ทำไมไม้บรรทัดพลาสติกถูผมแล้วดูดเศษกระดาษได้ แต่ผ่านไปพักหนึ่งกลับดูดไม่ติด?

หลายคนน่าจะเคยลองเอาไม้บรรทัดพลาสติกไปถูผมหรือเสื้อ แล้วเอาไปจ่อเหนือเศษกระดาษเล็ก ๆ

สิ่งที่ดูเหมือนมายากลก็คือ เศษกระดาษที่ไม่ได้เป็นแม่เหล็กกลับกระโดดขึ้นมาติดไม้บรรทัดได้

แต่ถ้าวางทิ้งไว้สักพักแล้วลองใหม่ บางครั้งกลับไม่ดูดเหมือนเดิม

คำตอบอยู่ที่ ไฟฟ้าสถิต และเรื่องนี้มีสองช่วงที่น่าสนใจพอ ๆ กัน คือ ตอนที่ประจุเกิดขึ้น และตอนที่ประจุค่อย ๆ หายไป

ตอนถู ไม่ได้สร้างประจุขึ้นมาจากความว่างเปล่า

เมื่อวัสดุต่างชนิดสัมผัสและถูเข้าด้วยกัน อิเล็กตรอนบางส่วนสามารถถ่ายโอนจากวัสดุหนึ่งไปสู่อีกวัสดุหนึ่งได้

วัสดุชิ้นหนึ่งจึงมีอิเล็กตรอนมากขึ้น ขณะที่อีกชิ้นมีน้อยลง ทำให้เกิดความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าบนผิว

พลาสติกเป็นฉนวนที่ดี ประจุที่เกิดขึ้นจึงไม่ได้ไหลหายไปอย่างรวดเร็วเหมือนบนโลหะบางชนิด และสามารถค้างอยู่บนผิวได้ระยะหนึ่ง

แล้วเศษกระดาษที่เป็นกลาง ทำไมถึงถูกดูดได้?

จุดนี้มักทำให้เข้าใจผิดว่า กระดาษต้องมีประจุตรงข้ามกับไม้บรรทัดตั้งแต่แรก

จริง ๆ แล้วเศษกระดาษไม่จำเป็นต้องมีประจุสุทธิก่อนเลย

เมื่อไม้บรรทัดที่มีประจุเข้าใกล้ สนามไฟฟ้าจากไม้บรรทัดจะทำให้ประจุบวกและลบภายในกระดาษจัดตัวใหม่เล็กน้อย กระบวนการนี้เรียกว่า polarization

ด้านของกระดาษที่อยู่ใกล้ไม้บรรทัดจะมีผลของประจุตรงข้ามเด่นขึ้น จึงเกิดแรงดึงดูดมากพอที่จะยกเศษกระดาษชิ้นเล็กขึ้นจากโต๊ะได้

แล้วทำไมผ่านไปพักหนึ่งถึงดูดไม่ติด?

เพราะประจุไฟฟ้าที่อยู่บนผิวพลาสติกไม่ได้คงอยู่ตลอดไป

มันสามารถค่อย ๆ รั่วออกไปผ่านอากาศ ความชื้น ผิววัสดุ หรือแม้แต่ผ่านมือของเราเมื่อไปสัมผัสบริเวณที่มีประจุ

เมื่อประจุลดลง สนามไฟฟ้าที่ใช้ดึงดูดเศษกระดาษก็อ่อนลงตาม จนสุดท้ายไม่แรงพอจะยกกระดาษขึ้นมาได้

ทำไมวันอากาศแห้งเล่นง่ายกว่า?

ถ้าเคยลองแล้วบางวันดูดติดดีมาก แต่บางวันแทบไม่สำเร็จเลย ความชื้นในอากาศอาจเป็นตัวแปรสำคัญ

เมื่ออากาศชื้น ผิวของวัสดุจะมีน้ำโมเลกุลเล็ก ๆ เกาะอยู่มากขึ้น ทำให้ประจุสามารถรั่วออกจากผิวได้ง่ายกว่าเดิม

วันอากาศแห้งจึงมักเก็บประจุไฟฟ้าสถิตไว้ได้นานกว่า และทำให้การทดลองแบบนี้เห็นผลชัดกว่า

สิ่งที่ดูเหมือน “ดูดติด” จึงมีสองขั้นตอน

ขั้นแรกคือการทำให้ไม้บรรทัดมีประจุจากการสัมผัสและถู

ขั้นที่สองคือประจุนั้นไปทำให้เศษกระดาษซึ่งเดิมเป็นกลางเกิดการจัดเรียงประจุภายใน จนเกิดแรงดึงดูด

แต่เมื่อเวลาผ่านไป ประจุบนไม้บรรทัดค่อย ๆ รั่วไหลออก สนามไฟฟ้าก็อ่อนลง และเศษกระดาษก็กลับไปนอนนิ่งเหมือนเดิม

ดังนั้นไม่ใช่ว่าไม้บรรทัด “หมดพลัง” แต่เป็นเพราะ ความไม่สมดุลของประจุที่เราเพิ่งสร้างขึ้นกำลังค่อย ๆ กลับเข้าสู่สมดุล

เรียบเรียงโดย: พีรพัฒน์ พีพี

แหล่งที่มา:
The Physics Classroom — Triboelectric Charging
อ้างอิง: https://www.physicsclassroom.com/class/estatics/u8l2a.cfm

The Physics Classroom — Polarization
อ้างอิง: https://www.physicsclassroom.com/class/estatics/u8l1e.cfm

Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations — Triboelectric Effects
อ้างอิง: https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/triboelectric-effects

#ไฟฟ้าสถิต #ไม้บรรทัด #ฟิสิกส์ใกล้ตัว #วิทยาศาสตร์ #เรื่องน่ารู้ #ความรู้รอบตัว #StaticElectricity