By Brocken Inaglory - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11215746
คำอธิบายเกี่ยวกับปรากฎการณ์แรงดูดลึกลับระหว่างก้อนอำพัน(หลังจากที่ถูกับผ้า)กับเศษวัตถุชิ้นเล็กๆ ยังไม่มีอย่างเป็นชิ้นเป็นอันนานเป็นพันปี กระทั่ง William Gilbert (พ.ศ. 2087-พ.ศ.2146) ได้เผยแพร่หนังสือ De Magnete เพื่ออธิบายเกี่ยวกับเรื่องนี้ และนั่นคือปฐมบทของ "ไฟฟ้าสถิต" อย่างแท้จริง
รายละเอียดภายในหนังสือ De Magnete ไม่ได้มีเพียงแค่เรื่องราวของ "ไฟฟ้าสถิต" เท่านั้น แต่ยังกล่าวถึง "แม่เหล็ก" ซึ่งเป็นแรงลึกลับอีกแรงหนึ่งในสมัยนั้นด้วย โดยกระบวนการที่กิลเบิร์ตใช้นั้นเป็นการทดลองทางวิทยาศาสตร์แนวใหม่ ซึ่งได้ขยายพรมแดนความรู้ทั้งเรื่องไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กให้กว้างขวางออกไป ซึ่งเรื่องเล่าที่ครูจะกล่าวถึงตอนนี้จะยังไม่กล่าวถึง "แม่เหล็ก" แต่จะเล่าถึงเพียงเฉพาะเรื่องราวของไฟฟ้าสถิตก่อนเท่านั้น ในหนังสือกิลเบิร์ตนั้น กิลเบิร์ตไม่ได้ทำการทดลองเฉพาะก้อนอำพันกับที่ถูกับผ้าเท่านั้นที่ทำให้เกิดแรงดูด แต่มีวัสดุคู่อื่นๆ อีกที่สามารถมีผลเช่นเดียวกัน เช่น แก้วกับขนสัตว์ แท่งยางแข็งๆ กับไหม เป็นต้น โดยเขาได้ให้นิยามคำ ELECTRIC ว่า bodies that attract in the same way as amber แปลเป็นไทยก็จะในทำนองที่ว่า ไฟฟ้า คือ การที่วัตถุดูดกันคล้ายๆ กับการดูดของก้อนอำพัน
การดูดของแท่งอำพันกับเศษวัสดุเล็กๆ หรือการผลักกันเองของแท่งอำพันกับแท่งอำพัน (ภายหลังจากถูกด้วยผ้า) สามารถมองเห็นและสังเกตได้จากการทดลอง คำถามก็คือ มันเกิดอะไรเกิดขึ้นระหว่างที่เราถูวัสดุทั้งสองเข้าด้วยกัน กลไกภายในเนื้ออำพันเป็นอย่างไร และนั่นเป็นเหตุผลที่นักฟิสิกส์ ณ ขณะนั้นต้องสร้างโมเดลขึ้นมาอธิบาย ในที่สุดโมเดล "ประจุ" ก็เกิดขึ้นเพื่อนำมาอธิบายปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้น
โมเดลประจุเป็นสิ่งที่ไม่อาจสังเกตได้ด้วยสายตา แต่เราสมมติขึ้นมา โดยโมเดลนี้มีกฎเกณฑ์ ดังนี้
- มีประจุไฟฟ้าอยู่สองชนิด
- ประจุไฟฟ้าที่เหมือนกันจะผลักกัน
- ประจุไฟฟ้าที่ต่างกันจะดูดกัน
Benjamin Franklin เป็นผู้หนึ่งที่นำเอาโมเดลนี้มาอธิบาย โดยกล่าวว่า วัตถุต่างๆ ทุกชนิดจะประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้าสองชนิดนี้ในปริมาณที่เท่าๆ กันในยามปกติ มันจึงไม่แสดงอำนาจทางไฟฟ้าออกมา (เพราะอิทธิพลของประจุทั้งคู่กลบกันหมดพอดี) แต่เมื่อนำเอาวัสดุคู่หนึ่งมาถูกัน ทำให้ประจุไฟฟ้าทั้งสองแยกออกจากกันโดยประจุชนิดหนึ่งจะชอบไปอยู่กับวัสดุอีกชนิดหนึ่งได้ดี ทำให้เกิดสมดุลของประจุไฟฟ้าของวัสดุนั้นเสียไป อิทธิพลของอำนาจของประจุไฟฟ้าที่มีมากกว่าจึงแสดงอำนาจออกมา (โดยการดูดวัตถุชิ้นเล็กๆ ได้) โดยธรรมชาติของประจุไฟฟ้าถูกมองเหมือน "ของไหล" ชนิดหนึ่ง แฟรงคลิน เรียกประจุไฟฟ้าทั้งคู่นี้ว่า "ประจุบวก" พวกหนึ่ง และ "ประจุลบ" อีกพวกหนึ่ง
คำถามคือ แล้วอะไรไหลกันแน่ระหว่าง "บวก" หรือ "ลบ" ซึ่งในภายหลังเราก็พบว่าทั้งสองชนิดของประจุสามารถไหลได้ทั้งคู่ (แต่ด้วยความรู้ใหม่ๆ ที่เกิดขึ้นภายหลังเราทราบว่า ประจุลบจะไหลได้ง่ายกว่า โดยที่เราทราบว่าอนุภาคอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบ จะเป็นอิสระได้ง่ายจากอะตอม และมีอยู่เป็นจำนวนมากที่เคลื่อนที่ไปมาในโลหะ)
โมเดลง่ายๆ นี้ (โมเดลประจุไฟฟ้าบวก กับประจุไฟฟ้าลบ) เป็นโมเดลที่ยอดเยี่ยมทีเดียว เพราะมันสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้เป็นจำนวนมาก โดยอาศัยแค่ "บวก" กับ "ลบ" ไม่จำเป็นต้องมี "คูณ" หรือ "หาร" เข้ามาเกี่ยวข้อง แม้แต่วัตถุที่ยังไม่แสดงอำนาจทางไฟฟ้าออกมา ก็สามารถอธิบายได้ว่า ประจุไฟฟ้าชนิดบวก กับประจุไฟฟ้าชนิดลบ มีปริมาณเท่าๆ กัน ผลรวมทางคณิตศาสตร์ของมันจึงมีค่าเป็นศูนย์และสิ่งที่แสดงออกมาคือไม่แสดงอำนาจไฟฟ้า แต่ถ้ามันเกิดการไหลของตัวใดตัวหนึ่งเข้าแล้วผลรวมทางคณิตศาสตร์ของมันไม่เป็นศูนย์ มันก็จะแสดงอำนาจทางไฟฟ้าออกมา การเรียกชนิดของประจุไฟฟ้าเป็นบวก กับลบ จึงเป็นข้อดีอีกแบบหนึ่งของโมเดลการอธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้านี้
แต่อย่างไรก็ตาม โมเดลประจุไฟฟ้านี้ ยังเป็นเพียงคำอธิบาย หรือบรรยายปรากฏการณ์ ELECTRIC เท่านั้น ยังไม่ได้พูดถึง "ขนาดของแรง" ว่ามีความสัมพันธ์อย่างไรกับ "ขนาดของประจุไฟฟ้า" หรือจำนวนของประจุบวก หรือประจุลบ ระยะห่างมีผลอย่างไรต่อขนาดของแรง ซึ่งต้องแสดงออกมาในเชิงปริมาณ ซึ่งเรื่องนี้จะได้พูดถึงในตอนต่อไป ซึ่งจะกล่าวถึงความสำเร็จของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ที่ได้สร้าง "กฏแห่งแรง" (Law of Force) ทางไฟฟ้าขึ้นมา ตอนนี้ขอจบบันทึกไว้เพียงเท่านี้ก่อน
คำถามคือ แล้วอะไรไหลกันแน่ระหว่าง "บวก" หรือ "ลบ" ซึ่งในภายหลังเราก็พบว่าทั้งสองชนิดของประจุสามารถไหลได้ทั้งคู่ (แต่ด้วยความรู้ใหม่ๆ ที่เกิดขึ้นภายหลังเราทราบว่า ประจุลบจะไหลได้ง่ายกว่า โดยที่เราทราบว่าอนุภาคอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบ จะเป็นอิสระได้ง่ายจากอะตอม และมีอยู่เป็นจำนวนมากที่เคลื่อนที่ไปมาในโลหะ)
โมเดลง่ายๆ นี้ (โมเดลประจุไฟฟ้าบวก กับประจุไฟฟ้าลบ) เป็นโมเดลที่ยอดเยี่ยมทีเดียว เพราะมันสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้เป็นจำนวนมาก โดยอาศัยแค่ "บวก" กับ "ลบ" ไม่จำเป็นต้องมี "คูณ" หรือ "หาร" เข้ามาเกี่ยวข้อง แม้แต่วัตถุที่ยังไม่แสดงอำนาจทางไฟฟ้าออกมา ก็สามารถอธิบายได้ว่า ประจุไฟฟ้าชนิดบวก กับประจุไฟฟ้าชนิดลบ มีปริมาณเท่าๆ กัน ผลรวมทางคณิตศาสตร์ของมันจึงมีค่าเป็นศูนย์และสิ่งที่แสดงออกมาคือไม่แสดงอำนาจไฟฟ้า แต่ถ้ามันเกิดการไหลของตัวใดตัวหนึ่งเข้าแล้วผลรวมทางคณิตศาสตร์ของมันไม่เป็นศูนย์ มันก็จะแสดงอำนาจทางไฟฟ้าออกมา การเรียกชนิดของประจุไฟฟ้าเป็นบวก กับลบ จึงเป็นข้อดีอีกแบบหนึ่งของโมเดลการอธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้านี้
แต่อย่างไรก็ตาม โมเดลประจุไฟฟ้านี้ ยังเป็นเพียงคำอธิบาย หรือบรรยายปรากฏการณ์ ELECTRIC เท่านั้น ยังไม่ได้พูดถึง "ขนาดของแรง" ว่ามีความสัมพันธ์อย่างไรกับ "ขนาดของประจุไฟฟ้า" หรือจำนวนของประจุบวก หรือประจุลบ ระยะห่างมีผลอย่างไรต่อขนาดของแรง ซึ่งต้องแสดงออกมาในเชิงปริมาณ ซึ่งเรื่องนี้จะได้พูดถึงในตอนต่อไป ซึ่งจะกล่าวถึงความสำเร็จของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ที่ได้สร้าง "กฏแห่งแรง" (Law of Force) ทางไฟฟ้าขึ้นมา ตอนนี้ขอจบบันทึกไว้เพียงเท่านี้ก่อน
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น