ไฟฟ้ากระแส
ไฟฟ้ากระแสคือ การไหลของอิเล็กตรอนภายใน ตัวนำไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งเช่น ไหลจาก แหล่งกำเนิดไฟฟ้าไปสู่แหล่ง ที่ต้องการใช้กระ แสไฟฟ้า ซึ่งก่อให้เกิด แสงสว่าง เมื่อกระแส ไฟฟ้าไหลผ่านลวด ความต้านทานสูงจะก่อให้ เกิดความร้อน เราใช้หลักการเกิดความร้อน เช่นนี้มาประดิษฐ์อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น เตาหุงต้ม เตารีดไฟฟ้า เป็นต้น
ไฟฟ้ากระแสแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ
– ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C )
– ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. )
ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C )
เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปทางเดียวตลอดระยะเวลาที่วงจรไฟฟ้าปิดกล่าวคือกระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วบวก
ภายในแหล่งกำเนิด ผ่านจากขั้วบวกจะไหลผ่านตัวต้านหรือโหลดผ่านตัวนำไฟฟ้าแล้ว ย้อนกลับเข้าแหล่งกำเนิดที่ขั้วลบ วนเวียนเป็นทางเดียวเช่นนี้ตลอดเวลา การไหลของไฟฟ้ากระแสตรงเช่นนี้ แหล่งกำเนิดที่เรารู้จักกันดีคือ ถ่าน-ไฟฉาย ไดนาโม ดีซี เยนเนอเรเตอร์ เป็นต้น
ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1.ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทสม่ำเสมอ (Steady D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง อันแท้จริง คือ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ที่ไหลอย่างสม่ำเสมอตลอดไปไฟฟ้ากระแสตรงประเภทนี้ได้มาจากแบตเตอรี่หรือ ถ่านไฟฉาย
2.ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทไม่สม่ำเสมอ ( Pulsating D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นช่วงคลื่นไม่สม่ำเสมอ ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดนี้ได้มาจากเครื่องไดนาโมหรือ วงจรเรียงกระแส (เรคติไฟ )
คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสตรง
(1) กระแสไฟฟ้าไหลไปทิศทางเดียวกันตลอด
(2) มีค่าแรงดันหรือแรงเคลื่อนเป็นบวกอยู่เสมอ
(3) สามารถเก็บประจุไว้ในเซลล์ หรือแบตเตอรี่ได้
ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสตรง
(1) ใช้ในการชุบโลหะต่างๆ
(2) ใช้ในการทดลองทางเคมี
(3) ใช้เชื่อมโลหะและตัดแผ่นเหล็ก
(4) ทำให้เหล็กมีอำนาจแม่เหล็ก
(5) ใช้ในการประจุกระแสไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่
(6) ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
(7) ใช้เป็นไฟฟ้าเดินทาง เช่น ไฟฉายไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. ) เป็นไฟฟ้าที่มีการไหลกลับไป กลับมา ทั้งขนาดของกระแสและแรงดันไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คือ กระแสจะไหลไปทางหนึ่งก่อน ต่อมาก็จะไหลสวนกลับแล้ว ก็เริ่มไหลเหมือนครั้งแรก
ครั้งแรกกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นหนัก เริ่มต้นจากศูนย์ แล้วค่อยๆเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนถึงขีดสุด แล้วมันจะค่อยๆลดลงมาเป็นศูนย์อีกต่อจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นปะลดลงเรื่อยๆจนถึงขีด ต่ำสุด แล้วค่อยๆ เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงศูนย์ตามเดิมอีก เมื่อเป็นศูนย์แล้วกระแสไฟฟ้าจะไหลไปทางลูกศรเส้นหนักอีกเป็นดังนี้ เรื่อยๆไปการที่กระแสไฟฟ้าไหลไปตามลูกศร เส้นหนักด้านบนครั้งหนึ่งและไหลไปตามเส้นประด้านล่างอีกครั้งหนึ่ง เวียน กว่า 1 รอบ ( Cycle )
ความถี่ หมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับที่เปลี่ยนแปลงใน 1 วินาที กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยใช้ไฟฟ้าที่มี ความถี่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งหมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้าสลับที่เปลี่ยนแปลง 50 รอบ ในเวลา 1 วินาที
คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสสลับ
(1) สามารถส่งไปในที่ไกลๆได้ดี กำลังไม่ตก
(2) สามารถแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงได้ตามต้องการโดยการใช้หม้อแปลง(Transformer)
ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสสลับ
(1) ใช้กับระบบแสงสว่างได้ดี
(2) ประหยัดค่าใช้จ่าย และผลิตได้ง่าย
(3) ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการกำลังมากๆ
(4) ใช้กับเครื่องเชื่อม
(5) ใช้กับเครื่องอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เกือบทุกชนิดการนำไฟฟ้าตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวกลางให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านการนำไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอนอิสระไอออนบวก ไอออนลบ
กระแสไฟฟ้าในตัวนำ
I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
Q = จำนวนประจุทั้งหมด มีหน่วยเป็นคูลอมบ์
t = เวลาที่อนุภาคเคลื่อนที่ผ่าน มีหน่วยเป็นวินาที
n = จำนวนอิเลคตรอนอิสระในหนึ่งหน่วยปริมาตรของตัวนำe = ประจุไฟฟ้าของอิเลคตรอน = 1.6×10-19 คูลอมบ์
v = ความเร็วของอิเลคตรอนในตัวนำ หน่วยเป็นเมตร/วินาที
A = พื้นที่ภาคตัดขวางของตัวนำ หน่วยเป็นตารางเมตรทิศของกระแสไฟฟ้าจะมีทิศทางไปทางเดียวกับสนามไฟฟ้าหรือจากจุด ที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำแต่จะมีทิศทางตรงข้ามกับกระแสอิเลคตรอน(ประจุลบ)
กฎของโอห์ม
“เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในตัวนำ จะแปรผันตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำนั้น”
V = IR
V = ความต่างศักย์ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)
I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
R = ความต่านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม ความต้านทานและสภาพต้านทาน
R = ความต้านทาน= สภาพต้านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม-เมตร= เป็นความยาว มีหน่วยเป็นเมตร (m)
A = พื้นที่หน้าตัด มีหน่วยเป็นตารางเมตร (m2)ค่าสภาพต้านทานของโลหะแต่ละชนิดจะมีค่าไม่เท่ากันแต่ชนิดเดียวกันจะเท่ากันเสมอความนำไฟฟ้าและสภาพนำไฟฟ้าสารใดที่มีความต้านทานมากจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้น้อย แสดงว่าสารนั้นมีความนำไฟฟ้าน้อยความนำไฟฟ้าจะเป็นส่วนกลับของความต้านทานความนำไฟฟ้า มีหน่วยเป็นซีเมนต์ (S) สภาพนำไฟฟ้า โดยสารใดที่มีสภาพต้านทานมากจะมีสภาพนำไฟฟ้าน้อย จะเป็นส่วนกลับของสภาพต้านทาน มีหน่วยเป็นซีเมนต์ต่อ เมตร
สภาพนำไฟฟ้า
อุณหภูมิกับความต้านทานอุณหภูมิยิ่งสูงความต้านทานก็จะมากขึ้น ซึ่งจะเป็นไปตามความสัมพันธ์
R = ความต้านทานที่อุณหภูมิ t oC
R0 = ความต้านทานที่อุณหภูมิ 0 oC
t = อุณหภูมิ
oC= สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน
การต่อตัวต้านทาน การต่อตัวต้านทาน แบ่งออกเป็น 3 วิธีคือ
1. การต่อแบบอนุกรม เป็นการนำเอาตัวต้านทานมาต่อกันตามยาวR1 , R2 , R3 – ความต้านทานที่นำมาต่อแบบอนุกรมV1 , V2 , V3 – ความต่างศักย์ที่วัดได้บน R1 , R2 , R3I1 , I2 , I3 – กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน R1 , R2 , R3สรุปได้ดังนี้1. Rรวม หรือ RAB = R1 , R2 , R32. Iรวม หรือ IAB = I1 = I2 = I33. Vรวม หรือ VAB = V1 + V2 + V3 = I1R1 + I2R2 + I3R3
2. การต่อแบบขนาน เป็นการนำความต้านทานแต่ละตัวมาเรียงซ้อนกัน โดยจะไปรวมกันที่ปลายแต่ละข้างR1 , R2 , R3 = ความต้านทานที่นำมาต่อแบบขนาน
I = กระแสรวมที่ไหลเข้า
VAB = ความต่างศักย์รวมสรุปได้ดังนี้
2. Iรวม = IAB = I1 + I2 + I3
3. Vรวม = VAB = V1 = V2 = V3 ดังนั้น I1R1 = I2R2 = I3R3
3. การต่อแบบ Wheatstone Bridge ประกอบด้วยความต้านทาน 5 ตัว ถ้าวงจรสมดุล จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R5 แรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้า เป็นแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่จะดันให้กระแสไฟ ฟ้าไหลได้ครบวงจร
E = VR + Vr และ V = IRE = I (R + r)
E = แรงเคลื่อนไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)
I = กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร มีหน่วยเป็นแอมแปร์
R = ความต้านทานภายนอก มีหน่วยเป็นโอห์ม
r = ความต้านทานภายใน มีหน่วยเป็นโอห์มการต่อเซลไฟฟ้ากระแสตรง
1. ต่อแบบอนุกรม Eรวม = E1 + E2 + E3 + E4
rรวม = r1 + r2 + r3 + r4
E = แรงเคลื่อนไฟฟ้า (ถ้ามีเซลต่อกลับขั้วต้องคิดเครื่องหมายเป็นลบ(-)
r = ความต้านทานภายใน
n = จำนวนเซล
R = ความต้านทานภายนอก
2. ต่อแบบขนาน Eรวม = E1 = E2 = E3rรวม = r1+r2+r3+…
กฎของเคอร์ชอฟฟ์
1. ในวงจรกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าทั้งหมด ณ จุดหนึ่ง = กระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากจุดนั้นI = I1 + I2 + I3
2. ในวงจรไฟฟ้าที่ครบวงจร ผลบวกทางพีชคณิตของผลคูณ ระหว่างกระแสไฟฟ้า กับความต้านทานในวงจรนั้น= แรงเคลื่อนไฟฟ้า รวมตลอดทั้งวงจรนั้น
อุปกรณ์วัดทางไฟฟ้า
1. แอมมิเตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ถูกดัดแปลงมาจากแกลแวนอมิเตอร์ จะมีความต้านทานน้อน เพื่อวัดกระแสได้มาก ๆ ใช้วัดกระแสไฟฟ้าโดยการต่อแบบอนุกรม
2. โวลต์มิเตอร์ ใช้วัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า โดยนำไปต่อแบบ ขนานกับวงจรโวลต์มิเตอร์ที่ดีจะต้องมีความต้านทานมากเพื่อกระแสไฟ ฟ้าผ่านได้น้อย
Iรวม = IS = Ig
Vรวม = VS + Vg= ISRS + IgRgV = I (RS + Rg) พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า
W = พลังงานไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล
Q = ประจุไฟฟ้าที่ผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า
V = ความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองของเครื่องใช้ไฟฟ้า
I = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้าในเวลา tวินาที
R = ความต้านทาน
t = เวลากำลังไฟฟ้า คือ พลังงานไฟฟ้าที่ถูกเปลี่ยนไปในหนึ่งหน่วย เวลา มีหน่วยเป็นวัตต์หรือจูล/วินาที
P = กำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้า
