ประจุไฟฟ้า

แผนภาพแสดงเส้นสนามและความ เทียบเท่ารอบ อิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนอิเล็กตรอนจะเท่ากับจำนวนโปรตอน (ซึ่งมีประจุบวก) ทำให้มีประจุรวมสุทธิเป็นศูนย์

ประจุเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของสสารที่แสดงแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตหรือแรงผลักต่อหน้าสสารอื่นที่มีประจุ ค่าใช้จ่ายไฟฟ้าเป็นที่พักลักษณะของหลายอนุภาค ประจุไฟฟ้าของอนุภาคอิสระเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของประจุมูลฐานe ; เราบอกว่าค่าใช้จ่ายไฟฟ้าquantized Michael Faradayในการทดลองด้วยกระแสไฟฟ้าของเขาเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องของประจุไฟฟ้า การทดลองหยดน้ำมันของRobert Millikanแสดงให้เห็นถึงข้อเท็จจริงนี้โดยตรงและวัดค่าประจุไฟฟ้าเบื้องต้น มีการค้นพบว่าอนุภาคชนิดหนึ่งควาร์กมีประจุเศษส่วนอย่างใดอย่างหนึ่ง - 1/3 หรือ + 2/3แต่เป็นที่เชื่อกันว่าพวกมันมักจะเกิดขึ้นในค่าอินทิกรัล ไม่เคยมีการสังเกตควาร์กยืนอิสระ

โดยการประชุมค่าของอิเล็กตรอนเป็นลบ -eในขณะที่ของโปรตอนเป็นบวก+ E อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งมีประจุเหมือนกันจะขับไล่ซึ่งกันและกันและอนุภาคที่มีประจุมีสัญญาณต่างกันดึงดูด กฎของคูลอมบ์วัดปริมาณแรงไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคสองอนุภาคโดยยืนยันว่าแรงนั้นเป็นสัดส่วนกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน ประจุของแอนติบอดีเท่ากับอนุภาคที่เกี่ยวข้อง แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม

ประจุไฟฟ้าของวัตถุขนาดมหึมาคือผลรวมของประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่ประกอบขึ้น ประจุนี้มักมีขนาดเล็กเนื่องจากสสารทำจากอะตอมและโดยทั่วไปแล้วอะตอมจะมีโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันซึ่งในกรณีนี้ประจุของมันจะถูกยกเลิกโดยให้ประจุสุทธิเป็นศูนย์จึงทำให้อะตอมเป็นกลาง

ไอออนเป็นอะตอม (หรือกลุ่มของอะตอม) ที่ได้หายไปหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งอิเล็กตรอนให้มันเป็นประจุบวกสุทธิ (ประจุบวก) หรือที่ได้รับหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งอิเล็กตรอนให้มันเป็นประจุลบสุทธิ (ประจุลบ) monatomic ไอออนเกิดขึ้นจากอะตอมเดี่ยวในขณะที่polyatomic ไอออนเกิดจากอะตอมสองอะตอมขึ้นไปที่ยึดติดกันในแต่ละกรณีจะให้ไอออนที่มีประจุสุทธิเป็นบวกหรือลบ

สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าบวก (ซ้าย) และสนามที่เกิดจากประจุไฟฟ้าลบ (ขวา)

ในระหว่างการก่อตัวของวัตถุขนาดมหึมาอะตอมและไอออนที่เป็นส่วนประกอบมักจะรวมกันเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยสารประกอบไอออนิกที่เป็นกลางซึ่งจับกับอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ดังนั้นวัตถุขนาดใหญ่จึงมีแนวโน้มที่จะเป็นกลางโดยรวม แต่วัตถุที่มีขนาดใหญ่มักไม่ค่อยมีความเป็นกลางอย่างสมบูรณ์

บางครั้งวัตถุที่มีขนาดมหึมาจะมีไอออนกระจายอยู่ทั่วทั้งวัสดุซึ่งถูกมัดอย่างแน่นหนาทำให้วัตถุมีประจุบวกหรือลบสุทธิโดยรวม นอกจากนี้วัตถุขนาดใหญ่ที่ทำจากองค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสามารถรับหรือให้อิเล็กตรอนได้ง่ายขึ้นหรือน้อยลง (ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ) จากนั้นคงประจุลบหรือบวกสุทธิไปเรื่อย ๆ เมื่อค่าใช้จ่ายไฟฟ้าสุทธิของวัตถุเป็นที่ไม่ใช่ศูนย์และนิ่งปรากฏการณ์เป็นที่รู้จักกันไฟฟ้าสถิต นี้สามารถผลิตได้อย่างง่ายดายโดยการถูสองวัสดุที่แตกต่างกันเข้าด้วยกันเช่นการถูสีเหลืองอำพันด้วยขนสัตว์หรือแก้วกับผ้าไหม ด้วยวิธีนี้วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถชาร์จได้ในระดับที่มีนัยสำคัญไม่ว่าจะเป็นทางบวกหรือทางลบ ประจุที่นำมาจากวัสดุหนึ่งจะถูกย้ายไปยังวัสดุอื่นโดยทิ้งประจุตรงข้ามที่มีขนาดเท่ากันไว้ด้านหลัง กฎการอนุรักษ์ประจุจะมีผลบังคับใช้เสมอโดยให้วัตถุที่ประจุลบถูกนำมาใช้เป็นประจุบวกที่มีขนาดเท่ากันและในทางกลับกัน

แม้ว่าประจุสุทธิของวัตถุจะเป็นศูนย์ แต่ก็สามารถกระจายประจุได้อย่างไม่สม่ำเสมอในวัตถุ (เช่นเนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกหรือโมเลกุลที่มีขั้วที่ถูกผูกไว้) ในกรณีเช่นวัตถุที่ถูกกล่าวว่าเป็นขั้ว ค่าใช้จ่ายที่เกิดจากการโพลาไรซ์เป็นที่รู้จักกันเป็นค่าใช้จ่ายที่ถูกผูกไว้ในขณะที่ค่าใช้จ่ายบนวัตถุที่ผลิตโดยอิเล็กตรอนรับหรือสูญเสียจากนอกวัตถุที่เรียกว่าค่าใช้จ่ายฟรี การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสื่อกระแสไฟฟ้าโลหะในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงเป็นที่รู้จักกันเป็นกระแสไฟฟ้า

SIมาหน่วยของปริมาณของค่าใช้จ่ายไฟฟ้าเป็นคูลอมบ์ (สัญลักษณ์: C) Coulomb ถูกกำหนดให้เป็นปริมาณของค่าใช้จ่ายที่ผ่านการตัดขวางของตัวนำไฟฟ้าแบกแอมแปร์หนึ่งสอง ^[6]หน่วยนี้เสนอในปี 2489 และให้สัตยาบันในปี 2491 ^[6]ในทางปฏิบัติสมัยใหม่ใช้วลี "จำนวนเงิน" แทน "ปริมาณประจุ" ^[7]สัญลักษณ์ตัวพิมพ์เล็กqมักใช้เพื่อแสดงปริมาณไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้า ปริมาณของค่าใช้จ่ายไฟฟ้าสามารถวัดได้โดยตรงกับelectrometerหรือวัดด้วยอ้อมกระแสไฟฟ้าขีปนาวุธ

จำนวนประจุไฟฟ้าใน 1 อิเล็กตรอน ( ประจุมูลฐาน ) ถูกกำหนดให้เป็นค่าคงที่พื้นฐานในระบบหน่วย SI (มีผลตั้งแต่วันที่ 20 พฤษภาคม 2019) ^[8]ค่าของประจุมูลฐานเมื่อแสดงในหน่วย SI สำหรับประจุไฟฟ้า (คูลอมบ์) เป็นค่าเท่ากัน 1.602 176 634 × 10 ^-19  C [1] ^[8]

หลังจากพบลักษณะเชิงปริมาณของประจุแล้วในปีพ. ศ. 2434 จอร์จสโตนีย์ได้เสนอหน่วย 'อิเล็กตรอน' สำหรับหน่วยประจุไฟฟ้าพื้นฐานนี้ นี่คือก่อนการค้นพบของอนุภาคโดยเจเจทอมสันในปี 1897 หน่วยในวันนี้จะเรียกว่าเป็นค่าใช้จ่ายประถมศึกษา , หน่วยพื้นฐานของค่าใช้จ่ายหรือเป็นเพียงอี การวัดประจุควรเป็นค่าคูณe ของประจุมูลฐานแม้ว่าประจุในตาชั่งขนาดใหญ่ดูเหมือนจะทำงานเป็นปริมาณจริงก็ตาม ในบางบริบทการพูดถึงเศษส่วนของประจุมีความหมาย ยกตัวอย่างเช่นในการชาร์จหนึ่งของตัวเก็บประจุหรือในเศษส่วนควอนตัมผลฮอลล์

บางครั้งหน่วยฟาราเดย์ใช้ในเคมีไฟฟ้า ค่าฟาราเดย์หนึ่งขนาดคือขนาดของประจุของอิเล็กตรอนหนึ่งโมล^[9]คือ 96485.33289 (59) C

ในระบบของหน่วยอื่นที่ไม่ใช่ SI เช่นcgsประจุไฟฟ้าจะแสดงเป็นการรวมกันของปริมาณพื้นฐานเพียงสามปริมาณ (ความยาวมวลและเวลา) ไม่ใช่สี่เช่นเดียวกับ SI ซึ่งประจุไฟฟ้าเป็นการรวมกันของความยาวมวล เวลาและกระแสไฟฟ้า ^{[10] [11]}

สมดุลแรงบิดของคูลอมบ์

ตั้งแต่สมัยโบราณผู้คนคุ้นเคยกับปรากฏการณ์สี่ประเภทที่ทุกคนจะได้รับการอธิบายในปัจจุบันโดยใช้แนวคิดของประจุไฟฟ้า: (ก) ฟ้าผ่า (ข) ปลาตอร์ปิโด (หรือรังสีไฟฟ้า) (ค) ไฟของเซนต์เอลโมและ (ง) อำพันที่ถูด้วยขนจะดึงดูดวัตถุขนาดเล็กและเบา ^[12]บัญชีแรกของผลอำพันมักมาจากนักคณิตศาสตร์ชาวกรีกโบราณธาเลสแห่งมิเลทัสซึ่งมีชีวิตอยู่ในค. 624 - ค. 546 BC แต่มีข้อสงสัยว่า Thales ทิ้งงานเขียนไว้หรือไม่ ^[13]บัญชีของเขาเกี่ยวกับอำพันเป็นที่รู้จักจากบัญชีในช่วงต้นปี 200 ^[14]บัญชีนี้สามารถใช้เป็นหลักฐานได้ว่าปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักตั้งแต่อย่างน้อยค. 600 ปีก่อนคริสตกาล แต่ Thales อธิบายปรากฏการณ์นี้ว่าเป็นหลักฐานว่าวัตถุที่ไม่มีชีวิตมีวิญญาณ ^[14]กล่าวอีกนัยหนึ่งไม่มีข้อบ่งชี้ใด ๆ เกี่ยวกับความคิดของประจุไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วชาวกรีกโบราณไม่เข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ทั้งสี่ประเภทนี้ ชาวกรีกสังเกตว่าปุ่มอำพันที่มีประจุไฟฟ้าสามารถดึงดูดวัตถุที่มีแสงเช่นผมได้ พวกเขายังพบว่าถ้าพวกเขาถูอำพันนานพอพวกเขาอาจจะได้รับประกายไฟฟ้าเพื่อกระโดด^{[ ต้องการอ้างอิง ]}แต่ก็มีการอ้างว่าไม่มีการกล่าวถึงประกายไฟฟ้าปรากฏขึ้นจนกระทั่งปลายศตวรรษที่ 17 ^[15]สถานที่แห่งนี้เกิดขึ้นจากผลกระทบ triboelectric ในช่วงปลายทศวรรษ 1100 เครื่องบินเจ็ทสสารซึ่งเป็นถ่านหินในรูปแบบบดอัดได้รับการสังเกตว่ามีเอฟเฟกต์อำพัน^[16]และในช่วงกลางทศวรรษที่ 1500 Girolamo Fracastoroได้ค้นพบว่าเพชรก็แสดงผลเช่นนี้เช่นกัน ^[17]ความพยายามบางอย่างเกิดขึ้นโดย Fracastoro และคนอื่น ๆ โดยเฉพาะGerolamo Cardanoในการพัฒนาคำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์นี้ ^[18]

ในทางตรงกันข้ามกับดาราศาสตร์ , กลศาสตร์และเลนส์ซึ่งได้รับการศึกษาเชิงปริมาณมาตั้งแต่สมัยโบราณเริ่มต้นของคุณภาพอย่างต่อเนื่องและการวิจัยเชิงปริมาณเข้าสู่ปรากฏการณ์ไฟฟ้าสามารถทำเครื่องหมายด้วยการตีพิมพ์ของDe Magneteอังกฤษนักวิทยาศาสตร์วิลเลียมกิลเบิร์ใน 1600 ^[19]ในหนังสือเล่มนี้มีส่วนเล็ก ๆ ที่กิลเบิร์ตกลับไปใช้เอฟเฟกต์อำพัน (ตามที่เขาเรียก) ในการกล่าวถึงทฤษฎีก่อนหน้านี้หลายทฤษฎี^[18]และบัญญัติศัพท์ภาษาละตินใหม่ว่าelectrica (มาจากἤλεκτρον (ēlektron) ซึ่งเป็นคำภาษากรีกสำหรับอำพัน ) คำภาษาละตินแปลเป็นภาษาอังกฤษว่าไฟฟ้า ^[20]กิลเบิร์ยังให้เครดิตกับคำว่าไฟฟ้าในขณะที่ระยะไฟฟ้ามาทีหลังแรกประกอบกับเซอร์โทมัสบราวน์ของเขาในPseudodoxia Epidemicaจาก 1646 ^[21] (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมโปรดดูที่ภาษานิรุกติศาสตร์ของการผลิตไฟฟ้า .) กิลเบิร์สมมติฐานที่ว่านี้ เอฟเฟกต์อำพันสามารถอธิบายได้โดยเอฟลูเวียม (อนุภาคเล็ก ๆ ที่ไหลจากวัตถุไฟฟ้าโดยไม่ลดความเป็นก้อนหรือน้ำหนัก) ที่กระทำต่อวัตถุอื่น แนวคิดเกี่ยวกับน้ำทิ้งจากวัสดุไฟฟ้านี้มีอิทธิพลในศตวรรษที่ 17 และ 18 เป็นสารตั้งต้นของแนวคิดที่พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 18 เกี่ยวกับ "ของเหลวไฟฟ้า" (Dufay, Nollet, Franklin) และ "ประจุไฟฟ้า" ^[22]

ประมาณปี 1663 Otto von Guerickeได้คิดค้นสิ่งที่น่าจะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตเครื่องแรกแต่เขาไม่รู้จักว่าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นหลักและได้ทำการทดลองทางไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ^[23]ผู้บุกเบิกชาวยุโรปคนอื่น ๆ คือโรเบิร์ตบอยล์ซึ่งในปี 1675 ได้ตีพิมพ์หนังสือเล่มแรกเป็นภาษาอังกฤษซึ่งอุทิศให้กับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว ^[24]งานของเขาส่วนใหญ่เป็นการศึกษาของกิลเบิร์ตซ้ำ ๆ กัน แต่เขายังระบุ "ไฟฟ้า" อีกหลายอย่าง^[25]และสังเกตเห็นแรงดึงดูดซึ่งกันและกันระหว่างสองร่าง ^[24]

ในปี 1729 Stephen Grayกำลังทดลองกับไฟฟ้าสถิตซึ่งเขาสร้างขึ้นโดยใช้หลอดแก้ว เขาสังเกตเห็นว่าไม้ก๊อกที่ใช้เพื่อป้องกันท่อจากฝุ่นละอองและความชื้นก็กลายเป็นไฟฟ้า (มีประจุ) การทดลองเพิ่มเติม (เช่นการขยายคอร์กโดยการใส่ไม้บาง ๆ เข้าไป) แสดงให้เห็นว่าเป็นครั้งแรกที่น้ำทิ้งจากไฟฟ้า (ตามที่เกรย์เรียกมัน) สามารถส่งผ่าน (ดำเนินการ) ได้ในระยะไกล สีเทาสามารถส่งประจุไฟฟ้าด้วยเส้นใหญ่ (765 ฟุต) และสายไฟ (865 ฟุต) ^[26]จากการทดลองเหล่านี้เกรย์ได้ค้นพบความสำคัญของวัสดุต่าง ๆ ซึ่งอำนวยความสะดวกหรือขัดขวางการนำน้ำทิ้งจากกระแสไฟฟ้า John Theophilus Desaguliersซึ่งทำซ้ำการทดลองของ Grey หลายครั้งได้รับเครดิตจากการสร้างเงื่อนไขตัวนำและฉนวนเพื่ออ้างถึงผลกระทบของวัสดุที่แตกต่างกันในการทดลองเหล่านี้ ^[26]เกรย์ยังค้นพบการเหนี่ยวนำไฟฟ้า (กล่าวคือซึ่งสามารถส่งประจุจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้โดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพโดยตรง) ตัวอย่างเช่นเขาแสดงให้เห็นว่าการที่นำหลอดแก้วที่มีประจุไฟฟ้าเข้ามาใกล้ แต่ไม่ได้สัมผัสกับก้อนตะกั่วที่พันด้วยด้ายทำให้ตะกั่วกลายเป็นไฟฟ้าได้ (เช่นเพื่อดึงดูดและขับไล่ตะไบทองเหลือง) ^[27]เขาพยายามอธิบายปรากฏการณ์นี้ด้วยแนวคิดเรื่องน้ำทิ้งจากไฟฟ้า ^[28]

การค้นพบของเกรย์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในพัฒนาการทางประวัติศาสตร์ของความรู้เกี่ยวกับประจุไฟฟ้า ความจริงที่ว่าน้ำทิ้งจากไฟฟ้าสามารถถ่ายโอนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้เปิดความเป็นไปได้ทางทฤษฎีที่ว่าคุณสมบัตินี้ไม่ได้เชื่อมต่ออย่างแยกไม่ออกกับร่างกายที่ถูกไฟฟ้าโดยการถู ^[29]ในปี ค.ศ. 1733 Charles François de Cisternay du Fayซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานของ Grey ได้ทำการทดลองหลายชุด (รายงานในMémoires de l ' Académie Royale des Sciences ) แสดงให้เห็นว่าสารทั้งหมดไม่มากก็น้อยอาจเป็น' ไฟฟ้า 'โดยการถู ยกเว้นโลหะและของเหลว^[30]และเสนอว่ากระแสไฟฟ้ามาในสองสายพันธุ์ที่ยกเลิกซึ่งกันและกันซึ่งเขาแสดงในแง่ของทฤษฎีสองของไหล ^[31]เมื่อกระจกถูกถูด้วยผ้าไหม , du นางฟ้ากล่าวว่าแก้วถูกตั้งข้อหากับน้ำเลี้ยงไฟฟ้าและเมื่อสีเหลืองอำพันถูกถูด้วยขนสีเหลืองอำพันถูกตั้งข้อหากับยางไฟฟ้า ในความเข้าใจร่วมสมัยปัจจุบันประจุบวกถูกกำหนดให้เป็นประจุของแท่งแก้วหลังจากถูด้วยผ้าไหม แต่โดยพลการชนิดของประจุที่เรียกว่าบวกและเรียกว่าลบ ^[32]อีกหนึ่งทฤษฎีของของเหลวที่สำคัญอีกประการหนึ่งจากเวลานี้ถูกเสนอโดยJean-Antoine Nollet (1745) ^[33]

จนถึงประมาณปี 1745 คำอธิบายหลักเกี่ยวกับแรงดึงดูดทางไฟฟ้าและแรงขับไล่คือแนวคิดที่ว่าร่างกายที่ใช้ไฟฟ้าจะปล่อยน้ำทิ้ง ^[34]เบนจามินแฟรงคลินเริ่มการทดลองทางไฟฟ้าในปลายปี ค.ศ. 1746 ^[35]และในปี ค.ศ. 1750 ได้พัฒนาทฤษฎีไฟฟ้าแบบของเหลวหนึ่งชิ้นขึ้นอยู่กับการทดลองที่แสดงให้เห็นว่ากระจกถูได้รับความแรงของประจุเหมือนกัน แต่ตรงกันข้าม ใช้ถูกระจก ^{[35] [36]}แฟรงคลินจินตนาการถึงกระแสไฟฟ้าว่าเป็นของเหลวชนิดหนึ่งที่มองไม่เห็นที่มีอยู่ในทุกสสาร; ตัวอย่างเช่นเขาเชื่อว่ามันเป็นแก้วในขวด Leydenที่เก็บประจุสะสมไว้ เขาตั้งข้อสังเกตว่าการถูพื้นผิวฉนวนเข้าด้วยกันทำให้ของเหลวนี้เปลี่ยนตำแหน่งและการไหลของของเหลวนี้ถือเป็นกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้เขายัง posited ว่าเมื่อเรื่องที่มีส่วนเกินของของเหลวมันก็บวกเรียกเก็บเงินและเมื่อมันมีการขาดดุลมันก็มีผลเสียที่เรียกเก็บ เขาระบุคำว่าบวกด้วยกระแสไฟฟ้าที่เป็นน้ำเลี้ยงและลบด้วยกระแสไฟฟ้าเรซินหลังจากทำการทดลองกับหลอดแก้วที่เขาได้รับจาก Peter Collinson เพื่อนร่วมงานในต่างประเทศของเขา การทดลองมีผู้เข้าร่วม A ชาร์จหลอดแก้วและผู้เข้าร่วม B ได้รับแรงกระแทกที่ข้อนิ้วจากหลอดที่มีประจุไฟฟ้า แฟรงคลินระบุว่าผู้เข้าร่วม B จะถูกชาร์จเป็นบวกหลังจากถูกช็อตด้วยหลอด ^[37]มีความคลุมเครือบางอย่างเกี่ยวกับว่าวิลเลียมวัตสันมาถึงคำอธิบายแบบหนึ่งเดียวโดยอิสระในช่วงเวลาเดียวกันหรือไม่ (ค.ศ. 1747) วัตสันหลังจากเห็นจดหมายของแฟรงคลินถึงคอลลินสันอ้างว่าเขาได้นำเสนอคำอธิบายแบบเดียวกับแฟรงคลินในฤดูใบไม้ผลิปี 1747 ^[38]แฟรงคลินได้ศึกษาผลงานบางส่วนของวัตสันก่อนที่จะทำการทดลองและวิเคราะห์ของเขาเองซึ่งน่าจะมีความสำคัญต่อทฤษฎีของแฟรงคลิน . ^[39]นักฟิสิกส์คนหนึ่งชี้ให้เห็นว่าวัตสันเสนอทฤษฎีของไหลแบบหนึ่งเป็นครั้งแรกซึ่งแฟรงคลินได้อธิบายเพิ่มเติมและมีอิทธิพลมากขึ้น ^[40]นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ให้เหตุผลว่าวัตสันพลาดความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างความคิดของเขากับของแฟรงคลินดังนั้นวัตสันจึงตีความความคิดของเขาผิดว่าคล้ายกับแฟรงคลิน ^{[41] ไม่ว่า}ในกรณีใดไม่มีความเกลียดชังระหว่างวัตสันและแฟรงคลินและแบบจำลองการกระทำทางไฟฟ้าของแฟรงคลินซึ่งกำหนดขึ้นในช่วงต้นปี ค.ศ. 1747 ในที่สุดก็ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในเวลานั้น ^[39]หลังจากการทำงานของแฟรงคลินคำอธิบายที่อิงจากน้ำทิ้งมักไม่ค่อยมีใครพูดถึง ^[42]

ตอนนี้ทราบแล้วว่าแบบจำลองแฟรงคลินนั้นถูกต้องโดยพื้นฐานแล้ว มีประจุไฟฟ้าเพียงชนิดเดียวและต้องใช้ตัวแปรเพียงตัวเดียวในการติดตามปริมาณประจุไฟฟ้า ^[43]

จนถึงปี 1800 เป็นไปได้ที่จะศึกษาการนำประจุไฟฟ้าโดยใช้การปล่อยไฟฟ้าสถิตเท่านั้น ในปี 1800 Alessandro Voltaเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นว่าประจุไฟฟ้าสามารถคงไว้ได้ในการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องผ่านทางปิด ^[44]

ในปีพ. ศ. 2376 Michael Faradayพยายามขจัดข้อสงสัยว่ากระแสไฟฟ้าเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงแหล่งที่มาของการผลิตไฟฟ้า ^[45]เขากล่าวถึงความหลากหลายของรูปแบบที่เป็นที่รู้จักกันซึ่งเขามีลักษณะเป็นไฟฟ้าทั่วไป (เช่นไฟฟ้าสถิตย์ , piezoelectricity , การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ), ไฟฟ้าฟ้ (เช่นกระแสไฟฟ้าจากกองไฟฟ้ ) และไฟฟ้าสัตว์ (เช่นbioelectricity ) .

ในปีพ. ศ. 2381 ฟาราเดย์ได้ตั้งคำถามว่าไฟฟ้าเป็นของไหลหรือของเหลวหรือเป็นสมบัติของสสารเช่นแรงโน้มถ่วง เขาตรวจสอบว่าสสารสามารถถูกตั้งข้อหาหนึ่งโดยไม่ขึ้นกับอีกประเภทหนึ่งได้หรือไม่ ^[46]เขาได้ข้อสรุปว่าประจุไฟฟ้าเป็นความสัมพันธ์ระหว่างสองร่างขึ้นไปเพราะเขาไม่สามารถชาร์จร่างกายหนึ่งโดยไม่มีประจุตรงกันข้ามในอีกร่างหนึ่ง ^[47]

ในปีพ. ศ. 2381 ฟาราเดย์ยังได้ให้คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขณะที่แสดงความเป็นกลางว่ามันมาจากของเหลวหนึ่งสองหรือไม่มีเลย ^[48]เขามุ่งเน้นไปที่แนวคิดที่ว่าสถานะปกติของอนุภาคนั้นจะต้องไม่เป็นขั้วและเมื่อมีขั้วพวกมันก็พยายามที่จะกลับคืนสู่สภาพธรรมชาติที่ไม่มีขั้ว

ในการพัฒนาแนวทางทฤษฎีสนามเกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์ (เริ่มตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 1850) James Clerk Maxwell ได้หยุดพิจารณาว่าประจุไฟฟ้าเป็นสารพิเศษที่สะสมในวัตถุและเริ่มเข้าใจประจุไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในสนาม . ^[49]ความเข้าใจก่อนควอนตัมนี้ถือว่าขนาดของประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณที่ต่อเนื่องแม้ในระดับกล้องจุลทรรศน์ ^[49]

ไฟฟ้าสถิตหมายถึงประจุไฟฟ้าของวัตถุและการคายประจุไฟฟ้าสถิตที่เกี่ยวข้องเมื่อนำวัตถุสองชิ้นมารวมกันที่ไม่อยู่ในสภาวะสมดุล การคายประจุไฟฟ้าสถิตทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในประจุของแต่ละวัตถุทั้งสอง

กระแสไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน

เมื่อชิ้นส่วนของแก้วและเรซินซึ่งไม่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าใด ๆ ถูกถูเข้าด้วยกันและปล่อยให้พื้นผิวที่ถูสัมผัสกันจะยังคงไม่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า เมื่อแยกจากกันจะดึงดูดซึ่งกันและกัน

กระจกชิ้นที่สองถูด้วยเรซินชิ้นที่สองจากนั้นแยกออกและแขวนไว้ใกล้ชิ้นแก้วและเรซินในอดีตทำให้เกิดปรากฏการณ์เหล่านี้:

• กระจกทั้งสองชิ้นขับไล่กันและกัน
• แก้วแต่ละชิ้นดึงดูดเรซินแต่ละชิ้น
• เรซินทั้งสองชิ้นขับไล่กันและกัน

เรื่องนี้น่าสนใจและเขม่นเป็นปรากฏการณ์ไฟฟ้าและหน่วยงานที่จัดแสดงพวกเขาจะกล่าวว่าเป็นไฟฟ้าหรือไฟฟ้าที่เรียกเก็บ ร่างกายอาจถูกกระแสไฟฟ้าด้วยวิธีอื่น ๆ อีกมากมายเช่นเดียวกับแรงเสียดทาน คุณสมบัติทางไฟฟ้าของแก้วทั้งสองชิ้นมีความคล้ายคลึงกัน แต่ตรงข้ามกับเรซินทั้งสองชิ้น: แก้วดึงดูดสิ่งที่เรซินขับไล่และขับไล่สิ่งที่เรซินดึงดูด

หากร่างกายไฟฟ้าในลักษณะใด ๆ ทำงานเป็นแก้วไม่นั่นคือถ้ามันไล่แก้วและดึงดูดเรซินร่างกายกล่าวคือจะต้องvitreouslyไฟฟ้าและถ้ามันดึงดูดแก้วและไล่เรซินที่มีการกล่าวถึง เป็นเรซินไฟฟ้า ตัวเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดเป็นไฟฟ้าแบบมีชีวิตชีวาหรือแบบเรซิน

อนุสัญญาที่เป็นที่ยอมรับในชุมชนวิทยาศาสตร์กำหนดให้กระแสไฟฟ้าของน้ำเลี้ยงเป็นกระแสไฟฟ้าเชิงบวกและแบบเรซินเป็นค่าลบ คุณสมบัติที่ตรงข้ามกันอย่างแน่นอนของไฟฟ้าทั้งสองชนิดแสดงให้เห็นว่าเราบ่งชี้พวกเขาด้วยเครื่องหมายที่ตรงกันข้ามกัน แต่การใช้เครื่องหมายบวกกับเครื่องหมายหนึ่งแทนที่จะเป็นอีกชนิดหนึ่งจะต้องพิจารณาว่าเป็นเรื่องของการประชุมตามอำเภอใจเช่นเดียวกับที่เป็นเรื่องของ การประชุมในแผนภาพทางคณิตศาสตร์เพื่อคำนวณระยะทางบวกไปทางขวามือ

ไม่สามารถสังเกตเห็นแรงใด ๆ ทั้งจากแรงดึงดูดหรือแรงผลักระหว่างร่างกายที่ถูกไฟฟ้ากับร่างกายที่ไม่ถูกไฟฟ้า ^[50]

กระแสไฟฟ้าคือการไหลของประจุไฟฟ้าผ่านวัตถุซึ่งไม่ก่อให้เกิดการสูญเสียสุทธิหรือการได้รับประจุไฟฟ้า ส่วนใหญ่ที่พบผู้ให้บริการค่าใช้จ่ายที่มีประจุบวกโปรตอนและประจุลบของอิเล็กตรอน การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเหล่านี้ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในหลาย ๆ สถานการณ์มันพอเพียงที่จะพูดถึงกระแสธรรมดาโดยไม่คำนึงว่าจะถูกพัดพาโดยประจุบวกที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางของกระแสธรรมดาหรือโดยประจุลบที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม มุมมองแบบมหภาคนี้เป็นการประมาณที่ช่วยลดความซับซ้อนของแนวคิดและการคำนวณแม่เหล็กไฟฟ้า

ในทางตรงกันข้ามถ้าใครมองไปที่สถานการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็นว่ามีหลายวิธีในการนำพากระแสไฟฟ้าได้แก่ : การไหลของอิเล็กตรอน; การไหลของรูอิเล็กตรอนที่ทำหน้าที่เหมือนอนุภาคบวก และทั้งบวกและลบอนุภาค ( ไอออนหรืออนุภาคที่มีประจุอื่น ๆ ) ไหลในทิศทางตรงข้ามในไฟฟ้า แก้ปัญหาหรือพลาสม่า

ระวังว่าในกรณีทั่วไปและที่สำคัญของสายโลหะทิศทางของกระแสไฟฟ้าทั่วไปจะตรงข้ามกับความเร็วดริฟท์ของตัวพาประจุไฟฟ้าจริง กล่าวคืออิเล็กตรอน นี่เป็นที่มาของความสับสนสำหรับผู้เริ่มต้น

ประจุไฟฟ้ารวมของระบบแยกจะคงที่ไม่ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงภายในระบบ กฎหมายฉบับนี้คือโดยธรรมชาติเพื่อกระบวนการทั้งหมดที่รู้จักกันเพื่อฟิสิกส์และสามารถจะได้มาในรูปแบบท้องถิ่นจากวัดไม่แปรเปลี่ยนของฟังก์ชันคลื่น การอนุรักษ์ค่าใช้จ่ายส่งผลให้ค่าใช้จ่ายหมุนเวียนสมการความต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้วอัตราการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของประจุ ρภายในปริมาตรของการรวมVเท่ากับพื้นที่อินทิกรัลเหนือความหนาแน่นกระแส Jผ่านพื้นผิวปิดS = ∂ Vซึ่งจะเท่ากับกระแส สุทธิI :

${\ displaystyle - {\ frac {d} {dt}} \ int _ {V} \ rho \, \ mathrm {d} V =}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ partial V}$ ${\ displaystyle \ mathbf {J} \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {S} = \ int J \ mathrm {d} S \ cos \ theta = I.}$

ดังนั้นการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าตามที่แสดงโดยสมการความต่อเนื่องให้ผลลัพธ์:

${\ displaystyle I = - {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} t}}}$

ค่าใช้จ่ายที่โอนระหว่างเวลา ${\ displaystyle t _ {\ mathrm {i}}}$ และ ${\ displaystyle t _ {\ mathrm {f}}}$ ได้มาจากการรวมทั้งสองด้าน:

${\ displaystyle q = \ int _ {t _ {\ mathrm {i}}} ^ {t _ {\ mathrm {f}}} I \, \ mathrm {d} t}$

โดยที่ฉันคือกระแสไฟฟ้าภายนอกสุทธิผ่านพื้นผิวปิดและqคือประจุไฟฟ้าที่อยู่ภายในปริมาตรที่กำหนดโดยพื้นผิว

นอกเหนือจากคุณสมบัติที่อธิบายไว้ในบทความเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า , ค่าใช้จ่ายเป็นความสัมพันธ์ คงที่ ซึ่งหมายความว่าอนุภาคใด ๆ ที่มีประจุqจะมีประจุเท่ากันไม่ว่าจะเดินทางด้วยความเร็วเท่าใดก็ตาม คุณสมบัตินี้ได้รับการตรวจสอบโดยการทดลองโดยแสดงให้เห็นว่าประจุของนิวเคลียสของฮีเลียม หนึ่งตัว( โปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวรวมกันในนิวเคลียสและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ด้วยความเร็วสูง) เหมือนกับนิวเคลียสของดิวทีเรียมสองนิวเคลียส (โปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัวที่ผูกติดกัน แต่ เคลื่อนที่ช้ากว่าที่จะเป็นมากถ้าอยู่ในนิวเคลียสของฮีเลียม) ^{[51] [52] [53]}

• หน่วยแม่เหล็กไฟฟ้า SI
• ค่าสี
• ค่าใช้จ่ายบางส่วน

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้าที่ Wikimedia Commons
• ประจุไฟฟ้าสลายตัวเร็วแค่ไหน?