ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต (อังกฤษ: Static electricity หรือ อังกฤษ: Electrostatics) เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน และไม่เคลื่อนที่ (จึงเรียกว่า สถิต) จนกระทั้งมีการถ่ายเทประจุ หรือเกิดการไหลของอิเล็คตรอน กลายเป็นไฟฟ้ากระแส ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูดหรือการผลักกัน แต่ไม่เกิดประกายไฟ

การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกัน หรือเกิดแรงผลักกันเมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกัน เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง, พลาสติก และแก้ว สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้นโอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยากแต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้ เช่น กรณีที่ผิวโลหะถูกกระแทกด้วยของแข็งหรือของเหลวที่ไม่เป็นตัวนำ ประจุที่เกิดการเคลื่อนย้ายระหว่างการสัมผัสจะถูกเก็บบนผิวของวัสดุทั้ง 2 ชิ้น ผู้ค้นพบคือธาลีส นักปราชญ์ชาวกรีก

ฟ้าผ่าเป็นปรากฏการณ์หนึ่งของไฟฟ้าสถิต ประจุบวกหรือประจุลบจะเกิดขึ้นบนก้อนเมฆ และถ้าเมฆนั้นอยู่ใกล้พื้นดิน ประจุนั้นจะถ่ายเทมาที่พื้นดินเสมอ ทุกอาคารสูงจึงต้องมีสายล่อฟ้า เพื่อระบายประจุส่วนเกินลงพื้นดินทำให้ความเสียหายจากฟ้าผ่าน้อยลง ฟ้าผ่าทำให้คนและสัตว์ที่อยู่กลางแจ้งระหว่างฝนฟ้าคะนองเสียชีวิตทุกปี

ไฟฟ้าสถิตเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่คุ้นเคยสำหรับประเทศที่มีอากาศหนาว ในฤดูหนาวสำหรับประเทศเหล่านี้ความชื้นในอากาศจะต่ำมาก การเกิดไฟฟ้าสถิตบนผิวหนังจะเกิดขึ้นง่ายมาก ดังนั้นเมื่อเกิดการสัมผัสกับวัสดุประเภทตัวนำจะทำให้เกิดการถ่ายเทประจุไปยังตัวนำอย่างรวดเร็วทำให้เกิดอาการสะดุ้งได้ และนอกจากนั้นยังสามารถทำความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผู้ค้นพบคือ เบนจามิน แฟรงคลิน ชาวอเมริกัน

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดของการเกิดไฟฟ้าสถิตก็คือ ตอนที่เกิดฝนฟ้าคะนอง ไฟฟ้าสถิตจะเกิดเนื่องจากฝุ่นละอองขนาดเล็กที่ลมตอนบนพัดขึ้นไป เกิดการเสียดสีกันขึ้น เกิดไฟฟ้าสถิตขึ้นบนก้อนเมฆ มีการถ่ายเทประจุจากเมฆก้อนหนึ่ง มายังเมฆอีกก้อนหนึ่ง เราจะเห็นเป็นฟ้าแลบ แต่ถ้าเมฆก้อนนั้นสะสมประจุไว้มากและอยู่ใกล้พื้นดิน จะมีการถ่ายประจุลงมาที่พื้นดิน เราเรียกว่าฟ้าผ่า

สาเหตุที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต[แก้]

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

การกำจัดและป้องกันไฟฟ้าสถิต[แก้]

การปลดปล่อยหรือการป้องกันการสะสมของประจุ อาจทำได้ง่ายๆแค่เปิดหน้าต่างหรือใช้ตัวเพิ่มความชื้นของอากาศทำให้อากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เครื่อง ionizers ก็สามารถจัดการได้

อุปกรณ์ที่ไวต่อการเกิดประจุไฟฟ้าเป็นอย่างยิ่ง อาจจะรับการป้องกันด้วยการประยุกต์ใช้สารป้องกันไฟฟ้าสถิตซึ่งจะเพิ่มชั้นผิวนำไฟฟ้า เพื่อให้ประจุส่วนเกินมีการกระจายออกไป น้ำยาปรับผ้านุ่มและแผ่นเป่าแห้ง ที่ใช้ในเครื่องซักผ้าและเครื่องอบผ้าเป็นตัวอย่างของตัวป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ที่ใช้ในการป้องกันและกำจัดการยึดเหนี่ยวของประจุ

ตัวอย่างถุงใส่อุปกรณ์อิเล็คโทรนิคส์ที่มีสารป้องกันไฟฟ้าสถิตเคลือบอยู่ ก่อนเปิดถุงต้องเอาตัวถุงสัมผัสกับกราวด์ก่อนเพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ภายในถุง

อุปกรณ์อิเล็คโทรนิคส์จำนวนมากมีความไวต่อการเกิดประจุไฟฟ้า ถุงตัวนำป้องกันไฟฟ้าสถิต มักใช้ห่ออุปกรณ์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ดังกล่าวในขณะขนส่ง คนที่ทำงานกับวงจรที่มีอุปกรณ์เหล่านี้มักจะสายรัดข้อมือและต่อสายลงกราวด์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ทำลายอุปกรณ์นั้น

สายรัดข้อมือที่มีปลายด้านหนึ่งไว้หนีบกับกราวด์เพื่อระบายไฟฟ้าสถิตออกจากร่างกายก่อนทำงานกับอุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์

ในโรงงานอุตสาหกรรมเช่นโรงสีหรือแป้งหรือในโรงพยาบาล, รองเท้าความปลอดภัยป้องกันไฟฟ้าสถิตบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าเนื่องจากจะสัมผัสกับพื้น รองเท้าเหล่านี้มีพื้นรองเท้าที่มีการนำไฟฟ้าดี รองเท้าป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ไม่ควรจะสับสนกับรองเท้าฉนวนซึ่งจะให้ผลตรงกันข้าม เพราะรองเท้าฉนวนใช้ป้องกันไฟฟ้าช็อตอย่างรุนแรงจากกระแสไฟฟ้า^[1]

การนำไปใช้ประโยชน์[แก้]

• ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร^[2]
• ใช้ในการพ่นสี
• ใช้ในเครื่องพิมพ์ Inkjet

ไฟฟ้าสถิตคืออะไร ?

      ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges) คือ ปริมาณประจุไฟฟ้า บวกและลบที่ค้างอยู่บนพื้นผิววัสดุมีไม่เท่ากันและไม่สามารถที่จะไหลหรือถ่ายเทไปที่อื่นๆ ได้เนื่องจากวัสดุนั้นเป็นฉนวนหรือเป็นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า จะแสดงปรากฎการณ์ในรูปการดึงดูด,การผลักกันหรือเกิดประกายไฟ

ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นได้อย่างไร

ไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นจากการสัมผัสกันหรือเสียดสีกันของวัสดุสองชนิดที่เป็นฉนวนและหลังจากนั้นมีการแยกวัสดุทั้งสองออกจากกัน ซึ่งวัสดุนั้นอาจจะเป็น ของแข็ง , ของเหลว หรือก๊าซก็ได้ เมื่อมีวัสดุทั้งสองชนิดเป็นฉนวนมีการสัมผัสกันหรือเสียดสีกันจะมีประจุบางส่วน( Electrons) จะถูกถ่ายโอนจากวัสดุฉนวนชิ้นหนึ่งไปสู่วัสดุฉนวนอีกชิ้นหนึ่ง และเมื่อฉนวนทั้งสองชิ้นถูกแยกออกจากกัน ประจุดังกล่าวไม่อาจจะกลับไปยังวัสดุฉนวนเดิมได้ ดังนั้นประจุดังกล่าวจะไม่สามารถเคลื่อนที่ในวัสดุฉนวนได้ จึงเรียกว่าไฟฟ้าสถิต

ปริมาณหรือความรุนแรงที่เกิดการเสียดสี ขึ้นอยู่กับสิ่งต่างๆดังต่อไปนี้

1. ชนิดของวัสดุทั้งสอง

2. ความแรงของการเสียดสีหรือสัมผัส และ ระยะเวลาในการสัมผัสหรือเสียดสี

3. ความชื้นสัมพัทธ์ ยิ่งมีค่าความชื้นต่ำ ยิ่งเกิดการถ่ายเทประจุมาก,สะสมประจุได้ง่าย เช่นในฤดุหนาวไฟฟ้าสถิตย์จะเกิดง่ายกว่า ฤดู ฝน ที่มีความชื้นสูง

4. ลักษณะพื้นผิวของวัสดุทั้งสอง (เรียบ, ขรุขระ, ฯลฯ)

ป้องก้นไฟฟ้าสถิตอย่างไร

เพื่อควบคุมไฟฟ้าสถิต  มีแนวทางในการปฏิบัติดังนี้     
1. ออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ชิ้นส่วน ให้ทนต่อไฟฟ้าสถิต เท่าที่เป็นไปได้ 
 2.  ลดหรือขจัดเหตุในการเกิดไฟฟ้าสถิต มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา เช่น 
           -พื้น / วัสดปูพื้น  
                    - ความชื้นของอากาศในห้อง           - เก้าอี้ 
                    - รองเท้า 
            - ชุดที่สวมใส่ 
                     - วิธีทำความสะอาด 
   3.สลายไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้น 
    - วิธีการคือการต่อสายดิน เป็นการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นให้มีศักดิ์เป็นศูนย์ (0)เท่ากับพื้นดิน เราสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตได้โดยการให้พนักงานในสายการผลิตใช้ สายรัดข้อมือ การใช้กระเบื้องยางปูพื้นชนิด  

    - ใช้เครื่องทำลายหรือสลายไฟฟ้าสถิตตามชิ้นงาน ทำให้ค่าประจุเป็นกลาง ซึ่งชิ้นงานดังกล่าวสามารถนำไปผลิตหรือประกอบในขั้นตอนอื่นๆ โดยปราศจากไฟฟ้าสถิตที่ชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานมีคุณภาพตามที่กำหนดได้อย่างมั่นใจ โดยเครื่องทำลายไฟฟ้าสถิตที่มีอยู่ในตลาดก็มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งเครื่องทำลายไฟฟ้าสถิตที่ดีควรมีค่า Ion Balance ที่เหมาะสมกับการใช้งาน และมีระยะการกระจายประจุในวงกว้างรวมถึงความรวดเร็วในการทำลายไฟฟ้าสถิตที่จะทำให้เกิด Productivity ได้สูงสุด อุปกรณ์การทำลาย หรือสลายไฟฟ้าสถิต มีหลายแบบขึ้นอย่างกับลักษณะการใช้งานของ พื้นที่ 

ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges) 

เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ

รูปแสดงฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ปรากฏการณ์จากประจุไฟฟ้าสถิต

 ประจุไฟฟ้า  (Charge)

( Law of Conservation of Charge )

                ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้น     ธรรมชาติของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆที่มีลักษณะและมีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)  ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวก กับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus)  ส่วนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส

ภาพแสดงอะตอมมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน(ในสภาพปกติ) 

                ตามปกติวัตถุจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือจะมีประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เท่ากัน เนื่องจากในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนอนุภาคโปรตอนและอนุภาคอิเล็กตรอนเท่ากัน  เป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ประจุ

ข้อสังเกต  - ถ้าวัตถุมีสภาพประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ  วัตถุนั้นเป็นกลาง จะไม่มีสภาพของไฟฟ้าสถิต
                   - ถ้าบนวัตถุมีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าประจุไฟฟ้าบวก เรียกวัตถุนั้นว่าวัตถุมีประจุลบ (การที่มีประจุลบมากกว่าเกิดจากวัตถุนี้ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามา)
                   - ถ้าบนวัตถุมีประจุไฟฟ้าบวกมากกว่าประจุไฟฟ้าลบ เรียกวัตถุนั้นว่าวัตถุมีประจุบวก (การที่มีประจุบวกมากกว่าเกิดจากวัตถุนี้สูญเสียอิเล็กตรอนไป)

การทำให้เกิดสภาพไฟฟ้าสถิตบนวัตถุ 

1. วิธีการขัดถูกันของวัตถุ  

ภาพแสดงการนำวัสดุมาขัดถูกันทำให้วัตถุมีประจุ ตรวจสอบโดยการต่อเข้ากับหลอดไฟ

การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกัน  หรือเกิดแรงผลักกัน เมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกัน เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตโดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน  พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน  โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง,พลาสติก และแก้ว   สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้น โอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยาก  แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้