วิชา หลักการยานยนต์ เล่มที่ ๓

โรงเรียนทหารม้า วิชา หลักการยานยนต์ เล่มท่ี ๓ รหัสวชิ า ๐๑๐๒๒๖๐๖๐๓ หลกั สตู ร นายทหารยานยนต์ แผนกวิชายานยนต์ กศ.รร.ม.ศม. ปรชั ญา รร.ม.ศม. “ฝึกอบรมวิชาการทหาร วิทยาการทนั สมัย ธำรงไวซ้ งึ่ คุณธรรม”

ปรชั ญา วสิ ยั ทศั น์ พนั ธกิจ วตั ถุประสงคก์ ารดำเนินงานของสถานศึกษา เอกลกั ษณ์ อตั ลักษณ์ ๑. ปรัชญา ทหารมา้ เป็นทหารเหลา่ หนึ่งในกองทพั บกท่ีใช้ม้าหรอื สงิ่ กำเนิดความเรว็ อ่ืนๆ เปน็ พาหนะเปน็ เหล่าทมี่ คี วามสำคญั และจำเปน็ เหลา่ หนึง่ สำหรบั กองทหารขนาดใหญ่ เชน่ เดียวกบั เหลา่ ทหารอน่ื ๆ โดยมคี ุณลกั ษณะทีม่ ีความ คล่องแคล่ว รวดเรว็ ในการเคลอื่ นท่ี อำนาจการยิงรนุ แรง และอำนาจในการทำลายและขม่ ขวญั อนั เป็น คณุ ลกั ษณะที่สำคัญและจำเปน็ ของเหลา่ โรงเรยี นทหารม้า ศูนย์การทหารม้า มปี รัชญาดงั น้ี “ฝกึ อบรมวชิ าการทหาร วิทยาการทันสมัย ธำรงไวซ้ ง่ึ คุณธรรม” ๒. วิสัยทัศน์ “โรงเรียนทหารม้า ศนู ย์การทหารม้า เปน็ ศูนย์กลางการเรียนร้วู ชิ าการเหลา่ ทหารม้าทท่ี ันสมยั ผลติ กำลังพลของเหล่าทหารม้า ใหม้ ีลกั ษณะทางทหารท่ีดี มคี ณุ ธรรม เพอื่ เป็นกำลงั หลักของกองทพั บก” ๓. พนั ธกจิ ๓.๑วจิ ัยและพัฒนาระบบการศึกษา ๓.๒ พัฒนาคณุ ภาพครู อาจารย์ และบคุ ลากรทางการศึกษา ๓.๓ จัดการฝกึ อบรมทางวิชาการเหล่าทหารมา้ และเหล่าอนื่ ๆ ตามนโยบายของกองทพั บก ๓.๔ผลติ กำลงั พลของเหลา่ ทหารม้า ใหเ้ ปน็ ไปตามวตั ถุประสงคข์ องหลักสูตร ๓.๕ พฒั นาส่อื การเรียนการสอน เอกสาร ตำราของโรงเรยี นทหารมา้ ๓.๖ปกครองบังคับบัญชากำลังพลของหนว่ ย และผ้เู ขา้ รับการศึกษาหลกั สูตรตา่ งๆ ให้อยบู่ นพื้นฐาน คุณธรรม จริยธรรม ๔. วตั ถุประสงคข์ องสถานศกึ ษา ๔.๑เพ่ือพฒั นาครู อาจารย์ และบคุ ลากรทางการศึกษา ใหม้ คี วามรูค้ วามสามารถในการถ่ายทอดความรู้ ให้กบั ผู้เขา้ รบั การศึกษาไดอ้ ย่างมีประสทิ ธภิ าพ ๔.๒ เพือ่ พฒั นาระบบการศกึ ษา และจัดการเรียนการสอนผา่ นสอ่ื อเิ ล็กทรอนกิ ส์ ให้มคี ุณภาพอย่างต่อเนอื่ ง ๔.๓ เพอื่ ดำเนนิ การฝึกศึกษา ให้กบั นายทหารช้ันประทวน ทโี่ รงเรียนทหารม้าผลติ และกำลงั พลทเี่ ขา้ รับ การศกึ ษา ให้มคี วามรู้ความสามารถตามท่ีหนว่ ย และกองทพั บกตอ้ งการ ๔.๔ เพ่อื พัฒนาระบบการบรหิ าร และการจัดการทรพั ยากรสนับสนนุ การเรยี นรู้ ใหเ้ กิดประโยชนส์ ูงสุด ๔.๕ เพอ่ื พัฒนาปรบั ปรงุ สือ่ การเรียนการสอน เอกสาร ตำรา ใหม้ คี วามทันสมยั ในการฝกึ ศึกษาอย่างตอ่ เนอื่ ง ๔.๖เพื่อพฒั นา วจิ ัย และให้บริการทางวชิ าการ ประสานความร่วมมอื สรา้ งเครอื ข่ายทางวิชาการกับ สถาบนั การศึกษา หน่วยงานอนื่ ๆ รวมทั้งการทำนบุ ำรงุ ศิลปวัฒธรรม ๕. เอกลักษณ์ “เปน็ ศูนย์กลางแห่งการเรียนรู้ทางวิชาการ และผลิตกำลังพลเหลา่ ทหารมา้ อย่างมคี ณุ ภาพเปน็ การ เพิม่ อำนาจกำลังรบของกองทัพบก” ๖. อัตลักษณ์ “เดน่ สง่าบนหลังมา้ เกง่ กลา้ บนยานรบ”

สารบญั หน้า 1 ลำดบั วิชา 36 1 หลักไฟฟา้ เบ้อื งต้น แม่เหล็ก วงจรไฟฟ้า และแบตเตอร่ี 48 2 มอเตอรห์ มุนเครื่องยนต์และวงจรหมนุ เครือ่ งยนต์ 61 3 ระบบจุดระเบิดดว้ ยแบตเตอรี่ และการต้ังจงั หวะจุดระเบดิ 82 4 ระบบจดุ ระเบิดดว้ ยแมก็ นโิ ต และการตั้งจงั หวะจุดระเบดิ 5 ระบบเครื่องวดั ไฟเตอื น และระบบแสงสวา่ ง ...................................................

หน้า |1 แผนกวชิ ายานยนต์ กองการศึกษา โรงเรียนทหารมา้ ศูนยก์ ารทหารมา้ ค่ายอดิศร สระบุรี --------------------------- เอกสารนำ วิชา หลักไฟฟ้ายานยนต์ 1. กลา่ วท่วั ไป วิชาระบบไฟฟ้ายานยนตน์ ้ี จะเปน็ การบรรยาย การแสดงและการ ปฏิบตั ิให้ทราบถงึ หลักการต่าง ๆ ของระบบไฟฟา้ ยานยนต์ และ องคป์ ระกอบของหนว่ ยสัมพันธ์ 2. ความมุง่ หมาย เพอื่ ให้นกั เรียนทราบหลักการ และการทำงานของบทเรียนตา่ ง ๆ คอื 2.1 หลักไฟฟ้าเบอ้ื งต้น 2.2 วงจรไฟฟา้ 2.3 แบตเตอร่ี 2.4 แมเ่ หล็ก 2.5 เครือ่ งกำเนิดไฟฟา้ เครอื่ งควบคุม และระบบประจไุ ฟ 2.6 มอเตอรห์ มุนเครอ่ื งยนต์ และระบบหมนุ เครื่องยนต์ 3. งานมอบ ให้นกั เรยี นอ่านเอกสารเพมิ่ เตมิ เพ่ือทำความเข้าใจมาก่อนเข้า หอ้ งเรียน 4. สงิ่ ที่จา่ ยรว่ มกบั เอกสารนำ เอกสารเพมิ่ เตมิ

หน้า |2 ระบบไฟฟา้ และองคป์ ระกอบสัมพนั ธ์ ELECTRICAL SYSTEM AND RELATED UNITS หลกั การไฟฟ้า BASIC PRINCIPLES OF ELECTRICITY ตอนท่ี 1 ไฟฟา้ ELECTRICITY 11-1. สว่ นประกอบของสสาร (Composition Of Matter) 1. เพ่ือให้เข้าใจเก่ียวกับเรื่องของไฟฟ้า ประการแรกต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับคุณสมบัติของสสาร, และ องค์ประกอบต่าง ๆ ของธาตุก่อน ทุกสิ่งทุกอย่างท่ีเป็นสสาร(ทั้งของแข็ง, ของเหลว และแก๊ส) ประกอบด้วย ส่วนเล็ก ๆ เรียกว่าปรมาณู หรืออะตอม(Atoms) เม่ืออะตอมจับตัวเข้าด้วยกันเป็นกลุ่มเล็ก ๆ ต้ังแต่สอง อะตอมหรือมากกว่า เรียกว่าโมเลกุล (Molecules) อากาศประกอบด้วยโมเลกุลของแก๊สชนิดต่าง ๆ และ โมเลกุลของแก๊สแตล่ ะชนิดก็ประกอบด้วยอะตอมและอะตอมเหล่านี้ยังแยกส่วนต่อไปได้อีกเม่ือแยกอะตอมจะ ไดส้ ่วนเล็ก ๆ หรอื อนภุ าค(Particles) ซ่งึ อนภุ าคเหลา่ น้พี วกหน่ึงมปี ระจุบวก และอีกพวกหน่ึงมีประจลุ บ 2 ในจักรวาลน้ีมีสารพื้นฐานที่แตกต่างกันอยู่มากกว่า 100 ชนิด สารพ้ืนฐานเหล่านี้เรียกว่า ธาตุ(Elements) เหล็กเป็นธาตุ ชนิดหนึ่ง, ทองแดง, อะลูมิเนียม, ออกซิเจน, ไฮโดรเจน และปรอท ต่างก็เป็น ธาตุ ทเี่ รยี กว่าธาตุเพราะไม่สามารถแยกออกเป็นสารพ้นื ฐาน(หรือธาตุ) อื่นใดได้อีก คอื มโี มเลกุลท่ีประกอบดว้ ย อะตอมที่เหมือนกัน หรืออาจกล่าวอีกนัยหนึ่งได้วา่ ธาตุพ้ืนฐานมากกว่า 100 ชนิดเหล่าน้ี เป็นวสั ดทุ ี่ใช้ในการ สร้างจกั รวาลข้ึนมา ถ้าศกึ ษาโครงสร้างของธาตุเหล่านี้อยา่ งละเอียดลงไปอกี กจ็ ะพบว่าส่วนประกอบท่ีรวมกัน เป็นอะตอมของแต่ละธาตุ ต่างก็มีอนุภาคที่เหมือนกัน คืออนุภาคท่ีมีประจุบวก กับอนุภาคที่มีประจุลบ ดังท่ี กล่าวมาแล้ว 3. อนุภาคพื้นฐานท่ีประกอบเข้าด้วยกันเป็นอะตอมของธาตุทั้งหลาย ซึ่งธาตุท้ังหมดเหล่าน้ีก็เป็น ส่วนประกอบของสรรพส่ิงท้ังหลายท่ีปรากฏอยู่ในจักรวาลมี โปรตอน, อิเล็กตรอน และนิวตรอน โดยโปรตอน หนึ่งตวั เป็นอนุภาคทม่ี ีประจุบวกหนงึ่ ประจุ กล่มุ ของโปรตอนจงึ ให้ประจไุ ฟฟ้าบวก ในขณะท่ีอิเล็กตรอนหน่ึง ตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุลบหน่ึงประจุ กลุ่มของอิเล็กตรอนจึงให้ประจุไฟฟ้าลบ ส่วนนิวตรอนเป็นอนุภาค พื้นฐานทไี่ มม่ ีประจไุ ฟฟ้า กล่มุ ของนิวตรอนจึงไม่มีประจุไฟฟ้า 4. หากพจิ ารณาดูโครงสร้างของอะตอมของธาตุตา่ ง ๆ เร่ิมจากธาตุท่ีมีโครงสร้างง่ายมากที่สุดคืออะตอม ของไฮโดรเจนประกอบด้วยโปรตอนหน่ึงตัวและมีอิเล็กตรอนหน่ึงตัวว่ิงวนอยู่โดยรอบ(ภาพ 11-1) มีแรงดึงดูด ระหว่างอนุภาคทั้งสอง เพราะว่าประจุลบกับประจุบวกจะดึงดูดกันอยู่เสมอแรงเหว่ียงหนีศูนย์กลางที่เกิดข้ึน ขณะท่ีอิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่รอบ ๆ โปรตอนน้ัน จะต้านกับแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคทั้งสองและป้องกันไม่ให้ อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาโปรตอน ลักษณะดังกล่าวนี้เหมือนกับความสมดุลท่ีเกิดข้ึนเมื่อเอาเชือกผูกลูกบอลแล้ว เหวี่ยงให้เป็นวงกลมไปรอบๆ ในอากาศ ในลักษณะนี้แรงเหว่ียงหนีศูนย์กลางจะพยายามพาลูกบอลออกจาก วงรอบ แต่ก็ถูกทำให้สมดุลด้วยเส้นเชือก(แรงดึงดูด) ถ้าเส้นเชือกขาดออกแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางก็จะพาลูก บอลกระเด็นห่างออกไป ซึ่งลักษณะเช่นนี้ก็เกิดข้ึนได้กับอิเล็กตรอนเหมือนกัน ในบางคร้ังแรงดึงดูดระหว่าง อิเลก็ ตรอนกบั โปรตอนไมม่ ากพอทีจ่ ะยดึ อิเลก็ ตรอนไวใ้ นวงโคจร และอเิ ลก็ ตรอนกห็ ลดุ กระเดน็ ออกไป

หน้า |3 โปรตอน นิวตรอน (บวก) อเิ ลก็ ตรอน ไฮโดรเจน (ลบ) ภาพ 1ฮ1ีเ-ล1ียมสว่ นประกอบของสสาร ลิเธียม 4. ในภาพ 11-1 ภาพกลาง จะเห็นว่าอะตอมของฮีเลี่ยมจะมีโครงสร้างสลับซับซ้อนมากกว่าไฮโดรเจน เล็กน้อย ใหส้ งั เกตดูว่าอะตอมของฮเี ลย่ี มมีโปรตอนสองตัวตรงกลาง และมอี ิเล็กตรอนสองตวั วง่ิ วนอยู่โดยรอบ ศูนย์กลาง เน่ืองจากตรงศูนย์กลางหรือนิวเคลียสของอะตอมมีโปรตอนเพ่ิมข้ึนมาอีกตัวหนึ่ง เพ่ือให้อะตอมมี ความสมดุลทางไฟฟ้า จึงต้องมีอิเล็กตรอนเพ่ิมข้ึนอีกตัวหนึ่งด้วยในนิวเคลียสของฮีเลี่ยมยังมีอนุภาคเพิ่มขึ้นอีก สองอนุภาค อนุภาคเหลา่ นเ้ี รียกว่านวิ ตรอน ท่จี ำเปน็ ต้องมนี วิ ตรอนกเ็ พ่ือไม่ให้โปรตอนสองตัวแยกออกจากกัน เน่ืองจากอนุภาคท่ีมีประจุไฟฟ้าเหมือนกันจะผลักกัน อิเล็กตรอนจะผลักกับอิเล็กตรอน และเช่นเดียวกัน ที่ โปรตอนก็จะผลักกับโปรตอน ยกเว้นเมื่อมีนิวตรอนอยู่ดว้ ย แม้ว่านิวตรอนจะไม่มีประจุไฟฟ้าแต่ก็มีคุณสมบัติ หักลา้ งแรงผลักกนั ระหว่างโปรตอนกับโปรตอนในนวิ เคลยี ส และชว่ ยใหโ้ ปรตอนยึดเกาะอยู่ด้วยกนั ได้ 5. ในภาพ 11-1 ภาพขวา แสดงให้เห็นอะตอมของลิเธี่ยมซ่ึงเป็นโลหะเบาเนื้ออ่อนท่ีมีโครงสร้างอะตอม สลับซับซ้อนมากกว่าอะตอมของฮีเล่ียมขึ้นไปอีก จะเห็นว่าท่ีนิวเคลียสมีโปรตอนตัวท่ีสามเพิ่มข้ึนมา และที่วง โคจรรอบ ๆ นิวเคลียสมีอเิ ล็กตรอนตัวที่สามเพิ่มขึ้นมา และยังมีนิวตรอนเพ่ิมข้ึนท่ีนิวเคลียสอีกสองตัวเพ่ือช่วย ยึดโปรตอนสามตัวเข้าด้วยกันอะตอมของธาตุอ่ืน ๆ ก็จะมีโครงสร้างในลักษณะเช่นน้ี เม่ือน้ำหนักอะตอม (Atomic Number หรอื Atomic Scale) เพมิ่ ขนึ้ นิวเคลยี สกจ็ ะมโี ปรตอนและนิวตรอนเพมิ่ ขน้ึ อย่างละหน่งึ ตวั และมีอิเล็กตรอนเพิ่มข้ึนท่ีวงโคจรด้านนอกด้วยอีกตัวหน่ึงเช่นเดียวกัน ธาตุลำดับต่อจากลิเธ่ียม คือ แบริล เลี่ยมมีโปรตอนส่ีตัวกับนิวตรอนห้าตัว, โบรอนมีโปรตอนห้าตัวกับนิวตรอนห้าตัว,คาร์บอน มีอย่างละหกตัว, ไนโตรเจนมีอย่างละเจ็ดตัว ออกซิเจนมีอย่างละแปดตัว และธาตุในลำดับต่อไปจะมีอิเล็กตรอนกับโปรตอน เพิ่มขึ้น เป็นเช่นนี้เรื่อยไป โดยในบรรดาธาตุทั้งหลายเหล่าน้ี ในแต่ละธาตุน้ันอิเล็กตรอนที่วิ่งวนอยู่รอบ นิวเคลยี สจะมีจำนวนเทา่ กับโปรตอนในนิวเคลยี สเสมอ 11-2. องค์ประกอบของไฟฟ้า (Composition Of Electricity) (ภาพ 11-2) 1. เมื่อมีอิเลก็ ตรอนมากกว่าสองตัวในหนึ่งอะตอม อิเล็กตรอนสองตัวนั้นจะวง่ิ วนอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส ด้วย วงโคจรท่ีมีขนาดแตกต่างกันกัน วงโคจรเหล่าน้ีเรียกว่าชั้น(Shell) ชั้นวงในสุดจะเป็นอิเล็กตรอนที่ไม่หลุด ออกมาเป็นอิสระได้ง่าย และเรียกว่าอิเล็กตรอนพันธะ(Bond Electrons) ส่วนวงโคจรชั้นนอกสุดจะมี อิเล็กตรอนที่เรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระ(Free Electron) อิเล็กตรอนอิสระแตกต่างจากอิเล็กตรอนพันธะ ตรงท่ี อิเลก็ ตรอนอิสระเหลา่ น้ีสามารถหลดุ ออกจากวงโคจรได้ 2. ถา้ จดุ ใดจุดหน่ึงทีม่ ีอิเลก็ ตรอนมาก(ลบ) ตอ่ อย่กู บั จดุ ทีข่ าดอเิ ลก็ ตรอน(บวก) การไหลของ อิเล็กตรอน(กระแสไฟฟ้า) ก็จะไหลผ่านตัวนำจนกระท่ังระหว่างสองจุดดังกล่าวมีประจุไฟฟ้าเท่ากันประจุไฟฟ้า เกิดจะขึ้นเมื่อมีอิเล็กตรอนจำนวนมากหลุดเป็นอิสระจากอะตอมและรวมกันอยู่ในบริเวณเดียวกัน ในขณะที่

หน้า |4 อิเล็กตรอนเร่ิมเคลื่อนท่ีตามตัวนำไปในทิศทางหนึ่ง(เช่น เคลื่อนตามสายไฟ) ผลที่ได้ก็คือมีการไหลของ อิเล็กตรอนหรือกระแสไฟฟ้า อาจกล่าวเปรียบเทียบได้ว่าเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่เป็นป๊ัมสูบ อเิ ล็กตรอน เพราะว่าทำหนา้ ที่เคล่อื นยา้ ยอิเล็กตรอนจากสว่ นหนง่ึ ไปยังอกี ส่วนหนงึ่ ของวงจรไฟฟ้า เชน่ เครอ่ื ง กำเนิดไฟฟา้ ทำใหอ้ เิ ลก็ ตรอนเคลอ่ื นออกจากจากขัว้ บวกให้ผ่านวงจรกลบั ไปยังขั้วลบ อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ วงโคจรชนั้ นอกสดุ ขวั้ ลบ การไหลของอเิ ลก็ ตรอน ขวั้ บวก มอี เิ ลก็ ตรอนเกนิ ภาพ 11ผ-า่ 2นตอวังนคา์ปไรฟะฟก้าอบของไฟฟขา้าดอเิ ลก็ ตรอน 11-3. ทฤษฎอี เิ ล็กตรอนของไฟฟา้ (Electron Of Electricity) (ภาพ11-2) เน่ืองจากอิเล็กตรอนจะผลักดันระหวา่ งกัน(ประจุไฟฟ้าเหมือนกันผลักกัน) บรรดาอิเล็กตรอนท้ังหลายจึงถูกดัน ใหไ้ หลผา่ นวงจรไปยงั ขั้วบวก(ประจุไฟฟา้ ต่างกันดูดกนั ) ดงั นน้ั เราจะเหน็ ได้วา่ ทจี่ ริงแล้วกระแสไฟฟ้าไหลจากขัว้ ลบไปยังขั้วบวก ซ่ึงทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าดังท่ีได้กล่าวมานั้นจะกลับกันกับความเช่ือเดิม ท่ี นักวิทยาศาสตร์ในสมัยก่อนเข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าไหลจากขั้วบวกไปหาขั้วลบ แต่จากการศึกษาของ นักวิทยาศาสตร์ในสมัยต่อมาได้แสดงให้เห็นว่าเป็นการเข้าใจผิด เพราะนักวิทยาศาสตร์ในยุคหลังนี้สามารถ พสิ ูจน์ได้ว่า กระแสไฟฟ้าคือการไหลของอิเล็กตรอนจากขั้วลบ(ท่ีมีจำนวนอิเล็กตรอนมากกวา่ ) ไปยังขั้วบวก(ที่ ขาดอเิ ล็กตรอน) 11-4. ตัวนำและฉนวน (Conductors And Insulators) (ภาพ 11-3) 1. กล่าวท่ัวไป วัตถุใด ๆ ที่ยอมให้กระแสของอิเล็กตรอนไหลผ่านได้ เรียกว่าตัวนำไฟฟ้า และวัตถุใดท่ีไม่ ยอมให้กระแสอิเล็กตรอนไหลผ่านไปได้เรียกว่าฉนวนไฟฟ้า ตัวนำไฟฟ้าถูกใช้ในรถยนต์เพ่ือให้นำกระแสไฟฟ้า ไปยงั บรรดาอปุ กรณ์ไฟฟา้ ทง้ั หลายของรถยนต์ ฉนวนไฟฟา้ ก็มีความจำเปน็ ตอ้ งใชด้ ว้ ย เพื่อป้องกนั ไม่ให้กระแสไฟฟา้ ลัดวงจรเสยี กอ่ น แทนท่ีจะไหลไปยังสว่ นทต่ี ้องการ คุณสมบตั ิทางไฟฟา้ ของธาตุ ตา่ ง ๆ จะขนึ้ อยกู่ ับจำนวนอเิ ลก็ ตรอนในวงโคจรวงนอกทีส่ ุดของอะตอมเป็นสว่ นใหญ่ โดยจะเป็นวงโคจรวง นอกสดุ ทไี่ ม่สามารถจะมอี ิเลก็ ตรอนไดม้ ากกว่าแปดตวั

หน้า |5 A.ทองแดงเป็นตวั นำ(วงโคจรนอกสุด B.นีออน เป็นฉนวน(วงโคจรนอกสดุ ไมม่ ี มอี เิ ลก็ ตรอนอสิ ระ 1 ตวั ) อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ) ภาพ 11-3 ตัวนำ และ ฉนวน 2. ตัวนำ (ภาพ 11-3 A) เมื่อใดก็ตามท่ีวงโคจรวงนอกสุดของธาตุชนิดใดชนิดหนึ่งมีอิเลคตรอนน้อยกว่าสี่ ตัว บรรดาอิเล็กตรอนเหล่านี้ก็จะเป็นอิสระได้ง่าย จากสภาพดังกล่าวของธาตุชนิดนั้นที่ยอมให้อิเล็กตรอน เคลื่อนท่ีได้ง่ายก็จะทำให้เป็นธาตุท่ีเป็นตัวนำไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำในลักษณะของการ เคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ ที่เคล่ือนย้ายจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง ภายในตัวนำอิเล็กตรอนจะ เคลื่อนที่ไปยังอะตอมท่ีติดกัน โดยจะเข้าไปแทนที่อิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่าโดยการดันให้หลุดออกจาก วงโคจร อิเล็กตรอนตัวท่ีถูกดันให้หลุดออกจากวงโคจรก็เข้าไปแทนที่อิเล็กตรอนในอะตอมถัดไปด้วยวิธีการ เดียวกันจนกระท่ังมีการเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอนตลอดความยาวของตัวนำทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า โลหะทองแดงเป็นตวั อย่างหนึ่งของตวั นำท่ีดีเพราะว่าเปน็ โลหะชนิดเดียวท่ีวงนอกสุดมีอเิ ล็กตรอนอิสระหน่ึงตัว อเิ ล็กตรอนตัวน้ีไม่ถูกยึดเหนี่ยวไว้อย่างเหนียวแน่นในวงโคจร และหลุดออกจากแรงยึดเหน่ียวของนิวเคลียสได้ งา่ ย โลหะเงินเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีกว่าทองแดง แตเ่ งินก็มีราคาแพงไปสำหรับนำมาใชใ้ นปริมาณมาก ด้วยเหตุ นท้ี องแดงจงึ เป็นตวั นำทใ่ี ชก้ ันอย่างกวา้ งขวางในระบบไฟฟ้าของรถยนต์ ------------------------------------- ตอนที่ 2 อุปกรณก์ ึ่งตวั นำ SEMICONDUCTOR DEVICES …………………………………………….. 11-5. หลักการพนื้ ฐาน(Fundamental Principles) 1. คุณลักษณะ ในข้อ 11-4 อธิบายว่าธาตุใด ๆ ที่วงโคจรนอกสุดของอะตอมมีอิเล็กตรอนน้อยกว่า สี่ตัว จัดว่าเป็นตัวนำไฟฟ้า และยังกล่าวถึงธาตุท่ีมีอิเล็กตรอนมากกว่าสี่ตัวในวงโคจรวงนอกสุดของอะตอมเป็น ฉนวนไฟฟ้า ส่วนในตอนนี้จะกล่าวถึงสารกึ่งตัวนำซ่ึงเป็นสารที่มีอิเล็กตรอนอยู่สี่ตัวที่วงโคจรนอกสุดของ อะตอม สารกึ่งตัวนำถูกใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าสมัยใหม่อย่างกว้างขวางและสารก่ึงตัวนำท่ีเป็นท่ีนิยมใช้กันมาก ท่ีสุดคอื ซิลกิ อน 2. คุณลกั ษณะของสารก่ึงตัวนำ ธาตุซิลิกอนในสภาพที่บรสิ ุทธไ์ิ ม่เปน็ ตัวนำหรอื ฉนวนที่ดี แต่ด้วย วธิ กี าร ที่จะกล่าวถึงดังต่อไปนี้ ก็จะสามารถจัดปรับคุณสมบัติที่เป็นฉนวนหรือเป็นตัวนำของซิลิกอนให้เหมาะสมกับ ความตอ้ งการได้ วงโคจรวงนอกมอี เิ ลก็ ตรอน 4 ตวั

หน้า |6 ภาพ 11-4 การยดึ เหนี่ยวร่วมกนั ของอะตอมซลิ ิกอน 2.1 เม่ือจำนวนอะตอมของซิลิกอนติดอยู่ด้วยกันในรูปของผลึก(คล้ายผลึกแก้ว) อะตอมเหล่าน้ีมีพันธะ ร่วมกัน(Covalent Bond) โดยอเิ ลก็ ตรอนในวงโคจรวงนอกของอะตอมหน่ึงจะใช้วงโคจรร่วมกันกบั อิเลก็ ตรอน ในวงโคจรวงนอกของอีกอะตอมหนึ่ง ทำให้มีการใช้วงโคจรวงนอกร่วมกันระหว่างอะตอมท้ังหมด ภาพ 11-4 แสดงให้เห็นว่าการยึดเหนี่ยวร่วมกัน ช่วยให้อะตอมแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนแปดตัวในวงโคจรนอกสุด และทำให้วงจรมีลักษณะที่สมบูรณ์ซ่ึงในลักษณะเช่นน้ีก็จะทำให้ ซิลิกอนเป็นฉนวนเพราะวงโคจรของ อเิ ลก็ ตรอนวงนอก มอี เิ ล็กตรอนมากกวา่ สี่ตวั 2.2 เมื่อนำสารบางชนิด เช่นฟอสฟอรัสทำปฏิกิริยากับผลึกของซิลิกอน โดยมีการควบคุมปริมาณอย่าง ประณีต สารประกอบท่ีได้ก็จะกลายเป็นตัวนำ(ภาพ 11-5) ทั้งน้ีเป็นเพราะว่าอะตอมของฟอสฟอรัส ซ่ึงมี อิเลก็ ตรอนหา้ ตวั จะทำให้เกิดการยึดเหนียวร่วมกันกับสารซลิ กิ อน(ทม่ี ีอเิ ลก็ ตรอนสี่ตวั ในวงโคจรวงนอก) จะ ทำให้เกิดอิเล็กตรอนอิสระหน่ึงตัวต่อโมเลกุลและทำให้สารประกอบน้ันเป็นตัวนำไฟฟ้า กรรมวิธีในการเติม สารเจือปน (Impurities) เพื่อให้เป็นสารก่ึงตัวนำเรียกว่าการเติมหรือการโด๊ป(Doping) สารกึ่งตัวนำใด ๆ ก็ ตามทถี่ กู เตมิ (Doped) เพอื่ ทำใหม้ อี ิเล็กตรอนอสิ ระจะถูกเรยี กว่าเป็นสารกง่ึ ตวั นำแบบ N อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ ซลิ กิ อน ฟอสฟอรสั ภาพ 11-5 ซลิ กิ อนที่เติมด้วยฟอสฟอรัส 2.3 เม่ือนำโบรอน ซึ่งมีอิเล็กตรอนสามตัวโคจรอยู่ในวงนอก มาเติมเข้ากับผลึกของซิลิกอน ทำให้ อเิ ลก็ ตรอนมีการยึดเหนี่ยวรว่ มกนั เจ็ดตัวในชนั้ นอกสุด และทำให้มีชอ่ งว่างเปดิ ไว้ให้อเิ ล็กตรอนตวั อืน่ หนึ่งตัวดัง แสดงในภาพ 11-6 ช่องว่างนี้เรียกว่าหลุมหรือโฮล (Hole) และถูกจัดว่ามี คุณสมบัติเป็นประจุบวก ใน ทำนองเดียวกนั กบั สารก่งึ ตวั นำแบบ N ทม่ี ีอเิ ล็กตรอนเกินอยูห่ น่ึงตัวกถ็ กู จัดว่ามคี ณุ สมบัติเป็นประจุลบ สารที่ มีหลุมอยู่ในช้ันของอิเล็กตรอนช้ันนอกสุดจะถูกเรียกว่าเป็นสารก่ึงตัวนำแบบ P ในการทำความเข้าใจ คุณลักษณะของสารก่ึงตัวนำแบบ P ให้คิดว่าหลุมเป็นตัวนำพากระแสไฟฟ้าบวก ในลักษณะเดียวกันกับ อิเล็กตรอนนำพากระแสไฟฟ้าลบ เม่ืออิเล็กตรอนเคลื่อนผ่านสารก่ึงตัวนำแบบ N หลุมก็จะเคล่ือนจากอะตอม หน่ึงไปสู่อะตอมหนึ่งในสารกึ่งตัวนำแบบ P ซึ่งการเคล่ือนของหลุมผ่านสารก่ึงตัวนำแบบ P นั้นจะเคล่ือนจาก ข้ัวบวกไปยงั ข้วั ลบ

หน้า |7 หลมุ หรอื โฮลไดร้ บั อเิ ลก็ ตรอนท่ี เกนิ อยู่ ซลิ กิ อน โบรอน ภาพ 11-6 ซลิ กิ อนเตมิ ดว้ ยโบรอน ด้วยเหตุน้ีการวิเคราะห์ทางจรของสารกึ่งตัวนำแบบ P จึงให้กระแสไหลจากข้ัวบวกไปหาข้ัวลบ(เหมือนความ เข้าใจเร่ืองทิศทางกระแสไหลแบบเก่า) ทฤษฎีการเคลื่อนของหลุม(ภาพ1-7) เมื่อแหล่งแรงเคล่ือนไฟฟ้า เช่น แบตเตอร่ีลูกหนึ่งถูกตอ่ กับสารกึ่งตัวนำแบบ N กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านได้ โดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านการก่ึง ตวั นำแบบ N จะเปน็ การเคลอื่ นดว้ ยการผลักกันของอิเล็กตรอนอิสระ ซ่ึงเป็นไปในลักษณะเดียวกันกับการไหล ของกระแสไฟฟา้ ผ่านตัวนำทางธรรมชาติเช่นโลหะทองแดง แต่เม่ือนำแหล่งจ่ายไฟฟ้าท่ีมีแรงเคลื่อนสูงมากพอต่อกับสารกึ่งตัวนำแบบ P กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านได้ เหมือนกัน แต่กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารก่ึงตัวนำแบบ P จะดูเหมือนกับเป็นการไหลของหลุมประจุบวก โดยเม่ือหลุมเคลื่อนไปยังข้ัวลบก็จะดูเหมือนวา่ อเิ ล็กตรอนเคล่ือนเข้าสารก่ึงตัวนำแบบ P โดยผ่านออกทางข้ัว ลบเข้าไปเติมหลุมแล้วเคลื่อนต่อจากหลุมหนึ่งไปยังอีกหลุมหน่ึงตรงไปยังขั้วบวกเหมือนกับในสารก่ึงตัวนำแบบ N แต่การเคลื่อนที่ของอเิ ล็กตรอนผ่านสารกึ่งตัวนำแบบไปยังข้ัวบวกนั้นเปน็ การเคล่ือนดว้ ยการดูดของประจทุ ี่ ไม่เหมือนกัน การเคลอ่ื นทข่ี องอเิ ลก็ ตรอน การเคลอ่ื นทข่ี องหลุม ภาพ 11-7 ทฤษฎกี ารเคลือ่ นของหลุม 11-6. ไดโอด(Diodes) (ภาพ 11-8) 1. วัตถุประสงค์ ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้เพียงทิศทางเดียวโดยอาจ เปรยี บเทียบได้วา่ ไดโอดเป็นลนิ้ ทางเดยี วในทางไฟฟา้ 2. โครงสรา้ ง ไดโอดทำขนึ้ ด้วยการนำสารก่งึ ตวั นำแบบ N กบั สารก่งึ ตวั นำแบบ P มาประกบติดกัน โดยให้ ข้ัวลบอยทู่ างดา้ นสาร N ส่วนข้วั บวกอย่ทู างดา้ นสาร P 3. ลักษณะการทำงาน เมื่อติดไดโอดในวงจร ทางด้านสาร N จะถูกต่อเข้ากับด้านลบของวงจรและด้าน บวกของวงจรจะตอ่ เข้ากบั สาร P ลกั ษณะการต่อเช่นนี้เรยี กว่า Forward Bias และไดโอดจะเปน็ ตัวนำที่ดที ง้ั นี้ เปน็ เพราะว่าหลุมประจบุ วกในสารแบบ N เคลื่อนไปยังรอยตอ่ ทม่ี ีประจลุ บของสารแบบ N เพอ่ื ให้อิเลก็ ตรอน เคลื่อนข้ามรอยต่อและเติมหลุมเหล่านี้แล้วเคล่ือนผ่านสารแบบ P ถ้าต่อไดโอดกลับขั้วการไหลของกระแสจะ

หน้า |8 ถกู ปดิ ก้นั ไวล้ กั ษณะการต่อเชน่ นเ้ี รียกว่า Reverse Bias เมื่อ ไดโอดถกู ต่อกลบั ข้วั หลมุ ประจบุ วกจะถูกดดู ให้ออกจากรอยต่อไปทางด้านขั้วลบและอิเล็กตรอนอิสระในสารแบบ N ก็จะถูกดูดให้ออกห่างจากรอยต่อไป ทางดา้ นขว้ั บวก เม่อื ไมม่ หี ลุมกบั อิเลก็ ตรอนอยูใ่ กลร้ อยต่อ อิเลก็ ตรอนก็ไม่สามารถข้ามรอยต่อไปได้ เมอ่ื ต่อไดโอดถูกขวั้ (Forward เมอ่ื ต่อไดโอดกลบั ขวั้ (Reverse Bias)จะมกี ระแสไหล Bias)จะไมม่ กี ระแสไหล ภาพ 11-8 ลักษณะการทำงานของไดโอด 11-7. ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diodes) (ภาพ 11-9) ไดโอดแบบธรรมดาท่ีอธบิ ายในข้อ 11-6 เป็นอุปกรณ์กึ่ง ตัวนำท่ียอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้เพียงทิศทางเดียว ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดแบบพิเศษท่ียอมให้ กระแสไฟฟ้าไหลย้อนได้ เมื่อมีแรงเคล่ือนสูงมากกว่าค่าท่ีกำหนดไว้ในข้ันตอนการผลิต เช่น ซีเนอร์ไดโอดตัว หน่ึงอาจไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าแรงเคล่ือนต่ำกว่า 6 โวลต์ ไหลผ่าน แต่เม่ือเพ่ิมแรงเคล่ือนไฟฟ้าให้ถึง 6 โวลต์ หรือมากกว่า ไดโอดก็จะยอมให้กระแสไฟฟ้าท่ีต่อกลับขั้ว ไหลผ่านทันทีอุปกรณ์นี้จะถูกใช้ในวงจรควบคุม เช่น เปน็ เครื่องควบคุมแรงเคลอื่ นไฟฟ้า (Voltage Regulators) ตวั ตา้ นทาน เมอ่ื ตอ่ ไดโอดถกู ขวั้ จะมกี ระแสไหลโดยไมจ่ ำกดั วำ่ จะมแี รงเคล่อื นป้อนวงจรเท่ำใด ตา้ นมเมทกี อ่ืาตรนตะวั ่อแไสดไโหอลดเมกอ่ลื แบั รขงวั้เ(คRลeอ่ื vนeตrs่ำeกวBำ่ia6s)โจวะลไตม์ ตต่ าว้ั นทานกเมรอ่ืะตแสอ่ ไไหดโลอเมดอ่กื มลแบีั รขงวั้เ(คRลe่อื vนeสrsงู eกวBำ่ ia6s)โจวะลมตี์ ภาพ 11-9 ลักษณะการทำงานของซเี นอรไ์ ดโอด 11-8 ทรานซสิ เตอร์ (Transistors)

หน้า |9 1. กล่าวทั่วไป (ภาพ 11-10) ทรานซสิ เตอร์ในลักษณะท่ีประยกุ ต์ใช้กบั อปุ กรณ์ในรถยนต์ ได้แก่อปุ กรณท์ ่ี ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ บรรดาสวิตช์ทรานซิสเตอร์เหล่านี้สามารถทำการ เปิด/ปิดวงจรไฟฟ้าที่มีกระแสมากโดย ควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้าน้อย ๆ ได้ท้ังนี้เป็นเพราะว่าทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ทำงานทางไฟฟ้า จึงมีอายุการ ใช้งานที่ยาวนานกว่ารีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า ท่ีเป็นเช่นน้ีก็เพราะทรานซิสเตอร์ไม่มีหน้าสัมผัสท่ีอาจไหม้ได้ อุปกรณ์ไฟฟ้าในรถยนต์ที่ประยุกต์การใช้ประโยชน์จากทรานซิสเตอร์ ได้แก่ระบบจุดระเบิดด้วยไฟฟ้า และ เครือ่ งควบคมุ แรงเคลื่อนไฟฟ้า เปน็ ต้น สญั ลกั ษณ์ของทรานซสิ เตอร์ ภาพ 11-10 ทรานซิสเตอรแ์ บบตา่ ง ๆ โหลดมกี ระแสไหลมาก โหลดมกี ระแสไหลมาก สวติ ช์ สวติ ช์ สญั ญาณมี สญั ญาณมี กระแสน้อย กระแสน้อย เมอ่ื ปิดสวติ ชไ์ มม่ กี ระแสไหล E - อมี ติ เตอร์ เมอ่ื เปิดสวติ ชม์ กี ระแสไหล C - คอลเลคเตอร์ สวติ ช์ โหลดมกี ระแสไหลมาก B - เบส สวติ ช์ สญั ญาณมี กระแสน้อย ภาพ 11-11 ลกั ษณะการทำงานของทรานซสิ เตอร์ เมอ่ื ปิดสวติ ชไ์ ม่มกี ระแสไหล เมอ่ื เปิดสวติ ช์ กระแสทเ่ี บสจะทาใหม้ ี กระแสไหลจากคอลเลคเตอรไ์ ปยงั อมี ติ เตอร์

ห น ้ า | 10 2. ทรานซิสเตอร์ PNP (ภาพ 11-11) ทรานซิสเตอร์ PNP เป็นทรานซิสเตอร์ท่ีมีพบเห็นกันมากที่สุดใน อปุ กรณ์ไฟฟา้ ของรถยนต์ เป็นทรานซิสเตอรท์ ่ที ำข้ึนโดยการประกบสองด้านของสารกึ่งตัวนำ แบบ N ด้วยสารกึ่งตัวนำแบบ P ประจุบวกอยู่ทางด้านหนึ่งของสารแบบ P และเรียกด้านนี้ว่าอีมิตเตอร์ (Emitter) ส่วนสารแบบ P อีกด้านหน่ึงจะต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนนี้เรียกว่าคอลเลคเตอร์ (Collector อีก ส่วนหนึ่งคอื สว่ นท่อี ยตู่ รงกลางเปน็ สารแบบ N และเรียกวา่ เบส (Base) เมอ่ื จ่ายไฟฟ้าประจุลบท่ีมีกระแสต่ำให้ เบสก็จะทำให้กระแสไฟฟา้ ปริมาณมากไหลผ่านระหว่างอีมิตเตอร์ กับคอลเลคเตอร์ได้ เมื่อปิดกระแสไฟฟ้าเข้า เบส กระแสไฟฟา้ ทไ่ี หลจากอีมติ เตอร์ไปคอลเลคเตอรก์ ็จะถูกกั้นไวใ้ ห้หยดุ ดว้ ย 3. ทรานซิสเตอร์แบบ NPN (ภาพ 11-11) ทรานซิสเตอร์แบบ NPN คล้ายกันกับทรานซิสเตอร์แบบ PNP โดยมีข้อแตกต่างอยู่ที่ทรานซิสเตอร์แบบน้ีจะถูกใช้ทางด้านลบของวงจรตามลักษณะชื่อที่เรียกทรานซิสเตอร์ แบบ NPN ถูกทำขนึ้ จากสารแบบ N สองส่วน(คอลเลคเตอรก์ ับอีมิตเตอร์)กับสารแบบ P หนึ่งสว่ น(เบส) ท่ีถูก ประกบอยู่ตรงกลาง เม่ือป้อนไฟฟ้าประจุบวกท่ีมีกระแสต่ำเข้าท่ีเบส ทรานซิสเตอร์แบบ NPN จะยอมให้ ไฟฟา้ ประจลุ บกระแสมากไหลผา่ น คอลเลคเตอรไ์ ป ยงั อมี ิตเตอรไ์ ด้ ------------------------------ ตอนท่ี 3 การวดั ทางไฟฟ้า ELECTRICAL MEASUREMENTS ..................................................... 11-9. แอมแปร์ (กระแส) และแรงเคลอื่ น (Amperage(Current) And Voltage) 1. แอมแปร์ ปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้าหรือปริมาณการไหลของอิเล็กตรอนมหี น่วยวดั เป็นแอมแปร์ โดยท่ัวไปแล้วมักจะเข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าหน่ึงแอมแปร์เป็นกระแสที่มีปริมาณน้อย(เท่ากับที่ใชส้ ำหรับหลอดไฟ 100 วัตต์โดยประมาณ) แต่แท้ที่จริงแล้วเป็นการไหลของอิเล็กตรอนด้วยปริมาณมหาศาลคือ 1 แอมแปร์ เทา่ กบั ปริมาณการไหลของอิเล็กตรอนมากกว่า 6 ล้านลา้ นตวั ภายใน 1 วนิ าที 2. แรงเคล่ือน การไหลของอิเล็กตรอนเกิดจากความแตกต่างความสมดุลของอิเล็กตรอนในวงจร ซึ่ง หมายความว่าเม่ือส่วนหน่ึงในวงจรมีอเิ ล็กตรอนอยู่มากกว่าอีกส่วนหน่ึงอิเล็กตรอนก็จะเคล่ือนออกจากบริเวณ ที่มีอิเล็กตรอนอยู่มากไปยังบริเวณท่ีขาดอิเล็กตรอนความแตกต่างของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน เรียกว่า ความต่างศกั ย์ (Potential Difference) หรอื แรงเคล่อื น (Voltage) แรงเคล่ือนทีส่ งู กวา่ หมายถึงสภาพความ ไม่สมดุลของอิเล็กตรอนมีมากกว่า ความไม่สมดุลกันน้ีย่ิงมีมากเท่าใดก็จะทำให้อิเล็กตรอนมีแรงผลักดันกัน มาก(มีอิเล็กตรอนปริมาณมากกว่าดนั กัน) และจะทำให้มีการไหลของกระแสในปริมาณมากในวงจรด้วย ดังเชน่ เม่ือมีอิเล็กตรอนอยู่มากท่ีขั้วลบของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้า(ขณะที่ขั้วบวกขาดอิเล็กตรอนในปริมาณท่ีเท่ากัน อิเล็กตรอนจึงมีแรงผลักดันระหว่างกันมาก และในที่สุดอิเล็กตรอนจำนวนมากก็จะเคล่ือนไปตามสายไฟที่เป็น ตัวนำไปยังขั้วบวกในลักษณะเช่นนี้สามารถกล่าวได้ว่า เมื่อมีแรงเคลื่อนสูงกว่าจะทำให้มีการไหลของ กระแสไฟฟ้าในปริมาณทีม่ ากกว่า โดยมสี ว่ นประกอบอ่นื เชน่ ความต้านทาน(ข้อ 11-10) คงที่ 11-10. ความต้านทาน (Resistance) 1. แม้ว่าสายลวดทองแดงจะนำไฟฟ้าได้ค่อนข้างงา่ ย แตส่ ายลวดทองแดงก็ยังมีความต้านทานต่อการไหล ของอิเล็กตรอนความต้านทานน้ี เกิดจากความต้องการใช้พลังงานในการทำให้อิเล็กตรอนอิสระหลุดออกวง โคจรชั้นนอกของอะตอมและการชนกันของอะตอมของตัวนำกับอิเล็กตรอนอิสระ ดังน้ันจะต้องใช้แรง (หรือ แรงเคล่ือน) เพ่ือเอาชนะความต้านทานต่อการไหลของอิเล็กตรอนความต้านทานมีหน่วยวัดเป็นโอห์ม ความ ต้านทานของตัวนำขึ้นอยู่กับความยาว, พ้ืนที่หน้าตัด, ชนิดของวัสดุที่ใช้ทำตัวนำ และอุณหภูมิของ เส้นลวดตวั นำ

ห น ้ า | 11 2. เส้นลวดยาวเส้นหน่ึงจะมีความตา้ นทานมากกว่าเส้นลวดส้ันที่มีพ้ืนที่หน้าตัดเท่ากัน ทั้งนี้เป็นเพราะว่า อิเล็กตรอนมีระยะทางที่ตอ้ งไหลมากกว่า 3. ธาตุบางอย่างสามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนง่ายกว่าธาตุอ่ืน ทองแดงปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่าย ดังนั้น ทองแดงจึงมีอิเล็กตรอนอิสระมากกวา่ ธาตุอ่ืน ๆ เช่นเหล็ก ซ่ึงไม่ปล่อยอิเล็กตรอนให้เป็นอิสระได้ง่าย ดังน้ัน ลวดเหล็กจึงมีอิเล็กตรอนอิสระน้อย(โดยเปรียบเทียบกับลวดทองแดงขนาดเดียวกัน) และเนื่องจากมี อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระน้อย จงึ มอี เิ ล็กตรอนไม่มากทีส่ ามารถผลักดันใหเ้ คล่อื นผ่านเสน้ ลวดเหลก็ ดงั น้ันลวดเหลก็ จึงมี ความต้านทานมากกวา่ ลวดทองแดง 4. เส้นลวดขนาดเล็ก(ความหนาหรือพ้ืนที่หน้าตัดน้อย) มีความต้านทานมากกว่าเส้นลวดท่ีมีขนาดใหญ่กับ ในเส้นลวดขนาดเล็ก อีเล็คตรอนอสิ ระไม่มาก (เพราะมีอะตอมไม่มาก) ดงั น้ันจึงสามารถดันอิเล็กตรอนผ่านไป ได้นอ้ ย 5. โลหะส่วนใหญ่มีความต้านทานสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงข้ึน ในขณะท่ีอโลหะส่วนใหญ่มีความต้านทาน ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เช่น แก้ว (อโลหะ) เป็นฉนวนที่ดีท่ีอุณหภูมิห้อง แต่จะเป็นฉนวนท่ีเลวเมื่อเผาให้ร้อน จัดจนเป็นสแี ดง 11-11. กฎของโอห์ม (Ohm's Law) 1. แรงเคล่ือน, กระแส และความตา้ นทาน (ข้อ 11-9 และ 11-10) มีความสัมพันธ์ระหว่างกันเรียกวา่ กฎ ของโอห์ม ซ่ึงเป็นการเรียกเพ่ือให้เกียรติแก่ George Simon Ohm นักวิทยาศาสตร์ผู้ท่ีต้ังกฎความสัมพันธ์ ระหว่างสามสิ่งนี้ กฎของโอห์มกล่าวว่า แรงเคล่ือนเท่ากับกระแสคูณกับความต้านทาน หรือเขียนเป็นสูตรได้ ดังน้ี. E = I x R ในเม่ือ E คือ แรงเคลื่อน มีหน่วยเป็นโวลต์, I คือ กระแส มีหน่วยเป็นแอมแปร์ และ R คือ ความตา้ นทาน มีหน่วยเปน็ โอห์ม ในการคำนวณตามสูตรจากกฎของโอห์ม ก็สามารถกล่าวไดส้ ามลักษณะ ดังนี้ 1.1 ในการหาแรงเคลือ่ น : E = I x R 1.2 ในการหากระแส : I = E/R 1.3 ในการหาความตา้ นทาน : R = E/I 2. สตู รนีม้ คี วามสำคัญทตี่ อ้ งจำไว้ใหไ้ ด้ เพราะจะช่วยใหเ้ ขา้ ใจปรากฏการณอ์ ีกหลายอยา่ งทเ่ี กดิ ขึน้ ใน วงจรไฟฟ้า ยกตัวอย่างเชน่ ถ้าหากแรงเคล่อื นคงที่ ความตา้ นทานเพิ่มสงู ขึน้ กระแสกจ็ ะลดลง ตัวอย่างที่กลา่ ว มาน้ีอาจเป็นวงจรใหแ้ สงสว่างในรถยนต์บรรทกุ คนั หน่ึงที่เกิดขดั ขอ้ งข้ึน โดยอาจ เป็นเพราะสายไฟท่ีต่อจากแบตเตอร่ีมายังหลอดไฟเกิดบกพร่องอันเนื่องมากจากข้ัวต่อสายไฟไม่ดีสายไฟขาด , หน้าสัมผัสของสวติ ชส์ กปรก หรือปัญหาอนื่ ๆ ในลักษณะเดยี วกนั สภาพดงั กล่าวท้งั สามอย่างน้ีลดช่องทางเดนิ ของอิเล็กตรอน หรือกล่าวอีกนัยหน่ึงว่ามีความต้านทานสูง เมื่อมีความต้านทานสูงกระแสก็จะไหลน้อยแรง เคลื่อนของแบตเตอร่ีจะอยู่คงที่(เช่น 12 โวลต์) ความต้านทานของวงจรเม่ือใหม่อยู่(รวมความต้านทานของ หลอดไฟ) คือ 6 โอห์ม และกระแสจะไหลผ่านได้ 2 แอมแปร์ เพื่อทำให้ค่า 12 (โวลต์) เท่ากับ 12 (กระแส คูณกับความต้านทาน) แต่ถ้ามีความต้านทานข้ึนสูงถึง 8 โอห์ม ก็จะมีกระแสไหลได้เพียง 1.5 แอมแปร์ การ เพิม่ ของความตา้ นทานจงึ ลดการไหลของกระแส และผลกค็ อื ลดความสวา่ งของแสงลงดว้ ย 3. ปัญหาข้อขัดข้องส่วนใหญ่ที่เกิดกับระบบไฟฟ้าส่วนของยานยนต์ มีสาเหตุมาจากความต้านทานเพ่ิม สูงข้ึนอันเน่ืองมาจากข้อต่อสายไฟไม่แน่น, สายไฟผุกร่อน, หน้าสัมผัสของสวิตช์สกปรก หรือไหม้หรือปัญหา อ่ืน ๆ ในลักษณะเดียวกัน ในสภาพใดสภาพหน่ึงที่กล่าวมานี้ความต้านทานในวงจรจะสูงมากข้ึนและทำให้ กระแสไหลผา่ นวงจรนอ้ ยลง หนา้ สัมผัส(หน้าทองขาว) ในวงจรจดุ ระเบดิ ท่ี สกปรกจะลดกระแสท่ีไหลผ่านและทำให้ประกายไฟจุดระเบิดท่ีหัวเทียนอ่อนลง ทำให้การเผาไหม้ของ เคร่ืองยนต์ไมด่ ีและกำลงั เครอื่ งยนต์ตกได้

ห น ้ า | 12 4. ถ้าความต้านทานคงที่แต่แรงเคล่ือนเพิ่มขึ้น กระแสก็จะเพิ่มขึ้นด้วย สภาพเช่นนี้อาจเกิดข้ึนถ้าเครื่อง ควบคุมแรงเคล่ือนของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าบกพร่อง ในกรณีเช่นน้ีจะไม่มี อะไรควบคุมให้ค่าแรงเคล่ือนคงอยู่ในขีดจำกัด และแรงเคลื่อนอาจ ภาพ 11-12 วงจรไฟฟ้าพน้ื ฐาน หลอดไฟ สูงข้ึนมากเกินไป และอาจทำให้กระแสไหลผ่านวงจรมากเกินไปจนทำ ให้เกิดความเสียหายอย่างมากได้ตัวอย่างเช่นถ้ากระแสไหลผ่านไส้ของ หลอดไฟฟ้ามากเกินไป ไส้หลอดไฟฟ้าก็จะร้อนจัดจนขาดและอุปกรณ์ ไฟฟ้าอ่ืน ๆ ก็อาจได้รับความเสียหายได้ สวติ ช์ 5. ในทางตรงกันข้าม ถ้าแรงเคล่ือนลดลงและความต้านทานยังอยู่คงท่ี ปริมาณของกระแสท่ีไหลในวงจรก็จะลดลงด้วย ตัวอย่างเช่น เม่ือแบตเตอรี่มีประจุไฟน้อยแรงเคลื่อนของ แบตเตอร่ีจะลดลงอย่างมากเมื่อต้องจ่ายกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก เช่นขณะท่ีพยายามจะหมุนเคร่ืองยนต์ ด้วยแบตเตอรที่ ี่มปี ระจไุ ฟฟ้าน้อยแรงเคลือ่ นกจ็ ะลดต่ำลงมาก โดยแรงเคล่อื นจะตำ่ ลงมากจนไมม่ แี รงผลักดันให้ กระแสไหลผา่ นมอเตอรห์ มุนเครอื่ งยนตไ์ ด้มากพอสำหรบั ทำใหเ้ กดิ กำลังในการหมนุ เครือ่ งยนต์ได้ 11-12. ลกั ษณะของวงจรไฟฟา้ (Circuit Configurations) 1. กล่าวท่ัวไป (ภาพ 11-12) วงจรไฟฟ้าพ้ืนฐานประกอบด้วยแหล่งจ่ายกำลัง, หน่วยทำงานหรือโหลด และสายไฟที่ใชต้ ่อระหว่างวงจร ถา้ ตอ้ งมีการควบคมุ หนว่ ยทำงานก็จะมีสวิตชต์ ่อเพมิ่ เข้ามาในวงจรดว้ ย 2. วงจรไฟฟ้ารถยนต์ (ภาพ 11-13) ตัวถังและแคร่รถทำด้วยเหล็กกล้าซึ่งสามารถช่วยให้ลดสายไฟใน วงจรไฟฟ้ารถยนต์ไดเ้ ส้นหนึ่ง ด้วยการตอ่ ขั้วแบตเตอรี่เขา้ กับตัวถงั และแคร่รถ แหล่งจา่ ยกาลงั ส่วนประกอบที่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า ก็สามารถต่อด้านหน่ึงกับ แบตเตอร่ีด้วยสายไฟ และอีกด้านหน่ึงต่อเข้ากับ ตัวถังรถ การต่อข้ัวหนึ่งของแบตเตอร่ีกับตัวถังรถเรียกว่าต่อลงดินหรือต่อลงกราวด์ ในปัจจุบันโรงงานผู้ผลิต รถยนต์ทั้งหมดต่อวงจรให้ด้านขั้วลบของแบตเตอรี่ลงกราวด์ ซ่ึงเรียกว่าระบบไฟฟ้าแบบนี้ว่า ลบลงกราวด์ ส่วนรถยนต์ที่ใช้ระบบไฟฟา้ แบบบวกลงกราวด์ ในปจั จุบันคงไมม่ ใี ห้เหน็ แลว้ 1. โคมไฟใหญ่ 7. สวติ ชเ์ ลอื กลำแสงไฟใหญ่ 2. แบตเตอร่ี 8. ไฟพรำงขบั 3. ไฟพรำงและไฟทำ้ ย 9. ไฟพรำงทำ้ ยรถ 4. เตำ้ ต่อสำยไฟรถพ่วง 10. แผงเครอ่ื งวดั และเครอ่ื งควบคมุ 5. ไฟพรำงทำ้ ย, ไฟทำ้ ยและไฟหำ้ มลอ้ 11. ปุ่มแตร 6. สวติ ชร์ ะบบแสงสว่ำง 12. แตร

ห น ้ า | 13 ภาพ 11-13 วงจรไฟฟ้ารถยนตท์ วั่ ไป 3. วงจรอนุกรม (ภาพ 11-14, A) วงจรอนุกรมประกอบด้วยความต้านทาน(ส่วนท่ีทำงานด้วยไฟฟ้า) สอง หน่วยหรือมากกว่าท่ีต่อเป็นลำดับต่อเนื่องกันเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรผ่านทุกหน่วย วงจรอนุกรมมี คุณลักษณะท่สี ำคัญดังนี้ 3.1 หากมรี อยขาดในวงจร(เช่นหลอดไฟขาด) จะทำใหว้ งจรท้ังหมดไมท่ ำงาน 3.2 กระแสคงทีต่ ลอดวงจร 3.3 ความตา้ นทานรวมของวงจรเทา่ กบั ผลรวมของความต้านทานแต่ละตัว 3.4 แรงเคล่อื นของวงจรเทา่ กบั ผลรวมของแรงเคลื่อนตกครอ่ มของแต่ละสว่ น 4. วงจรขนาน (ภาพ 11-14, B) วงจรขนานประกอบด้วยความต้านทานสองหน่วยหรอื มากกวา่ ทต่ี ่อแยก สาขากัน แต่ละสว่ นในวงจรขนานได้รบั แรงเคลอื่ นเต็มทีจ่ ากแหล่งจ่าย วงจรขนานมีคุณลกั ษณะทส่ี ำคญั ดังนี้ 4.1 ความต้านทานรวมของวงจรจะนอ้ ยกว่าความตา้ นทานแต่ละตวั เสมอ 4.2 เม่ือมีการปลดออกหรือเกิดการไหม้ในแต่ละส่วนในวงจร จะไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของส่วน อนื่ 4.3 กระแสจะแบง่ การไหลผ่านไปยังสาขาต่าง ๆ ตามความตา้ นทานของแตล่ ะส่วนผลรวมของกระแสท่ี ไหลผา่ นแตล่ ะส่วนจะเทา่ กับความตา้ นทานรวมของวงจร 4.4 แรงเคลอ่ื นจะคงทีท่ งั้ วงจรเมอื่ วัดครอ่ มแต่ละส่วน 5. วงจรอนุกรม-ขนาน (ภาพ 11-14, C) วงจรอนุกรม-ขนาน เป็นการรวมของวงจรท้ังสองแบบ วงจร แบบนต้ี ้องมคี วามต้านทานอยา่ งนอ้ ยสามหน่วย วงจรอนุกรม-ขนาน มีคุณลกั ษณะสำคญั ดงั น้ี 5.1 แรงเคล่ือนรวมของวงจรจะเท่ากับผลรวมของแรงเคล่ือนตกคร่อมรวมของวงจรขนาน รวมกับแรง เคลอ่ื นตกคร่อมของแตล่ ะส่วนท่เี ปน็ วงจรอนุกรม 5.2 ความต้านทานรวม จะเท่ากบั ผลบวกของความต้านทานรวมของวงจรขนาน กบั ความต้านทานแต่ละ หนว่ ยในส่วนทเี่ ปน็ วงจรอนุกรม 5.3 กระแสที่ไหลผา่ นวงจรขนานโดยส่วนรวมจะเท่ากับกระแสท่ไี หลผา่ นแตล่ ะส่วนที่เป็นวงจรอนุกรม 5.4 การปลดให้แยกออกจากกัน หรือการไหม้ที่ส่วนของวงจรอนุกรมจะทำให้วงจรท้ังหมดไม่ทำงาน ในขณะท่ีหากมปี ลดออกหรือไหม้ท่ีวงจรขนาน วงจรทีเ่ หลอื อยู่ยงั ทำงานได้ A.วงจรอนุกรม B.วงจรขนาน C.วงจรอนุกรม- ขนาน ภาพ 11-14 ลกั ษณะวงจรแบบตา่ ง ๆ ตอนท่ี 4 แม่เหลก็ MAGNETS 11-13. สนามแม่เหล็ก (Magnet Field)

ห น ้ า | 14 1. กล่าวทั่วไป ดังที่ได้กล่าวมาแล้วในข้อ 11-9 ว่ากระแสไฟฟ้าเป็นการไหลของอิเล็กตรอนและความไม่ สมดลุ ของอเิ ล็กตรอนในวงจร(ท่ีทำใหม้ ีการไหลของอิเลก็ ตรอน) เรยี กวา่ แรงเคลอ่ื นเนื้อหาดงั ตอ่ ไปนี้จะอธิบาย เก่ียวกับแม่เหล็กท่ีมีส่วนสำคัญที่ทำให้เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าทำให้อิเล็กตรอนไปรวมกันอยู่ที่ข้ัวลบและเคลื่อน อเิ ล็กตรอนออกจากขั้วบวก ภาพ 11-15 เส้นแรงแม่เหลก็ 2. เสน้ แรงแม่เหล็ก ถ้าโรยผงตะไบเหลก็ ลง บนแผน่ กระจก ซ่งึ วางอย่บู นแม่เหล็กแท่งหนึง่ ผงตะไบเหลก็ จะถกู จดั ระเบยี บเปน็ เสน้ โค้ง หลายเส้น(ภาพ 11-15) เส้นโคง้ เหล่านท้ี อด ยาวออกจากขั้วท้ังสองของแม่เหล็ก(เหนือและใต้) ภาพ 11-16 เหล็กแบบแท่ง ตรงตามเสน้ แรงแม่เหลก็ ทอี่ ยรู่ อบๆ แท่งแมเ่ หล็ก และแบบแทง่ เกือกม้านักวทิ ยาศาสตร์ได้เขียนกฎเสน้ แรงแม่เหลก็ ไวด้ งั นี้ 2.1 เสน้ แรงแมเ่ หล็ก(ภายนอกแทง่ แม่เหล็ก)แพรอ่ อกจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้ของแท่งแมเ่ หล็ก 2.2 เส้นแรงแมเ่ หลก็ มคี ณุ ลักษณะเหมือนเสน้ ยางรดั ของทีพ่ ยายามลดั ทางเดนิ ใหส้ ั้นทส่ี ดุ 2.3 เส้นแรงแมเ่ หล็กต่างผลักกันตลอดความยาว และพยายามดนั ใหอ้ ยูห่ า่ งจากกัน 2.4 คณุ ลกั ษณะทเี่ หมือนเส้นยางรัดของ จะตา้ นกบั คณุ ลกั ษณะดันให้หา่ งจากกนั 2.5 แนวเส้นแรงแมเ่ หล็กจะไม่ตัดกนั 2.6 เส้นแรงแม่เหลก็ ที่รวมกนั เรียกว่าสนามแม่เหล็ก 3. แท่งแมเ่ หล็กแบบแทง่ ตรงและแบบเกือกม้า ภาพ 11-16 แสดงเส้นแรงแมเ่ หล็กของแม่ เหลก็ แบบแท่ง ตรงกบั แบบเกือกมา้ ใหส้ งั เกตดูแนวโคง้ ของเสน้ แรงและผ่านจากขวั้ เหนือไปยงั ข้วั ใต้ 4. ผลกระทบระหว่างขั้วแม่เหล็ก (ภาพ 11-17) เมื่อนำข้ัวแม่เหล็กสองอันที่ไม่เหมือนกันมาเข้าใกล้กัน ท้ัง สองข้ัวจะดูดกัน แต่เม่ือนำข้ัวแม่เหล็กสองอันท่ีเหมือนกันมาเข้าใกล้กัน ทั้งสองขั้วจะผลักกัน ลักษณะเช่นน้ี สามารถอธิบายได้จากคุณลักษณะท่ีเหมือนเส้นยางรัดของและคุณลักษณะท่ีผลักออกจากกัน เม่ือนำขั้วท่ีไม่ เหมือนกันเข้าใกล้กัน เส้นแรงแม่เหล็กผ่านจากข้ัวเหนือไปยังขั้วใต้ เส้นแรงเหล่าน้ีพยายามเดินทางให้สั้น (เหมือนวงยางหดตัว) และพยายามดึงสองข้ัวเข้าหากัน ในทางกลับกันถ้าขั้วเหมือนกันถูกนำเข้าใกล้กัน เส้น แรงแม่เหล็กที่มีทิศทางไปในทางเดียวกันก็ถูกนำมาเข้าใกล้กัน และเนื่องจากเส้นแรงพยายามดันให้ห่างจากกัน ทำให้เกิดการผลักกนั ระหว่างข้ัวที่เหมอื นกัน

ห น ้ า | 15 ภาพ 11-17 ผลกระทบระหว่างข้ัวแมเ่ หล็ก 11-14. แมเ่ หล็กไฟฟา้ (Electromagnetism) 1. ปกติกระแสไฟฟ้า (กระแสการไหลของอิเล็กตรอน)ทำ ให้เกิดสนามแม่เหล็ก ภาพ 11-18 แสดงให้เห็นว่าเมื่อ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด จะมีสนามแม่เหล็กเป็น วงกลมรอบเส้นลวด เส้นแรงแม่เหล็กเหลา่ นี้ เปน็ ผลจากการ เคล่ือนท่ีของอิเล็กตรอนไปตามเส้นลวด เมื่ออิเล็กตรอน เคลื่อนก็จะส่งเส้นแรงแม่เหล็กออก และเม่ืออิเล็กตรอน จ ำน วน ม าก เค ล่ื อ น ก็ จ ะมี เส้ น แ รงแ ม่ เห ล็ ก ม าก (สนามแม่เหล็กเข้ม) อิเล็กตรอนจำนวนน้อยเคลื่อนที่ก็มี สนามแม่เหลก็ ออ่ น หรือมีเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ไมม่ าก 2. การเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอน สามารถอธิบายได้ด้วย การเปรียบเทียบกับโครงสร้างภายในของแท่งแม่เหล็กแบบ แท่งตรงและแบบแท่งเกือกม้าทอ่ี ะตอมของเหลก็ ถูกเรียงให้ เป็นแนวเดียวกันในแท่งแม่เหล็ก และอิเล็กตรอนในอะตอมก็โคจรรอบนิวเคลียสในทิศทางเดียวกัน เมื่อ อเิ ลก็ ตรอนเคลื่อนในทิศทางเดยี วกนั เส้นแรงแม่เหล็กแต่ละเสน้ รวมกนั ทภำใพห1้เก1ิด-1ส8นแามมเ่ แหมล่เก็ หไลฟก็ฟ้า 3. ภาพ 11-19 แสดงใหเ้ ห็นสนามแม่เหล็กทเี่ กดิ จากการไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวดวงกลมขดเดียว ซึ่ง เสน้ แรงแม่เหล็กก็จะวนอยรู่ อบเส้นลวดและต้องเกิดตามลกั ษณะการ โคง้ ของขดลวด ถ้าขดลวดมสี องรอบ เสน้ แรงแม่เหล็กกจ็ ะวนรอบ ขดลวดสองขดน้ันด้วย ตรงบริเวณระหว่างขดลวดท่ีติดกัน น้ัน ทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กจะต้องสวนกัน ในกรณี เช่นนี้เส้นแรงแม่เหล็กก็จะผลักกันด้วยแรงท่ีเท่ากัน(เพราะ เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้าเดียวกัน) ดังนั้นเส้นแรง แม่เหล็กก็จะวนรอบขดลวดสองขดเหมือนกับเป็นขดเดียว และทำให้เส้นแรงแม่เหล็กท่ีมีความเข้มเป็นสองเท่าเพราะ เกิดจากการรวมกันของเส้นแรงแม่เหลก็ จากขดลวดสองขด ภาพ 11-19 แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ของขดลวดขดเดยี ว 4. เม่ือม้วนลวดหลายขด จนมีลักษณะ ที่เรียกว่าคอยล์ดังแสดงในภาพ 11-20 เส้นแรงแม่เหล็กของ แม่เหล็กของขดลวดทั้งหมดรวมกัน จนมีลักษณะเหมือนเส้นแรงแม่เหล็ก รอบแท่งแม่เหล็กแบบแท่งตรง คอยล์แบบน้ีเรียกวา่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ หรือโซลนิ อยดแ์ มเ่ หลก็ ไฟฟ้า สามารถทำเป็นรูปรา่ งได้ หลายลกั ษณะ ขดฟิลด์คอยล์ของเครื่องกำเนิดไฟฟา้ และทุ่นอาเมเจอร์ของมอเตอร์ ก็เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ให้ อำนาจแมเ่ หล็กด้วยไฟฟา้ ซึง่ จะมีอธบิ ายอยใู่ นข้อ 11-15 5. เราสามารถทราบขั้วเหนือของแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ถ้ารู้ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า(จากข้ัวลบไป ข้ัวบวก) ด้วยการใช้กฎมือซ้าย(ภาพ 11-21) โดยเอามือซ้ายกำรอบขดลวดให้น้ิวมือทั้งสี่ช้ีไปในทิศทางการไหล ของกระแสไฟฟา้ นว้ิ หัวแม่มือจะชี้ไปทาง ข้ัวเหนือของแมเ่ หล็กไฟฟ้า กฎมือซา้ ยอาศัยหลักทีว่ า่ กระแสไฟฟ้า หรือการไหลของแม่เหลก็ ไฟฟ้าในขดลวดอิเล็กตรอนออกจากขวั้ ลบไปยงั ข้ัวบวก

ห น ้ า | 16 น้วิ มอื ชไ้ี ปตามทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้า 6. กฎมือซ้ายยังสามารถใช้ในการบอกทิศ ทางเส้น แม่เหล็กท่ีวนรอบเส้นลวด ในขณะท่ีมีกระแสไฟฟ้าไหล Sใต้ ผ่านได้ด้วยถ้ารู้ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า โดยเอา มือซ้ายกำรอบเส้นลวด ให้น้ิวหัวแม่มือชี้ไปตามทิศทางที่ กระแสไฟฟ้า ไหล(ข้ัวลบไปยังข้ัวบวก) นิ้วทั้งสี่ที่เหลือ เNหนือ จะชี้ทิศทางของเส้นแรงแมเ่ หล็กทว่ี นรอบเสน้ ลวด น้วิ หวั แมม่ อื ชไ้ี ปทางขวั้ เหนือ นำเ7ส.้นคแวรางมแภเมขาพม้่เหข1ลอ1-็กง2แ1ไดมก้เ่งฎห่ามลยอื็กกซไวา้ฟ่ายฟอ้าาสกาามศารลถักเพษิม่ณใะหท้ม่ีายกอขมึ้นใกหา้เรสพ้นันแขรดงแลวมด่เหรอลบ็กแผท่า่งนแไกดน้ง่าเหยลเร็กียกแวท่าคง่ แวกานมเซหาลบ็กซจึมะ (Permeability) เหล็กเหนียว(Wrought Iron) มีความซาบซึมมากกว่าอากาศ3,000 เท่า หรือกล่าวอีกนัย หน่ึงได้ว่าเหล็กเหนียวยอมให้มีเส้นแรงแม่เหล็กผ่านได้มากกว่าอากาศถึง 3,000 เท่า เน่ืองจากมีการเพิ่มของ เส้นแรงไดจ้ ำนวนมากเชน่ น้ีความเข้มของสนามแม่เหลก็ จึงเพม่ิ ขนึ้ มากแม้ว่ากระแสไฟฟา้ ที่ไหลผา่ นจะไมเ่ พิ่มข้ึน กต็ าม ในทางปฏิบัติแลว้ แม่เหล็กไฟฟา้ ทง้ั หมดจะใชแ้ กนเหล็ก 11-15. การเหนย่ี วนำแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ (Electromagnetic Induction) 1. กระแสไฟฟ้าสามารถถูกเหนยี่ วนำใหเ้ กดิ ขน้ึ ได้ ถ้าเสน้ ลวดตวั นำเคล่ือนผา่ นสนามแมเ่ หล็ก ภาพ 11-22 เส้นลวดเคล่ือนลงผ่านสนามแม่เหล็กระหว่างแม่เหล็กสองขั้ว เมื่อเส้นลวดเคลื่อนลงตัดเส้นแรง แม่เหล็กทำให้กระแสไฟฟ้าไหลในเส้นลวด ท่ีเกิดเช่นนี้ได้ก็เพราะเส้นแรงแม่เหล็กต่อต้านการเคลื่อนท่ีตัดของ เส้นลวดและจะวนรอบเส้นลวดดังแสดงในภาพ เม่ือเส้นแรงวนรอบเส้นลวดกระแสไฟฟ้าก็จะถูกเหน่ียวนำให้ ไหลผ่านเส้นลวด การเคล่ือนที่ของเส้นลวดผ่านสนามแม่เหล็กทำให้มีอำนาจแม่เหล็กรอบเส้นลวด ซ่ึงจะดันให้ อิเลก็ ตรอนให้เคลื่อนไปตามเส้นลวด 2. ถ้าเส้นลวดถูกยึดให้อยู่กับท่ีแล้วเคลื่อนสนามแม่เหล็ก ก็จะได้ผลในลักษณะเดียวกันคือกระแสไฟฟ้าถูก เหนย่ี วนำให้ไหลผ่านเส้นลวด จะเห็นได้ว่าตอ้ งมีการเคลื่อนท่ที ่สี มั พนั ธ์กันของสองสง่ิ เพ่ือให้เส้นแรงแม่เหล็กถูก ตัดดว้ ยเสน้ ลวด จากลกั ษณะการตดั และการวนรอบของเสน้ แรงแม่เหล็กรอบเสน้ ลวดทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหล ในเส้นลวด 3. สนามแม่เหล็กสามารถทำให้เคล่ือนท่ีได้ด้วยการเคลื่อนแท่งแม่เหล็ก หรือใช้สนามแม่เหล็กจาก แม่เหล็กไฟฟ้า โดยเส้นแรงแม่เหล็กสามารถทำให้เคลื่อนที่ได้ด้วยการการให้กระแสไฟฟ้าของแม่เหล็กไฟฟ้า ไหลแล้วหยุดไหล สมมตุ วิ ่ามแี ม่เหล็กไฟฟ้าดังแสดงในภาพ 11-20 มีเสน้ ลวดอยู่ชิดกันเมือ่ ต่อแมเ่ หล็กไฟฟา้ เข้า กับแบตเตอรี่กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านขดลวด ขณะท่ีกระแสไฟฟ้าเร่ิมไหลผ่านขดลวดก็จะทำให้เกิด สนามแม่เหล็ก หรือจะกล่าวอกี อยา่ งหน่ึงได้วา่ เกดิ สนามแมเ่ หลก็ ข้นึ เพราะกระแสไฟฟ้าไหล สนามแม่เหลก็ ที่ เกิดขึ้นน้ีจะขยายตัวหรือพองออก(ในความร้สู กึ จะพองเหมือนลกู โป่ง) โดยจะขยายตัวออกโดยรอบ ซึ่งเส้นแรง แมเ่ หลก็ กต็ ัดผ่านเสน้ ลวดทวี่ างอยูช่ ดิ กบั แม่เหล็กไฟฟ้า ดังน้ันเส้นลวดเส้นนี้ก็จะมีกระแสไฟฟ้าถูกเหน่ียวนำให้เกิดข้ึน กระแสไฟฟ้าจะเกิดจากเส้นแรง แม่เหล็กที่ตัดกับเส้นลวด ถ้าปลดแบตเตอรี่ออกจากแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กก็จะยุบตัวและหายไปใน ขณะทีส่ นามแรงแม่เหล็กยบุ ตวั เสน้ แรงแมเ่ หล็กกจ็ ะเคลอ่ื นเข้าหาด้านในแม่เหล็กไฟฟ้า เส้นลวดทวี างอยู่ชิดกับ แม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกตดั ด้วยเส้นแรงแม่เหล็กอีกครั้ง และจะมีกระแสไฟฟ้าถูกเหน่ียวนำในเส้นลวด แตใ่ นคราว นี้เส้นแรงแม่เหล็กเคลื่อนในทิศทางตรงกันข้าม ดังน้ันจะเหนี่ยวนำให้กระแสไฟฟ้าไหลในเส้นลวดในทิศทาง ตรงกนั ขา้ มด้วย 4. ดงั น้ันจะเห็นได้ว่ากระแสไฟฟ้าสามารถถูกเหน่ียวนำใหเ้ กิดในเสน้ ลวดได้สามวธิ ี 4.1 เส้นลวดเคล่ือนท่ตี ัดสนามแมเ่ หลก็ ทีอ่ ยกู่ ับที่ 4.2 เส้นลวดอย่กู ับท่ีและเคลอ่ื นแมเ่ หลก็ ใหส้ นามแม่เหลก็ เคลื่อนทีต่ ัดเส้นลวด

ห น ้ า | 17 4.3 ด้วยเส้นลวดและแม่เหล็กไฟฟ้าโดยท้ังสองอยู่กับท่ีแล้วเปิด /ปิดให้กระแสไหลแล้วหยุดให้ สนามแมเ่ หล็กพองแลว้ ยุบ เพอ่ื ให้สนามแมเ่ หลก็ เคลื่อนตัดกบั เส้นลวด เสน้ ลวด เสน้ ลวด เสน้ ลวด ภาพ 11-22 การเหนี่ยวนำของแม่เหล็กไฟฟา้ ------------------------------

ห น ้ า | 18 BATTERIES ตอนที่ 1 โครงสรา้ ง CONSTRUCTION 12-1. กล่าวท่ัวไป แบตเตอรี่ให้พลังงานไฟฟ้าด้วยการทำปฏิกิริยาทางเคมี เม่ือเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าหรือเยน เนอเรเตอร์ ของรถยนตผ์ ลิตพลังงานไฟฟ้าออกมามากกวา่ ความต้องการสำหรับใช้ในการจุดระเบดิ และจ่ายให้ อปุ กรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ของรถแล้ว กระแสไฟฟ้าส่วนที่เหลือก็จะเข้าไปทำให้ขบวนการทางเคมีในหม้อแบตเตอร่ี ทำปฏิกิริยากลับทางกัน ลักษณะน้ีเรียกว่าการประจุแบตเตอรี่หรือการชาร์จแบตเตอรี่ ในระหว่างที่ดับ เครื่องยนต์ เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าหยุดผลิตพลังงานไฟฟ้า แบตเตอรี่ก็จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับระบบไฟฟ้าของ รถแทนด้วยการทำปฏิกิริยาทางเคมีในหม้อแบตเตอร่ี ในลักษณะนี้เรียกว่าแบตเตอร่ีจ่ายประจุหรือจ่าย กระแสไฟฟา้ แบตเตอรีแ่ บบธรรมดาทีใ่ ช้กับรถยนตก์ นั อย่างกว้างขวางเป็นแบตเตอรี่แบบตะก่ัว-กรด 12-2. ส่วนประกอบ (Component Parts) แบตเตอรี่ท่ีใช้สำหรับหมุนเคร่ืองยนต์, จุดระเบิด และให้แสงสว่างรถยนต์ จะทำขึ้นให้มีช่องหรือเซลสาม เซลหรอื มากกว่า โดยขึ้นอยู่กับแรงเคล่ือนท่ีตอ้ งการเชน่ แบตเตอรหี่ ม้อหนึง่ ท่ีมสี ามเซล(แตล่ ะเซลให้แรงเคลือ่ น 2 โวลต์) และเซลท้ังสามต่ออนุกรมกันจะได้แบตเตอร่ีขนาด 6 โวลต์, หรือแบตเตอรี่หม้อหนึ่งท่ีมีหกเซลต่อ อนุกรมกจ็ ะไดแ้ บตเตอร่ขี นาด 12 โวลต์ ภาพ 12-1 แสดงใหเ้ หน็ โครงสรา้ งพืน้ ฐานของหม้อแบตเตอร่ี ภาพ 12-1 ภาพหนา้ ตดั ของแบตเตอรี่

ห น ้ า | 19 ภาพ 12-2 โครงสร้างแผน่ ธาตุ 1. แผ่นธาตุ (Plates) 1.1 แต่ละเซลประกอบด้วยส่วนเปลือกหม้อแบตเตอรี่ทำด้วยพลาสติกแข็งภายในมีแผ่นธาตุสองชนิดที่ ทำด้วยตะก่ัว คือแผ่นเพลทบวก กับแผ่นธาตุลบ บรรดาแผ่นธาตุเหล่านี้ถูกคั่นกลางด้วยแผ่นฉนวน และ ทง้ั หมดแชอ่ ยู่ในน้ำยาแบตเตอร่ซี งึ่ เปน็ สารละลายของกรดกำมะถันกับนำ้ 1.2 แผ่นเพลทบวกกับแผ่นธาตุลบ ทำดว้ ยแผ่นโครงท่ีมีลักษณะเป็นตารางหรอื ตะแกรงหล่อขึ้นรูปด้วย ตะก่ัวผสมโลหะอ่ืนหรือตะก่ัวอัลลอย(Lead Alloy) ท่ีมีความแข็งแรง แผ่นโครงท่ีเป็นตารางหรือตะแกรงนี้ จะมีซ่ีตัง้ กับซน่ี อนซึ่งได้รับการออกแบบท่ีชว่ ยให้แผ่นธาตมุ ีความแข็งแรง พรอ้ มกับมีคุณสมบัติเป็นตวั นำไฟฟ้า ทีเ่ กิดจากปฏิกิริยาทางเคมีไดด้ ี ส่วนเน้อื วสั ดุทำปฏกิ ิริยา(Active Material) จะใชต้ ะกว่ั ออกไซด์ โดยผสม ผงตะกว่ั ออกไซด์กับวสั ดยุ ดึ เหนยี่ วแล้วยาลงบนแผน่ โครงจากนั้นแต่งให้ผิวเรยี บ ปล่อยไวใ้ ห้แหง้ และแขง็ ตัวเปน็ แผน่ คลา้ ยปูนซิเมนต์ ภาพ 12-2 แสดงลักษณะของแผน่ โครง และภาพหน้าตดั แสดงเนอ้ื วสั ดุทำปฏิกิรยิ า แผ่น ตะกั่วออกไซด์ท่ีได้น้ีจะถูกนำไปผ่านกรรมวิธีทางเคมี-ไฟฟ้า ให้กลายเป็นแผ่นตะก่ัวเปอร์ออกไซด์สีน้ำตาล เพื่อให้เป็นแผ่นเพลทบวก และทำให้เป็นตะก่ัวพรุนสีเทา เพ่ือให้เป็นแผ่นธาตุลบ กรรมวิธีดังกล่าวน้ีเรียกว่า การทำแผ่นธาต(ุ Forming The Plate) หรอื การกำหนดข้วั 2. ชุดแผน่ ธาตุ เมื่อผ่านกรรมวิธที ำแผน่ หรือกำหนดขั้วแล้ว แผ่นธาตุแบบเดียวกันจะถกู นำมาติดรวมกัน เป็นชุดแผ่นเพลทบวก กับชุดแผ่นธาตุลบ โดยแผ่นธาตุแต่ละชุดจะถูกเช่ือมติดกันอย่างถาวร ด้วยการหลอม แถบตะก่ัวท่ีทำยื่นออกจากแผ่นธาตุแต่ละแผ่น ให้ติดกับแถบสันติดขั้ว(Post Strap) ด้วยการใช้ความร้อนจาก เปลวแก๊สหรือการอาร์คด้วยไฟฟ้าทำให้ตะกั่วหลอมติดกันเรียกว่าการหลอมตะกั่ว (Lead burning) แถบสัน ตดิ ข้ัวที่หลอมติดกับชุดแผ่นธาตุมีขั้วกลมสำหรับเป็นหัวต่อออกนอกเซลชดุ แผ่นธาตุลบจะมีจำนวนมากกวา่ ชุด แผน่ เพลทบวกอยหู่ น่ึงแผ่นเพ่ือให้แผน่ เพลทบวกทุกแผ่นมีแผ่นธาตุลบประกบอยู่ทัง้ สองข้าง ภาพ 12-3 แสดงชดุ แผน่ ธาตุ - 22 -

ห น ้ า | 20 3. แผน่ ก้ัน (Separator) เพ่ือปอ้ งกันไมใ่ หแ้ ผน่ ธาตสุ ัมผสั กนั ทำให้เกิดการลดั วงจร จงึ นำ แผน่ ค่ันทำด้วย วสั ดฉุ นวน(แผ่นยางพรุน, แผ่นไยแกว้ หรอื แผ่นพลาสตกิ พรุน) มาสอดค่นั อยรู่ ะหว่างแผน่ ธาตุลบกบั แผน่ เพลทบ วก แผ่นคั่นเหล่าน้ี(ภาพ 12-4) มีลักษณะบางและพรุนเพ่ือให้น้ำยาแบตเตอรี่ไหลถึงกันระหว่างแผ่นธาตุลบ กับแผ่นบวกได้ง่าย ด้านหนึ่งของแผ่นค่ัน(ด้านที่หันเข้าหาแผ่นธาตุบวก) ถูกทำเป็นร่องเพ่ือให้แก๊สที่เกิดข้ึน ระหว่างการประจุแบตเตอร่ีผุดขึ้นสู่ผิวน้ำยาได้หมด และมีช่องให้เศษวัสดุท่ีหลุดออกจากแผ่นธาตุร่วงลงสู่ช่อง รองรบั ตะกอนทดี่ า้ นลา่ งได้ ภาพ 12-4 ชดุ แผน่ ธาตุของแบตเตอรี่ 4. แผ่นธาตุ (Elements) แผ่นเพลทบวกและแผ่นธาตุลบรวมทั้งแผ่นค่ันเรียกว่าแผ่นธาตุ (ภาพ 12-4) ขนาดของแผ่นธาตุท่ีทำข้ึนใช้งานโดยท่ัวไปนั้นมีท้ังท่ีใหญ่กว่าหรือเล็กกว่าแผ่นธาตุมาตรฐาน จำนวนแผ่น ตะก่ัวในแผ่นธาตุแต่ละชุดจึงสามารถใช้กำหนดความจุของแบตเตอรี่อย่างคร่าว ๆ ได้ ระยะว่างระหว่างแผ่น ธาตทุ ปี่ ระกอบเข้าด้วยกันเป็นแผน่ ธาตปุ ระมาณ 1/8 นว้ิ 5. น้ำยาแบตเตอร่ี (Electrolyte) 5.1 ส่วนประกอบ น้ำยาแบตเตอร่ีเป็นของเหลวท่ีเป็นตัวนำไฟฟ้าและแตกตัวทางเคมีเม่ือกระแสไฟฟ้า ไหลผ่าน นำ้ ยาแบตเตอร่ใี นแบตเตอรีแ่ บบตะกั่ว-กรด มคี วามถ่วงจำเพาะ 1.280 ซงึ่ หมายความว่าหนักกวา่ น้ำ 1.280 เท่า น้ำยาแบตเตอรี่ประกอบด้วยน้ำกรดกำมะถันบริสุทธิ์หน่ึงส่วนผสมกับน้ำบริสุทธปิ์ ระมาณ สองกับ สามในส่ีส่วนโดยปริมาตร หากน้ำยาแบตเตอร่ีมีส่ิงแปลกปลอมเพียงเล็กน้อย ด้วยการใช้น้ำท่ีไม่บริสุทธ์ิผสม กบั กรดกำมะถันจะลดประสิทธิภาพในการทำปฏกิ ริ ิยา และทำให้แบตเตอร่ีมปี ระสิทธภิ าพด้อยลง 5.2 ความถ่วงจำเพาะ ความถ่วงจำเพาะคือสัดส่วนของน้ำหนักของวัตถุหรือสารใด ๆ ที่มีปริมาตร เท่ากับน้ำบริสุทธิ์ท่ีอุณหภูมิ 39F (4C) ความถ่วงจำเพาะของกรดกำมะถันอยู่ที่ 1.835 หรือมีน้ำหนัก มากกว่าน้ำ 1.835 เท่า น้ำยาแบตเตอรี่เป็นส่วนผสมของน้ำกับกรดกำมะถัน ความเข้มข้นของกรดกำมะถัน ในน้ำยาแบตเตอรี่จะเปลี่ยนแปลงตามระดับของประจุไฟฟ้า การเปล่ียนแปลงดังกล่าวช่วยให้สามารถวัด ปริมาณของประจุไฟฟ้าในแบตเตอร่ีได้ แบตเตอรี่ที่มีประจุไฟฟ้าเต็มน้ำยาแบตเตอรี่จะมีความถ่วงจำเพาะ

ห น ้ า | 21 1.280 ท่ีอุณหภูมิ 80F(26.6C) การใช้งานแบตเตอร่ีในสภาพภูมิอากาศหนาวจะต้องปรับแต่งส่วนผสมของ นำ้ ยาแบตเตอรใ่ี หม้ คี า่ ความถ่วงจำเพาะสูงข้ึน ส่วนการใช้งานแบตเตอรี่ในสภาพภูมิอากาศร้อนจะต้องปรับส่วนผสมให้ค่าความ ถ่วงจำเพาะต่ำลง 5.3 การใชง้ านในสภาพภูมอิ ากาศร้อน (1) เมอ่ื แบตเตอร่ถี ูกใช้งานในสภาพภูมิอากาศร้อน ควรใช้นำ้ กล่ันผสมนำ้ ยาแบตเตอรเ่ี พอื่ ค่าปรบั ความ ถว่ งจำเพาะใหอ้ ยู่ระหว่าง 1.2 กบั 1.225 เม่อื มปี ระจไุ ฟฟา้ เตม็ (2) ในสภาพภูมิอากาศร้อน น้ำยาแบตเตอร่ีจะทำปฏิกิริยาได้ดีกว่าและเมื่อทำให้มีความเข้มข้นน้อย กวา่ ชว่ ยให้แผน่ ธาตแุ ละแผ่นค่นั ไดร้ บั ความเสยี หายนอ้ ยและมีอายกุ ารใชง้ านได้นาน (3) เม่ือน้ำยาแบตเตอร่ีถูกทำให้เจือจางลงสำหรับใช้ในสภาพภูมิอากาศร้อน ให้ทำป้ายผูกหม้อ แบตเตอรี่ไว้ เพื่อแสดงค่าความถ่วงจำเพาะเม่ือมีประจุไฟฟ้าเต็ม และให้ใช้สีขาวระบายทำเครื่องหมายวงกลม ขนาด 1 น้ิว ที่ด้านบนของหมอ้ แบตเตอรีด่ ้วย สำหรบั แบตเตอร่ที ี่ไม่ได้ใช้ในทางทหารอาจมแี ถบตะกั่วทีเ่ ชอื่ ม ระหว่างเซลเผยให้เห็นอยู่ด้านบน ให้ทาสีขาวที่ส่วนน้ีเพ่ือแสดงให้ทราบว่าได้ปรับความถ่วงจำเพาะน้ำยา แบตเตอร่ีให้สำหรับใช้ในสภาพภูมิอากาศร้อนแล้ว และต้องปรับเปลี่ยนให้น้ำยาแบตเตอรี่มีความเข้มข้น เหมือนเดิม เมือ่ ส่งแบตเตอร่หี ม้อเดยี วกนั นีก้ ลบั ไปใชใ้ นสภาพภูมิอากาศหนาว 6. เปลอื กหม้อแบตเตอร่ี 6.1 เปลือกหม้อแบตเตอร่ีเป็นส่วนรองรับบรรดาเซลทั้งหลาย เพื่อรวมกันเป็นแบตเตอร่ีเปลือกหม้อ แบตเตอร่ีทำด้วยยางแข็ง หรือพลาสติกโพลีโพรพีลีน(Polypropylene) ท่ีทนต่อการกัดกร่อนของกรดและ ทนทานต่อความส่ันสะเทือน แบตเตอร่ีรถยนต์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลสามเซลหรือหกเซลอยู่ในหม้อเดียว (ภาพ 12-5) แผ่นธาตุชุดหนึ่งพร้อมน้ำยาแบตเตอร่ีที่มีปริมาณมากพอสำหรับท่วมแผ่นธาตุจะถูกบรรจุอยู่ใน เซลแตล่ ะช่อง 6.2 ที่ส่วนกน้ หมอ้ แบตเตอรี่จะหลอ่ เปน็ แนวสนั แข็งให้รองรับแผน่ ธาตุไว้ ส่วนเป็นช่องด้านลา่ งให้รองรับ เศษวัสดุทำปฏิกิริยา ที่ร่วงหล่นออกจากแผ่นธาตุในระหว่างอายุใช้งานของแบตเตอรี่โดยเศษวัสดุเหล่านี้จะ กองรวมกันอย่ใู นชอ่ งด้านลา่ ง ซง่ึ พน้ แผน่ ธาตลุ งมาและจะไม่ทำให้เกิดการลดั วงจรระหวา่ งแผ่นธาตุ 7. แผ่นปดิ ด้านบน ในการทำแบตเตอร่ีเมื่อบรรจแุ ผ่นธาตลุ งหม้อแบตเตอร่ีแล้วจะเช่ือมต่อแผน่ ธาตุของแต่ ละเซลในลักษณะของวงจรอนุกรมด้วยวิธีหลอมตะก่ัว แล้วผนึกด้านบนด้วยยางแข็งที่มีช่องให้ขั้วแบตเตอร่ีสอง อันโผล่พ้นข้ึนมา โดยมีช่องเติมน้ำยาแบตเตอร่ีและจุกปิดท่ีมีรูระบายอากาศสำหรับเซลแต่ละเซล จุกปิดท่ีมีรู ระบายอากาศจะช่วยให้แกส๊ ท่ีเกิดขึ้นระหว่างการประจุแบตเตอร่ีระบายออกในขณะเดียวกันกช็ ่วยป้องกนั ไม่ให้ นำ้ ยาแบตเตอรี่กระฉอกออกข้างนอกได้การเตมิ นำ้ ยาแบตเตอร่หี รือน้ำกลนั่ ก็ทำได้โดยเปิดจุกปิดออก

ห น ้ า | 22 ภาพ 12-5 โครงสรา้ งหมอ้ แบตเตอร่ี ตอนท่ี 2 หลกั การทำงาน PRINCIPLES OF OPERATION 12-3. กล่าวทว่ั ไป เม่ือเซลมีประจุไฟฟ้าเต็ม แผ่นธาตุลบจะเป็นตะกั่วพรุน, แผ่นเพลทบวกจะเป็นตะก่ัวเปอร์ออกไซด์ และน้ำยาแบตเตอร่ีจะมีปริมาณกรดกำมะถันสูงสุด ท้ังแผ่นธาตุลบและแผ่นเพลทบวกมีความพรุนมากและ พร้อมท่ีจะทำปฏกิ ิรยิ ากับกรด เซลในสภาพเชน่ น้ผี ลติ พลังงานไฟฟา้ ด้วยการทำปฏกิ ริ ยิ าทางเคมี 12-4. การจ่ายประจุ (Discharge) ถ้าข้ัวท้ังสองของแบตเตอรี่ถูกต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้า เซลจะจ่ายประจุเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้า(ภาพ 12-6) ขบวนการทางเคมีที่เกิดข้ึนในระหว่างการจ่ายประจุ จะเปล่ียนตะกั่วธรรมดาของแผ่นธาตุลบ และตะกั่วเปอร์ ออกไซด์ของแผ่นเพลทบวก ให้เป็นตะกั่วซัลเฟตและกรดกำมะถันจะเจือจางลงโดยเปลี่ยนเป็นน้ำ ที่น้ำยา แบตเตอร่ีเจือจางลงระหว่างการจ่ายประจุเพราะว่ากรดกำมะถันทำปฏิกิริยากับแผ่นตะก่ัวทำให้ความเป็นกรด ลดลง ในขณะเดียวกันท่ีความเป็นน้ำเพ่ิมขึ้น หากยังมีหากมีการจ่ายประจุไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องไปเร่ือย ๆ ใน ที่สุดแผ่นธาตุลบ และแผ่นเพลทบวก จะเปล่ียนเป็นตัวก่ัวซัลเฟตทั่วทั้งแผ่น ส่วนสารละลายกรดกำมะถันก็จะ กลายเปน็ นำ้ เกือบจะทงั้ หมด เมอ่ื ถงึ จดุ นี้แบตเตอรกี่ จ็ ะหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้า

ห น ้ า | 23 12-5. การประจุไฟ (Charge) 1. ปฏิกิริยาทางเคมีท่ีเกิดขึ้นในระหว่างการประจุไฟ ต้องต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกเข้า กับข้ัวแบตเตอร่ี ซึ่งจะทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีในทางตรงกันข้ามกับการจ่ายประจุ โดยจะทำให้แผ่นเพลทบ วกกับแผ่นเพลทลบ และนำ้ ยาแบตเตอร่กี ลับไปอย่ใู นสภาพเดิมเหมือนกับตอนทม่ี ีประจุเต็ม เมอ่ื ซัลเฟตทั้งหมด ที่เกิดกับแผ่นเพลทกลับไปเป็นกรดกำมะถันในน้ำยาแบตเตอรี่เหมือนเดิมเซลก็มีประจุไฟฟ้าเต็มและพร้อม สำหรับการจ่าย

ห น ้ า | 24 ประจุต่อไป ควรอัดประจุให้แบตเตอรี่ก่อนท่ีแผ่นเพลทจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วซัลเฟตทั่วทั้งแผ่น ภาพ 12-6 แสดงขบวนการทางเคมีของการจ่ายประจแุ ละการประจุไฟ 2. การทำงานของน้ำยาแบตเตอร่ี การอดั ประจุไฟให้กับแบตเตอรี่จะต้องใชไ้ ฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หาก มีเพียงไฟฟ้ากระแสสลับก็อาจใช้ชุดมอเตอร์-เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าหรือใช้เคร่ืองอุปกรณ์แปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (Rectifier) ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงเสียก่อน ในการประจุไฟ สายบวกของวงจรประจุไฟต้องต่อกับขั้วบวก(+) และสายลบต้องต่อกับข้ัวลบ(-) ของแบตเตอรี่เสมอ และต้องเติมเซลด้วยน้ำกล่ันให้ได้ระดับท่ีถูกต้องก่อนทำ การประจุไฟ 3. ความจุ บรรดาแบตเตอร่ีท้ังหลายนั้นจะมีอัตราความจุ ซ่ึงเป็นอัตราที่ได้จากความสามารถของ แบตเตอรี่ในการจ่ายกระแสไฟฟ้าในสภาพที่กำหนดเป็นแอมแปร์-ชม. ความจุของแบตเตอรี่เป็นปริมาณ กระแสไฟฟ้าซ่ึงมีหน่วยเป็นแอมแปร์ที่จ่ายออก คูณด้วยจำนวนช่ัวโมงที่แบตเตอรี่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าใน อัตรานั้นได้ และความจุที่เป็นแอมแปร์-ชม.น้ัน จะข้ึนอยู่กับอัตราในการจ่ายกระแสไฟฟ้าดว้ ย โดยแบตเตอร่ี หม้อหน่ึง ที่จ่ายกระแสไฟฟ้านานด้วยปริมาณกระแสไฟต่ำ หรือปานกลางจะมีจำนวนแอมแปร์ -ชม. มากกว่า แบตเตอร่ีท่ีจ่ายกระแสด้วยปริมาณสูงในระยะเวลาส้ัน ๆ หรือจ่ายกระแสไฟฟ้าออกอย่างต่อเนื่อง ท้ังน้ีเป็น เพราะแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะตกเร็วเมื่อต้องจ่ายกระแสไฟฟ้าในปริมาณสูง เมื่อใช้งานแบตเตอร่ีในสภาพ ภูมิอากาศหนาวเย็น แบตเตอร่ีจะมีประสิทธิภาพตำ่ กวา่ เมื่อใช้งานในสภาพภูมิอากาศร้อน ที่อุณหภูมิ 0F(- 18C) แบตเตอรี่จะมีประสิทธิภาพในการหมุนเคร่ืองยนต์ได้เพียงประมาณ 40% ของประสิทธิภาพในการใช้ งานท่ีอุณหภูมิ 80F(27C) ในกรณีฉุกเฉินหากใช้แบตเตอร่ีจ่ายกระแสไฟฟ้าดว้ ยอตั ราสูง แล้วรีบอัดประจุไฟ คืนให้แบตเตอร่ีในทันทีจะทำให้แบตเตอร่ีเสียหายบ้างเล็กน้อย แต่หากปล่อยให้แบตเตอร่ีอยู่ในสภาพท่ีหมด ประจไุ ฟฟา้ ไว้เปน็ เวลานาน แบตเตอรก่ี ็จะเสือ่ มลง ------------------------------

ห น ้ า | 25 ตอนที่ 3 แบบของแบตเตอร่ี TYPES OF BATTERIES 12-6. แบตเตอรแี่ บบจ่ายทน (Deep-Cycle Battery) แบตเตอร่ีแบบจ่ายทนเป็นแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาให้จ่ายกระแสไฟฟ้าได้นาน แบตเตอร่ีประเภทนี้ต้อง สามารถประจุไฟได้เร็ว เป็นแบตเตอร่ีท่ีใช้กับรถยก(Folklifts)(หรือรถใด ๆ ท่ีใชพ้ ลังไฟฟ้าจากแบตเตอร่ี) อาจ เป็นแบตเตอรี่แบบนิกเกิล-แคด เมี่ยม หรือ แบบตะก่ัว-กรด ก็ได้ แต่เป็นเพราะว่าแบตเตอร่ีแบบนิกเกิล-แค ดเมี่ยม มีราคาแพงเป็น 16 เท่า ของแบตเตอรี่แบบตะก่ัว-กรด แบตเตอร่ีแบบนิกเกิล-แคดเมี่ยม จึงถูก นำมาใช้งานเฉพาะในกรณีที่เปน็ การลงทุนที่คุ้มค่ากับอายกุ ารใชง้ านท่ียาวนานมากเป็นพเิ ศษ สำหรับแบตเตอร่ี ตะกั่ว-กรดนนั้ มแี บบพ้ืนฐานแตกต่างกนั อย่สู ่แี บบ 1. แบตเตอร่ีหมุนเคร่ืองยนต์, ให้แสงสว่างและใช้ในการจุดระเบิด (Start Lighting And Ignition(SLI)) เป็นแบตเตอร่ีท่ีได้รับการออกแบบมาสำหรับใช้ในการสตาร์ทเคร่ืองยนต์ ใช้ให้แสงส่องสว่าง และใช้ในระบบ จุดระเบิดท่ีสามารถให้กำลังออก(Power Out Put) ได้สูงภายในห้วงเวลาส้ัน ๆ แบตเตอร่ีแบบน้ีให้พลังงาน น้อยกว่าแบตเตอร่ีแบบจ่ายทน และจะมีอายุการใช้งานในการจ่ายประจุมากหรือจ่ายประจุหมด(Deep Discharge) น้อยกว่า 100 ครั้ง เพราะว่ามีแผ่นเพลทบางกว่า เป็นแบตเตอร่ีที่เหมาะสำหรับรถยนต์เพราะมี น้ำหนักเบาและให้กำลังออก(กำลังต่อน้ำหนักเป็นปอนด์) มากกว่าแบตเตอร่ีแบบจ่ายทน อายุการใช้งานของ แบตเตอร่ี SLI ในการใช้งานตามปกติสำหรับรถยนต์น้ัน อาจจ่ายประจุน้อย(Shallow Discharge) ได้ มากกว่า 5,000 ครั้ง (การจา่ ยประจุนอ้ ยหมายถงึ การใช้หมนุ เครอ่ื งยนต์แลว้ อัดประจไุ ฟคืนทนั ที) 2. แบตเตอร่ีรถกอล์ฟ(Golf Cart Battery) แบตเตอรี่รถกอล์ฟต้องสามารถจ่ายกระแสในปริมาณสูงอย่าง ตอ่ เนอื่ งได้ในระยะเวลาท่ีคอ่ นขา้ งนาน ในขณะเดยี วกนั แบตเตอรีแ่ บบน้ตี อ้ งจา่ ยกำลังไฟฟา้ ออกสงู และน้ำหนัก ค่อนข้างเบา แบตเตอร่ีรถกอล์ฟใช้แผ่นเพลทหนากว่าของแบตเตอร่ี SLI และสามารถจ่ายประจุหมด(Deep Discharge) ได้ประมาณ 200 ถึง 400 ครั้ง 3. แบตเตอรี่ก่ึงอุตสาหกรรม(Semi-Industrail Battery) แบตเตอร่ีก่ึงอุตสาหกรรมมีแผ่นเพลทหนากว่า และใหญก่ ว่าแบตเตอร่รี ถกอลฟ์ และสามารถจ่ายประจหุ มดไดป้ ระมาณ 500 ถึง 1,000 ครั้ง 4. แบตเตอร่ีอุตสาหกรรม(Industrail Battery) แบตเตอรี่แบบน้ีส่วนใหญ่ใช้เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า สำหรับรถใช้ไฟฟ้า ที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม ความสำคัญของแบตเตอรี่แบบน้ีจะอยู่ท่ีอายุการใช้งานกับ ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้า ในบางครัง้ แบตเตอรอี่ ตุ สาหกรรมจะใช้เพลทแบบแทง่ กลมแทนท่ีจะเปน็ แบบแผ่น จากการออกแบบของแบตเตอรี่แบบน้ีจะช่วยให้สามารถจ่ายประจุหมดด้วยกำลังออกต่ำได้มากถึง 2,000 ครั้ง ในระหวา่ งอายกุ ารใชง้ าน ซึ่งเปน็ แบตเตอรท่ี ่มี ีลกั ษณะใหญแ่ ละหนักมาก 12-7. แบตเตอรีน่ ิกเกิล-แคดเม่ียม (Nicle-Cadmium Batteries) 1. กล่าวทั่วไป แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมี่ยม ท่ีใช้ด่างเป็นน้ำยาแบตเตอรี่เคยได้รับการพิจารณาและ ทดสอบประสิทธภิ าพกนั อยา่ งกว้างขวางสำหรับใชก้ บั รถถงั -รถยนต์ แบตเตอร่ีแบบนใี้ ช้สารประกอบนกิ เกลิ กับ แคดเม่ียมเป็นวัสดุทำปฏิกิริยา และใช้โปแตสเซี่ยมไฮดรอกไซด์เป็นน้ำยาแบตเตอร่ี แบตเตอร่ีแบบน้ีมีแบบ พ้ืนฐานอยู่ด้วยกันสองแบบ แบบหน่ึงเรียกว่า Pocket-plate และอีกแบบหนึ่งเรียกว่า Sintered-plate นอกจากน้ีหม้อแบตเตอร่ีแบบนิกเกิล-แคดเม่ียม ยังมีทั้งแบบที่ทำให้เซลมีรูระบายอากาศและแบบเซลถูกผนึก อย่างมดิ ชิด แบตเตอร่ีนกิ เกิล-แคดเมีย่ ม แบบ Sintered-plate ทเ่ี ซลมีรรู ะบายอากาศเป็นแบบที่นยิ มใช้ในทาง ทหารเพราะว่าสามารถจ่ายกระแสได้สูงในย่านอุณหภูมิท่ีกว้าง ด้วยเหตุนี้คำอธิบายเก่ียวกับแบตเตอร่ีนิกเกิล- แคดเม่ียม จะกล่าวถึงแบตเตอรี่นิกเกลิ -แคดเมีย่ มแบบ Sintered-plate เป็นส่วนใหญ่ ขอ้ แตกต่างพ้ืนฐานส่วน ใหญ่ระหว่างแบตเตอรน่ี ิกเกลิ -แคดเม่ยี มแบบ Pocket-plate กับแบบ Sintered-plate อยทู่ ใี่ นแบบ Pocket-

ห น ้ า | 26 plate นั้นวัสดุทำปฏิกิริยาของเพลทถูกอัดอยู่ในแผ่นเหล็กท่ีมีรูพรุน ส่วนแบบ Sintered-plate วัสดุทำ ปฏิกิริยาถูกทำให้เกาะหุ้มรอบซ่ีของแผ่นตะแกรง แม้ว่าการทำ แบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเมี่ยม แบบ Sintered- plate จะมีราคาแอมแปร์ตอ่ ชั่วโมงแพงกว่าแบบ Pocket-plate แต่ก็มีประสิทธิภาพในการใช้งานสูงและไม่ลด ความจมุ ากท่ีอุณหภมู ติ ำ่ จึงมคี ุณสมบตั ิเหมาะสำหรบั ใช้ในทางทหาร 2. โครงสร้าง 2.1 แผ่นเพลทของแบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเมี่ยมแบบ Sintered-plate มีส่วนประกอบสามส่วน ส่วนประกอบแรกคือแผ่นตะแกรงโลหะทำหน้าท่ีรวบรวมกระแสไฟฟ้า แผ่นตะแกรงน้ีอาจทำด้วยนิกเกิล บริสุทธ์ิท่ีดึงยืดเป็นแผ่นตะแกรง, ทำเป็นแผ่นพรุน หรือ ใช้ลวดเหล็กกล้าชุบนิกเกิลสานเป็นตะแกรงก็ได้ ส่วนประกอบท่ีสองเป็นผงละเอียดของนิกเกิลที่ทำให้พอกจับรอบซ่ีตะแกรงโดยทำให้มีความพรุน 80 % ส่วนประกอบท่ีสามเป็นวัสดุทำปฏิกิริยาท่ีอัดให้เข้าไปฝังแน่นอยู่ในส่วนพรุนของผงแคดเม่ียมที่พอกจับซ่ี ตะแกรง โดยวัสดุทำปฏิกิริยาของแผ่นเพลทบวกใช้เกลือของนิกเกิล ส่วนของแผ่นเพลทลบใช้เกลือของแค ดเมี่ยม 2.2 เม่ือทำแผ่นเพลทข้ึนมาได้แล้ว ชุดแผ่นเพลทท้ังสองแบบจะถูกนำมารวมกันเป็นแผ่นธาตุใน ลกั ษณะเดยี วกันกับในแบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรด โดยใช้แผ่นไนล่อน-เซลโลเฟน เป็นแผ่นค่ันระหว่างแผน่ เพลท สว่ นหม้อแบตเตอรีจ่ ะทำดว้ ยพลาสติกเหนยี วทีท่ นแรงกระแทกไดส้ งู 2.3 แผ่นเพลบวกของแบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเม่ียม ทำด้วย Ni(OH)3 และ Ni(OH)2 ส่วนแผ่นลบทำด้วย Cd(OH)2 ในระหว่างที่มีการจ่ายประจุ วาเลนซ่ีสามตัวของนิกเกิลไฮดรอกไซด์ Ni(OH)3 ในแผ่นเพลบวกจะถูก เปล่ียนเป็นวาเลนซี่สองตัว Ni(OH)2 และในระหว่างการอัดประจุหรือการชาร์จแบตเตอรี่ก็จะเกิดปฏิกิริยา ในทางตรงกนั ขา้ ม ส่วนแผ่นเพลทลบที่เปน็ โลหะแคดเมย่ี มเม่ือแบตเตอรี่มีประจไุ ฟเต็ม ก็จะเปล่ียนเป็นแคดเมี่ย มไฮดรอกไซด์ ในระหว่างการจ่ายประจุ และจะเปล่ียนกลับมาเป็นโลหะแคดเมี่ยมอีกครั้งเมื่อมีการประจุไฟ หรอื ชาร์จแบตเตอรี่ 3. คุณลกั ษณะ 3.1 จากคุณสมบตั ิที่มีความตา้ นทานภายในตำ่ ของแบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเม่ียม แบบ Sintered -plate ทำให้แบตเตอรี่แบบนี้เหมาะสมสำหรับใช้ในงานท่ีต้องการอายุการใช้งานท่ียาวนานและจ่ายกระแสได้สูงใน สภาพย่านอุณหภมู ิท่กี วา้ ง 3.2 โครงสรา้ งแผ่นเพลทแบบใหว้ สั ดุทำปฏิกิรยิ าพอกเกาะซีต่ ะแกรง (Sintered-plate) ในแผ่นเพลทบ วกและแผ่นเพลทลบของแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเม่ียมแบบนี้ สามารถทำให้บางได้มากถึง 0.02 น้ิว ซึ่งช่วยให้ สามารถมีแผ่นเพลทบรรจุในช่องเซลได้มากและมีระยะว่างระหว่างแผ่นเพลท น้อยกว่า ความต้านทานภายใน ของเซลแบบ Sintered-plate จงึ มีเพยี งแค่คร่ึงเดยี วของแบบ Pocket-plate 3.3 ความถ่วงจำเพาะของสารละลายโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ จะไม่มีการเปล่ียนแปลงในระหว่างการ อัดประจุและการคายประจุ ท้ังน้ีเป็นเพราะว่าน้ำยาแบตเตอรี่ไม่ต้องทำปฏิกิริยาใด ๆ กับแผ่นเพลทบวกและ แผ่นเพลทลบ เหมือนกับกรดกำมะถันในแบตเตอรี่แบบตะก่ัว-กรด ด้วยเหตุน้ีค่าความถ่วงจำเพาะของน้ำยา แบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเม่ียม จะไม่สามารถบอกปริมาณประจุของแบตเตอร่ีได้ แรงเคล่ือนของเซลแบตเตอรี่ นิกเกลิ -แคดเมี่ยมที่มีประจุเต็มมีประมาณ 1.3 โวลท์ และใน อตั ราการจ่ายประจุปกตินนั้ แรงเคลื่อนเฉล่ียจะอยู่ ท่ี 1.2 โวลท์ สว่ นแรงเคล่ือนทใ่ี กลห้ มดประจุจะอยู่ที่ 1.1 โวลท์ 3.4 จากความจริงท่ีว่า น้ำยาแบตเตอรี่ทำหน้าที่เสมือนตัวนำไฟฟ้านั้น ทำให้มีข้อดีหลายอย่าง ประการแรกในระหว่างการประจุไฟจะมีการเกิดแก๊สน้อยมาก ยกเว้นเมื่อประจุไฟมากเกินไป ส่วนในระหว่าง การจ่ายประจุจะไม่มีการเกิดแก๊สเลย ดังนั้นจึงแทบไม่มีการสูญเสียน้ำเลย ข้อดีอีกประการหนึ่งคืออัตรา การจ่ายประจุภายในตัวเองต่ำมาก โดยสามารถปล่อยท้ิงไว้เฉย ๆ นานถึงหน่ึงปีก็ยังมีประจุไฟฟ้ามากถึง 70 % ของประจุเต็มเดิม ข้อดีอ่ืน ๆ ของแบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเม่ียม ก็คือจะอัดประจุได้ที่ย่านอุณหภูมิต่ำมากถึง -

ห น ้ า | 27 40F โดยจะมีการทำให้อุ่นได้ในตัวเอง ส่วนท่ีย่านอุณหภูมิต่ำมากกวา่ -40F น้ำยาแบตเตอร่ีจะแข็งเป็นวุ้น ทำใหเ้ กดิ ปฏิกริ ิยาได้ช้า 3.5 คุณลักษณะสุดท้ายสองประการในตารางที่ 12-1 แสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะท่ีพึงปรารถนามาก ที่สุดและไม่พึงปรารถนามากท่ีสุดของแบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเมี่ยม คุณลักษณะที่พึงปรารถนาก็คือ ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าสำหรับหมุนมอเตอร์ตดิ เคร่ืองยนตใ์ นสภาพอุณหภูมิตำ่ และคุณลักษณะ ท่ีไม่พึงปรารถนาก็คือมีราคาสูงมาก แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมี่ยมมีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่แบบตะก่ัว-กรด ประมาณ 35 เท่า แบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเม่ียมจึงเหมาะสำหรับสภาพการใช้งานบางอย่างที่คุ้มค่ากับการท่ีมี อายุการใช้งานยาวนานและให้สมรรถนะสูงเท่าน้ัน นอกจากนี้แบตเตอร่ีนิกเกิล-แคดเมี่ยมยังทำจากโลหะที่หา ยากในระหว่างเกิดสงครามอีกดว้ ย ตาราง 12-1 การเปรียบเทียบแบตเตอรี่ตะกัว่ -กรด กับ นกิ เกลิ -แคดเม่ียม รายการ ตะกั่ว-กรด นกิ เกลิ -แคดเมยี่ ม นำ้ หนักแบตเตอร,่ี ปอนด์ 70 70 จำนวนเซล 6 10 แรงเคล่ือน 12 12 แอมป-์ ชม.(ในอตั รา 5 แอมป)์ 100 70 ความสามารถในการหมนุ เครอ่ื งยนต์ท่ี -40F ดว้ ยเวลานอ้ ยที่สดุ , ที่ 300 แอมแปร์ 1.25 5.5 ราคาในการจัดซือ้ $25 $1,000 (จากเอกสารของรฐั บาลสหรฐั ฯ) 4. คณุ ลักษณะในการใชง้ าน ภาพ 12-7 แสดงการเปรยี บเทยี บสมรรถนะในการจา่ ยประจรุ ะหว่าง แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมยี่ ม กับแบตเตอรี่ตะก่วั -กรด ซ่ึงแสดงให้เห็นคณุ ลกั ษณะในการจ่ายประจุของ แบตเตอร่ีตะกั่ว-กรดกับแบตเตอร่นี ิกเกลิ -แคดเม่ยี ม ขนาด 34 แอมแปร-์ ชม. 24 โวลท์ นาน 1 ชม. ดว้ ย อตั ราการจ่ายกระแส 30 แอมแปร์ จากเสน้ กรา๊ ฟจะเหน็ คุณลกั ษณะสำคัญของแบตเตอรน่ี กิ เกลิ -แคดเม่ียม ว่า สามารถรกั ษาแรงเคลือ่ นได้ค่อนข้างคงท่เี กือบ 90% ของการ จา่ ยประจุทัง้ หมด จากลกั ษณะเช่นนี้ รวมกบั ความสามารถในการประจไุ ฟทอี่ ณุ หภูมติ ำ่ ทำใหแ้ บตเตอร่ีนกิ เกลิ -แคดเมีย่ ม จะกลายเป็นคู่แข่งสำคัญ สำหรบั การใช้งานในภาคอตุ สาหกรรมหนกั ภาพ 12-7 กราฟแสดงการเปรียบเทียบสมรรถนะในการจ่ายประจุ

ห น ้ า | 28 12-8. แบตเตอร่แี บบไม่ตอ้ งเติมน้ำกลั่น (Maintenance-Free Battery) 1. กล่าวท่ัวไป การพัฒนาอีกอย่างหน่ึงของแบตเตอรี่ที่เหมาะสำหรับใช้กับยานยนต์ทางทหารคือ แบตเตอร่ีแบบไม่ต้องเติมน้ำกลั่นที่ขณะนี้มีใช้อยู่กับรถยนต์ของพลเรือนแล้ว หม้อแบตเตอรี่แบบน้ีถูกผนึก อย่างมิดชิด แบบที่ไม่ต้องมีการเติมน้ำกรดน้ำกล่ันเลย ข้อแตกต่างที่สำคัญของแบตเตอร่ีแบบน้ีกับแบตเตอร่ี แบบเก่าอยู่ตรงท่ีในการผลิตไม่ใช้โลหะพลวง (Antimony) ผสมกับตะกั่วให้มีความแข็งแรงสำหรับใช้ทำซี่ ตะแกรงหรอื แผน่ โครงของแผ่นเพลท 2. คุณลักษณะ เนื่องจากซี่ตะแกรงโครงแผ่นเพลทท่ีทำดว้ ยโลหะตะกั่วบริสุทธไ์ิ ม่แข็งแรงมากพอที่จะรักษา รูปทรงไว้ขณะใช้งาน โลหะชนิดอ่ืนจึงถูกผสมเข้ากับตะก่ัวเพื่อช่วยทำให้โครงแผ่นเพลทมีความแข็งแรง แต่ ผลกระทบของการผสมด้วยโลหะชนิดอื่นทำให้แบตเตอรแ่ี บบเกา่ สูญเสยี น้ำมากระหว่างวงรอบการประจไุ ฟและ การจ่ายประจุ เน่ืองจากในระหว่างการทำปฏิกิริยาน้ำจะแตกตัวเป็นแก๊สออกซิเจนกับไฮโดรเจน สำหรับใน แบตเตอรี่แบบไม่ต้องเติมน้ำกล่ันน้ี ไดร้ ับการออกแบบใหม่โดยใช้แคลเซี่ยมเป็นส่วนผสมแทนโลหะชนิดอ่ืนเพ่ือ ช่วยทำให้โครงแผ่นเพลทมีความแข็งแรง ผลที่ได้รับตลอดอายุการใช้งานของแบตเตอร่ีจะมีการสูญเสียน้ำน้อย มาก ข้อดีอ่ืน ๆ ของแบตเตอร่ีแบบผนึกอย่างมิดชิดนี้ก็คือจะไม่มีน้ำกรดร่ัวออกมากัดกร่อนขั้วแบตเตอร่ี แต่ อย่างไรก็ตามเน่ืองจากจะต้องเติมน้ำกรดและผนึกแบตเตอรี่ในขั้นตอนการผลิตจากโรงงาน หากนำมาใช้ ในทางทหาร ก็จะมีปัญหาในการอัดประจุเพื่อรักษาสภาพของแบตเตอร่ีในระหว่างการเก็บรักษาเพื่อรอ แจกจ่ายในระบบส่งกำลังของทางทหาร เนื่องจากยังมีความล่าช้าในการขนส่งสำหรับระยะทางท่ีไกล แบตเตอรแ่ี บบนจ้ี งึ ไมค่ อ่ ยจะไดร้ ับความนยิ มหลังจากที่ไดผ้ ลติ ขนึ้ มาจำหนา่ ยในระยะแรก ๆ 12-9. แบตเตอรีแ่ บบอ่นื ๆ (Other Storage Batteries) 1. กล่าวทัว่ ไป แมว้ า่ แบตเตอรีต่ ะกั่ว-กรด และแบตเตอรีน่ ิกเกลิ -แคดเม่ยี ม ไดร้ ับความสนใจมากทสี่ ดุ แต่ กย็ งั มีแบตเตอรี่อกี หลายแบบเชน่ แบตเตอรีน่ กิ เกลิ -เหลก็ , นกิ เกลิ -สังกะส,ี เงิน-สังกะสี และเงนิ -แคดเมีย่ ม 2. แบตเตอร่ีนิกเกิล-เหล็ก แบตเตอร่ีแบบนี้มีโครงสร้างเทอะทะ ได้เคยถูกนำมาใช้งานในรถไฟฟ้าของ วงการอตุ สาหกรรมและในรถไฟอย่หู ลายปี และมีใชอ้ ย่อู ย่างจำกัดในรถถังบางแบบ เปน็ แบตเตอร่ีทมี่ ีอายุการ ใช้งานนานและเชื่อถือได้ แต่มีข้อเสียตรงที่ต้องประจุไฟด้วยแรงเคลื่อนท่ีสูงกว่ามาก และจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ ไมด่ ีเม่อื ใชง้ านในสภาพอุณหภมู ติ ่ำ 3. แบตเตอร่ีนิกเกิล-สังกะสี แบตเตอรี่แบบน้ีเพิ่งจะได้รับความสนใจเมื่อไม่ก่ีปีมานี้ ยังเป็นแบตเตอร่ีที่ อยู่ในข้ันตอนของการพัฒนา ปัญหาที่จะต้องปรับปรุงให้ดีข้ึนคือแผ่นเพลทนิกเกิลมีความจุน้อย, การ เสื่อมสภาพแผ่นค่ัน และอายุการใชง้ านของสังกะสีน้อยไป แต่หากมีการปรับปรุงเพิม่ เติมแล้วแบตเตอร่ีแบบนี้ อาจกลายมาเปน็ คูแ่ ข่งของแบตเตอรีเ่ งนิ -สงั กะสี ในการใชง้ านหลายอย่าง 4. แบตเตอรี่เงิน-สังกะสี แบตเตอรี่แบบนี้เป็นแบตเตอรี่ท่ีมีสมรรถนะดีท่ีสุดท่ีมีอยู่ในขณะน้ี เป็น แบตเตอร่ีที่ได้รับการออกแบบให้สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าได้มากถึง 40 ถึง 55 วัตต์-ชม.ต่อน้ำหนักหน่ึง ปอนด์ และใหอ้ ัตราการจ่ายประจุสงู และแรงเคลื่อนดี ข้อเสียมากที่สดุ ก็คอื มีราคาแพง และอายุการใช้งานยัง ไม่นานพอสำหรับเป็นทยี่ อมรบั ได้ แตค่ าดว่านา่ จะได้รบั การปรับปรุงใหด้ ขี ้ึนได้ในอนาคตอันใกล้น้ี 5. แบตเตอรี่เงิน-แคดเมี่ยม แบตเตอรี่แบบนี้มีโครงสร้างเหมือนกันกับแบตเตอรี่เงิน-สังกะสี แต่มีแรง เคลอื่ นของเซลตำ่ กว่าและอัตราการจา่ ยประจุต่ำกว่า เป็นแบตเตอรี่ทม่ี ีราคาสูงเหมือนกบั แบตเตอรเ่ี งนิ -สังกะสี แตม่ อี ายุการใชง้ านดกี วา่ เนือ่ งจากใช้แคดเมีย่ ม ลักษณะการใช้งานในปจั จุบันของแบตเตอรีแ่ บบน้ีเหมอื นกับ แบตเตอรี่เงิน-สังกะสี คือใชง้ านในดาวเทียม และเป็นไปได้ทใ่ี นอนาคตจะนำมาใชก้ บั รถถัง ------------------------------

ห น ้ า | 29 ตอนท่ี 4 การใช้งานทางทหาร MILITARY APPLICATIONS 12-10. ขอ้ พิจารณาในการตดิ ต้งั แบตเตอร่ี (Battery Installation Considerations) ลักษณะในการติดตั้งของแบตเตอร่ี จะแตกต่างกันตามการออกแบบให้เหมาะสมกับลักษณะของยานยนต์ อยา่ งไรก็ตามมีลักษณะการออกแบบของแบตเตอรีบ่ างแบบที่ทำขึน้ เพ่ือให้ใช้กบั ยานยนต์ทั่วไปได้ โดยสามารถ ใช้ไดก้ บั ยานยนตส์ ายพานกบั ยานยนตล์ อ้ ได้ 1. ปกติแลว้ ควรติดต้ังแบตเตอร่ีในตำแหน่งทสี่ ะอาดและไม่มีโคลน ฝุ่น และ น้ำ ตกค้างอยู่ได้ การป้องกัน แบตเตอรจี่ ากส่ิงสกปรกดงั กลา่ ว ไมเ่ ป็นเพียงเพื่อให้เป็นประโยชน์ต่อการทำงานของแบตเตอรเี่ ท่าน้ัน ยังเป็น การช่วยป้องกันอุบัติเหตุท่ีไม่คาดคิดมาก่อน ตัวอย่างเช่น ถ้าน้ำทะเลเกิดไหลเข้ามาสัมผัสกับเพลทบวกของ แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด โดยที่เปลือกหม้อแบตเตอรี่มีรอยร้าวหรือแตกก็จะเกิดแก๊สคลอรีนซ่ึงเป็นแก๊สพิษ การ ออกแบบอย่างถูกต้องจะช่วยหลีกเล่ียงสภาพดังกล่าวได้ นอกจากน้ียังช่วยให้สามารถเข้าถึงเพ่ือทำความ สะอาดแทน่ ตดิ ตั้งแบตเตอร่ีท่ีควรทำเปน็ คร้งั คราวไดอ้ ีกด้วย 2. แบตเตอรี่ควรได้รับการติดตั้งตรงบริเวณที่สามารถทำการบำรุงรักษา และเข้าถึงได้ง่ายโดยไม่ต้องถอด ส่วนอนื่ ออกก่อน หากเป็นไปได้ควรทำแผ่นปิดห้องแบตเตอรี่เป็นแบบติดบานพับและใช้กลอนแบบปลดได้เร็ว ห้องแบตเตอร่ีจำเป็นต้องมีช่องวา่ งมากพอสำหรับให้ช่างที่ใส่ชุดกันหนาวหนาแบบที่ใชใ้ นสภาพภูมิอากาศแบบ อาร์คติก สามารถเข้าถงึ เพื่อถอดและเปลย่ี นแบตเตอรี่ได้ นอกจากนีส้ ่วนบนหอ้ งแบตเตอรี่ ก็ควรมีช่องว่างมาก พอสำหรับเข้าไปตรวจนำ้ ยาแบตเตอรแี่ ละเตมิ นำ้ กล่นั ได้ 3. ห้องแบตเตอรี่ควรได้รับการออกแบบให้ป้องกันแก๊ส ที่เกิดระหว่างการประจุไฟ ระเหยเข้าไปในรถ และห้องโดยสารได้ แก๊สเหล่าน้ีไดแ้ ก่แก๊สออกซิเจนและไฮโดรเจน ซึ่งติดไฟและเกิดการระเบดิ ได้ ดังน้ันห้อง แบตเตอรี่ต้องมีการระบายถ่ายเทอย่างเพียงพอ เพ่ือให้แก๊สทั้งหมดแพร่กระจายออกไปได้ ช่องระบายยังช่วย ไม่ให้อณุ หภมู ิข้นึ สูงมากเมื่อใชง้ านในสภาพภมู ิอากาศร้อน 12-11. ลักษณะการติดตัง้ แบตเตอร่ี (Battery Installation Configurations)(ภาพ 12-8) 1. กล่าวทั่วไป ปจั จุบันรถถังและรถยนต์ โดยท่ัวไปแล้วจะใช้แบตเตอร่มี ากกว่าหน่ึงหม้อ โดยมีเหตุผลอยู่ สองประการ 1.1 เนื่องจากแบตเตอรี่มาตรฐานหม้อหนึ่งมีแรงเคล่ือน 12 โวลท์ แบตเตอร่ีสองหม้อจึงให้แรงเคลื่อน ได้ 24 โวลท์ ซ่งึ ตรงตามขอ้ กำหนดของยานยนต์ทางทหาร 1.2 แบตเตอรี่เพ่ิมเติมอาจมีความจำเป็น เพ่ือให้สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้มากตามลักษณะของ ยานยนตท์ างทหารเฉพาะแบบ 2. แบตเตอรี่ 12 โวลท์ สองหม้อต่อแบบอันดับ การต่อแบตเตอร่ีสองหม้อแบบอันดับจะเพิ่มแรงเคล่ือน ของแบตเตอร่ีท้ังสองหม้อเข้าด้วยกันเป็น 24 โวลท์ ให้สังเกตว่าปริมาณกระแสไฟฟ้าที่จ่ายออกได้น้ันยังคง เทา่ กบั แบตเตอร่ีหมอ้ เดียว 3. แบตเตอรี่ 12 โวลท์ ต่อ อันดับ-ขนาน โดยนำแบตเตอร่ี 12 โวลท์ สองคู่ต่อกันแบบอันดับ(คู่ละ 24 โวลท์) แลว้ ต่อทั้งสองคู่เข้าดว้ ยกันแบบขนานกจ็ ะได้ชุดแบตเตอร่ี 24 โวลท์ ที่ใหก้ ระแสเป็นสองเท่าของความจุ แบตเตอร่ีหม้อเดียว การต่อแบตเตอรี่ในลักษณะน้ีสำหรับใช้งานหนักและให้กำลังมากเป็นพิเศษสำหรับการ หมนุ เครือ่ งยนต์ในสภาพภมู ิอากาศหนาว

ห น ้ า | 30 4. แบตเตอร่ี 12 โวลท์ หกหม้อต่อแบบอันดับ-ขนาน เป็นลักษณะการต่อท่ีประกอบด้วยแบตเตอรี่ 12 โวลท์สามคู่ที่ต่อกันแบบอันดับ แล้วต่อทั้งสามคู่เข้าด้วยกันแบบขนาน ลักษณะการต่อแบบนี้จะสามารถจ่าย กระแสไดส้ ามเท่าของความจุของแบตเตอร่ีหม้อเดียวด้วยแรงเคลื่อน 24 โวลท์ และเหมาะสำหรับการใช้งาน ที่ตอ้ งการกระแสสูงมาก รยบ.เอนกประสงค์ M151 แอมแปร/์ แบตเตอรี่ แรง รยบ.บรรทุกสมั ภาระ ชวั่ โมง เคล่ือน จำนวน กำรต่อ รถถงั M60A1 45 24 รสพ.M113A1 100 2 อนุกรม 24 รถสายพานลาดตระเวน 300 2 อนุกรม 24 M551 100 6 อนุกรม-ขนาน 24 2 อนุกรม รถถงั ปืนใหญอ่ ตั ตาจร 200 M109 4 อนุกรม-ขนาน 24 200 4 อนุกรม-ขนาน 24

ห น ้ า | 31 ภาพ 12-8 ลกั ษณะการต่อแบตเตอร่แี บบต่าง ๆ ------------------------------

ห น ้ า | 32 เครอื่ งกำเนดิ วงจรไฟฟ้าและวงจรประจุไฟ เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้า คือ เคร่ืองกล (ไดนาโม) ซึ่งใช้หลักการเหนี่ยวนำของแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อเปล่ียน พลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าจะทำหน้าท่ีประจุกระแสไฟให้กับแบตเตอรี่ เท่าท่ีใช้ไปใน การติดเครื่องยนต์ และยังจา่ ยกระแสไฟให้กับโคมไฟส่องสว่าง, ระบบจุดระเบดิ , และบริภณั ฑ์ไฟฟ้าตา่ ง ๆ เช่น วิทยุ, แตร ฯลฯ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และมอเตอร์มีหลักการสร้าง และใช้หลักการทางไฟฟ้าอย่างเดียวกัน อยา่ งไรก็ตาม เครื่องกลทัง้ สองชนิดนี้ จะมหี ลกั การทำงานตา่ งกันก็ตามคอื เคร่ืองกำเนดิ ไฟฟ้าเปน็ เครื่องเปลยี่ น พลงั งานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า แตม่ อเตอร์เป็นเคร่อื งเปลี่ยนพลังงานไฟฟา้ ใหเ้ ป็นพลังงานกล องประกอบเคร่อื งกำเนิดไฟฟา้ ประกอบด้วยส่วนสำคัญ คือ ทุ่นอาร์มาเจอร์, กรอบสนาม แม่เหล็ก, ขดลวดสนามแม่เหล็ก และ คอมมิวเตเตอร์กับแปรงถ่าน ซ่ึงทำให้เกิดการติดต่อทางไฟฟ้ากับส่วนหมุน และส่วนอยู่กับท่ีของเครื่องกำเนิดฯ สนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดฯ จะเกิดขึ้นด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า หรือขั้วแม่เหล็กด้วยกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่าน ขดลวดสนามแม่เหล็กข้ัวแม่เหล็กหรือขาแม่เหล็ก ซง่ึ ทำด้วยเหล็กอ่อนจะอยู่ในกรอบสนามแม่เหล็ก เพ่อื ชว่ ยให้ เกิดวงจรแม่เหล็กระหว่างข้ัวแม่เหลก็ ถึงแม้วา่ อาจออกแบบให้เครอ่ื งกำเนิดมีข้ัวแม่เหล็กกี่คู่ก็ตาม แต่โดยท่วั ไป จะนยิ มใชก้ รอบสนามแมเ่ หล็กทมี่ ขี ั้วแม่เหล็ก 2 ขว้ั และ 4 ขั้ว กรอบสนามแมเ่ หล็กทม่ี ีขั้วแม่เหลก็ 2 ขวั้ และ 4 ขวั้ และวงจรแม่เหล็กแต่ละอัน กรอบสนามแม่เหล็ก (FIELD FRAMES) กรอบสนามแม่เหล็กของเคร่ืองกำเนิดฯ ท่ีใช้กันอยู่ทั่วไปจะมี ข้ัวแม่เหล็ก 2 ขั้ว หรือ 4 ขั้ว ในกรอบสนามแม่เหล็กท่ีมีขั้ว 2 ขั้ว วงจรแม่เหล็กจะเดินผ่านทุ่นอาร์มาเจอร์ โดยตรง ส่วนกรอบสนามแม่เหล็กที่มี 4 ข้ัว วงจรสนามแม่เหล็กจะเดินผ่านทุ่นอาร์มาเจอร์เพียงบางส่วน ด้วย เหตุนี้ท่นุ อาร์มาเจอร์จึงต้องสร้างให้เหมาะสมกบั จำนวนขวั้ แม่เหลก็ เนื่องจากกระแสไฟจะเกิดขึ้น เม่ือขดลวดท่ี พันอยบู่ นทุ่นอาร์มาเจอรห์ มุนตดั กบั วงจรแม่เหลก็ แต่ละวงจร • . แปรงและคอมมิวเตเตอร์ (BRUSHES AND COMMUTATOR) แปรง (ส่วนมากทำด้วยคาร์บอน) เป็นตัวรับกระแสไฟจากขดลวดของทุ่นอาร์มาเจอร์ โดยแปรงจะแตะ และถูไปบนคอมมิวเตเตอร์ ซึ่ง เป็นซี่ทองแดง มีฉนวนคั้นเรียงตดิ กันอยู่ท่ีปลายด้านหน่ึงของทุ่นอาร์มาเจอร์ ซ่ึงทองแดงแต่ละซี่จะต้อ

ห น ้ า | 33 กับขดลวดเส้นหน่ึง หรือมากกว่านั้น ดังน้ันขดลวดของทุ่นอาร์มาเจอร์จะต่อกับวงจรภายนอก (แบตเตอร่ี, • แสงสวา่ ง, จุดระเบดิ ฯลฯ) ดว้ ยซี่คอมมิวเตเตอร์ และแปรง ซง่ึ ทำหน้าทีร่ ับกระแสไฟที่ถูกเหนย่ี วนำขน้ึ ในขดลวด ให้ไหลไปสู่วงจรภายนอก เคร่อื งกำเนดิ ไฟฟ้ากระแสตรงอยา่ งง่าย การเหนี่ยวนำกระแส ถ้าวงลวดสายไฟเส้นเดียวหมุนในสนามแม่เหล็กระหวา่ งขั้วเหนือ และข้ัวใต้ จะเกิดการเหน่ียวนำแรงดันไฟฟ้าข้ึนที่สายไฟท้ังสองข้าง, แรงดัน และกระแสที่ถูกเหนี่ยวนำข้ึนนี้จะสัมพันธก์ ับ ทิศทางของสนามแม่เหล็ก และทิศทางการเคล่ือนที่ของขดลวด ปลายของขดลวดสายไฟแต่ละข้างจะต่อกับซี่ คอมมิวเตเตอร์ซึ่งแตะกับแปรงถ่าน แรงดันไฟฟ้าท่ีถูกเหน่ียวนำข้ึนนี้จะทำให้กระแสไหลผ่านวงจรภายนอก ต่าง ๆ ซึ่งตอ่ อยู่กบั แปรง การกลับกระแสไฟ (COMMUTATION) ถ้าวงลวดสายไฟหมุนจนครบรอบ ด้าน A และด้าน B จะตัดเส้นแรง แมเ่ หลก็ ในทศิ ทางตามรูป ก และในรูป ข ตดิ ต่อกนั ไปตามลำดับ จะเกิดการเหนย่ี วนำกระแสท่ีวงลวดสายไฟแต่ ละด้าน ครั้งแรกในทิศทางหนึ่ง และครั้งหลังในอีกทิศทางหน่ึง น่ันคือในด้าน A เมื่อผ่านขั้วเหนือกระแสไหลไป ทางหน่ึง แตเ่ มื่อผ่านขั้วใตก้ ระแสจะไหลไปอีกทิศทางหน่ึง อย่างไรก็ตาม เมื่อซี่คอมมิวเตเตอร์หมุนไปพร้อมกับ วงลวดสายไฟด้วย กระแสไฟจึงไหลออกจากแปรงด้านขวา ผ่านวงจรภายนอกเข้าไปยังแปรงด้านซ้ายเสมอไป ทิศทางการไหลของกระแสเหนี่ยวนำในวงลวดสายไฟจะหาได้ด้วยใช้กฎมือซ้าย ด้วยการกำมือซ้ายแล้วกาง น้ิวหัวแม่มอื , น้วิ ช้ี และนิ้วกลางออกให้ตงั้ ฉากซง่ึ กันและกัน ให้นว้ิ ช้ี ชไี้ ปตามทศิ ทางของเสน้ แรงแม่เหล็กจากข้ัว เหนือไปยังขั้วใต้, น้ิวหัวแม่มือช้ีไปตามทิศทางการเคลื่อนท่ีของลวดตัวนำ, น้ิวช้ีจะช้ีแสดงทิศทางการไหลของ กระแสเหน่ียวนำ ปรมิ าณของกระแสเหนย่ี วนำ 6.1 ในเครื่องกำเนิดฯ อย่างง่าย มีขดลวดวงเดยี ว กระแสเหน่ียวนำในขดลวดสายไฟแต่ละข้างจะถึง ขดี สูงสุด เมอ่ื ขดลวดท้งั สองขา้ งตัดกับเสน้ แรงแมเ่ หลก็ เป็นแนวต้งั ฉาก ดงั ทีแ่ สดงไว้ในรูป และเมื่อ ขดลวดเคลื่อนไปจากตำแหน่งนี้ วงลวดจะตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กน้อยลง ๆ ทำให้กระแสเหน่ียวนำ เกิดข้ึนน้อยลงด้วย เมื่อขดลวดหมุนไป 90 องศา จากตำแหน่งท่ีแสดงไว้ในรูป ขดลวดท้ังสองข้างจะขนานกับ เสน้ แรงแม่เหล็ก ฉะน้ันจงึ ไม่มีกระแสเหน่ยี วนำ การเหน่ยี วนำของกระแสขดลวดสายไฟเดี่ยวแสดงเป็นรปู กราฟ ได้

ห น ้ า | 34 เพื่อให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ผลิตกระแสไฟได้อย่างเพียงพอ และกระแสไฟฟ้าไหลได้เรียบ จึงต้องใช้ ขดลวดตัวนำ หรือสายไฟหลายขดและหลายรอบ ทุ่นอาร์มาเจอร์ของเครื่องกำเนิดฯ จะใช้ขดลวดพันไว้หลาย ขด ขดลวดสายไฟเหล่าน้ีจะประกอบไว้ในแกนแท่งเหล็กอ่อน เพราะเหล็กยอมให้เส้นแรงซึมผ่านได้ดีกว่าสาร อื่น ๆ ปลายของขดลวดสายไฟจะต่อเข้ากับซี่คอมมิวเตเตอร์ในลักษณะเรียงเหลื่อมซ้อนกัน เพื่อให้เกิดกระแส ผลักดนั ซ้อนกันทำให้เกิดกระแสเดินได้เรียบ ซ่ึงเปรียบไดก้ ับการจุดระเบิดเหลื่อมซ้อนกันของเคร่ืองยนต์ 8 สูบ หรือ 12 สูบ ขดลวดสนามแม่เหล็ก (FIELD WINDING) ขดลวดสนามแม่เหล็กก็คือ เพ่ิมความเข้มของสนามแม่เหล็กด้วยก ารเป็นแม่เหล็ก ไฟฟ้า เพ่ือให้กระแสถูกเหนี่ยวนำขึ้นในขดลวดของทุ่นอาร์มาเจอร์ได้มากข้ึนเม่ือทุ่นอาร์มาเจอร์หมุน ขดลวด สนามแม่เหล็กอาจต่อให้ขนานกับขดลวดของทุนอาร์มาเจอร์ได้ (โดยผ่านแปรง) การต่อในลักษณะนี้เรียกว่า “ขดลวดสนามฯ แบบขนาน” และอาจต่อขดลวดสนามฯ เป็นอันดับกับทุ่นอาร์มาเจอร์ก็ได้ เรียกว่า “ขดลวด สนามฯ แบบอันดับ” หรืออาจต่อแบบอันดับ-ขนาน หรือแบบผสมก็ได้ ขดลวดสนามฯ เป็นตัวสร้าง สนามแม่เหล็กของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ อาจพันขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดฯ หรือ มอเตอร์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งก็ได้ เพื่อให้เหมาะสมกับความมุ่งหมายของการใช้งาน แต่โดยท่ัวไปแล้วเคร่ืองกำเนิด ไฟฟา้ ของยานยนตจ์ ะใชว้ ธิ กี ารพนั ขดลวดสนามแม่เหล็กแบบขนาน เคร่ืองกำเนดิ ไฟฟ้าแบบพันขดลวดขนาน (SHUNT - WOUND GENERATOR) เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ในยานยนต์ส่วนมากเป็นการพันแบบขนาน พร้อมท้ังมีการควบคุมแรง เคลื่อนที่ส่งออกภายนอก กระแสไฟที่จ่ายออกจากทุ่นอาร์มาเจอร์ จะถูกแบ่งไปยังขดลวดสนามแม่เหล็ก ประมาณ 8 - 12 เปอรเ์ ซ็นต์ เพื่อสร้างสนามแม่เหลก็ เคร่ืองกำเนดิ ไฟฟ้าแบบพันขดลวดขนานแบง่ ออกได้ 2 ประเภท 1 เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าแบบมาตรฐาน หรือ แบบ A เคร่ืองกำเนิดไฟฟา้ แบบนี้ วงจรของขดลวดสนามแม่เหล็ก ลงดนิ ภายนอกเคร่อื งกำเนดิ ไฟ โดยปลายสายข้างหนึ่งของขดลวดสนามแม่เหล็กตอ่ อยูก่ ับแปรงบวกของทนุ่ อาร์ มาเจอร์ และปลายสายอกี ข้างหนึง่ ตอ่ ออกมาภายนอก เพอ่ื ลงดนิ ครบวงจรทเ่ี คร่ืองควบคุมเครื่องกำเนดิ ไฟฟ้า

ห น ้ า | 35 2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบงานหนัก หรอื แบบ B เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบน้ี วงจรสนามแม่เหล็กลงดินภายใน เคร่ืองกำเนิดไฟ โดยที่ปลายสายข้างหน่ึงของขดลวดสนามแม่เหล็กต่ออยู่กับแปรงลบของทุ่นอาร์มาเจอร์ และ ปลายสายอกี ขา้ งหน่งึ ตอ่ ไปรับกระแสไฟเลี้ยงสนามแมเ่ หล็กที่เคร่ืองควบคุมเครือ่ งกำเนดิ ไฟฟา้

ห น ้ า | 36 วชิ า วิชา มอเตอร์หมนุ เครื่องยนต์ หมายเลขวชิ า 7 ช่วั โมง จดุ ประสงค์ แผนบทเรียน มอเตอร์หมนุ เครอ่ื งยนต์ 0102180625 เพื่อให้นักเรียนมีความรู้เก่ียวกับระบบหมุนติดเครื่องยน ต์ด้วย มอเตอร์ไฟฟ้าท่ีได้รับการพัฒนาข้ึนมาใช้กันอย่างกว้างขวาง ระบบติดเคร่ืองยนต์ด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าในสมัยน้ีไม่ต้องออกแรง มากเหมือนแต่ก่อนท่ีต้องหมุนเครื่องยนต์ด้วยมือ โดยเพียงแค่ บิดกุญแจหรือกดปุ่มเท่านั้นก็ตดิ เคร่ืองยนต์สันดาปภายในได้ โดย ใชเ้ อกสารอ้างองิ คท 9-8000 และ คท 9-2920-232-34/P ชนิดของการคำแนะนำ สช. เอกสารอา้ งอิง คท 9-8000, ปี 2528 อปุ กรณท์ ี่ใชใ้ นการสอน สำหรบั ครู ความต้องการพเิ ศษ เคร่อื งฉายแผน่ ใส หรอื โปรเจคเตอร์ เอกสารวิชา มอเตอร์หมนุ เครือ่ งยนต์ คท 9-2920-232-34/P สำหรบั นักเรยี น เอกสารเพ่ิมเติม เอกสารวชิ า แบตตเตอรี่ แบบทดสอบ ไม่มี

ห น ้ า | 37 STARTING SYSTEMS ตอนที่ 1 มอเตอร์หมนุ เครอื่ งยนต์ ELECTRICAL STARTING MOTOR 14-1. กล่าวทั่วไป เคร่ืองยนต์สันดาปภายในเคร่ืองใดก็ตามจำเป็นต้องใช้แรงภายนอกมาหมุนเพ่ือให้ เครื่องยนต์เริ่มติดกอ่ น รถยนต์ในสมัยแรก ๆ ใช้ควงมอื หมุนสำหรับหมุนให้เครือ่ งยนตต์ ดิ เม่ือเทคโนโลยียาน ยนต์มีความก้าวหน้ามากข้ึน ระบบหมุนติดเครื่องยนต์ด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าก็ได้รับการพัฒนาข้ึนมาใช้กันอย่าง กว้างขวาง ระบบติดเคร่ืองยนต์ด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าในสมัยนี้ไม่ต้องออกแรงมากเหมือนแต่ก่อนที่ต้องหมุน เครอื่ งยนตด์ ้วยมือ โดยเพยี งแค่บิดกญุ แจหรอื กดปุ่มเทา่ นั้นก็ติดเครื่องยนตส์ ันดาปภายในได้ 14-2. มอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรงแบบงา่ ย ๆ (Simple DC. Motor) 1. ลักษณะโครงสร้าง มอเตอร์ไฟฟ้ามีโครงสร้างเหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ถ้าต่อข้ัวแปรง ถ่านของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบง่าย ๆ เข้ากับแบตเตอร่ีและให้กระแสไหลผ่านขดฟิลด์(ภาพ 14-1, 1) ขดอเมเจอรก์ ็จะหมุนในทิศทางที่ลูกศรชี้ การหมุนของอเมเจอร์นี้เกดิ จากแรงผลักดันระหว่างสนามแม่เหล็ก กบั เส้นแรงแมเ่ หล็กท่ีวนรอบขดลวดอันเกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดฟิลด์ ภาพ 14-1 มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงแบบง่าย 2. ลักษณะการทำงาน แรงผลักดันเกิดจากเส้นแรงแม่เหล็กท้ังหมดที่พยายามว่ิงวนรอบขดลวดใน ทิศทางเดียวกันกับเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าของขดลวด ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนและทำให้เส้นแรงแม่เหล็ก หนาแนน่ อยู่ทางด้านหนง่ึ ของขดลวดมากกว่าอีกดา้ นหนง่ึ จงึ เกิดแรงผลกั ดันขึ้นทีข่ ดลวด(ภาพ 14-1, 3) หรือ อาจกล่าวเปรียบเทียบไดว้ ่าเส้นแรงแม่เหล็กมีคุณลักษณะเหมือนเส้นยางยืด(ท่ีพยายามจะหดตัวให้เป็นเส้นตรง ที่ส้ันท่ีสุด) ทำให้มีแรงผลักต่อขดลวด แต่ถ้ากลับขั้วสนามแม่เหล็กโดยไม่เปลี่ยนทิศทางกระแสไหลในขดลวด เส้นแรงแม่เหล็กก็จะหนาแน่นอยู่อีกทางด้านหนึ่งของขดลวด และผลักดันขดลวดในทิศทางตรงกันข้าม(ภาพ 14-1, 4) และลักษณะเดียวกันน้ีก็เกิดข้ึนได้หากเปล่ียนทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด แทนที่จะ กลับขั้วแม่เหล็ก ดังนั้นในภาพ 14-1 หากเปล่ียนทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าทางด้าน A และ ด้าน B

ห น ้ า | 38 ของขดลวด จะเปล่ียนแปลงลกั ษณะการเบี่ยงเบนของเส้นแรงแม่เหล็ก(ภาพ 14-1, 2) โดยด้าน A จะถูกผลัก ขน้ึ ด้านบน ในขณะท่ี ด้าน B จะถูกผลกั ลงด้านล่าง ขดลวดกจ็ ะหมุนตามเขม็ นาฬิกา 14-3. มอเตอรห์ มุนเครื่องยนต์ (Automotive Starting Motor) 1. กล่าวทั่วไป(ภาพ 14-2) มอเตอร์ที่ใช้งานจริงมี ขดลวดหลายขดเรียงกันอยู่ด้วยระยะห่างท่ีเท่ากัน โดยรอบทุ่นอเมเจอร์ ขดลวดเหล่าน้ีแต่ละขดจะ หมุนเวียนกันนำกระแสไฟฟ้า และรับแรงผลักดันให้ หมุนทุ่นอเมเจอร์เมื่อผ่านข้ัวแม่เหล็ก โดยมีซ่ีคอมมิวเต เตอร์ทำหน้าท่ีส่งผ่านกระแสไฟฟ้าจากแปรงถ่านสู่ ขดลวด หากมกี ารทดเฟืองที่เหมาะสมแล้วแรงบิดทไ่ี ด้ก็ เพียงพอสำหรบั หมนุ ครื่องยนต์ให้ตดิ ได้ 2. โครงสรา้ ง ภาพ 14-3 แสดงภาพหนา้ ตัดของ สตารท์ เตอร์ สำหรบั มอเตอรพ์ น้ื ฐานจะมีสว่ นประกอบ ดังน้ี 2.1 ทุ่นอเมเจอร์(Amature)ทุ่นอเมเจอร์ประกอบด้วยขดลวดทองแดงขนาดใหญ่ ขดลวดเหล่านี้พัน รอบท่นุ อเมเจอรโ์ ดยสอดผา่ นรอ่ งของแกนทุ่นอเมเจอร์ท่ีทำ ภำพ 14-2 มอเตอรห์ มนุ เครอ่ื งยนต์ จากแผ่นเหล็กเคลือบฉนวนวางเรียงซ้อนกัน ท้ังน้ีเพ่ือทำให้เส้นแรงแม่เหล็กไหลผ่านทุ่นอเมเจอร์ได้ดีข้ึน ซ่ี คอมมิวเตเตอร์ทำจากชน้ิ ทองแดงวางเรียงเป็นขอบกลมคั่นด้วยฉนวนไมก้า หรือกาวอพี อกซี่เรซิ่น ทุ่นอเมจอร์ หมุนอยบู่ นรองเพลาหรือบูชทองเหลือง 2.2 ขดสนาม(Field Coils) ขดสนามทำหน้าท่ีสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีทำให้อเมเจอร์ หมุน ขด สนามพนั ดว้ ยแถบลวดทองแดงแบนขนาดใหญ่ ขดลวดมีฉนวนหุ้มเพ่ือให้แยกจากกัน ส่วนภายนอกขดลวดพัน ด้วยกระดาษหรือหุ้มด้วยยาง ขดสนามถูกประกับติดอยู่กับโครงด้วยข้ัวแม่เหล็กไฟฟ้า(Pole Shoes) โดยทำ หน้าทเี่ ปน็ แกนหรอื ข้ัวแม่เหล็กของขดสนามเพือ่ เพมิ่ ความเข้มให้แก่เสน้ แรงแม่เหลก็ ภาพ 14-3 ภาพหน้าตดั ของมอเตอรห์ มนุ เครอ่ื งยนต์

ห น ้ า | 39 3. ลักษณะของวงจรขดสนาม (ภาพ 14-4, A) วงจรขดสนามจะแตกต่างกันตามลักษณะการใช้งานของ สตาร์ทเตอร์ ต่อไปนเี้ ป็นลักษณะของบรรดาวงจรขดสนามท่ีไดค้ วามนิยมมากท่สี ดุ 3.1 แบบสองขด (ภาพ 14-4, A) ขดสนามสองขดต่อขนานกันจะเพ่ิมความเข้มสนามแม่เหล็ก เพราะ ท้ังสองขดต่างก็ได้รับแรงเคล่ือนเต็มที่ ถ้าสังเกตในภาพจะเห็นว่ามีข้ัวแม่เหล็กเพิ่มข้ึนมาอีกสองข้ัว แม้ว่าท้ัง สองขว้ั น้จี ะไมม่ ขี ดลวดแตก่ ็จะชว่ ยเพิ่มความเขม้ สนามแม่เหลก็ ให้มากขึน้ ได้ 3.2 แบบสี่ขดต่ออนุกรม-ขนาน (ภาพ 14-4, B) วงจรขดสนามแบบสี่ขด โดยต่อแบบอนุกรมร่วมกับ ต่อแบบขนาน จะทำใหส้ ามารถสรา้ งสนามแม่เหล็กไดเ้ ขม้ กวา่ แบบสองขด ภาพ 14-4 ลกั ษณะการต่อขดสนามแบบต่าง ๆ 3.3 แบบสี่ขดต่ออนุกรม (ภาพ 14-4, C) วงจรขดสนามแบบสี่ขดต่ออนุกรมนี้จะให้แรงบิดมากในการ เร่ิมหมุนด้วยความเร็วต่ำ ลักษณะดงั กล่าวน้ีมีความจำเป็นสำหรับมอเตอร์หมุนเคร่ืองยนต์ แต่ก็มีลักษณะท่ี ไม่พึงประสงค์อยู่อย่างหน่ึงคือ เมื่อไม่มีภารกรรมมอเตอร์แบบน้ีจะเพม่ิ ความเร็วสูงข้ึนมากเกนิ ไปจนถึงจุดท่ีทำ ใหต้ ัวมอเตอร์เองได้รบั ความเสยี หาย 3.4 แบบหกขดต่ออนุกรม-ขนาน (ภาพ 14-4, D) ขดสนามสามคู่จะต่อแบบอนุกรม ทำให้ได้ สนามแม่เหลก็ สำหรับสตารท์ เตอรใ์ ช้งานหนัก ลักษณะของวงจรขดสนามแบบน้ใี ชแ้ ปรงถา่ นหกอนั 3.5 แบบสามขด สองขดต่ออนุกรม, หนึ่งขดต่อขนาน (ภาพ 14-4, E) ประโยชน์ของขดสนามต่อ ขนานท่ีต่อลงกราวดอ์ ยู่ในมอเตอร์ขดสนามสองขดต่ออนุกรม จะช่วยควบคุมความเร็วมอเตอร์ โดยขดขนานที่ ต่อลงกราวด์จะดึงกระแสอย่างสม่ำเสมอ ซ่ึงเป็นการจำกัดความเร็วอย่างมีประสิทธิภาพ โดยขดน้ีไม่ได้รับ ผลกระทบใด ๆ จากความเร็ว

ห น ้ า | 40 14-4. การขับของมอเตอรห์ มุนเครือ่ งยนต์ (Starter Motor Drives) 1. กลา่ วทว่ั ไป (ภาพ 14-5) มอเตอร์จะหมุนเครือ่ งยนต์ด้วยเฟอื งขับ ผา่ นทางคลตั ช์ต่อตรง(Dog Clutch) ท่ีตดิ อยู่กบั เพลาของทุ่นอเมเจอร์ โดยเพลาของมอเตอร์จะประกอบอย่ใู นตำแหนง่ ใกล้ขอบเฟอื งของล้อตุน กำลัง หรือหรอื ตดิ กบั คลัตช์ เฟอื งขับต้องติดอยกู่ บั คลตั ชห์ มุนทางเดยี ว (Overruning Clutch) เนอ่ื งจากมี ขอ้ จำกัดเกย่ี วกับขนาดและความจุของแบตเตอรี่ แรงบิดท่ีจำเป็นตอ้ งใชใ้ นการหมนุ เครอ่ื งยนต์จงึ ไดจ้ ากการใช้ มอเตอรค์ วามเร็วสูง ร่วมกับการทดเฟอื งด้วยอตั ราส่วนสูง เฟอื งขอบล้อตนุ กำลงั ถูกนำมาใชส้ ำหรับทด ความเร็วรอบของสตาร์ทเตอร์ โดยในการสรา้ งบางแบบก็ใชว้ ธิ ที ำให้ขอบเฟืองรดั ติด หรอื ขันตรงึ ติดกบั ลอ้ ตนุ กำลัง แต่บางแบบกเ็ ซาะขอบนอกของลอ้ ตุนกำลงั ให้เป็นฟนั เฟอื ง ส่วนมอเตอร์หมนุ เครอ่ื งยนตจ์ ะตดิ ตง้ั อย่กู ับ เรอื นของลอ้ ตุนกำลงั ภาพ 14-5 ชดุ เฟืองขับหมุนเครอื่ งยนต์ 2. มอเตอร์แบบทดเฟือง(Gear Reduction Starter)(ภาพ 14-6) การทดเฟืองของมอเตอร์เป็นการทดช้ัน เดียว(Single Reduction) โดยทั่วไปจะมีอัตราส่วน 11:1 หรือ 12:1 (บางครั้งมากถึง 16:1) ซึ่งหมายความว่า ความเร็วรอบทุ่นอเมเจอร์ของมอเตอร์เป็น 11 หรือ 12 เท่า ของล้อตนุ กำลัง โดยเฟืองขับ(Pinion Gear) ท่ี เพลาอเมเจอร์จะกินเฟืองเข้ากับฟันเฟืองกับขอบเฟืองล้อตุนกำลังโดยตรง ในบางคร้ังใช้การทดเฟืองสองช้ัน (Double Reduction) ในกรณีการทดเฟืองสองชั้น อัตราส่วนการทดเฟืองอาจสงู ถึง 25:1 หรอื 40:1 เฟอื งที่ เพลาทุ่นอเมเจอร์ไม่กินเฟืองกับขอบเฟืองล้อตุนกำลังโดยตรง แต่จะมีเฟืองตัวกลาง(Intermediat Gear) เพ่ิมขึ้นมาอีกหนึ่งอัน โดยเฟืองตัวกลางจะขับเฟืองล้อตุนกำลังอีกทอดหนึ่ง การทดเฟืองสองชั้นช่วยให้ สามารถใช้มอเตอร์ตัวเล็กท่ีมีรอบความเร็วสูงได้ แต่ก็มีข้อเสียอยู่ตรงที่ต้องมีกลไกสลับซับซ้อนกว่ามอเตอร์ แบบทดเฟอื งชัน้ เดียว

ห น ้ า | 41 ภาพ 14-6 การทดเฟอื งของมอเตอรห์ มุนเครอื่ งยนต์ 3. แบบคลตั ชห์ มุนทางเดียว(Overunning Clutch)(ภาพ 14-7) การถ่ายทอดกำลังขับอาจส่งผ่านคลัตช์แบบ หมุนทางเดียว โดยทำให้มีการหมุนขับผ่านไปได้ทางเดียวเท่าน้ันเพื่อป้องกันเครื่องยนต์ไม่ให้หมุนขับมอเตอร์ หลังจากคร่ืองยนต์ติดแล้ว ชุดปลอกนอกกับปลอกใน(Shell And Sleeve Assembly) ของคลัตช์ถูกขับ ด้วยเพลาของทุ่นอเมเจอร์ ส่วนด้านในหรือโรเตอร์ต่ออยู่กับเฟืองขับของมอเตอร์ ซึ่งกินเฟืองอยู่กับขอบเฟือง ของล้อตุนกำลัง โดยมีลูกกลิ้ง(Roller) ทำด้วยเหล็กกล้าอยู่ในซอกรูปล่ิมระหว่างโรเตอร์กับชุดปลอกนอกกับ ปลอกใน มีแหนบและกระเด่อื งดันลกู กล้ิงอัดแนน่ อยู่ในซอกรูปลิม่ เมือ่ ทุ่นอเมเจอรข์ องมอเตอร์หมุน ลูกกลง้ิ ท่ี อัดแน่นอยู่ในซอกรูปล่ิมจะพาให้ส่วนในกับส่วนนอกหมุนไปด้วยกันพร้อมกับหมุนเครื่องยนต์ ในทันทีท่ี เครื่องยนต์ตดิ ชุดเฟืองและโรเตอร์กจ็ ะถกู ขับด้วยลอ้ ตุนกำลังและส่งแรงขบั ยอ้ นทาง อาการดงั กล่าวนีจ้ ะทำให้ ลกู กลิง้ ถกู ดันถอยกลับมาทางกระเดื่องพรอ้ มกบั เปิดให้ซอกรูปล่ิมมีระยะว่างกว้างกว่า เปน็ เหตใุ ห้สองส่วนแยก จากกัน คลตั ชจ์ งึ ไม่ถกู ขบั ใหห้ มุน เปน็ การป้องกนั ไมใ่ ห้เครื่องยนตห์ มุนขับมอเตอร์ ภำพ 14-7 คลตั ชห์ มนุ ทำงเดยี ว 4. แบบเลื่อนเฟืองด้วยแป้นเท้าเหยียบ (Pedal Shift)(ภาพ 14-8) ลักษณะของกลไกหมุนเครื่องยนต์ แบบน้ี เฟืองขับของมอเตอร์จะกินเฟืองกับของเฟืองของล้อตุนกำลังเม่ือแป้นเท้าเหยียบหรือปุ่มสตาร์ท เครื่องยนต์ถูกเหยียบลง คันขาก้ามปูเลื่อนเฟืองขับก็จะถูกดันให้เลื่อนด้วยแรงเท้าเหยียบ และเฟืองขับของ มอเตอร์ก็จะถกู เลื่อนเข้ากินเฟอื งกบั เฟอื งล้อตุนกำลงั หลังจากฟันเฟอื งสบกนั ดีแล้วการถูกกดให้เล่ือนต่อไปอีก เล็กน้อยของแป้นเท้าเหยยี บหรือป่มุ สตาร์ทจะทำใหส้ วติ ชม์ อเตอรท์ ำงานเพ่อื หมุนเครอื่ งยนต์ ในกรณีทเ่ี ฟืองขับ ของมอเตอร์ยังกินเฟืองกับขอบเฟืองล้อตุนกำลังไม่เข้าที่ดีคันเลื่อนเฟืองก็จะดันแหนบให้ออกแรงกดเฟอื งขับไว้ เพ่ือให้เฟืองขับกินเฟืองกับล้อตุนกำลังทันทีท่ีทุ่นอเมเจอร์เร่ิมหมุน หลังจากเครื่องยนต์ติดแล้ว เม่ือถอนเท้า จากแปน้ ทีเ่ หยียบ เฟอื งขับกจ็ ะถกู ดึงออกจากการกินเฟอื งกบั เฟืองล้อตนุ กำลงั ด้วยแหนบ

ห น ้ า | 42 ภาพ 14-8 มอเตอร์หมุนเครือ่ งยนต์แบบเลอื่ นเฟอื งดว้ ยแปน้ เทา้ เหยียบ 5. แบบเลื่อนเฟืองด้วยโซลินอยด์ (Solenoid Shift)(ภาพ 14-9) การเลื่อนเฟืองขับของมอเตอร์ให้กิน เฟอื งกบั ลอ้ ตุนกำลังดว้ ยโซลนิ อยด์กำลังเปน็ ท่นี ยิ มใชใ้ นรถยนตร์ ุ่นใหม่ ๆ 5.1 คำจำกัดความของโซลินอยด์ โซลินอยด์เป็นขดลวดพันชั้นเดียวหรือหลายช้ันที่ใช้สร้าง สนามแม่เหล็กเม่ือให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดนี้ เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะวนตามแนวรูกลางขดลวด และรอบด้านนอกขดลวด 5.2 ลักษณะการทำงานของการเล่ือนเฟืองด้วยโซลินอยด์จำเป็นต้องใช้สวิตช์ไฟฟ้าควบคุมการทำงาน ของโซลินอยด์ สวติ ชห์ มุนเคร่ืองยนตห์ รอื สวิตชจ์ ดุ ระเบิดจะถูกตอ่ เข้ากับวงจรควบคุมเพือ่ ไม่ให้มอเตอร์ทำงาน จนกว่าจะเปิดสวิตช์จุดระเบิด ชุดกลไกเล่ือนเฟืองขับด้วยโซลินอยด์ติดต้ังอยู่กับเรือนมอเตอร์ ข้างในโซลิ นอยดม์ ีแท่งเหล็กเล่ือนเฟืองขนาดใหญ่ต่ออยู่กับคันเล่ือนเฟืองขับมีข้ัว ไฟฟ้าขนาดใหญ่ในชุดกลไกเลื่อนเฟืองที่ ต่ออนุกรมกับมอเตอร์ โดยมีขั้วไฟฟ้าข้ัวเล็กต่อออกจากโซลินอยด์ไปยังสวิตช์จุดระเบิดเม่ือบิดสวิตช์จุดระเบิด ในตำแหน่งหมุนเคร่ืองยนต์ จะต่อวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าโซลินอยด์ ทำให้โซลินอยด์เกิดอำนาจแม่เหล็ก ดูดกระเดื่องและคันเล่ือนเฟืองให้เฟืองขับกินเฟืองกับขอบเฟืองล้อตุนกำลัง หลังจากคันเลื่อนเฟืองเคล่ือนได้ ระยะท่ีเฟืองขับกินเฟืองกับขอบเฟืองล้อตุนกำลังดีแล้ว ปลายกระเด่ืองเลื่อนเฟืองขับก็จะดันปลายกระเดื่อง หน้าสัมผัสทำให้จานหน้าสัมผัส(Contact Disk) ที่กระเด่ืองหน้าสัมผัส ต่อข้ัวไฟฟ้าขนาดใหญ่ท้ังสองข้ัวให้ถึง กัน กระแสไฟฟ้าจึงไหลเข้าสตาร์ทเตอร์ ระบบการหมุนเคร่ืองยนต์แบบนี้ต้องใช้คลัตช์หมุนทางเดียว (Overruning Clutch) ร่วมด้วย

ห น ้ า | 43 ภาพ14-9 มอเตอร์แบบเลือ่ นเฟอื งดว้ ยโซลนิ อยด์ 6. การเล่ือนเฟืองขับมอเตอร์แบบเบนดิกซ์ (Bendix Starter Drive) (ภาพ 14-10) การเลื่อนเฟืองแบบน้ี ปัจจุบันไม่น่าจะมีการผลิตข้ึนมาใช้แล้ว โดยเฉพาะอย่างย่ิงในรถยนต์รุ่นใหม่ๆ กลไกเลื่อนเฟืองมีอยู่สองแบบ คอื แบบเลอ่ื นเข้าโดยเฟืองขบั จะเล่ือนเข้าหามอเตอรเ์ พ่ือกนิ เฟอื งกบั ขอบเฟืองล้อตนุ กำลัง กับ แบบเลื่อนออกท่ี เฟืองขบั เลื่อนออกจากมอเตอรเ์ พอ่ื กินเฟืองกบั ขอบเฟืองล้อตุนกำลงั ท้ังสองแบบมโี ครงสรา้ งเหมือนกนั โดยสว่ น เดือยที่ตอ่ กบั แกนทุ่นอเมเจอรม์ ีเกลียว(ปกตมิ ีสันเกลียวสามอัน) มีปมุ่ หยุดทีป่ ลายสนั เกลียวแต่ละอันเพื่อจำกัด ระยะวิ่งของหัวติดเฟืองขับ ส่วนหัวติดเฟืองขับที่ถ่วงน้ำหนักไว้ด้านหนึ่งมีเกลียวในสวมอยู่กับเกลียวนอกของ เดือยลักษณะการต่อเดือยเกลียวกับแกนทุ่นอเมเจอร์เป็น การต่อผ่านแหนบขับ (Drive Spring) พิเศษติดอยู่กับขอบ ยึดท่ีตรึงอยกู่ ันแกนท่นุ อเมเจอรด์ ว้ ยสลกั 6.1 ลักษณะการทำงาน เม่ือมอเตอร์ยังไม่ทำงานเฟือง ขับจะไม่กินเฟืองกับของเฟืองล้อตุนกำลัง เม่ือเปิดสวิตช์ หมุนเครื่องยนต์ซ่ึงอาจเป็นแบบสวิตช์เท้าหรือสวิตช์มือก็ได้ ทำให้กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอร่ีไหลเข้ามอเตอร์ ทุ่นอ เมเจอร์เร่ิมหมุนด้วยความเร็วสูง เฟืองขับซึ่งถูกถ่วงน้ำหนัก อยู่ด้านหน่ึงและมีเดือยเกลียวสอดอยู่ด้านใน จะยังไม่หมุน พร้อมกับเดือยเกลียวในทันทีเพราะมีความเฉ่ือยก็จะเล่ือนไป ทางด้านหน้ากินเฟืองกับของเฟืองล้อตุนกำลัง ถ้าหากเฟือง ขับชนกับเฟืองของล้อตุนกำลังแทนที่จะกินเกลียวกัน แหนบ ขับก็จะช่วยให้เฟืองขับหมุนขยับตัว และเข้ากินเฟืองกับของ เฟืองล้อตุนกำลังได้ คร้ันเม่ือเฟืองขับเล่ือนไปกินเฟืองขับของเฟืองลภอ้ ำตพนุ ก14ำ-ล1ัง0เขช้าุดทเฟี่ดือีแงลข้วบั กแจ็ บะบรเับบแนรดงกิหซม์นุ จาก มอเตอรผ์ ่านทางแหนบขับทอ่ี ัดตวั อยู่ โดยแหนบ ขบั จะทำหน้าทีย่ ดื หยุ่นในการรบั แรง ขณะท่เี ครือ่ งยนตถ์ ูกหมนุ แหนบ

ห น ้ า | 44 ขบั ยังช่วยผ่อนแรงกระแทกท่ีเกิดข้นึ อยา่ งแรงขณะเฟืองขับวิ่งเข้าหาขอบเฟอื งของล้อตุนกำลัง และขณะที่เฟอื ง ล้อตุนกำลังดีดเฟืองขับออก เมื่อเคร่ืองยนต์เร่ิมติด ครั้นเมื่อเครื่องยนต์ติดและเดินได้ด้วยแรงของเคร่ืองยนต์ เองแลว้ เฟืองของล้อตุนกำลังก็จะหมุนเฟอื งขบั ของมอเตอรด์ ้วย ความเรว็ สงู กว่า ทำให้เฟืองขับหมุนในทิศทาง กลบั กันบนปลอกเกลยี วพร้อมกับปลดออกจากล้อตุนกำลงั โดยอัตโนมัติ เปน็ การป้องกนั ไม่ให้เคร่อื งยนต์หมุน ขบั มอเตอร์ และเฟอื งขับจะถูกยึดอยใู่ นตำแหนง่ น้ีดว้ ยกลอนจนกว่าจะปิดสวิตชห์ มนุ เคร่ืองยนต์ 6.2 ข้อดี มอเตอร์หมนุ เครื่องยนตแ์ บบนม้ี ี ดังน้ี (1) ทำงา่ ย (2) กลไกทำงานอตั โนมัติ ไมต่ ้องใชแ้ รงจากพลขบั นอกจากกดสวิตช์หมุนเครื่องยนต์ (3) ใหแ้ รงบิดในการหมุนเคร่ืองสูงเพราะมอเตอร์หมนุ ด้วยความเร็วสูงกอ่ นท่ีจะมโี หลด (4) เครอื่ งยนตถ์ ูกหมนุ แรงอยา่ งกระทนั หันทำให้เครอื่ งติดเร็วเปน็ การลดการใช้กระแสไฟฟ้าจาก แบตเตอร่ี 6.3 ข้อเสยี มอเตอร์หมนุ เครื่องยนตแ์ บบน้ีมี ขอ้ เสียท่สี ำคัญ ดังนี้ (1) การเลอื่ นเข้ากินเฟอื งของเฟืองขับอย่างเร็วหากเฟืองขับไม่กินเฟืองในทนั ทที ีส่ ัมผสั กบั เฟอื งล้อ ตนุ กำลงั จะทำให้ฟันเฟืองของล้อตนุ กำลงั เยนิ หรอื บ่นิ ได้ (2) หากกลอนยดึ เฟืองขบั หกั หรือไมท่ ำงานจะทำใหเ้ ฟืองขับยังคงเลื่อนเขา้ หาของเฟืองล้อตนุ กำลงั ซ่ึงอาจทำใหเ้ กดิ ความเสยี หายขณะที่เคร่ืองยนตก์ ำลงั เดินอยู่ (3) แรงบดิ ทงั้ หมดของมอเตอร์ถกู ส่งผ่านแหนบขบั ทำใหแ้ หนบขับรบั แรงเคน้ มาก ------------------------------ ตอนท่ี 2 ระบบควบคุม CONTROL SYSTEM 14-5. วงจรควบคมุ ทำงานด้วยสวิตชก์ ญุ แจและสวติ ชก์ ด (Key And Pushbutton Switch Control Circuits) (ภาพ 14-11) วิธีหน่ึงในการควบคุมการเล่ือนเฟืองขับด้วยโซลินอยด์ คือการกดสวิตช์ปุ่มท่ีแผงควบคุมการกดสวิตช์จะ ปิดวงจรควบคุมเพ่ือจ่ายกระแสให้ขดลวดโซลินอยด์ ในทางปฏบิ ัติอาจไม่ใช้สวิตชป์ ุ่มท่แี ยกตา่ งหากด้วยการทำ ให้มีตำแหน่งหมุนเครอื่ งท่ีสวติ ชก์ ุญแจหรือสวิตช์จุดระเบดิ และนำรเี ลย์มาใช้ในวงจรควบคุมเพื่อทำหน้าที่จ่าย กระแสไฟฟ้าให้แก่ขดลวดโซลินอยด์ ซึ่งเป็นการใช้กระแสต่ำท่ีต่อจากแผงควบคุมมาทำการควบคุมกระแสสูง โดยมรี ีเลย์ซ่ึงทำงานด้วยแรงดดู จากโซลินอยด์ทำหน้าทีป่ ิดวงจรทม่ี กี ระแสสงู กว่า

ห น ้ า | 45 ภาพ 14-11 วงจรควบคมุ ทำงานดว้ ยสวิตช์กญุ แจและสวติ ชป์ ่มุ กด 14-6. วงจรควบคุม ทำงานด้วยสวิตชส์ ญุ ญากาศ (Vacuum Lockout Switch Control Circuit) (ภาพ 14- 12) สวติ ชต์ ดั วงจรด้วยสุญญากาศมีใชใ้ นรถยนต์บางแบบ เพอ่ื ชว่ ยป้องกนั มอเตอรจ์ ากการกินเฟืองกับขอบเฟือง ล้อตุนกำลังโดยไม่ต้ังใจขณะที่เคร่ืองยนต์กำลังติด โดยสวิตช์จะมีแผ่นไดอะแฟรมที่ทำงานด้วยแรงดูด สุญญากาศต่อจากท่อร่วมไอดีหลังจากเครื่องยนต์ติด การเคลื่อนของแผ่นไดอะแฟรมจะเปิดวงจรสวิตช์หมุน เคร่อื งยนต์เปน็ การตดั ไม่ใหว้ งจรโซลนิ อยด์ทำงาน 14-7. รเี ลย์ตดั วงจรดว้ ยเคร่อื งกำเนดิ ไฟฟ้า(Generator Lockout Relay)(ภาพ 14-13) รีเลย์ตัดวงจรด้วยเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าจะถูกใช้สำหรับป้องกันไม่ให้มอเตอร์หมุนเคร่ืองยนต์ทำงาน และกิน เฟืองกับขอบเฟืองล้อตุนกำลังขณะท่ีเครื่องยนต์กำลังติด โดยรีเลย์จะทำงานด้วยกระแสไฟฟ้าท่ีต่อจากข้ัวอ เมเจอร์ ของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หรือทำงานด้วยกระแสไฟจากขดสเตเตอร์ของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับ เพอื่ เปิดวงจรโซลินอยดท์ ันทีท่มี ีกระแสไฟฟ้าออกจากข้วั ของเครื่องกำเนดิ ไฟฟา้ เมอื่ เครือ่ งยนต์ตดิ

ห น ้ า | 46 ภาพ 14-12 วงจรควบคุมทำงานดว้ ยสวิตช์ตดั วงจรด้วยสุญญากาศ ภาพ 14-13 รีเลยต์ ดั วงจรดว้ ยเครื่องกำเนดิ ไฟฟา้

ห น ้ า | 47 14-8. รีเลยต์ ดั วงจรด้วยแรงดันนำ้ มันเคร่อื ง(OilPressure Lockout Circuit)(ภาพ 14-14) รีเลย์ตัดวงจรด้วยแรงดันน้ำมันเคร่ืองมีใช้รถยนต์รุ่นใหม่บางแบบเพื่อป้องกันมอเตอร์ทำงานและกิ นเฟือง กับขอบเฟืองลอ้ ตุนกำลังขณะท่ีเครื่องยนตก์ ำลังตดิ เม่ือเครอ่ื งยนตเ์ ริ่มติดแรงดันน้ำมันเครอ่ื งจะเปิดหน้าสัมผัส ของสวิตชแ์ รงดนั น้ำมนั เครอ่ื ง และรีเลยต์ ัดวงจรก็จะเปิดวงจรโซลนิ อยด์ของมอเตอรห์ มนุ เครื่องยนต์ ภำพ 14-4 รเี ลยต์ ดั วงจรดว้ ยแรงดนั น้ำมนั เครอ่ื ง ------------------------------