที่มีชื่อเดียวกันวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า ไฟฟ้าสถิต (หรือคูลอมบ์) เกิดขึ้น และระหว่าง ตรงกันข้ามประจุ - แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต ปรากฏการณ์ของแรงผลักของประจุที่คล้ายคลึงกันนั้นเกิดขึ้นจากการสร้างอิเล็กโทรสโคป - อุปกรณ์สำหรับตรวจจับประจุไฟฟ้า
กฎของคูลอมบ์เป็นรากฐานที่สำคัญของไฟฟ้าสถิต กฎหมายนี้อธิบายปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าแบบจุด
ประวัติศาสตร์
รากฐานของไฟฟ้าสถิตถูกวางโดยงานของคูลอมบ์ (แม้ว่าคาเวนดิชได้ผลลัพธ์เดียวกันถึงสิบปีก่อนหน้าเขาแม้ว่าจะมีความแม่นยำมากขึ้นก็ตาม ผลงานของคาเวนดิชถูกเก็บไว้ในที่เก็บถาวรของครอบครัวและเผยแพร่เพียงร้อยปี ภายหลัง); กฎของปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าที่ค้นพบโดยหลังทำให้ Green, Gauss และ Poisson สร้างทฤษฎีที่สง่างามทางคณิตศาสตร์ได้ ส่วนที่สำคัญที่สุดของไฟฟ้าสถิตคือทฤษฎีศักย์ไฟฟ้า ซึ่งสร้างสรรค์โดยกรีนและเกาส์ Rhys ได้ทำการวิจัยเชิงทดลองจำนวนมากเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต ซึ่งหนังสือในอดีตเคยเป็นแนวทางหลักในการศึกษาปรากฏการณ์เหล่านี้
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก
การหาค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กตริก K ของสารใดๆ ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่รวมอยู่ในสูตรเกือบทั้งหมดที่ต้องจัดการในไฟฟ้าสถิต สามารถทำได้หลายวิธี วิธีการทั่วไปมีดังนี้
1) การเปรียบเทียบความจุของตัวเก็บประจุสองตัวที่มีขนาดและรูปร่างเหมือนกัน แต่ฉนวนชั้นหนึ่งเป็นชั้นอากาศ ส่วนอีกชั้นหนึ่งมีชั้นของไดอิเล็กตริกที่ทดสอบ
2) การเปรียบเทียบแรงดึงดูดระหว่างพื้นผิวของตัวเก็บประจุเมื่อความต่างศักย์บางอย่างถูกส่งไปยังพื้นผิวเหล่านี้ แต่ในกรณีหนึ่งมีอากาศอยู่ระหว่างพวกเขา (แรงดึงดูด = F 0) ในกรณีอื่น - ฉนวนของเหลวที่ทดสอบ (แรงดึงดูด = F) ค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กตริกหาได้จากสูตร:
3) การสังเกตคลื่นไฟฟ้า (ดู การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า) ที่แพร่กระจายไปตามสายไฟ ตามทฤษฎีของ Maxwell ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นไฟฟ้าตามเส้นลวดแสดงโดยสูตร
โดยที่ K หมายถึงค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กตริกของตัวกลางที่อยู่รอบเส้นลวด μ หมายถึงการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลางนี้ เราสามารถใส่ μ = 1 สำหรับร่างกายส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงกลายเป็น
โดยปกติแล้วจะเปรียบเทียบความยาวของคลื่นไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในส่วนของลวดเดียวกันในอากาศและในอิเล็กทริกทดสอบ (ของเหลว) เมื่อกำหนดความยาวเหล่านี้ λ 0 และ λ เราจะได้ K = λ 0 2 / λ 2 ตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ ตามมาว่าเมื่อสนามไฟฟ้าตื่นเต้นในสารที่เป็นฉนวนใดๆ การเสียรูปพิเศษจะเกิดขึ้นภายในสารนี้ ตัวกลางที่เป็นฉนวนจะถูกโพลาไรซ์ตามท่อเหนี่ยวนำ การกระจัดทางไฟฟ้าเกิดขึ้นในนั้นซึ่งสามารถเปรียบได้กับการกระจัดของไฟฟ้าบวกในทิศทางของแกนของท่อเหล่านี้และผ่านแต่ละส่วนของท่อส่งปริมาณไฟฟ้าเท่ากับ
ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ทำให้สามารถค้นหาการแสดงออกของแรงภายในเหล่านั้น (แรงตึงและแรงดัน) ที่อยู่ในไดอิเล็กทริกเมื่อสนามไฟฟ้าตื่นเต้นในตัวพวกมัน คำถามนี้ได้รับการพิจารณาครั้งแรกโดย Maxwell เองและต่อมาโดย Helmholtz ในรายละเอียดเพิ่มเติม การพัฒนาต่อไปของทฤษฎีของปัญหานี้และทฤษฎีของไฟฟ้าสถิตซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสิ่งนี้ (นั่นคือทฤษฎีที่พิจารณาปรากฏการณ์ที่ขึ้นอยู่กับการเกิดความเครียดพิเศษในไดอิเล็กทริกเมื่อสนามไฟฟ้าตื่นเต้นในตัวพวกมัน) เป็นของ ถึงผลงานของ Lorberg, Kirchhoff, P. Duhem, NN Schiller และคนอื่นๆ
เงื่อนไขชายแดน
ให้เราสรุปคำอธิบายสั้น ๆ ของเราเกี่ยวกับแผนกอิเล็กโทรดที่สำคัญที่สุดโดยพิจารณาคำถามเกี่ยวกับการหักเหของหลอดเหนี่ยวนำ ลองนึกภาพในสนามไฟฟ้าไดอิเล็กทริกสองตัวแยกออกจากกันโดยพื้นผิว S โดยมีค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กตริก K 1 และ K 2
ให้ที่จุด Р 1 และ Р 2 ซึ่งอยู่ใกล้กับพื้นผิว S ทั้งสองด้านอย่างไม่สิ้นสุด ค่าของศักยภาพจะแสดงในรูปของ V 1 และ V 2 และขนาดของแรงที่หน่วยประสบ ของกระแสไฟฟ้าบวกที่จุดเหล่านี้ผ่าน F 1 และ F 2 จากนั้นสำหรับจุด P ที่วางอยู่บนพื้นผิว S นั้นจะต้องมี V 1 = V 2
ถ้า ds แทนการกระจัดที่เล็กที่สุดตามแนวทางตัดของระนาบแทนเจนต์กับพื้นผิว S ที่จุด P โดยระนาบผ่านเส้นปกติไปยังพื้นผิว ณ จุดนี้และผ่านทิศทางของแรงไฟฟ้าในนั้น ในทางกลับกัน ควรจะมี
เราแทนด้วยε 2 มุมที่เกิดจากแรง F2 กับ n2 ปกติ (ภายในไดอิเล็กตริกที่สอง) และโดย ε 1 มุมที่เกิดจากแรง F 1 ที่มีค่าปกติเท่ากัน n 2 จากนั้น ใช้สูตร (31) และ ( 30) เราพบว่า
ดังนั้นบนพื้นผิวที่แยกไดอิเล็กทริกสองตัวออกจากกัน แรงไฟฟ้าจะผ่านการเปลี่ยนแปลงในทิศทางของมันเหมือนกับลำแสงที่ส่องเข้ามาจากตัวกลางตัวหนึ่งไปยังตัวกลางตัวอื่น ผลที่ตามมาของทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์โดยประสบการณ์
ดูสิ่งนี้ด้วย
- การคายประจุไฟฟ้าสถิต
วรรณกรรม
- Landau, L. D. , Lifshits, E. M.ทฤษฎีสนาม. - รุ่น 7 แก้ไข - M.: Nauka, 1988 .-- 512 p. - ("ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี" เล่มที่ 2) - ISBN 5-02-014420-7
- Matveev A.N.ไฟฟ้าและแม่เหล็ก. ม.: ม.ต้น, 2526.
- ทันเนล ม.-อ.พื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีสัมพัทธภาพ ต่อ. กับเ มอสโก: วรรณคดีต่างประเทศ 1962.488 น.
- Borgman "รากฐานของหลักคำสอนของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก" (ฉบับที่ 1);
- แมกซ์เวลล์ บทความเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก (ฉบับที่ 1);
- Poincaré, "Electricité et Optique" ";
- Wiedemann, "Die Lehre von der Elektricität" (ฉบับที่ 1);
ลิงค์
- คอนสแตนติน บ็อกดานอฟไฟฟ้าสถิตทำอะไรได้บ้าง // ควอนตัม... - ม.: สำนักควอนตัม, 2553. - ครั้งที่ 2
ไฟฟ้าสถิต- นี่คือสาขาของฟิสิกส์ ซึ่งมีการศึกษาคุณสมบัติและปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าหรืออนุภาคที่ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อย หรืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า.
ค่าไฟฟ้าเป็นปริมาณทางกายภาพที่กำหนดคุณสมบัติของวัตถุหรืออนุภาคเพื่อเข้าสู่ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและกำหนดค่าของแรงและพลังงานในระหว่างการโต้ตอบเหล่านี้ ในระบบหน่วยสากล หน่วยวัดประจุไฟฟ้าคือคูลอมบ์ (Cl)
ประจุไฟฟ้ามีสองประเภท:
- เชิงบวก;
- เชิงลบ.
ร่างกายจะเป็นกลางทางไฟฟ้าหากประจุทั้งหมดของอนุภาคที่มีประจุลบที่ประกอบเป็นร่างกายนั้นเท่ากับประจุทั้งหมดของอนุภาคที่มีประจุบวก
อนุภาคมูลฐานและปฏิปักษ์เป็นพาหะของประจุไฟฟ้าที่เสถียร
ตัวพาประจุบวกคือโปรตอนและโพซิตรอน ส่วนประจุลบคืออิเล็กตรอนและแอนติโปรตอน
ประจุไฟฟ้าทั้งหมดของระบบเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุของวัตถุที่รวมอยู่ในระบบ นั่นคือ:
กฎหมายอนุรักษ์ค่าธรรมเนียม: ในระบบปิดและแยกด้วยไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ไม่ว่ากระบวนการใดจะเกิดขึ้นภายในระบบ
ระบบแยกเป็นระบบที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าหรือวัตถุใด ๆ ไม่เจาะจากสภาพแวดล้อมภายนอกผ่านขอบเขตของมัน
กฎหมายอนุรักษ์ค่าธรรมเนียม- นี่เป็นผลมาจากการอนุรักษ์จำนวนอนุภาคทำให้เกิดการกระจายตัวของอนุภาคในอวกาศ
ตัวนำ- สิ่งเหล่านี้คือวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในระยะทางไกล
ตัวอย่างของตัวนำ: โลหะในสถานะของแข็งและของเหลว ก๊าซไอออไนซ์ สารละลายอิเล็กโทรไลต์
ไดอิเล็กทริก- สิ่งเหล่านี้คือร่างกายที่มีประจุที่ไม่สามารถเคลื่อนที่จากส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายไปยังส่วนอื่นได้ นั่นคือ ประจุที่ถูกผูกไว้
ตัวอย่างของไดอิเล็กทริก: ควอทซ์ อำพัน อีโบไนต์ ก๊าซภายใต้สภาวะปกติ
ไฟฟ้า- นี่เป็นกระบวนการที่ร่างกายได้รับความสามารถในการมีส่วนร่วมในการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้านั่นคือพวกเขาได้รับประจุไฟฟ้า
ร่างกายไฟฟ้า- นี่เป็นกระบวนการของการกระจายประจุไฟฟ้าในร่างกายอันเป็นผลมาจากการที่ประจุของร่างกายกลายเป็นสัญญาณตรงกันข้าม
ประเภทของกระแสไฟฟ้า:
- กระแสไฟฟ้าเนื่องจากการนำไฟฟ้า... เมื่อวัตถุโลหะสองชิ้นสัมผัสกัน ตัวหนึ่งมีประจุและอีกตัวเป็นกลาง จากนั้นอิเล็กตรอนอิสระจำนวนหนึ่งจะส่งผ่านจากวัตถุที่มีประจุไปยังตัวที่เป็นกลาง หากประจุของร่างกายเป็นลบ และในทางกลับกัน หากประจุของร่างกายเป็นบวก
ด้วยเหตุนี้ในกรณีแรกร่างกายที่เป็นกลางจะได้รับประจุลบในครั้งที่สอง - ประจุบวก
- กระแสไฟฟ้าเสียดทาน... เป็นผลมาจากการสัมผัสระหว่างแรงเสียดทานของวัตถุที่เป็นกลางบางตัว อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง กระแสไฟฟ้าเสียดทานเป็นสาเหตุของไฟฟ้าสถิต ซึ่งสามารถสังเกตได้เมื่อ ตัวอย่างเช่น หวีผมด้วยหวีพลาสติกหรือถอดเสื้อหรือเสื้อใยสังเคราะห์ออก
- กระแสไฟฟ้าผ่านอิทธิพลเกิดขึ้นหากร่างกายที่มีประจุถูกนำไปยังส่วนท้ายของแท่งโลหะที่เป็นกลางในขณะที่มีการละเมิดการกระจายตัวของประจุบวกและลบอย่างสม่ำเสมอ การกระจายของพวกมันเกิดขึ้นในลักษณะที่แปลกประหลาด: ในส่วนหนึ่งของแท่งจะมีประจุลบส่วนเกินเกิดขึ้นและอีกส่วนหนึ่งเป็นค่าบวก ประจุดังกล่าวเรียกว่าเหนี่ยวนำซึ่งอธิบายได้จากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระในโลหะภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุ
ค่าจุดเป็นร่างกายที่มีประจุซึ่งมีขนาดที่สามารถละเลยได้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้
ค่าจุดเป็นจุดวัสดุที่มีประจุไฟฟ้า
ร่างกายที่มีประจุจะโต้ตอบกันในลักษณะต่อไปนี้: วัตถุที่มีประจุตรงข้ามดึงดูด เหมือนกับวัตถุที่มีประจุจะขับไล่
กฎของคูลอมบ์: แรงของปฏิกิริยาของประจุจุดคงที่สองประจุ q1 และ q2 ในสุญญากาศเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของขนาดของประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน:
คุณสมบัติหลักของสนามไฟฟ้า- นี่คือสนามไฟฟ้าที่ส่งผลกระทบต่อประจุไฟฟ้าด้วยแรงบางอย่าง สนามไฟฟ้าเป็นกรณีพิเศษของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
สนามไฟฟ้าสถิตคือสนามไฟฟ้าของประจุคงที่ ความแรงของสนามไฟฟ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่กำหนดลักษณะของสนามไฟฟ้า ณ จุดที่กำหนด ความแรงของสนามที่จุดที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุที่จุดที่วางที่จุดที่กำหนดของสนามต่อค่าของประจุนี้:
ความเครียดคือลักษณะกำลังของสนามไฟฟ้า ช่วยให้คุณสามารถคำนวณแรงที่กระทำต่อประจุนี้: F = qE
ในระบบหน่วยสากล หน่วยวัดความแรงคือ โวลต์ ต่อเมตร เส้นกำลังคือเส้นจินตภาพที่จำเป็นต่อการแสดงกราฟิกของสนามไฟฟ้า เส้นของแรงตึงถูกวาดขึ้นเพื่อให้แทนเจนต์ที่จุดแต่ละจุดในอวกาศตรงกับทิศทางของเวกเตอร์ของความแรงของสนาม ณ จุดนี้
หลักการทับซ้อนของสนาม: ความแรงของสนามจากหลายแหล่งเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของจุดแข็งของสนามแต่ละแห่ง
ไดโพลไฟฟ้าเป็นเซตของสองขนาดเท่ากันซึ่งแตกต่างจากประจุแบบจุด (+ q และ –q) ซึ่งอยู่ห่างจากกัน
ไดโพล (ไฟฟ้า) โมเมนต์เป็นปริมาณทางกายภาพเวกเตอร์ที่เป็นคุณสมบัติหลักของไดโพล
ในระบบหน่วยสากล หน่วยวัดโมเมนต์ไดโพลคือคูลอมบ์-เมตร (C / m)
ประเภทอิเล็กทริก:
- โพลาร์ซึ่งรวมถึงโมเลกุลที่ศูนย์กลางของการกระจายประจุบวกและประจุลบไม่ตรงกัน (ไดโพลไฟฟ้า)
- ไม่มีขั้วในโมเลกุลและอะตอมซึ่งจุดศูนย์กลางของการกระจายประจุบวกและประจุลบตรงกัน
โพลาไรเซชันเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อไดอิเล็กทริกถูกวางในสนามไฟฟ้า
โพลาไรซ์อิเล็กทริก- นี่คือกระบวนการของการกระจัดของประจุบวกและลบที่ถูกผูกไว้ของอิเล็กทริกในทิศทางตรงกันข้ามภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเป็นปริมาณทางกายภาพที่กำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกและถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของโมดูลัสของความแรงของสนามไฟฟ้าในสุญญากาศต่อโมดูลัสของความแรงของสนามนี้ภายในไดอิเล็กตริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเป็นปริมาณไร้มิติและแสดงเป็นหน่วยไม่มีมิติ
เฟอร์โรอิเล็กทริกเป็นกลุ่มของไดอิเล็กทริกที่เป็นผลึกที่ไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอก และแทนที่จะมีทิศทางของโมเมนต์ไดโพลของอนุภาคเกิดขึ้นเอง
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก- นี่คือผลของการเสียรูปทางกลของผลึกบางส่วนในบางทิศทาง โดยที่ประจุไฟฟ้าตรงข้ามปรากฏบนใบหน้าของพวกเขา
ศักย์สนามไฟฟ้า ความจุไฟฟ้า
ไฟฟ้าสถิตที่อาจเกิดขึ้นคือ ปริมาณทางกายภาพที่กำหนดคุณลักษณะของสนามไฟฟ้าสถิต ณ จุดที่กำหนด ซึ่งถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานศักย์ของการมีปฏิสัมพันธ์ของประจุกับสนามต่อค่าของประจุที่วางอยู่ที่จุดที่กำหนดของสนาม: 
ในระบบสากล หน่วยวัดคือ โวลต์ (V)
ศักย์สนามของการชาร์จแบบจุดถูกกำหนดโดย: 
ภายใต้เงื่อนไขถ้า q> 0 แล้ว k> 0; ถ้า q
หลักการซ้อนทับกันของสนามสำหรับศักย์ไฟฟ้า: หากสนามไฟฟ้าสถิตถูกสร้างขึ้นจากหลายแหล่ง ศักยภาพ ณ จุดที่กำหนดในอวกาศจะถูกกำหนดเป็นผลรวมเชิงพีชคณิตของศักย์ไฟฟ้า:
ความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของสนามไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพที่กำหนดโดยอัตราส่วนของการทำงานของแรงไฟฟ้าสถิตเพื่อเคลื่อนประจุบวกจากจุดเริ่มต้นไปยังจุดสุดท้ายไปยังประจุนี้: 
พื้นผิวเทียบเท่าคือพื้นที่เรขาคณิตของจุดสนามไฟฟ้าสถิตโดยมีค่าศักย์เท่ากัน
ความจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวนำ ซึ่งเป็นการวัดเชิงปริมาณของความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้า
ความจุไฟฟ้าของตัวนำเดี่ยวถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของประจุของตัวนำต่อศักย์ไฟฟ้า ในขณะที่เราคิดว่าศักย์สนามของตัวนำนั้นมีค่าเท่ากับศูนย์ ณ จุดที่ไกลสุดอนันต์:
กฎของโอห์ม
ส่วนลูกโซ่ที่เป็นเนื้อเดียวกันคือส่วนของวงจรที่ไม่มีแหล่งจ่ายกระแส แรงดันไฟฟ้าในส่วนดังกล่าวจะถูกกำหนดโดยความต่างศักย์ที่ปลายนั่นคือ: 
ในปี ค.ศ. 1826 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน G. Ohm ได้ค้นพบกฎหมายที่กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างกระแสในส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรกับแรงดันไฟบนนั้น: กระแสในตัวนำนั้นแปรผันโดยตรงกับแรงดันบนตัวมัน โดยที่ G คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนซึ่งเรียกว่าในกฎหมายนี้ค่าการนำไฟฟ้าหรือค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำซึ่งถูกกำหนดโดยสูตร
การนำไฟฟ้าของตัวนำเป็นปริมาณทางกายภาพที่เป็นส่วนกลับของความต้านทาน
ในระบบหน่วยสากล หน่วยวัดค่าการนำไฟฟ้าคือซีเมนส์ (ซม.)
ความหมายทางกายภาพของซีเมนส์: 1 ซม. คือค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำที่มีความต้านทาน 1 โอห์ม
เพื่อให้ได้กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร จำเป็นต้องแทนที่ความต้านทาน R แทนค่าการนำไฟฟ้าในสูตรด้านบน จากนั้น:
กฎของโอห์มสำหรับส่วนของโซ่: กระแสในส่วนวงจรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟและแปรผกผันกับความต้านทานของส่วนวงจร
กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์: ความแรงของกระแสในวงจรปิดที่ไม่มีการแยกย่อย รวมถึงแหล่งกำเนิดกระแส เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดนี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับผลรวมของความต้านทานภายนอกและภายในของวงจรนี้:
กฎการลงนาม:
- หากเมื่อข้ามวงจรไปในทิศทางที่เลือก กระแสภายในแหล่งกำเนิดไปในทิศทางบายพาส ดังนั้น EMF ของแหล่งกำเนิดนี้จะถือเป็นค่าบวก
- หากเมื่อข้ามวงจรไปในทิศทางที่เลือก กระแสภายในแหล่งกำเนิดไปในทิศทางตรงกันข้าม EMF ของแหล่งกำเนิดนี้จะถือเป็นลบ
แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF)คือปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะการกระทำของแรงภายนอกในแหล่งกระแส ซึ่งเป็นลักษณะพลังงานของแหล่งกระแส สำหรับวงปิด EMF ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของงานของแรงภายนอกเพื่อเคลื่อนประจุบวกไปตามวงปิดต่อประจุนี้: 
ในระบบสากล หน่วยวัดสำหรับ EMF คือ โวลต์ ด้วยวงจรเปิด EMF ของแหล่งกระแสจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของมัน
กฎหมายจูล-เลนซ์: ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากตัวนำที่มีกระแสจะถูกกำหนดโดยผลคูณของกำลังสองของกำลังกระแส ความต้านทานของตัวนำ และเวลาที่กระแสไหลผ่านตัวนำ: 
เมื่อสนามไฟฟ้าของประจุเคลื่อนไปตามส่วนของวงจร มันทำงาน ซึ่งถูกกำหนดโดยผลคูณของประจุและแรงดันที่ส่วนปลายของวงจรส่วนนี้:
ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะความเร็วที่สนามทำงานเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไปตามตัวนำและถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของการทำงานของกระแสในช่วงเวลาต่อช่วงเวลานี้: 
กฎของเคอร์ชอฟฟ์ซึ่งใช้ในการคำนวณวงจรไฟฟ้ากระแสตรงแบบแยกส่วน สิ่งสำคัญคือต้องค้นหาโดยความต้านทานที่กำหนดของส่วนของวงจรและ EMF ที่ใช้กับกระแสในแต่ละส่วน
กฎข้อที่หนึ่งคือกฎของโหนด: ผลรวมเชิงพีชคณิตของกระแสที่มาบรรจบกันที่โหนดเป็นจุดที่มีกระแสน้ำที่เป็นไปได้มากกว่าสองทิศทางซึ่งเป็นศูนย์
กฎข้อที่สองคือกฎของวงจร: ในวงจรปิดใดๆ ในวงจรไฟฟ้าแบบแยกแขนง ผลรวมเชิงพีชคณิตของผลิตภัณฑ์ของกระแสและความต้านทานของส่วนที่เกี่ยวข้องของวงจรนี้กำหนดโดยผลรวมเชิงพีชคณิตของ EMF ที่ใช้ใน มัน: 
สนามแม่เหล็ก- นี่เป็นหนึ่งในรูปแบบของการรวมตัวกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ความจำเพาะของสนามนี้คือผลกระทบต่ออนุภาคและวัตถุเคลื่อนที่ที่มีประจุไฟฟ้าเท่านั้น เช่นเดียวกับวัตถุที่มีสนามแม่เหล็ก โดยไม่คำนึงถึงสถานะของการเคลื่อนที่
เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่กำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็ก ณ จุดใด ๆ ในอวกาศ ซึ่งกำหนดอัตราส่วนของแรงที่กระทำจากสนามแม่เหล็กบนองค์ประกอบของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าต่อผลคูณของความแรงของกระแสและความยาวของตัวนำ องค์ประกอบซึ่งมีขนาดเท่ากับอัตราส่วนของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านหน้าตัดของพื้นที่ต่อพื้นที่ของหน้าตัดนี้
ในระบบหน่วยสากล หน่วยของการเหนี่ยวนำคือ เทสลา (T)
วงจรแม่เหล็กเป็นกลุ่มของวัตถุหรือพื้นที่ของอวกาศที่มีความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก
ฟลักซ์แม่เหล็ก (ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก)เป็นปริมาณทางกายภาพที่กำหนดโดยผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยพื้นที่ของพื้นผิวเรียบและโดยโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์ของพื้นที่ปกติกับพื้นผิวเรียบ / มุมระหว่างเส้นปกติ เวกเตอร์และทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ
ในระบบหน่วยสากล หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือ Weber (Wb)
ทฤษฎีบทออสโตรกราดสกี-เกาส์สำหรับฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก: ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดโดยพลการจะเป็นศูนย์:
กฎของโอห์มสำหรับวงจรแม่เหล็กปิด: 
การซึมผ่านของแม่เหล็กเป็นปริมาณทางกายภาพที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสาร ซึ่งกำหนดโดยอัตราส่วนของโมดูลัสของเวกเตอร์เหนี่ยวนำแม่เหล็กในตัวกลางต่อโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำที่จุดเดียวกันในอวกาศในสุญญากาศ:
ความแรงของสนามแม่เหล็กเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่กำหนดและกำหนดลักษณะสนามแม่เหล็กและมีค่าเท่ากับ: 
แรงแอมแปร์- นี่คือแรงที่กระทำจากด้านข้างของสนามแม่เหล็กบนตัวนำที่มีกระแส แรงพื้นฐานของแอมแปร์ถูกกำหนดโดยอัตราส่วน:
กฎของแอมแปร์: โมดูลัสของแรงที่กระทำต่อส่วนเล็กๆ ของตัวนำซึ่งกระแสไหลผ่านจากด้านข้างของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่มีการเหนี่ยวนำทำมุมกับธาตุ
หลักการทับซ้อน: เมื่อ ณ จุดที่กำหนดในอวกาศ แหล่งกำเนิดหลายแหล่งก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็ก ซึ่งการเหนี่ยวนำคือ B1, B2, .. ดังนั้นการเหนี่ยวนำสนามที่เป็นผลลัพธ์ ณ จุดนี้จะเท่ากับ: 
กฎ Gimbal หรือกฎสกรูขวา:หากทิศทางการเคลื่อนที่เชิงแปลของปลายกิมบอลเมื่อขันสกรูเข้ากับทิศทางของกระแสในอวกาศ ทิศทางของการเคลื่อนที่แบบหมุนของแกนกันสั่นในแต่ละจุดจะตรงกับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
กฎหมาย Bio-Savart-Laplace:กำหนดขนาดและทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ณ จุดใด ๆ ของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นในสุญญากาศโดยองค์ประกอบตัวนำที่มีความยาวตามกระแส: 
การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก แรงลอเรนซ์คือแรงที่ส่งผลต่ออนุภาคที่เคลื่อนที่จากด้านข้างของสนามแม่เหล็ก: 
กฎมือซ้าย:
- จำเป็นต้องวางมือซ้ายเพื่อให้เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือและนิ้วทั้งสี่ที่ยื่นออกมานั้นอยู่ในแนวเดียวกับกระแสจากนั้นนิ้วโป้งงอ 90 °จะแสดงทิศทางของแรงแอมแปร์
- จำเป็นต้องวางมือซ้ายเพื่อให้เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือและสี่นิ้วที่ยื่นออกมาตรงกับทิศทางของความเร็วของอนุภาคด้วยประจุบวกของอนุภาคหรือชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็วของ อนุภาคที่มีประจุลบของอนุภาค จากนั้นนิ้วโป้งงอ 90 ° จะแสดงทิศทางที่แรงลอเรนซ์กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุ
หากมีการกระทำร่วมกันในประจุเคลื่อนที่ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก แรงที่เกิดขึ้นจะถูกกำหนด: 
แมสสเปกโตรกราฟและแมสสเปกโตรมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการวัดมวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุอย่างแม่นยำ
กฎของฟาราเดย์ กฎของเลนซ์
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่เป็นปรากฏการณ์ซึ่งประกอบด้วย EMF ของการเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในวงจรการนำไฟฟ้าที่อยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ
กฎของฟาราเดย์: EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรมีค่าเท่ากันและตรงข้ามกับเครื่องหมายของอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้: 
กระแสเหนี่ยวนำ- นี่คือกระแสที่เกิดขึ้นหากประจุภายใต้การกระทำของกองกำลังลอเรนซ์เริ่มเคลื่อนไหว
กฎของเลนซ์: กระแสเหนี่ยวนำที่ปรากฎในวงปิดมักจะมีทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไหลผ่านบริเวณที่ล้อมรอบด้วยลูปมีแนวโน้มที่จะชดเชยการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กภายนอกที่ทำให้เกิดกระแสนี้
ขั้นตอนการใช้กฎ Lenz เพื่อกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ:
สนามกระแสน้ำวน- นี่คือสนามที่เส้นแรงตึงเป็นเส้นปิด สาเหตุของการเกิดสนามไฟฟ้าด้วยสนามแม่เหล็ก
การทำงานของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเมื่อประจุบวกตัวเดียวเคลื่อนที่ไปตามตัวนำคงที่แบบปิด มีค่าเท่ากับ EMF ของการเหนี่ยวนำในตัวนำนี้
โทกิ ฟูโกต์- เหล่านี้เป็นกระแสเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ที่ปรากฏในตัวนำขนาดใหญ่เนื่องจากความต้านทานต่ำ ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยเวลาโดยกระแสน้ำวนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของความถี่ของการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็ก
การเหนี่ยวนำตนเอง ตัวเหนี่ยวนำ
การเหนี่ยวนำตนเอง- นี่เป็นปรากฏการณ์ที่สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปทำให้เกิด EMF ในตัวนำไฟฟ้าซึ่งกระแสไหลผ่านซึ่งก่อตัวเป็นสนามนี้
ฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ของวงจรที่มีกระแส I ถูกกำหนดโดย:
Ф = L โดยที่ L คือสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตนเอง (ค่าความเหนี่ยวนำกระแส)
ตัวเหนี่ยวนำคือ ปริมาณทางกายภาพที่เป็นคุณลักษณะของ EMF ของการเหนี่ยวนำตนเองที่ปรากฏในวงจรเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนแปลงไป จะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยตัวนำต่อกระแสไฟตรงในวงจร :
ในระบบหน่วยสากล หน่วยวัดค่าความเหนี่ยวนำคือ henry (H)
EMF ของการเหนี่ยวนำตนเองถูกกำหนดโดย: 
พลังงานของสนามแม่เหล็กถูกกำหนด:
ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรของสนามแม่เหล็กในตัวกลางไอโซโทรปิกและไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติกถูกกำหนดโดย: 