ไฟฟ้ากระแส

ไฟฟ้ากระแส

กระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า คือ กระแสของอนุภาคไฟฟ้า ไอออน หรืออิเลก็ ตรอน ท่ีอยใู่ นบริเวณท่ีมีสนามไฟฟ้าBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

ขนาดของกระแสไฟฟ้า คือ ปริมาณของประจุไฟฟ้าที่ไหลต่อหน่ึงหน่วยเวลาผา่ นพ้นื ท่ีหนา้ ตดั ของตวั นา ในระบบเอสไอ กระแสไฟฟ้า (I) มีหน่วยเป็นคูลอมบต์ ่อวนิ าที หรือ แอมแปร์ (A) Q tกระแสไฟฟ้าเฉล่ีย Iav กระแสไฟฟ้าขณะใดๆ I  im 0 Q  dQ t  t dtBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การนากระแสไฟฟ้าการนากระแสไฟฟ้าในโลหะ เมื่อเราทาใหป้ ลายโลหะท้งั สองมีความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้าเกิดข้ึน โดยต่อปลายท้งั สองขา้ งของโลหะกบั แหล่งกาเนิดไฟฟ้าจะทาใหอ้ ิเลก็ ตรอนเคล่ือนที่โดยมีความเร็วเฉลี่ยไม่เท่ากบั 0 เรียกวา่ ความเร็วลอยเลอ่ื น (Drift velocity)ดงั น้ันการนาไฟฟ้าในโลหะเกดิ จากการเคลื่อนทขี่ องอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระเคลื่อนท่ี E A xBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การนากระแสไฟฟ้า การนาไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ ถา้ เราต่อข้วั บวกของแบตเตอรี่ เขา้ กบั ข้วั อาโนด และข้วั ลบท่ีข้วั แคโทดของหลอดไดโอด และ ทาใหแ้ คโทดร้อน อิเลก็ ตรอนบางตวั จะหลดุ ออกจากแคโทด เป็นอิเลก็ ตรอนอิสระ สนามไฟฟ้าที่เกิดข้ึนจะทาใหอ้ ิเลก็ ตรอน อิสระเคล่ือนท่ี ไปยงั แอโนด จึงทาใหม้ ีกระแสไฟฟ้าเกิดข้ึน ใน วงจร ดงั น้ันการนาไฟฟ้าในไดโอดเกดิ จากการเคลื่อนท่ีของ อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การนากระแสไฟฟ้า การนาไฟฟ้าในสารละลายอเิ ลก็ โทรไลต์ กระแสไฟฟ้าเกิดจาก การเคล่ือนที่ของไอออนที่เกิดจากการแตกตวั ของกรด เบส หรือ เกลือ ส่งผลให้ ไอออนบวก เคล่ือนท่ีไปยงั ข้วั ลบ ไอออน ลบ เคลื่อนที่ไปยงั ข้วั บวก จึงทาใหม้ ีกระแสไฟฟ้าเกิดข้ึน ดงั น้ัน กระแสไฟฟ้าในอิเลก็ โทรไลต์ จึงเกิดจากการเคล่ือนที่ ของท้ัง ประจุบวก และประจุลบBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การนากระแสไฟฟ้า การนากระแสไฟฟ้าในหลอดบรรจุแก๊ส เมื่อเราใหค้ วามต่าง ศกั ยร์ ะหวา่ งข้วั มากๆ ทาใหเ้ กิดสนามไฟฟ้า โมเลกลุ ของแกส็ ในหลอดจะแตกตวั เป็นไอออนบวก และอิเลก็ ตรอนอิสระ โดยไอออนบวกจะเคล่ือนท่ีไปยงั ข้วั ไฟฟ้าลบอิเลก็ ตรอน อิสระ จะเคล่ือนที่ไปยงั ข้วั ไฟฟ้าบวก ดงั น้นั จะเห็นวา่ การนา ไฟฟ้าของหลอดบรรจุแก๊สเกิดจากการเคล่ือนที่ของไอออน บวก และอิเลก็ ตรอนอิสระBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การนากระแสไฟฟ้า การนากระแสไฟฟ้าในสารกงึ่ ตวั นา ถา้ ใส่สนามไฟฟ้าขา้ ไป หรือ ใหค้ วามร้อนมากพอ Valence Electron สามารถหลดุ เป็นอิสระ ได้ ทาใหเ้ กิดช่องวา่ งเรียกวา่ โฮล ซ่ึงมีลกั ษณะคลา้ ยประจุไฟฟ้า บวก แรงเน่ืองจากสนามไฟฟ้าท่ีกระทาต่ออิเลก็ ตรอนอิสระและ โฮลจะมีทิศตรงขา้ มกนั ทาใหม้ นั เคล่ือนที่ในทิศตรงขา้ มกนั โดย เลก็ ตรอนอิสระเคลื่อนท่ีตรงขา้ มกบั สนาม โฮลเคลื่อนที่ทิศ เดียวกบั สนามไฟฟ้า ทาใหเ้ กิดการนาไฟฟ้าข้ึน ดงั น้นั การนา ไฟฟ้าของสารกึ่งตวั นาเกิดจากการเคล่ือนท่ีของ โฮล และ อิเลก็ ตรอนอิสระBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การนากระแสไฟฟ้า การนากระแสไฟฟ้าในไดโอด กระแสไฟฟ้าจะผา่ นไดโอด จาก พี ไป เอน็ เมื่อศกั ยไ์ ฟฟ้าที่ พี สูงกวา่ ที่ เอน็ เรียกวา่ ไบแอสตรงBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กระแสไฟฟ้าในตัวนาไฟฟ้า เกิดจากการเคล่ือนที่ของอนุภาคท่ีมีประจุไฟฟ้า ผา่ นภาคตดั ขวางของตวั กลางBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

การเคล่ือนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า และทิศ ของกระแสไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กระแสไฟฟ้าในโลหะตวั นา มีทิศตรงขา้ มกบั ทิศ การเคล่ือนท่ีของอิเลก็ ตรอนอิสระซ่ึงเรียกวา่ กระแส อิเลก็ ตรอนBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กระแสไฟฟ้าในโลหะ กรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าในโลหะ อิเลก็ ตรอนอิสระ (Free electron) จะเคลื่อนท่ีโดยมีทิศทางไม่แน่นอน(random)By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กระแสไฟฟ้าในโลหะ กรณีท่ีมีกระแสไฟฟ้าในโลหะ อิเลก็ ตรอนอิสระ (Free electron) จะเคล่ือนท่ีโดยมีทิศทางท่ีแน่นอน E ABy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กระแสไฟฟ้าในโลหะ • อนุภาคไฟฟ้าเคลื่อนที่ผา่ น ตวั นาที่มีพ้ืนที่หนา้ ตดั A • n แทนจานวนอนุภาคที่พา ประจุไปต่อหน่ึงหน่วย ปริมาตร n = Q/V =Q/A x • จานวนอนุภาคท่ีพาประจุ ท้งั หมด Q = nAxBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กระแสไฟฟ้าในโลหะจาก I  Q จะได้ I  evAn tนอกจากน้ีเราเรียกปริมาณกระแสไฟฟ้าต่อพ้ืนที่ภาคตดั ขวางที่กระแสไฟฟ้าผา่ นวา่ ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า (Current density, J ) ด้งั น้นั สามารถเขียนไดว้ า่ J I evn  A By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

โจทย์ อิเลก็ ตรอนเคล่ือนท่ีผา่ นเสน้ ลวดหน่ึงในเวลา 8 วนิ าที พบวา่ เกิดกระแสไฟฟ้า 4 A จงหาวา่ จานวนอิเลก็ ตรอนที่ ผา่ นไปวา่ มีกี่อนุภาคBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

โจทย์ ลวดทองแดงมีอิเลก็ ตรอนอิสระ 1029 อนุภาค / m3 มี พ้นื ที่หนา้ ตดั 4 mm2 ถา้ มีกระแสไหลในตวั นาน้ีขนาด 6 แอมแปร์ จงหาความเร็วลอยเล่ือนของอิเลก็ ตรอนใน โลหะน้ีBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

โจทย์กระแสไฟฟ้าไหลผา่ นเส้นลวดหน่ึงเปลี่ยนแปลงตามเวลา ดงั กราฟ จงหาจานวนอิเลก็ ตรอนท่ีผา่ นพ้นื ที่หนา้ ตดั หน่ึงในช่วงเวลาวนิ าทีท่ี 10 ถึงวนิ าทีที่ 20I(A)64 10 20 t (s)By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

สภาพต้านทาน (Resistivity) ความต้านทาน (Resistance) และ กฎของโอห์ม (Ohm’s law)วสั ดุบางชนิดโดยเฉพาะโลหะที่อณุ หภูมิค่าหน่ึงความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า J แปรผนั โดยตรงกบั สนามไฟฟ้าในตวั นาท่ีตทาามใหสม้มีกกราระแสJไฟฟ้าโดEยมีคา่ คงที่ของการแปรผนั ตรงเป็น σV  EL V LJ  By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

สภาพต้านทาน (Resistivity) ความต้านทาน (Resistance) และ กฎของโอห์ม (Ohm’s law)V  JL  LI  AV  L  R I A L LR  A  ABy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

• หน่วยของความตา้ นทานในระบบ SI คือ โอห์ม (ohms : ) 1  = 1 V / A • ความตา้ นทานในตวั นาเกิดข้ึนเนื่องจากการชนกนั ของ อิเลก็ ตรอนที่เป็นตวั พากระแสไฟฟ้ากบั อะตอมที่อยู่ กบั ท่ีในตวั นานนั่ เองBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ถา้ อุณหภูมิคงท่ี อตั ราส่วนความต่างศกั ย์ ไฟฟ้าระหวา่ งปลายท้งั สองของโลหะ ตวั นา ต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผา่ นมีค่าคงท่ี และค่าคงที่น้ีเรียกวา่ ความตา้ นทานของ โลหะตวั นาน้นั ๆ (R) ในกรณีท่ีมี กระแสไฟฟ้าไหลผา่ นความตา้ นทาน RBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

กฎของโอห์ม( Ohm’s Law)By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

สภาพต้านทานและอณุ หภูมิ• ภายใตข้ อบเขตอุณหภูมิช่วงหน่ึง สภาพตา้ นทานของ ตวั นาแปรผนั ตามอุณหภูมิอยา่ งเป็นเสน้ ตรง (โดยประมาณ)   o[1  (T  To )] – o แทนสภาพตา้ นทานท่ีอุณหภูมิ To • To น้นั โดยทว่ั ไปจะใชท้ ่ี 20° C •  แทนสมั ประสิทธ์ิอุณหภูมิ-สภาพตา้ นทาน(temperature coefficient of resistivity) มีหน่วยในระบบ SI เป็น oC-1

การเปลย่ี นแปลงความต้านทานไปตามอณุ หภูมิ• เน่ืองจากความตา้ นทานของตวั นาที่มีพ้ืนที่หนา้ ตดั สม่าเสมอน้นั เป็นสดั ส่วนโดยตรงกบั สภาพตา้ นทาน จึงสามารถแสดงผลของอุณหภูมิท่ีมีต่อความตา้ นทาน ไดเ้ ป็ น R  Ro[1 (T To )]

กราฟระหว่าง สภาพต้านทานกบั อณุ หภูมิ• สาหรับโลหะ สภาพตา้ นทานเกือบจะ เป็นสดั ส่วนโดยตรงกบั อุณหภูมิ• ช่วงท่ีกราฟไม่เป็นเส้นตรงมกั เป็นช่วง ท่ีอณุ หภูมิต่ามาก• สภาพตา้ นทานจะมีค่าเขา้ สู่ค่าท่ี แน่นอนค่าหน่ึงในขณะท่ีอุณหภูมิเขา้ สู่ศูนยส์ มั บูรณ์

สภาพต้านทานทห่ี ลงเหลืออยู่• ในขณะท่ีอุณหภูมิลดลงสู่ศูนยส์ มั บูรณ์ยงั มีสภาพตา้ นทาน เหลืออยเู่ พราะอิเลก็ ตรอนมีการชนกนั กบั สารแปลกปลอมท่ี ปนอยใู่ นเน้ือโลหะและความไม่สมบูรณ์ในโลหะ• เมื่ออุณหภูมิสูงข้ึน สภาพตา้ นทานไดร้ ับอิทธิพลหลกั มาจาก การชนระหวา่ งอิเลก็ ตรอนกบั อะตอมของโลหะน้นั เอง – ซ่ึงเป็นช่วงที่กราฟเป็นเสน้ ตรง

ตัวนายงิ่ ยวด(Superconductors)• เป็นสถานะของโลหะและสารประกอบที่ ความตา้ นทานมีค่าเขา้ สู่ศูนยใ์ นขณะที่ อุณหภูมิต่ากวา่ คา่ ท่ีแน่นอน, TC – TC ถูกเรียกวา่ อุณหภูมิวิกฤติ(critical temperature)• ตอนท่ีอุณหภูมิสูงกวา่ TC, กราฟ เหมือนกบั โลหะทว่ั ไป แต่จะตกลงสู่ศูนย์ อยา่ งทนั ใดเม่ืออุณหภูมิถึง TC

Resistance and Resistivity, Summary• สภาพตา้ นทานเป็นสมบตั ิอยา่ งหน่ึงของสสาร• ความตา้ นทานเป็นสมบตั ิอยา่ งหน่ึงของวตั ถุ• ความตา้ นทานของวสั ดุข้ึนกบั รูปร่างและสภาพ ตา้ นทาน• ตวั นาอุดมคติ(สมบูรณ์)จะมีความตา้ นทานเป็นศูนย์• ฉนวนอุดมคติจะมีความตา้ นทานเป็นอนนั ต์

โจทย์ ลวดเส้นหน่ึงมีความตา้ นทาน 5 โอห์ม ถูกยดื ออกอยา่ ง สม่าเสมอจนมีความยาว 3 เท่าของความยาวเดิม ค่าความ ตา้ นทานลวดท่ียดื แลว้ เปล่ียนแปลงอยา่ งไรBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

โจทย์ ลวดตวั นาเสน้ หน่ึงมีเสน้ ผา่ นศูนยก์ ลางเพม่ิ ข้ึน 2 เท่า ของเดิม ความตา้ นทานของลวดตวั นาจะเป็นก่ีเท่า ของเดิมBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

โจทย์ ลวด A ยาวเป็น 2 เท่าของลวด B มีสภาพตา้ นทานเป็น 3 เท่าของลวด B ถา้ ลวด B มีพ้ืนที่ภาคตดั ขวางเป็น 1/4 เท่าของลวด A จงหาอตั ราส่วนความตา้ นทานของลวด A ต่อลวด BBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

โจทย์วสั ดุชิ้นหน่ึงมีขนาดกวา้ ง x ยาว y หนา z มีสภาพตา้ นทาน  ความตา้ นในระนาบ yz มีค่าเท่าไรzy xBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

ตวั ตา้ นทาน

ตวั ตา้ นทาน• องคป์ ระกอบของวงจรไฟฟ้าส่วนใหญ่ เรียกวา่ ตวั ตา้ นทาน• ตวั ตา้ นทานมีหนา้ ที่ควบคุมระดบั ของกระแสไฟฟ้าใน ส่วนของวงจร• ตวั ตา้ นทานอาจจะทาดว้ ยสารประกอบ หรือเอาลวดมา พนั กนั

บนตวั ต้านทานจะมีแถบสีอย่างน้อย 3 แถบ และมากสุด 4 แถบ แถบทอี่ ยู่ชิดปลายด้านใดด้านหนึ่งเป็ นแถบที่ 1 และ 2, 3, 4 ตามลาดบั ในการอ่านค่าความต้านทานมีหลกั การดงั นี้ •แถบท่ี 1 บอกเลขตวั แรกของความต้านทาน •แถบท่ี 2 บอกเลขตวั ทสี่ องของความต้านทาน •แถบท่ี 3 บอกตวั คูณยกกาลงั กบั เลข 2 ตวั แรก •แถบท่ี 4 บอกค่าคลาดเคลื่อนBy : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School

แถบสีและตวั เลขทใ่ี ช้กบั 3 แถบแรก แถบสี เงนิ ทอง ดา นา้ ตาล แดง ส้ม เหลือง ตวั เลข -2 -1 0 1 2 3 4 แถบสี เขียว นา้ เงนิ ม่วง เทา ขาว ตวั เลข 5 6 7 8 9 แถบสีและตัวเลขคลาดเคล่ือน ใช้กบั แถบที่ 4 แถบสี นา้ ตาล แดง ทอง เงนิ ไม่มสี ี คลาดเคลื่อน 1% 2% 5% 10% 20%By : Mr.Taywan Deejaras ; Satreesamutprakarn School



ต่อตวั ต้านทานอย่างอนุกรม• เม่ือตวั ตา้ นทานต้งั แต่สองตวั ข้ึนไปเอาปลายมาต่อปลาย เรียกวา่ เป็นการต่ออยา่ งอนุกรม( series )

ต่อตวั ต้านทานอย่างอนุกรม• การรวมกนั ของตวั ตา้ นทาน อยา่ งอนุกรม กระแสไฟฟ้าเป็น ค่าเดียวกนั ทุกตวั เพราะปริมาณ ประจุไฟฟ้าท่ีเคลื่อนผา่ นตวั ตา้ นทานตวั หน่ึงจะตอ้ งเคล่ือนที่ ผา่ นตวั ตา้ นทานตวั ถดั ไปใน ช่วงเวลาเดียวกนั

ต่อตวั ต้านทานอย่างอนุกรม• ความต่างศกั ยจ์ ะถูกแบ่งไปตามตวั ตา้ นทาน ซ่ึงทาใหผ้ ล บวกของความต่างศกั ยค์ ร่อมตวั ตา้ นทาน เท่ากบั ความต่าง ศกั ยค์ ร่อมตวั ตา้ นทานท้งั หมดท่ีต่ออนุกรมกนั

ต่อตวั ต้านทานอย่างอนุกรม ศักย์ไฟฟ้าในวงจร

Resistors in Series, count• ศกั ยไ์ ฟฟ้าบวกกนั – V = IR1 + IR2 = I (R1+R2) – เป็นไปตามหลกั อนุรักษพ์ ลงั งาน• ความตา้ นทานสมมูลมีผลต่อวงจรไฟฟ้าเช่นเดียวกบั ความ ตา้ นทานเดิมท่ีต่อรวมกนั

ความต้านทานสมมูลย์ของการต่ออย่างอนุกรม• Req = R1 + R2 + R3 + …• ความตา้ นทานสมมูลยข์ องการต่อตวั ตา้ นทานอยา่ ง อนุกรม เท่ากบั ผลบวกทางคณิตศาสตร์ของความ ตา้ นทานแต่ละตวั และมีค่ามากกวา่ ความตา้ นทานของ แต่ละตวั เสมอ• หากอุปกรณ์ตวั ใดที่อนุกรมกนั อยใู่ นสภาวะที่ทาให้ วงจรเปิ ด อุปกรณ์ทุกชิ้นในวงจรจะไม่ทางาน

การต่อตวั ต้านทานแบบขนาน• ความต่างศกั ยค์ ร่อมความตา้ นทานแต่ละตวั ท่ีขนานกนั มีคา่ เดียวกนั เพราะทุกตวั ต่อกบั ข้วั แบตเตอร่ีโดยตรงเหมือนกนั

การต่อตัวต้านทานแบบขนาน• กระแสไฟฟ้าที่ไหลเขา้ ท่ีจุดใดตอ้ งเท่ากบั กระแสไฟฟ้า ที่ไหลออกจากจุดน้นั –I = I1 + I2 –โดยทว่ั ไป กระแสไฟฟ้าท่ีไหลผา่ นตวั ตา้ นทานแต่ละตวั ไม่เท่ากนั –เป็นไปตามกฎอนุรักษป์ ระจุไฟฟ้า

การต่อตวั ต้านทานแบบขนาน

ความต้านทานสมมูลย์เม่ือต่ออย่างขนาน• หาความตา้ นทานสมมูลย์ Req ไดจ้ าก 1  1  1  1  Req R1 R2 R3• ส่วนกลบั ของความตา้ นทานสมมูลยข์ องตวั ตา้ นทานท่ี ต่อขนานกนั หลายตวั มีค่าเท่ากบั ผลบวกทางเลขคณิต ของส่วนกลบั ของความตา้ นทานแต่ละตวั – ความตา้ นทานสมมูลยม์ ีค่านอ้ ยกวา่ ความตา้ นทานตวั ท่ีมีค่านอ้ ยท่ีสุดในกลุ่มท่ีนามาต่อขนานกนั