Conductors, dielectrics and capacitance วัตถุประสงค์ ทราบถึงการนำพาประจุ (กระแส) จำแนกชนิดของวัสดุทางไฟฟ้า ทราบคุณลักษณะเฉพาะต่างๆ ของวัตถุทางไฟฟ้ารวมถึงเงื่อนไขขอบเขต ทราบและคำนวณ ค่าความจุของ C ได้
5.1 Current and Current Density อัตราการเปลี่ยนแปลงประจุเทียบกับเวลา คือ กระแสไฟฟ้า เมื่อพิจารณาประจุที่อยู่ในผิวปิด เมื่อประจุลดลงในผิวปิดเราจะถือว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ( การลดลงของประจุบวกอาจแทนด้วยการเพิ่มขึ้นของประจุลบ ) ความหนาแน่นกระแส (current density) คือ เวกเตอร์ที่ชี้ถึงการนำพากระแส ซึ่งขนาดของมัน คือ ความเข้มของกระแสต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ( A/m2 )
หรือ พิจารณา การนำพากระแสดังรูป
5.2 Continuity of Current กระแสที่พุ่งออกจากผิวปิด กระแสดังกล่าวเท่ากับอัตราการลดลงของประจุเมื่อเทียบกับเวลา ( การลดลงของประจุในผิวปิด )
5.3 Metallic Conductors เมื่อพิจารณาในรูปแบบโครงสร้างอะตอมอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่รอบอะตอมจะโคจรอยู่ด้วยพลังงานยึดเหนี่ยวภายใน สำหรับ อิเล็กตรอนตัวสุดท้าย ( valence electron) จะมีพลังงานยึดต่ออะตอมน้อยที่สุด ถ้ามีพลังงานจำนวนหนึ่งเพียงพอที่จะสามารถดึงเอาอิเล็กตรอนตัวนี้ออกมาได้ จะถือว่ามีการหลุดของอิเล็กตรอน คือเกิดการนำไฟฟ้า
พิจารณา แถบพลังงานของวัสดุชนิดต่างๆ ดังนี้ พิจารณา ตัวนำ ( conductor ) อิเล็กตรอนในสนามจะมีแรง
อิเล็กตรอนดังกล่าวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วลอยเลื่อน (drift velocity) คือ สภาพความคล่อง ( mobility ) คือ สภาพนำไฟฟ้า (Conductivity )
สำหรับตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดสม่ำเสมอ สมมุติ ว่า เป็นสนามคงรูป ( uniform field)
สำหรับตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดไม่สม่ำเสมอและ/หรือ สนามไม่คงรูป (no uniform)
5.4 Conductor properties and Boundary conditions ถ้ากล่าวถึงสภาวะไม่สถิต ถ้าสมมุติว่ามีประจุอยู่ในตัวนำ ประจุเหล่านั้นจะโดนผลักไปด้วยสนามไฟฟ้า ประจุเหล่านั้นจะโดนผลักไปที่ผิวของตัวนำ จนหมดเมื่อภายในไม่มีระบบประจุประจุ ภายในก็ย่อมมีสนามเป็นศูนย์ สนามไฟฟ้าภายในตัวนำยิ่งยวดจะมีค่าเป็นศูนย์ เนื่องจากไม่มีประจุใดๆอยู่ในตัวนำ ประจุจะอยู่เพียงบนผิวตัวนำเท่านั้น เมื่อมีประจุอยู่ที่ผิวของตัวนำอย่างเดียว ความสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้าที่ผิว สามารถหาได้จาก เงื่อนไขขอบเขต ดังจะแสดงต่อไปนี้
เมื่อเลือกเส้นทางที่ คือเส้นทางที่แนบชิดกับพื้นผิวขอบเขต
นั่นคือสนามในแนวสัมผัสผิว เป็นศูนย์ และ Electric flux density แนวตั้งฉากกับผิว มีค่าเท่ากับ ความหนาแน่นประจุเชิงผิว เนื่องจากผิวตัวนำมีสนามเป็นศูนย์ ดังนั้น ผิวตัวนำคือ equipotential surface