เรียนฟิสิกส์ออนไลน์เรื่องไฟฟ้าเบื้องต้น

ไฟฟ้า เป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับปรากฏการณ์และกฎเกณฑ์ต่างๆ เกี่ยวกับประจุไฟฟ้าเมื่ออยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ พลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่เปลี่ยนแปลงมาจากพลังงานรูปอื่น
3.1 วงจรไฟฟ้าเบื้องต้น

การผลิตกระแสไฟฟ้าในปัจจุบันมีความสำคัญมาก สาเหตุเกิดจากปริมาณการใช้ไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ จึงได้มีการคิดค้นวิธีที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าให้เพียงพอกับความต้องการและมีต้น ทุนต่ำ เช่น การผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี หรือพลังงานจากไดนาโม เป็นต้น การผลิตกระแสไฟฟ้าจะเกิดสิ่งที่แสดงอำนาจไฟฟ้า เรียกว่า ประจุไฟฟ้า ที่แฝงอยู่ในวัตถุ มีอยู่ 2 ชนิด คือ ประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ ประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งๆ ไม่มีการเคลื่อนที่ เรียกว่า ไฟฟ้าสถิต ถ้ามีการเคลื่อนที่หรือเกิดการถ่ายเท เรีย

กว่า ไฟฟ้ากระแส

การผลิตกระแสไฟฟ้ามี 2 วิธี คือ กระแสไฟฟ้าจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี และกระแสไฟฟ้าจากการเหนี่ยวนำในสนามแม่เหล็ก

เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical cell) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า และในเซลล์ไฟฟ้าเคมีจะมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น สังเกตได้จากการเกิดก๊าซ เกิดตะกอน อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงหรือได้สารใหม่ที่ต่างไปจากเดิม

เซลล์ไฟฟ้าเคมีแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้

เซลล์ปฐมภูมิ (primary) เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่สามารถนำมาใช้งานได้ทันทีเมื่อต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้า เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าหมดแล้วไม่สามารถนำมาใช้ได้อีก เช่น ถ่านไฟฉาย เป็นต้น

เซลล์ทุติยภูมิ (secondary) เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่ยังไม่สามารถใช้งานได้ ต้องอัดหรือชาร์จ (charge) ไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปในเซลล์ก่อน เมื่อใช้พลังงานหมดแล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีก เช่น แบตเตอรี่ เป็นต้น

ถ่านไฟฉาย เป็นเซลล์แห้ง ที่ผลิตขึ้นโดยจอร์จ เลอคลังเซ จึงเรียกว่า “เซลล์เลอคลังเซ” เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ให้ไฟฟ้ากระแสตรง มีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า 1.5 โวลต์ต่อ 1 เซลล์ เมื่อนำเซลล์ไฟฟ้าตั้งแต่ 2 เซลล์ขึ้นไปมาต่อรวมเข้าเป็นหน่วยเดียวกัน เรียกว่า แบตเตอรี่

3.2 วงจรไฟฟ้าในบ้าน

เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เป็นเซลล์ไฟฟ้าทุติยภูมิชนิดหนึ่ง ประกอบด้วยแผ่นตะกั่วเป็นขั้วลบและแผ่นตะกั่วออกไซด์เป็นขั้วบวก มีสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจางเป็นอิเล็กโทรไลต์ ก่อนที่จะนำไปใช้ต้องอัดไฟหรือชาร์จไฟเข้าไปก่อน เมื่อใช้ไปนานๆ ตะกั่วออกไซด์จะเปลี่ยนเป็นตะกั่วซัลเฟตซึ่งไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ ต้องนำไปอัดไฟเข้าใหม่ให้กลับเป็นตะกั่วและตะกั่วออกไซด์ดังเดิม จึงจะเกิดปฏิกิริยาเคมีและให้กระแสไฟฟ้าได้เหมือนเดิม วงจรไฟฟ้าเป็นเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์ต่างๆ จนครบวงจร การต่อหลอดไฟฟ้ามีอยู่ 2 แบบ คือ การต่อแบบอนุกรม และการต่อแบบขนาน อุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าได้แก่ สายไฟ ฟิวส์ สะพานไฟ สวิตซ์ เต้ารับและเต้าเสียบ

วงจรไฟฟ้า หมายถึงเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน โดยกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสายไฟ สะพานไฟ สวิตส์ และเครื่องใช้ไฟฟ้า ตามลำดับ แล้วไหลกลับทางสายกลาง วงจรไฟฟ้าแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ วงจรปิดและวงจรเปิด

วงจรปิด เป็นวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านครบวงจร การกดสวิตส์เพื่อเปิดไฟเป็นการกระทำให้เกิดวงจรปิด หลอดไฟฟ้าจึงสว่างได้

วงจรเปิด เป็นวงจรที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน การกดสวิตส์เพื่อปิดไฟเป็นการทำให้เกิดวงจรเปิด หลอดไฟฟ้าจะดับ การยกสะพานไฟและการปลดฟิวส์ออกก็เป็นการทำให้เกิดวงจรเปิดเช่นกัน

ไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้านเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งจะไหลกลับไปมาอย่างรวดเร็ว สายไฟที่ต่อเข้าบ้านมี 2 สาย คือ สายมีศักย์หรือสายมีไฟ และสายกลางที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์เมื่อเทียบกับสายดิน

การไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าใน 1/100 วินาทีแรก กระแสไฟฟ้าไหลเข้าทางสายมีศักย์และจะไหลกลับทางสายกลางใน 1/100 วินาทีถัดมา กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าทางสายกลาง และไหลกลับออกทางสายมีศักย์สลับกันไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งเรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ