ไฟฟ้าสถิตเรื่องกฎอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า
กฎอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า
กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า
การที่แผ่นพีวีซีและแผ่นเปอร์สเป็กซ์ ก่อนนำมาถูกับผ้าสักหลาดไม่แสดงอำนาจไฟฟ้า แต่หลังจากถูกับผ้าสักหลาดแล้วแสดงอำนาจไฟฟ้าออกมา คำอธิบายของปรากฏการณ์ที่ว่านี้ต้องอาศัยทฤษฏีเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอม กล่าวคือ วัตถุทุกชนิดย่อมประกอบด้วยอะตอม (atom) จำนวนมาก แต่ละอะตอมประกอบด้วย นิวเคลียส เป็นแกนกลาง ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก เรียกว่า โปรตอน ( proton)และอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเรียกว่า นิวตรอน ( neutron ) นอกนิวเคลียส มีอนุภาคที่มีประจุลบ เรียกว่า อิเล็กตรอน ( electron ) เคลื่อนที่รอบนิวเคลียสด้วยพลังงานในการเคลื่อนที่ค่าหนึ่ง อิเล็กตรอนมีมวลน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสมาก สามารถหลุดออกจากอะตอมหนึ่งไปสู่อีกอะตอมหนึ่งได้ ถ้าได้รับพลังงานมากพอ ประจุและมวลของอนุภาคทั้งสามในอะตอม ดูได้จากตาราง
ตาราง ประจุและมวลของอนุภาคในอะตอม
อนุภาค |
มวล (kg) |
ประจุไฟฟ้า (C) |
อิเล็กตรอน (e) |
9.1*10-31
|
-1.6*10-19 |
โปรตอน (p) |
1.67*10-27
|
+1.6*10-19 |
นิวตรอน (n) |
1.67*10-27
|
เป็นกลาง |
โดยปกติอะตอมของธาตุย่อมเป็นกลางทางไฟฟ้า คือไม่แสดงอำนาจไฟฟ้าออกมา ทั้งนี้เพราะว่าในภาวะปกติอะตอมจะมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน แต่ถ้าเมื่อใดที่จำนวนจำนวนอนุ๓าคทั้งสองไม่เท่ากัน วัตถุนั้นจะอยู่ในสภาพวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า และจะแสดงอำนาจไฟฟ้าออกมา โดยจะแสดงว่ามีประจุบวกถ้ามีจำนวนโปรตอนมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอน หรือในทางกลับกันจะแสดงว่ามีประจุลบถ้ามีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าจำนวนโปรตอน การอธิบายการแสดงอำนาจไฟฟ้าของวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เพราะโปรตอนจะหลุดออกจากนิวเคลียสได้ค่อนข้างยาก ส่วนอิเล็กตรอนจะหลุดออกจากอะตอมหนึ่งไปสู่อีกอะตอมหนึ่งได้ง่าย จึงสรุปได้ว่าอะตอมใดที่เสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุลบลดลง ส่วนอะตอมใดที่ได้รับอิเล็กตรอน จะมีประจุลบเพิ่มขึ้น นั่นคือ สำหรับอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเมื่อเสียอิเล็กตรอนไปจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุบวก ส่วนอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุลบ
สำหรับการนำวัตถุมาถูกันแล้วมีผลทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าขึ้นอธิบายได้ว่าเป็นเพราะงานหรือพลังงานกลเนื่องจากการถูถ่ายโอนให้กับอิเล็กตรอนของอะตอมบริเวณที่ถูกัน ทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนสูงขึ้นจนสามารถหลุดเป็นอิสระออกจากอะตอมของวัตถุหนึ่งไปสู่อะตอมอีกวัตถุหนึ่ง ดังนั้นอิเล็กตรอนได้ถูกถ่ายเทจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุที่มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุลบ ส่วนวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนจะกลายเป็นอะตอมที่มีประจุบวก ในเหตุการณ์ดังกล่าวสรุปได้ว่าการทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าไม่ใช่เป็นการสร้างประจุขึ้นใหม่ แต่เป็นเพียงการย้ายประจุจากที่หนึ่งไปยังที่หนึ่งเท่านั้น โดยผลรวมของจำนวนประจุทั้งหมดของระบบที่พิจารณายังคงเท่าเดิม ซึ่งข้อสรุปนี้มีชื่อว่า กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า