ภาพที่ 1 หมู่บินธันเดอร์เบิร์ด 

ที่มา ไทยรัฐ

     เมื่อหลายปีก่อนมี หมู่บินผาดแผลงชื่อ "ธันเดอร์เบิร์ด Thunderbirds" หรือ "วิหคสายฟ้า" ซึ่งเป็นฝูงบินสาธิตของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกามาแสดงที่ประเทศไทย ชื่อของหมู่บินมาจากชื่อของนกยักษ์ในตำนานของอินเดียแดง เชื่อว่า มีปีกกว้างถึง 8 เมตร เวลากระพือปีกจะทำให้เกิดฟ้าร้อง ฟ้าแลบได้ และจะแกะสลักเป็นรูปนกธันเดอร์ที่หัวเสาอินเดียแดง

ภาพที่ 2 นกธันเดอร์ที่หัวเสาอินเดียแดง

ที่มา https://th.wikipedia.org/wiki/ธันเดอร์เบิร์ด_(เทพปกรณัม)

    ซึ่งนกธันเดอร์เบิร์ดถูกนำมาสร้างในภาพยนตร์เรื่อง AVATAR ชื่อ โทรุค มัคโต ซึ่งมีขนาดลำตัวและปีกใกล้เคียงกับ ธันเดอร์เบิร์ด แต่แตกต่างตรงที่ไม่ทำให้เกิดฟ้าแลบเวลากระพือปีก แต่ทำสามารถพ่นไฟได้แทน

    จริงๆ แล้วการเกิดฟ้าแลบ เป็นปรากฏการณ์ที่พบในธรรมชาติ ซึ่งเกิดจากการที่ประจุไฟฟ้าอิสระที่เกิดขึ้นในอากาศเกิดการเคลื่อนที่อากาศ

ประจุไฟฟ้ามาจากไหน

         โดยปกติอะตอมจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นคือ มีประจุบวกและประจุลบในอะตอมเท่ากันจึงไม่แสดงอำนาจทางไฟฟ้า เมื่อวัตถุได้รับพลังงานจะทำให้อิเล็กตรอนหรือไอออนอิสระเกิดการเคลื่อนที่ ส่งผลให้จำนวนประจุลบและประจุบวกไม่เท่ากัน เรียกว่า วัตถุมีประจุ (charge body) วัตถุที่มีประจุจะแสดงอำนาจไฟฟ้าตามชนิดของประจุที่มากกว่า เรียกว่า ประจุอิสระ (Free charge) โดยประจุอิสระจะเท่ากับผลต่างของจำนวนประจุบวกกับประจุลบที่มีอยู่จริง

การเกิดประจุอิสระทำได้อย่างไร

      การทำให้วัตถุมีประจุสามารถทำได้หลายวิธีแต่ในที่นี้จะนำเสนอเพียง 3 แบบ คือ

1. การเกิดประจุโดยการขัดถู (charging by friction) คือ การนำวัตถุต่างชนิดถูกัน เช่น นำผ้าสักหลาดมาถูกับแผ่นพีวีซี งานของแรงที่ใช้ถู ทำให้อิเล็กตรอนจะถ่ายโอนไปยังอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุที่รับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้าไปจะมีประจุลบส่วนวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุบวก อาจจะทดลองอย่างง่ายด้วยการนำลูกโป่งมาถูกับศีรษะ  สังเกตเส้นผมจะติดไปกับลูกโป่งดังภาพ  

ภาพที่ 3 การเกิดประจุโดยการนำลูกโป่งถูกับเส้นผม

ที่มา  https://www.youtube.com/watch?v=zzg4Z2Bwdws

1. การเกิดประจุโดยการสัมผัส (charging by conduction) คือ การนำวัตถุตัวนำที่มีประจุอิสระอยู่ มาสัมผัสกับตัวนำที่เราต้องการ จะให้เกิดมีประจุอิสระ โดยการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างตัวนำทั้งสอง และในที่สุดตัวนำทั้งสองต่างจะมีประจุอิสระ เราอาจจะทดลองง่ายๆ ด้วยการนำคอนเฟล็กวางบนโต๊ะพยายามกระจายคอนเฟล็กให้ไม่ซ้อนทับกันใช้แผ่นพลาสติกใสวางบนคอนเฟล็กให้ห่างจากคอนเฟล็ก ประมาณ 1 นิ้ว ใช้ผ้าขนสัตว์ถูบนแผ่นพลาสติกใส คอนเฟล็กจะดูดติดขึ้นมาติดกับแผ่นพลาสติก

ภาพที่ 4 การทำให้วัตถุตัวนำเกิดประจุไฟฟ้าอิสระโดยการแตะหรือสัมผัส

ที่มา  ณัฐวิญญ์  สิรเดชธราทิพย์

ภาพที่ 5 การเกิดประจุโดยการขัดถูบนแผ่นพลาสติก

ที่มา https://www.youtube.com/watch?v=zzg4Z2Bwdws

1. การเกิดประจุโดยการเหนี่ยวนำ (charge by induction) คือ การนำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่งไปใกล้วัตถุที่เป็นกลาง แล้วทำให้เกิดประจุชนิดตรงข้ามบนวัตถุนี้ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า ประจุเหนี่ยวนำ (induced charge) การทดลองที่เรามักจะพบเห็นคือการนำหวีพลาสติกมาถูกับผ้าสักหลาด แล้วนำไปใกล้กับกระดาษชิ้นเล็กๆ พบว่า กระดาษชิ้นเล็กๆ ดูดติดขึ้นมากับหวี
2. ภาพที่ 6 อธิบายการเกิดประจุโดยการเหนี่ยวนำ
3. ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

ภาพที่ 7 อธิบายการทดลองหวีดูดกระดาษชิ้นเล็กๆ

ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

ประจุบวกและประจุลบเกิดขึ้นอย่างไร

     เป็นที่ทราบกันดีอยู่ว่าอะตอมนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า คือ มีประจุบวกและประจุลบเท่ากัน ถ้าอะตอมนั้นสูญเสียประจุลบไปทำให้ประจุบวกเกินมาอะตอมจึงแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป็นบวก ลองคิดย้อนไปถึงวิชาเคมีเมื่อสูญเสียประจุไปก็จะแสดงไอออนบวก ในทำนองเดียวกันถ้าอะตอมรับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นมา ทำให้อะตอมนั้นขาดความเป็นกลางทางไฟฟ้าจึงแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป็นลบ

     จากการทดลองจับคู่วัตถุมาถูกัน พบว่าวัตถุแต่ละชนิดมีความยากง่ายในการสูญเสียอิเล็กตรอนต่างกันและยังขึ้นอยู่กับคู่ของวัตถุที่นำมาถูกันด้วย จากการทดลองนำวัตถุต่างชนิดที่เป็นคู่ที่เหมาะสมกันมาถูกันแล้วจัดเรียงลำดับตามความยากง่ายในการสูญเสียอิเล็กตรอน ดังตารางโดยวัตถุในลำดับสูงกว่าจะสูญเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเมื่อจับคู่มาถูกัน วัตถุในลำดับสูงกว่าจึงมีประจุไฟฟ้าเป็นประจุบวก ขณะที่วัตถุในลำดับต่ำกว่าจะมีประจุไฟฟ้าเป็นประจุลบ เช่น เมื่อถูแก้วผิวเกลี้ยง (ลำดับ 7) ด้วยขนสัตว์ (ลำดับ1) ผ้าขนสัตว์มีลำดับสูงกว่าแก้วผิวเกลี้ยง ผ้าขนสัตว์จึงมีประจุบวก ส่วนแก้วผิวเกลี้ยงมีประจุลบ นั่นแสดงว่าผ้าขนสัตว์เสียอิเล็กตรอนไปให้กับแก้วผิวเกลี้ยง ประจุบวกจึงเกินมาในผ้าขนสัตว์ ส่วนประจุลบถูกถ่ายเทไปยังแก้วผิเกลี้ยง

    แต่ถ้าถูแก้วผิวเกลี้ยง (ลำดับ7) ด้วยผ้าแพร (ลำดับ 10) แก้วผิวเกลี้ยงมีลำดับสูงกว่าผ้าแพร แก้วผิวเกลี้ยงจึงมีประจุไฟฟ้าบวกส่วนผ้าแพรจะมีประจุไฟฟ้าลบ เป็นเพราะรับอิเล็กตรอนมาจากแก้วผิวเกลี้ยงนั่นเอง  

     ตารางแสดงการเรียงลำดับวัตถุที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตโดยการถู

    การถ่ายโอนประจุระหว่างคู่วัตถุที่นำมาถูกันเป็นผลจากเปลี่ยนรูปจากงานหรือพลังงานกลจากการ   ถูไปเป็นความร้อนแล้วถ่ายโอนให้กับอิเล็กตรอนของอะตอมบริเวณที่ถูกัน ทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนสูงขึ้นจนหลุดเป็นอิสระจากอะตอมและถ่ายโอนไปยังอีกวัตถุหนึ่ง อะตอมของวัตถุที่ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจึงมีประจุเป็นลบ ส่วนอะตอมของวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนจะมีประจุบวก การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าจึงไม่ใช่การสร้างประจุขึ้นใหม่ แต่เป็นเพียงการถ่ายโอนประจุจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง โดยที่ผลรวมของปริมาณประจุทั้งหมดของระบบยังคงเท่าเดิมซึ่งเรียกว่า กฎการอนุรักษ์ของประจุไฟฟ้า (Law of Conservation of Charge)

ที่มา scimath.org/lesson-physics/item/7435-2017-08-11-04-18-55