ดูต้นฉบับสำหรับ ประจุไฟฟ้า

[[ไฟล์:VFPt charges plus minus thumb.svg|thumb|right|300px|[[สนามไฟฟ้า]] ของประจุไฟฟ้าบวกและลบหนึ่งจุด]]
{{ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า}}

'''ประจุไฟฟ้า''' เป็น [[คุณสมบัติทางฟิสิกส์]] ของ [[สสาร]] ที่เป็นสาเหตุให้มันต้องประสบกับ [[แรง]] หนึ่งเมื่อมันถูกวางอยู่ใน [[สนามแม่เหล็กไฟฟ้า]] ประจุไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสองประเภท: [[โปรตอน|บวก]] และ [[อิเล็กตรอน|ลบ]] ประจุเหมือนกันจะผลักกัน ประจุต่างกันจะดึงดูดกัน วัตถุจะมีประจุลบถ้ามันมี [[อิเล็กตรอน]] เกิน, มิฉะนั้นจะมีประจุบวกหรือไม่มีประจุ มีหน่วย SI เป็น [[คูลอมบ์]] (C) ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า, มันเป็นธรรมดาที่จะใช้ [[แอมแปร์-ชั่วโมง]] (Ah) และใน [[สาขาเคมี]] มันเป็นธรรมดาที่จะใช้ [[ประจุมูลฐาน]] (''e'') เป็นหน่วย สัญลักษณ์ ''Q'' มักจะหมายถึงประจุ ความรู้ช่วงต้นว่าสสารมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรในขณะนี้ถูกเรียกว่า [[ไฟฟ้าพลศาสตร์แบบคลาสสิก]] ({{langx|en|classical electrodynamics}}) และยังคงถูกต้องสำหรับปัญหาที่ไม่จำเป็นต้องมีการพิจารณาถึง [[กลศาสตร์ควอนตัม|ผลกระทบควอนตัม]]

''ประจุไฟฟ้า'' เป็น [[กฎการอนุรักษ์(ฟิสิกส์)|คุณสมบัติแบบอนุรักษ์]] พื้นฐานของ [[อนุภาคย่อยของอะตอม]] บางตัวที่กำหนด [[ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า]] ของพวกมัน สสารที่มีประจุไฟฟ้าจะได้รับอิทธิพลจาก [[สนามแม่เหล็กไฟฟ้า]] และก็ผลิตสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นเองได้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ได้กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นแหล่งที่มาของ [[แรงแม่เหล็กไฟฟ้า]] ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่ [[อันตรกิริยาพื้นฐาน|แรงพื้นฐาน]] (อ่านเพิ่มเติมที่: [[สนามแม่เหล็ก]])

[[การทดลองเรื่องหยดน้ำมัน]] ในศตวรรษที่ยี่สิบได้แสดงให้เห็นว่า ประจุจะถูก ''quantized''; นั่นคือ ประจุของวัตถุใด ๆ จะมีค่าเป็นผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของหน่วยเล็ก ๆ แต่ละตัวที่เรียกว่า [[ประจุมูลฐาน]] หรือค่า ''e'' (เช่น 0e, 1e, 2e แต่ไม่ใช่ 1/2e หรือ 1/3e) ''e'' มีค่าประมาณเท่ากับ {{val|1.602|e=-19|u=coulombs}} (ยกเว้นสำหรับอนุภาคที่เรียกว่า [[ควาร์ก]] ซึ่งมีประจุที่มีผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของ ''e/3'') [[โปรตอน]] มีประจุเท่ากับ +''e'' และ [[อิเล็กตรอน]] มีประจุเท่ากับ -''e'' การศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่มีประจุและการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะถูกไกล่เกลี่ยโดย [[โฟตอน]] ได้อย่างไรจะเรียกว่า [[ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม]]

== ภาพรวม == 
[[ไฟล์:Electric field point lines equipotentials.svg|thumb|left|250px|แผนภาพแสดงเส้นสนามและ [[ศักย์สมดุล]] รอบ [[อิเล็กตรอน]] ที่เป็นอนุภาคที่มีประจุลบตัวหนึ่ง ใน [[อะตอม]] ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนอิเล็กตรอนจะเท่ากับจำนวนโปรตอน (ซึ่งเป็นประจุบวก) ส่งผลให้ประจุรวมสุทธิเป็นศูนย์]]

ประจุเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของสสารที่แสดงแรงดูดหรือแรงผลักเนื่องจาก [[ไฟฟ้าสถิต]] เมื่อมีสสารอื่นเข้ามาใกล้

ประจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของหลาย [[อนุภาคที่มีประจุ|อนุภาคย่อยของอะตอม]] ประจุของอนุภาคยืนนิ่งอิสระจะเป็นผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของ [[ประจุมูลฐาน]] ''e''; เราพูดว่าประจุไฟฟ้าถูก ''quantized'' [[ไมเคิลฟาราเดย์]] ในการทดลองเรื่อง [[การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า]] ของเขา เป็นคนแรกที่สังเกตธรรมชาติที่ไม่ต่อเนื่องของประจุไฟฟ้า [[การทดลองหยดน้ำมัน]] ของ [[โรเบิร์ต Millikan]] ไดสาธิตความจริงนี้โดยตรงและวัดประจุมูลฐานนี้

โดยธรรมเนียมการปฏิบัติ ประจุของ [[อิเล็กตรอน]] เป็น -1 ขณะที่ของ [[โปรตอน]] เป็น +1 อนุภาคที่มีเครื่องหมายประจุเหมือนกันจะผลัก และอนุภาคที่มีเครื่องหมายประจุต่างกันจะดูดกัน [[กฎของ Coulomb]] ใช้ quantifies [[แรง]] ไฟฟ้าสถิตระหว่างสองอนุภาคโดยอ้างว่าแรงเป็นสัดส่วนกับผลิตภัณฑ์ของประจุของพวกมันและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน

ประจุของ [[ปฏิอนุภาค]] จะเท่ากับอนุภาคที่สอดคล้องกันนั้น แต่มีเครื่องหมายเป็นตรงข้าม [[ควาร์ก]] จะมีประจุเป็นเลขเศษส่วนได้แก่ -{{sfrac|1|3}} หรือ +{{sfrac|2|3}} แต่ควาร์กยืนนิ่งอิสระไม่เคยมีการสังเกตมาก่อน (เหตุผลทางทฤษฎีสำหรับความจริงนี้ก็คือ [[เสรีภาพแบบ asymptotic]])

ประจุไฟฟ้าของวัตถุ [[ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า]] ({{langx|en|macroscopic object}}) คือผลรวมของประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่ทำมันขึ้นมา ประจุนี้มักจะมีขนาดเล็กเพราะสสารจะทำขึ้นจากหลาย [[อะตอม]], และอะตอมก็มักจะมีจำนวนของ [[โปรตอน]] และ [[อิเล็กตรอน]] เท่ากัน ซึ่งในกรณีที่ประจุของพวกมันหักล้างซึ่งกันและกัน ทำให้ผลลัพธ์สุทธิของประจุออกมาเป็นศูนย์ จึงทำให้อะตอมเป็นกลาง

''[[ไอออน]]'' เป็นอะตอม (หรือกลุ่มของอะตอม) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนทำให้ผลรวมสุทธิของประจุเป็นบวก (cation) หรือได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มทำให้ผลรวมสุทธิของประจุเป็นลบ (anion) ''Monatomic ions'' จะเกิดขึ้นจากอะตอมเดียว ในขณะที่ ''polyatomic ions'' จะเกิดขึ้นจากสองอะตอมขึ้นไปที่ถูกยึดเข้าด้วยกัน ในแต่ละกรณีจะเกิดไอออนที่มีประจุสุทธิเป็นบวกหรือเป็นลบ

{{multiple image
| align     = right
| image1    = VFPt plus thumb.svg
| alt1      = [[สนามไฟฟ้า]] ที่ถูกเหนี่ยวนำโดยประจุไฟฟ้าบวก
| width1    = 200
| image2    = VFPt minus thumb.svg
| alt2      = [[สนามไฟฟ้า]] ที่ถูกเหนี่ยวนำโดยประจุไฟฟ้าลบ
| width2    = 200
| footer    = สนามไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำโดยประจุไฟฟ้าบวก (ซ้าย) สนามไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำโดยประจุไฟฟ้าลบ (ขวา)}}

ในระหว่างการก่อตัวของวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ส่วนประกอบของอะตอมและไอออนมักจะรวมกันเพื่อก่อตัวเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วย ''สารประกอบไอออนิก'' ({{langx|en|ionic compounds}}) ที่เป็นกลาง มันจะถูกผูกติดทางไฟฟ้าไว้ด้วยกันกับอะตอมที่เป็นกลาง ดังนั้นวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจึงมีแนวโน้มไปเป็นเป็นกลางโดยรวม แต่จะไม่ค่อยเป็นกลางที่ดีเลิศ

บางครั้งวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าประกอบด้วยหลายไอออนที่กระจายไปทั่วทั้งวัสดุ ผูกติดกันไว้อย่างเหนียวแน่น และให้ผลรวมประจุสุทธิเป็นบวกหรือเป็นลบกับวัตถุ นอกจากนี้วัตถุดังกล่าวยังทำจากองค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า มันจะสามารถรับอิเล็กตรอนเข้ามาหรือให้อิเล็กตรอนออกไปง่ายดายมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของมัน จากนั้นมันจะเก็บรักษาประจุสุทธิเป็นลบหรือเป็นบวกตลอดไป เมื่อประจุไฟฟ้าสุทธิของวัตถุไม่เป็นศูนย์และไม่เคลื่อนที่ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า [[ไฟฟ้าสถิต]] ปรากฏการณ์นี้สามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายโดยการถูวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดเข้าด้วยกัน เช่นการถู [[สีเหลืองอำพัน|อำพัน]] กับ [[ขนสัตว์]] หรือถู [[แก้ว]] กับ [[ผ้าไหม]] ด้วยวิธีนี้วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถมีประจุได้ในระดับที่มีนัยสำคัญ เป็นบวกหรือเป็นลบ ประจุที่ถูกนำมาจากวัสดุหนึ่ง เมื่อถูกย้ายไปยังอีกวัสดุหนึ่ง วัสดุนั้นจะเหลือไว้แต่ประจุตรงข้ามในขนาดเดียวกันอยู่เบื้องหลัง กฎของ ''[[การอนุรักษ์ประจุ]]'' มักจะนำมาใช้เสมอ นั่นคือวัตถุที่เสียประจุลบจะได้รับประจุบวกขนาดเดียวกันมาแทน และในทางกลับกัน

แม้ว่าประจุสุทธิของวัตถุเป็นศูนย์ ประจุก็ยังสามารถกระจายอยู่ในวัตถุอย่างไม่สม่ำเสมอ (เช่นเนื่องจาก [[สนามแม่เหล็กไฟฟ้า]] ภายนอก หรือแรงผูกพันขั้วโมเลกุล) ในกรณีดังกล่าววัตถุนั้นจะถูกเรียกว่ามี [[ความหนาแน่นของโพลาไรซ์|สภาพเป็นขั้ว]] ({{langx|en|polarization}}) ประจุที่เกิดจากสภาพเป็นขั้วเรียกว่า [[ประจุผูกพัน]] ({{langx|en|bound charge}}) ในขณะที่ประจุบนวัตถุที่เกิดจากการได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนจากนอกวัตถุจะถูกเรียกว่า ''ประจุอิสระ'' การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนใน [[โลหะ]] ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในทิศทางเฉพาะจะเรียกว่า [[กระแสไฟฟ้า]]

== ประวัติ ==
การค้นพบประจุไฟฟ้านั้นสามารถสืบย้อนกลับไปได้ถึงยุคกรีกโบราณ โดยในช่วง 600 ปีก่อนคริสต์ศักราช [[เทลีส แห่งไมเลตัส]] นักปราชญ์ชาวกรีก ได้กล่าวถึงการสะสมของประจุไฟฟ้าจากการขัดถูวัสดุหลายชนิด เช่น [[อำพัน]]กับ[[ผ้าขนสัตว์]] วัสดุที่สะสมประจุเหล่านี้สามารถดึงดูดวัตถุที่มีน้ำหนักเบาอย่างเส้นผมได้ ยิ่งไปกว่านั้น หากวัสดุเหล่านี้ถูกขัดถูเป็นเวลานานพอ จะทำให้เกิดประกายไฟ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจาก[[ไฟฟ้าจากการขัดถู]] (triboelectric effect) คำภาษาอังกฤษ ''electricity'' มาจากคำในภาษากรีก ''ηλεκτρον'' (electron) ซึ่งหมายถึงอำพัน

ในปี ค.ศ. 1733 [[ดูเฟย์]] (C. F. Du Fay)นักเคมี ชาวฝรั่งเศส ได้เสนอ<ref>[http://www.sparkmuseum.com/BOOK_DUFAY.HTM Two Kinds of Electrical Fluid: Vitreous and Resinous - 1733]</ref> ว่าไฟฟ้านั้นมีอยู่ 2 ชนิดซึ่งหักล้างกัน โดยนำเสนอในรูปทฤษฎีของของไหลสองชนิด เขาได้เสนอว่าเมื่อถูแก้วกับผ้าไหม แก้วจะมีประจุที่เรียกว่าไฟฟ้าวิเทรียส (vitreous electricity) ส่วนเมื่อถูอำพันกับผ้าขนสัตว์ อำพันจะมีประจุที่เรียกว่าไฟฟ้าเรซินัส (resinous electricity)

ต่อมาในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 18 การศึกษาเกี่ยวกับไฟฟ้านั้นเริ่มแพร่หลายมากขึ้น โดยที่[[เบนจามิน แฟรงกลิน]] นักวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษ ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญในยุคนั้นไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีของไหลสองชนิด เขาได้ตั้งข้อโต้แย้งให้การสนับสนุน ทฤษฎีของไหลชนิดเดียว โดยจินตนาการไฟฟ้าเป็นเสมือนของไหลที่ไม่สามารถมองเห็นได้ และมีอยู่ในสสารทุกชนิด เช่น ในกรณีของสิ่งประดิษฐ์[[แก้วไลเดน]] (Leyden jar) นั้น เนื้อแก้วเป็นส่วนที่เก็บสะสมประจุ เขาได้ตั้งสมมุติฐานว่า การขัดถูผิวของวัตถุฉนวนต่างชนิด ทำให้ของไหลที่ว่านี้เกิดการไหลเปลี่ยนตำแหน่งเกิดเป็นกระแสไฟฟ้า นอกจากนั้นแล้วเขายังได้ตั้งสมมุติฐานว่า หากวัตถุมีของเหลวนี้น้อยเกินไปจะทำให้มีค่าประจุเป็นลบ ถ้าหากมีมากเกินไปจะมีค่าประจุเป็นบวก ด้วยเหตุผลที่ไม่เป็นที่แน่ชัด แฟรงกลินได้ระบุว่าค่าประจุบวกคือไฟฟ้าวิเทรียส และค่าประจุลบคือไฟฟ้าเรซินัส ซึ่ง[[วิลเลียม วัตสัน]] นักวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษ ก็ได้ค้นพบข้อสรุปเดียวกันนี้ในช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกัน 

แบบจำลองของแฟรงกลินและวัตสันนั้นใกล้เคียงกับแบบจำลองในปัจจุบันซึ่งมีความซับซ้อนมากกว่า ในปัจจุบันเราทราบว่าสสารนั้นจริง ๆ แล้วประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุอยู่หลายชนิด เช่น โปรตอน และอิเล็กตรอน และ[[กระแสไฟฟ้า]]นั้นก็เกิดได้หลายแบบ เช่น เกิดจากการไหลของอิเล็กตรอน เกิดจากการไหลของสิ่งที่เรียกว่าโฮล (ของอิเล็กตรอน) ซึ่งทำตัวเสมือนประจุบวก และในสารละลาย[[อิเล็กโตรไลท์]]นั้น เกิดจากการไหลของอนุภาคที่เรียกว่า[[อิออน]] สองชนิดคือ อิออนบวก และอิออนลบ เพื่อความสะดวกในการทำงาน ผู้ที่ทำงานเกี่ยวกับไฟฟ้าในปัจจุบันนั้นก็ยังใช้แบบจำลองกระแสไฟฟ้าของแฟรงกลิน โดยจำลองกระแสไฟฟ้าเป็นการไหลของประจุบวกเท่านั้น ([[กระแสแบบดั้งเดิม]]) ถึงแม้แบบจำลองอย่างง่ายนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการทำความเข้าใจหลักการทางไฟฟ้าและการคำนวณต่าง ๆ แต่ก็ทำให้มองข้ามข้อเท็จจริงที่ในสารตัวนำบางชนิด เช่น อิเล็กโตรไลท์ [[สารกึ่งตัวนำ]] [[พลาสมา]] เป็นต้น นั้นมีการไหลของอนุภาคที่มีประจุอยู่หลายประเภท และนอกจากนั้นแล้ว ทิศทางการไหลของกระแสแบบดั้งเดิมนี้ ก็สวนทางกับทิศทางการไหลของอิเล็กตรอนในโลหะซึ่งใช้เป็นตัวนำ ซึ่งทำให้เกิดความสับสนสำหรับผู้เริ่มศึกษาอิเล็กทรอนิกส์

== คุณสมบัติ ==
นอกจากคุณสมบัติทาง[[แม่เหล็กไฟฟ้า]]ที่กล่าวข้างต้นแล้ว ประจุยังเป็นคุณสมบัติที่ไม่เปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ คือ หากอนุภาคมีประจุ q ไม่ว่าประจุนั้นจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไร ก็จะยังมีประจุ q คุณสมบัตินี้ได้รับการยืนยันโดยการแสดงให้เห็นว่า ค่าประจุในหนึ่งนิวเคลียสของฮีเลียม มี 2 โปรตอน และ 2 นิวตรอนในนิวเคลียสของฮีเลียม และเคลื่อนที่ไปมาด้วยความเร็วสูง มีค่าเท่ากับประจุของนิวเคลียส 2 นิวเคลียสของ[[ดิวเทอเรียม]] ซึ่งมีโปรตอนและนิวตรอนอย่างละหนึ่งตัวในนิวเคลียส และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าที่อยู่ในนิวเคลียสของฮีเลียมมาก

== กฎการอนุรักษ์ของประจุ ==
ประจุทั้งหมดของระบบโดดเดี่ยว (isolated system) มีค่าคงที่เสมอ โดยไม่ขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงของประจุภายในระบบ กฎดังกล่าวเป็นจริงในทุกกระบวนการทางฟิสิกส์ และสามารถเขียนในรูปสมการทางคณิตศาสตร์ได้จาก[[สมการของแมกซ์เวลล์]] เรียกว่า[[สมการของความต่อเนื่อง]] (continuity equation) ซึ่งระบุว่าการเปลี่ยนแปลงรวมของ[[ความหนาแน่นประจุ]] (charge density) <math>\rho</math> ในปริมาตร<math>V</math> มีค่าเท่ากับ[[ความหนาแน่นกระแส]](current density) <math>J</math> รวมที่ผ่านพื้นผิว <math>S</math> ของปริมาตรนั้น ซึ่งก็คือกระแส <math>I</math>:

:<math>- \frac{\partial}{\partial t} \int_V \rho dV = \int_S \mathbf{J} \cdot \mathbf{dS} = I</math>

== อ้างอิง ==
{{รายการอ้างอิง}}

[[หมวดหมู่:ไฟฟ้าสถิต]]
[[หมวดหมู่:ไฟฟ้า]]
[[หมวดหมู่:ปริมาณทางกายภาพ]]
[[หมวดหมู่:สมบัติทางเคมี]]
[[หมวดหมู่:หลักการสำคัญของฟิสิกส์]]
[[หมวดหมู่:กฎการอนุรักษ์]]
[[หมวดหมู่:แม่เหล็กไฟฟ้า]]
[[หมวดหมู่:ฟิสิกส์อนุภาค]]
{{โครง}}