บทที่ 17 ไฟฟ้าและแม่เหล็ก 2
ศักย์ไฟฟ้าและความจุไฟฟ้า

ความแตกต่างของประจุไฟฟ้าใดๆ เป็นเหตุให้เกิดสนามไฟฟ้า เช่น สนามของแรง ซึ่งเกิดจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าออกแรงไฟฟ้ากระทำกัน ความเข้มของสนามไฟฟ้าที่จุดหนึ่งคือ แรงที่กระทำกับประจุไฟฟ้าบวกหนึ่งหน่วยที่จุดนั้น และมีทิศตามที่ประจุจะเคลื่อนที่ ถ้าวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในสนามไฟฟ้าจะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้า หรือเรียกว่า ศักย์ไฟฟ้า เพราะขึ้นอยู่กับตำแหน่ง

ศักย์ไฟฟ้า(Potential) เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้าที่จุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า เนื่องจากแรงที่กระทำกับประจุไฟฟ้านั้น พลังงานของประจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับขนาดของประจุและศักย์ไฟฟ้าที่จุดนั้น ประจุไฟฟ้าบวกจะมีแนวโน้มเคลื่อนที่เข้าสู่จุดที่มีศักย์ไฟฟ้าตำ่กว่านั้นคือ เคลื่อนลงตาม เกรเดียนร์ของศักย์ไฟฟ้าเราไม่สามารถวัดศักย์ไฟฟ้าได้ แต่สามารถวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดได้

ความต่างศักย์ไฟฟ้า( Potential difference) ความต่างศักย์ของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่อประจุไฟฟ้าบวกหนึ่งหน่วยเคลื่อนที่จากจุดหนึ่ง ไปยังอีกจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้าหน่วยของความต่างศักย์ไฟฟ้าคือ โวลต์ บางทีเรียกความต่างศักย์ไฟฟ้าว่า โวลเตจ พลังงานไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป 1 จูล เมื่อประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ เคลื่อนที่ระหว่างจุดสองจุดที่มีความต่างศักย์ 1 โวลต์ มีการกำหนดจุดอ้างอิงจุดหนึ่ง(ต่อลงดิน) ให้มีศักย์ไฟฟ้าศุนย์

ความจุไฟฟ้า(Capacitance)

เมื่อให้ประจุไฟฟ้ากับตัวนำจะทำให้มีการเปลี่ยนแปลง ศักย์ไฟฟ้า ความจุไฟฟ้าเป็นอัตราส่วนระหว่างประจุไฟฟ้าที่วัตถุได้รับกับศักย์ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น วัตถุที่มีความจุไฟฟ้ามาก ต้องการประจุไฟฟ้ามากกว่าวัตถุที่มีความจุไฟฟ้าน้อยในการทำให้ศักย์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเท่ากัน

ฟารัด( Farad) เป็นหน่วยของความจุไฟฟ้าวัตถุที่มีความจุไฟฟ้า 1 ฟารัด จะมีศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น1 โวลต์ เมื่อให้ประจุไฟฟ้ากับวัตถุนั้น 1 คูลอมบ์ ตัวเก็บประจุ ( Capacitor) เป็นอุปกรณ์ที่ใชเก็บประจุไฟฟ้าประกอบด้วยแผ่นโลหะขนานกัน และกั้นด้วยวัสดุที่เป็นฉนวนเรียกว่า ไดอิเล็กทริก ความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับไดอิเล็กทริกที่ใช้ ๙ึ่งจะถูกเลือกให้เหมาะกับความจุที่ต้องการและลักษะณะของตัวเก็บประจุตัวเก็บประจุชนิดกระดาษ(Paper capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้แผ่นโลหะบาง 2 แผ่น ขั้นด้วยกระดาษอาบไขบางๆ ทำหน้าที่เป็น ไดอิเล็กทริกตัวเก็บประจุชนิดพอลิเอสเตอร์ สร้างได้วิธีเดียวกัน

ระจุชนิดอิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic capacitor)ตัวเก็บประจุที่ใช้ ไดอิเล็กทริก ที่มีลักษณะคล้ายเยลลี่หรือแป้งเปียกมีความจุสูงในปริมาตรเล็ก เนื่องจากสมบัติของไดอิเล็กทริกจะต้องต่อขั้วตัวเก็บประจุชนิดนี้กับแบตเตอรี่ให้ถูกต้องค่าคงตัวของไดอิเล็กทริก (Dielectric constant) เป็นสัดส่วนระหว่างความจุของตัวเก็บประจุเมื่อใช้ไดอิเล็กทริก ที่กำหนดให้กับความจุเมื่อเป็นสุญญากาศ ค่าที่ได้เป็นตัวเลขที่แสดงว่าเมื่อใช้ตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กทริกที่กำหนดให้ จะเพิ่มความจุจากกรณีที่เป็นสุญญากาศ (มีผลใกล้เคียงกับอากาศ)

ตัวเก็บประจุเปลื่ยนค่าได้ (Variable capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่ประกอบด้วยแผ่นโลหะติดอยู่บนแกนหมุน ใช้ไดอิเล็กทริกเป็นอากาศ เมื่อหมุนแกนพื้นที่ระหว่างแผ่นที่ซ้อนกันจะเปลี่ยนมีผลให้ความจุเปลี่ยนไปขวดเลย์เด็น (Leyden jar) เป็นตัวเก็บประจุชนิดหนึ่งทำด้วยขดลวดแก้วซึ่งใช้แผ่นโลหะบางๆติดอยู่ทั้งภายในและภายนอก เป็นตัวเก็บประจุชนิดหนึ่งที่ประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรก