Ebook60

เอกสารประกอบการสอน วิชาไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนิกส์เบ้อื งต้น รหสั 2100-1006 หลักสตู รประกาศนียบตั รวชิ าชีพ พุทธศกั ราช 2556 หน่วยที่ 2 ความรเู้ บ้อื งตน้ เกย่ี วกบั ไฟฟ้า จดั ทำโดย นางสาววนดิ า ภาชนะสวุ รรณ แผนกวชิ าช่างอเิ ล็กทรอนิกส์ วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบุรี สำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ

แบบประเมินผลก่อนเรยี น หน่วยท่ี 2 เรือ่ ง ความรเู้ บ้อื งต้นเกีย่ วกับไฟฟา้ จดุ ประสงค์ เพ่ือประเมินความรพู้ นื้ ฐานของผูเ้ รียนเกย่ี วกับ “เรือ่ ง ความรู้เบอ้ื งตน้ เกี่ยวกับไฟฟา้ ” คาแนะนา 1. อ่านคาถามต่อไปนี้และทาเคร่ืองหมายกากบาท () ข้อท่ีผเู้ รยี นเหน็ วา่ ถูกต้องทสี่ ุด เพยี งข้อเดียวลงในกระดาษคาตอบ (คะแนนเต็ม 10 คะแนน) 2. เวลาสาหรับการทาแบบประเมนิ 10 นาที 1. ข้อใดไม่ใช่การกาเนดิ ไฟฟา้ ข. ฟา้ ผ่า ก. การเสยี ดสี ง. ความรอ้ น ข. สนามแม่เหลก็ ค. เผาไหม้ ง. ปฏิกิรยิ าเคมี 2. ไฟฟา้ สถติ ไม่ได้เกดิ จากการกระทาใด ก. ฟา้ ร้อง ค. ฟา้ แลบ 3. ขอ้ ใดเปน็ กราฟค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ก. ข. ค. ง. 4. กระแสนิยมคือกระแสท่ีไหลจากทศิ ทางใดส่ทู ิศทางใด ก. ไหลจากศกั ยบ์ วกไปสูศ่ ักย์บวก ข. ไหลจากศกั ยบ์ วกไปสศู่ ักย์ลบ ค. ไหลจากศกั ยล์ บไปส่ศู ักย์บวก ง. ไหลจากศักยล์ บไปสู่ศกั ย์ลบ

5. ขอ้ ใดกลา่ วถกู ต้อง ก. แรงดัน คิอ แรงทีเ่ กดิ จากความต่างศักย์ไฟฟา้ จากศักย์ลบไปศักยบ์ วก ข. แรงดนั คอื การทาใหเ้ กดิ ที่ทาใหอ้ เิ ล็กตรอนเคลือ่ นท่ี ค. ระดบั แรงดนั ไฟฟา้ จะมากหรอื น้อยอย่ทู ่ีไฟฟา้ ศักย์บวกเทา่ กบั ไฟฟ้าศักยล์ บ ง. ระดบั แรงดันไฟฟ้าจะมากหรอื นอ้ ยอยทู่ ่ชี นิดของแรงดันไฟฟา้ - E1 + - E2 + - E3 + - E4 + 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 6. จากรปู แหลง่ จา่ ยแรงดนั และEกTระแสไฟฟา้ รวม มีขนาดเทา่ ใด ก. 1.5 V , 1 A ข. 1.5 V, 4 A ค. 6 V , 1 A ง. 6 V, 4 A 7. แหล่งจ่ายกาลังไฟฟ้ามีแรงดันขนาด 5 โวลต์ ต่ออยู่กับโหลดที่เป็นตัวต้านทานขนาด 1 กิโลโอห์ม สามารถวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรได้เท่าใด ก. 0.2 มลิ ลแิ อมป์ ข. 2 มิลลิแอมป์ ค. 5 มิลลิแอมป์ ง. 0.5 มลิ ลิแอมป์ 8. กาลังไฟฟา้ หาไดจ้ ากสูตรใด ก. P= E2 R ข. P = E2R ค. P= I2 R E ง. P = R

จากรปู จงตอบคาถามข้อ 9-10 สวติ ช์ หลอดไฟฟ้ามีไส้ แรงดนั ไฟฟ้า 20W 220 V 9. หลอดมคี า่ ความตา้ นทานเทา่ ใด ก. 2.42 k ข. 2.42  ค. 24.2 k ง. 24.2  10. จากวงจรดังรูป มีกระแสไหลในวงจรมีขนาดเทา่ ใด ก. 0.9 A ข. 4.4 mA ค. 0.09 A ง. 0.44 mA

ใบความร้ทู ี่ 2 รายวชิ า งานไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนิกสเ์ บื้องต้น รหัสวชิ า 2100-1006 สอนครง้ั ที่ 2 หน่วยท่ี 2 ช่อื หนว่ ย ความรูเ้ บื้องตน้ เก่ยี วกับไฟฟา้ รวม 4 ชว่ั โมง ชอ่ื เร่อื ง ความรเู้ บ้ืองต้นเก่ียวกบั ไฟฟ้า จานวน 4 ชว่ั โมง แนวคดิ แหล่งกาเนิดไฟฟ้า คือ หน้าท่ีกาเนิดของกาลังไฟฟ้าหรือแรงเคล่ือนไฟฟ้า โดยมีประเภทของ ไฟฟ้าอยู่ 2 ชนิด คือ ไฟฟ้าสถิต ได้แก่ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า และไฟฟ้ากระแส มีอยู่ 2 ชนิด คือ ไฟฟ้า กระแสตรง และไฟฟา้ กระแสสลับ การต่อเซลล์ไฟฟ้า หมายถึง การนาเซลล์ไฟฟ้ามาต่อเข้าด้วยกัน การต่อเซลล์ไฟฟ้ามี 3 วิธี คือ แบบอนุกรม แบบขนาน และแบบผสม กฎของโอห์มคือ แรงดันไฟฟ้าเท่ากับกระแสไฟฟ้า ทไี่ หลในวงจร คูณกับคา่ ความตา้ นทานของวงจร หวั ข้อเรื่อง 2.1 แหล่งกาเนดิ ไฟฟา้ 2.2 ประเภทของไฟฟ้า 2.3 กระแสไฟฟา้ 2.4 ทิศทางการไหลของกระแส 2.5 แรงดันไฟฟ้า 2.6 แหล่งกาเนดิ ไฟฟา้ 2.7 กฎของโอห์ม 2.8 กาลังไฟฟ้า 2.9 การตอ่ เซลล์ไฟฟา้

จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ จุดประสงคท์ ั่วไป 1.เพอ่ื ให้มคี วามรู้ความเข้าใจเกยี่ วกับความร้เู บ้ืองตน้ เก่ียวกับไฟฟา้ 2.เพ่อื ให้สามารถปฏิบัติเก่ียวกบั ความรเู้ บื้องต้นเกี่ยวกับไฟฟ้าได้ 3.เพอ่ื ให้แสดงพฤติกรรมลักษณะนสิ ัยในการปฏิบตั ิงานอยา่ งประณีตเรยี บร้อย รอบคอบ ปลอดภยั มีระเบยี บวนิ ยั และอดทน จดุ ประสงคเ์ ชิงพฤตกิ รรม เมอื่ ผูเ้ รยี น เรยี นจบหน่วยการเรียนนีแ้ ล้ว มีความสามารถดงั ตอ่ ไปนี้ ด้านพุทธพิ สิ ัย 1. บอกประเภทของไฟฟ้าระหว่างไฟฟ้าสถิตและไฟฟ้ากระแสได้ 2. อธบิ ายลกั ษณะของไฟฟา้ กระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลบั ได้ 3. อธิบายทศิ ทางการไหลของกระแสได้ 4. อธิบายความสัมพนั ธ์ของแรงดนั แรงเคลื่อนไฟฟ้า และความต่างศกั ย์ไฟฟา้ 5. อธิบายวธิ ีการนาแหลง่ จา่ ยไฟฟา้ แบบต่าง ๆ ไปประยุกต์ใชง้ านได้ 6. อธบิ ายหลกั การกฎของโอห์มได้ 7. บอกวธิ ีการคานวณหาค่ากาลงั ไฟฟ้าที่ใช้งานได้

หนว่ ยท่ี 2 ความรเู้ บ้อื งตน้ เกย่ี วกับไฟฟา้ มนษุ ยเ์ รารู้จักไฟฟา้ มานานแล้ว แต่ไมม่ ใี ครบอกไดว้ า่ คืออะไร ทราบแต่เพียงวา่ คอื พลังงานรูป หน่ึงที่สามารถเปล่ียนพลังงานกลเป็นพลังงานความร้อน แสง และ เสียง เป็นต้น ตามประวัติศาสตร์ กล่าวว่ามีนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกชื่อ เทเลส (Theles) ได้นาแท่งอาพันมาขัดสีกับผ้าขนสัตว์ แท่ง อาพันเกิดความร้อนข้ึนน้ันจะมีอานาจดูดสิ่งของเบา ๆ ได้ เช่น ผม กระดาษช้ินเล็ก ๆ และเศษผงช้ิน เลก็ ๆ เป็นตน้ จึงได้ต้งั ชือ่ ว่าเปน็ ภาษากรกี วา่ อเิ ล็กตรอน(Electron) ต่อมาจากนั้นมาประมาณ พ.ศ. 2148 ดร.กิลเบอร์ต (Dr.Gillbert) เป็นชาวอังกฤษ ได้ นาหลักการของไฟฟ้าสถิตของ เทเลส โดยนาเอาผ้าแพรและผ้าขนสัตว์มาถูกับแท่งแก้ว แท่งยางสน แท่งกามะถัน และนาไปทดลองดูดของเบาๆ ได้รับผลสาเร็จเช่นเดียวกันจึงตั้งชื่อไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่นี้ ว่า ไฟฟ้า (Electricity) จากคาน้ีเองไดน้ ามาใชจ้ นถึงปัจจุบัน 2.1 แหล่งกาเนิดไฟฟ้า 2.1.1 การกาเนดิ ไฟฟา้ แหล่งกาเนิดไฟฟ้า (Power Source) คือต้นกาเนิดของกาลังไฟฟ้า หรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งมวี ิธกี ารต่าง ๆ ในปจั จุบนั จะถกู พัฒนาให้ไดแ้ หล่งกาเนิดที่มคี ุณภาพ และมปี ระสิทธภิ าพสูงสุด โดย ที่แหลง่ กาเนดิ ไฟฟ้ามีอยู่ 6 ชนดิ คอื 1. ไฟฟา้ เกดิ จากการเสียดสี 2. ไฟฟา้ เกิดจากความร้อน 3. ไฟฟา้ เกิดจากแรงกดดัน 4. ไฟฟา้ เกดิ จากการทาปฏิกิรยิ าเคมี 5. ไฟฟ้าเกิดจากสนามไฟฟ้า 6. ไฟฟา้ เกดิ จากแสงสวา่ ง 2.1.1.1 ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสีเป็นไฟฟ้าท่ีถูกค้นพบมานานกว่า 2,000 ปีแล้วเกิดขึ้นได้ จากการนาวัตถุต่างกัน 2 ชนิดมาขัดสีกัน เช่น แท่งแก้วกับผ้าแพร แท่งยางกับผ้าขนสัตว์ แผ่น พลาสติกกับผ้าและหวีกับผม เป็นต้น ผลของการขัดสีดังกล่าวทาให้เกิดความไม่สมดุลข้ึนของประจุ ไฟฟ้า ในวัตถุท้ังสอง เนื่องจากเกิดการถ่ายประจุไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลของศักย์บวก (+) และศักยล์ บ (-) ของวตั ถุท้ังสอง วัตถชุ นดิ หนึ่งแสดงศักยไ์ ฟฟา้ บวก (+) ออกมา วัตถุอกี ชนิดหนึง่ แสดง ศักยไ์ ฟฟา้ ลบ (-) ออกมา ไฟฟา้ เกดิ จากการเสยี ดสี ดงั รปู ที่ 2.1

ผา้ ขนสตั ว์ แท่งยาง รปู ที่ 2.1 ไฟฟา้ เกิดจากการเสยี ดสี 2.1.1.2 ไฟฟา้ เกิดจากความร้อน ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน เกิดขึ้นได้โดยนาโลหะต่างชนิดกัน 2 แผ่นมาประกบกัน เช่น ทองแดง สังกะสี เหล็ก และทองเหลือง เป็นต้น ปลายด้านหน่ึงของโลหะท้ังสองประกบติดกันให้ แน่นโดยการเชื่อมหรือยึดหมุด ปลายอีกด้านหนึ่งของโลหะทั้งสองแยกห่างออกจากกัน นาไปต่อเข้า กับมิเตอรว์ ดั แรงดนั ไฟฟา้ ใหค้ วามรอ้ นทปี่ ลายด้านประกบตดิ กนั ของโลหะทั้งสอง ความรอ้ นส่งผลให้ เกิดการแยกตัวของประจุไฟฟ้า แสดงค่าศักย์ไฟฟ้าออกมาท่ีปลายด้านเปิดของโลหะทั้งสอง มิเตอร์วัด แรงดนั ไฟฟา้ จะแสดงค่าแรงดันไฟฟา้ ออกมา ไฟฟา้ เกดิ จากความร้อน ดังรปู ที่ 2.2 ทองแดง กลั วานอร์มิเตอร์ เหลก็ รูปที่ 2.2 ไฟฟ้าเกดิ จากความรอ้ น 2.1.1.3 ไฟฟา้ เกิดจากแรงกดดนั ไฟฟ้าเกิดจากแรงกดดัน เกิดขึ้นได้จากวัสดุเมื่อมีแรงกดลงบนวัสดุน้ันจะทาให้เกิด ไฟฟ้าขึ้นมา วัสดุดังกล่าวนี้ได้แก่ แร่ควอตซ์หรือผลึกควอตซ์ (Quartz Crystal) โครงสร้างประกอบด้วย ผลึกควอตซ์มีแผ่นโลหะประกบติดด้านบนและด้านล่างของผลึกควอตซ์ ต่อขั้วต่อเข้ากับแผ่นโลหะท้ัง สองเพื่อใช้เป็นข้ัวจ่ายแรงดันไฟฟ้าออกมา นาขั้วจ่ายแรงดันไฟฟ้าน้ีต่อเข้ากับมิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้า ไฟฟา้ เกิดจากแรงกดดนั ดังรปู ท่ี 2.3

แรงกด แผน่ โลหะ ผลึกควอตซ์ รูปที่ 2.3 ไฟฟา้ เกิดจากแรงกดดัน คุณสมบัติของผลึกควอตซ์ คือ เม่ือมีแรแงรกงดกดดันหรือแรงส่ันสะเทือนให้กับผลึกควอตซ์ทาให้ อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมของผลึกควอตซ์เกิดพลังงานวิ่งเคล่ือนท่ีไปยังอะตอมอื่นๆ ได้ เกิดแรงดันไฟฟ้าข้ึนมาท่ีขั้วโลหะทั้งสองแสดงผลให้เห็นที่มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าอุปกรณ์ไฟฟ้าและ เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ทีใ่ ช้ผลึกควอตซไ์ ปใชง้ าน เช่น ไมโครโฟนแบบครสิ ตอล เป็นต้น 2.1.1.4 ไฟฟา้ เกิดจากการทาปฏิกิริยาเคมี ไฟฟ้าเกิดจากการทาปฏิกิริยาเคมี เป็นไฟฟ้าที่เกิดข้ึนจากการใช้สารเคมีจาพวก กรดกามะถัน ร่วมกับโลหะต่างกัน 2 ชนิด โดยการนาแท่งสังกะสีและแท่งทองแดงจุ่มลงไปในกรด กามะถัน (H2SO4) เจือจาง ซึ่งถูกเรียกวา่ อิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte) ใสไ่ วใ้ นโถแกว้ แท่งโลหะทั้งสอง ถูกแยกห่างออกจากกัน ใช้มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าต่อเข้ากับข้ัวโลหะทั้ง 2 อิเล็กโตรไลต์จะทาให้เกิด การแยกตัวของประจุไฟฟ้าขึ้นที่แท่งโลหะทั้งสอง แท่งสังกะสีแสดงศักย์ไฟฟ้าออกมาเป็นลบ (-) แท่ง ทองแดงแสดงศักย์ไฟฟ้าออกมาเป็นบวก (+) แสดงผลการเกิดแรงดันไฟฟ้าที่มิเตอร์ วัดแรงดัน การ ทาปฏิกิริยาทางเคมีเบื้องต้นดังกล่าว เรียกว่า โวลตาอิกเซลล์ (Voltaic Cell) ไฟฟ้าเกิดจากการทา ปฏิกริ ิยาเคมี ดังรปู ที่ 2.4 ทองแดง อา่ งแกว้ สงั กะสี H2 SO4 รูปที่ 2.4 ไฟฟา้ เกดิ จากการทาปฏิกิริยาเคมี

2.1.1.5 ไฟฟา้ เกิดจากสนามแม่เหล็ก ไฟฟ้าเกิดจากสนามแมเ่ หล็ก เป็นไฟฟ้าทเ่ี กดิ ขึ้นจากการใชแ้ มเ่ หล็กกับเส้นลวดตวั นามา เคล่ือนที่ตัดผ่านกัน จะใช้เส้นลวดตัวนาตัดผ่านสนามแม่เหล็กหรือใช้สนามแม่เหล็กตัดผ่าน เส้นลวดตัวนาก็ตาม มีผลทาให้เกิดแรงดันไฟฟ้าชักนาขึ้นมาที่เส้นลวดตัวนา ไฟฟ้าเกิดจาก สนามแมเ่ หล็ก ดังรูปท่ี 2.5 เลื่อนแท่ง แม่เหลก็ ข้ึนลง รูปที่ 2.5 ไฟฟ้าเกิดจากสนามแมเ่ หล็ก การเกดิ ไฟฟ้าจากสนามแม่เหลก็ ต้องมีการเคลือ่ นที่ของเส้นลวดตวั นาหรือมีการเคลื่อนท่ีของ สนามแม่เหล็กตลอดเวลาจึงจะเกิดแรงดันไฟฟ้า ถ้าหยุดการเคลื่อนท่ีท้ังเส้นลวดตัวนาและ สนามแม่เหล็กแรงดันไฟฟ้าจะไม่เกิดขึ้น เครื่องกาเนิดไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กจึงเรียกว่า เจนเนอเรเตอร์ (Generator) 2.1.1.6 ไฟฟา้ เกิดจากแสงสว่าง ไฟฟ้าเกิดจากแสงสว่าง เป็นไฟฟ้าเกิดข้ึนจากการท่ีสารก่ึงตัวนาบางชนิดได้รับ แสงอาทิตย์ส่องผ่านอุปกรณ์ดังกล่าวมีช่ือเรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ หรือโซลาร์เซลล์ (Solar Cell) โครงสร้างของเซลล์แสงอาทติ ย์ประกอบด้วยสารกึง่ ตวั นาชนิดซิลิคอนทม่ี ีโปรตอน (P) มากกวา่ ปกติ หรือ มศี กั ย์ไฟฟา้ เป็นบวก (P) นามาประกบติดกับสารกงึ่ ตวั นาชนดิ ซิลิคอนทม่ี ีอิเลก็ ตรอน (e) มากกวา่ ปกติ หรือมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ (N) ตอนนอกสุดใช้แผ่นโลหะโปร่งใสประกบปิดบนล่าง พร้อมกับต่อขั้วจ่าย แรงดนั ไฟฟ้าออกมา นาไปต่อเขา้ กบั แมสเิ ตอรว์ ัดแรงดนั ไฟฟ้า โครงสรา้ งเซลลแ์ สงอาทติ ย์ ดงั รูปท่ี 2.6 โลหะ V รปู ท่ี 2.6 ไฟฟา้ เกดิ จากแสงสว่าง

เซลล์แสงอาทิตย์ขณะไม่ได้รับแสงสว่างหรือแสงอาทิตย์ ไม่กาเนิดแรงดันไฟฟ้าข้ึนมา เพราะ ไม่มพี ลงั งานแสงมากระตุ้นให้อิเล็กตรอนหลุดเคล่ือนท่ีไปอะตอมอื่น ๆ เมือ่ เซลลแ์ สงอาทิตย์ไดร้ ับแสง สว่างทาให้อิเล็กตรอนเกิดพลังงานและมีค่ามากขึ้น หลุดออกมาเป็นอิเล็กตรอนอิสระ สามารถวิ่ง เคลอ่ื นทีแ่ ยกตวั เกิดเป็นแรงดันไฟฟ้าในแตล่ ะขว้ั สารกึ่งตัวนา สารชนดิ P เกิดศักย์ บวก (+) สารชนิด N เกดิ ศกั ย์ลบ (+) 2.2 ประเภทของไฟฟา้ ไฟฟ้าสามารถกาเนิดขึ้นมาได้จากแหล่งกาเนิดต่างชนิดกนั แตส่ ามารถแบง่ ประเภทของไฟฟ้า ออกมาไดต้ ามลักษณะและตามคณุ สมบตั ิทแ่ี ตกตา่ งกันของไฟฟ้าทเี่ กิดข้นึ เป็น 2 ประเภท ด้วยกนั คือ 1) ไฟฟา้ สถติ (Static Electricity) 2) ไฟฟา้ กระแส (Current Electricity) 2.2.1 ไฟฟ้าสถิต เป็นไฟฟา้ ทเ่ี กดิ ข้ึนเองตามธรรมชาดิ เช่น ฟา้ ร้อง ฟ้าแลบ ฟ้าผา่ การเกดิ ข้นึ ดังกลา่ วเกิดจากความไม่สมดุลของประจุไฟฟา้ บวก ( + ) และประจไุ ฟฟ้าลบ ( - ) ระหว่างจดุ สองจดุ การเกดิ ไฟฟ้าสถิตตามธรรมชาติ ดังรูปท่ี 2.7 รูปที่ 2.7 การเกิดฟา้ ร้องในก้อนเมฆ ที่มา : งานไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนิกสเ์ บ้ืองต้น ผแู้ ต่ง พนั ธศ์ กั ดิ์ พฒุ ิมานติ พงศ์ และคณะ จากรูปที่ 2.7 แสดงการเกิดฟ้าร้องขึ้นมา ฟ้าร้องเกิดจากการเคลื่อนตัวของประจุไฟฟ้า ในก้อนเมฆจากจุดหน่ึงไปยังจุดอื่น ๆ ฟ้าแลบเกิดจากการถ่ายเทประจุไฟฟ้าจากก้อนเมฆก้อนหนึ่งไป ยงั กอ้ มเมฆอกี กอ้ นหนงึ่ และฟ้าผา่ เกดิ จากการถา่ ยเทประจไุ ฟฟา้ จากก้อนเมฆลงมายงั พ้นื ดนิ ไฟฟ้าสถิตยังสามารถเกิดจากการเสียดสีของวัตถุต่างกัน 2 ชนิด ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ในหัวข้อ 2.1 ในการให้กาเนิดไฟฟ้าสถิตขึ้นมาเพ่ือนาไปใช้งานในด้านอุตสาหกรรม สามารถผลิต ไฟฟ้าสถิต ข้ึนได้ด้วยเคร่ืองกาเนิดที่เรียกว่า แวน เดอ กราฟ สแตติก เจนเนอเรเตอร์ (Van de Graff Static Generator) โครงสร้างของแวน เดอ กราฟ สแตตกิ เจนเนอเรเตอร์ ดงั รูปที่ 2.8

หวเี กบ็ ประจุ โลหะทรงกลม สายพาน หวที ี่มีประจุ แหล่งจ่ายความตา่ งศกั ย์ รปู ที่ 2.8 เครอ่ื งกาเนิดไฟฟา้ สถิต แวน เดอ กราฟ ทม่ี า : http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?ID=32704 การนาไฟฟ้าสถิตไปใช้งานมีมากมาย เช่น เครื่องถ่ายเอกสาร เคร่ืองกาจดฝุ่น เคร่ืองทา อากาศบรสิ ุทธ์ิ อตุ สาหกรรมพน่ สี และอุตสาหกรรมกระดาษทราย เป็นตน้ 2.2.2 ไฟฟา้ กระแส เปน็ ไฟฟา้ ทสี่ ามารถกาเนิดขึน้ มาได้จากแหล่งกาเนิดหลายชนิด เช่นจาก ปฏิกริ ยิ าเคมี จากความร้อน จากแสงสวา่ ง จากแรงกดดัน และจากสนามแม่เหล็ก เป็นต้น เปน็ ไฟฟ้า ที่ต้องมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปมาตลอดเวลา การเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนไปตามอะตอม ของวัสตุธาตุต่าง ๆ นี้เรียกว่าการเกิดกระแสไหล อิเล็กตรอนเม่ือเคลื่อนที่ไปตามส่วนต่าง ๆ ทาให้ อิเล็กตรอนเกิดการเปลย่ี นแปลงพลงั งานในตวั มัน พลังงานท่ีอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปถูกแสดงออกมา ใน รปู พลังงานอื่น ๆ เชน่ แสงสว่าง เสียง ความรอ้ น และการเคลื่อนท่ี เป็นตน้ 2.3 กระแสไฟฟา้ กระแสไฟฟ้า (Electrical Current) เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากจุดหนึ่งไปยังอีก จุดหน่ึงภายในตัวนาไฟฟ้า การเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนเกิดจากการนาวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าต่างกันมา วางไว้ใกล้กนั เช่น ทองแดง การเคล่อื นท่ขี องอิเลก็ ตรอน จะเคลอ่ื นทีจ่ ากวตั ถุที่มปี ระจุไฟฟ้าลบ (-) ไป ยังวัตถุท่ีมีประจุไฟฟ้าบวก (+) กระแสไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์ (Ampere) และใช้อักษรย่อเป็น “A” กระแสไฟฟ้าสามารถแยกออกได้เป็น 2 ชนดิ ดว้ ยกันดังน้คี ือ ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) และไฟฟ้ากระแสสลบั (Alternating Current) 2.3.1 ไฟฟา้ กระแสตรง ไฟฟา้ กระแสตรงหรืออาจเรยี กสนั้ ๆ ว่า ไฟดซี ี (DC : Direct Current) เปน็ ไฟฟ้าที่ถูกกาเนิด ขึ้นมาจากแหลง่ กาเนิดไฟฟ้าท่ีมขี ้วั จ่ายศักยไ์ ฟฟ้าออกมาแนน่ อนตายตวั เม่ือนาไปใช้งานจะเกิดกระแส

ไหลในทิศทางเดียวตลอดเวลา สาหรับแหล่งจ่ายไฟน้ันมาจากเซลล์ปฐมภูมิ และเซลล์ทุติยภูมิ หรือ เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ระดับแรงดันที่ถ่ายออกมามีระดับแรงดันคงท่ีตลอดการใช้งาน แหล่งกาเนิดไฟฟา้ กระแสตรง (DC) และระดบั แรงดันทเี่ กิดขึน้ ดงั รูปที่ 2.8 แรงดนั + 0 เวลา - ก. แหล่งกาเนดิ ไฟฟา้ ข. กราฟแสดงค่าแรงดนั ไฟฟ้า รูปท่ี 2.9 แหลง่ กาเนดิ แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรง ท่ีมา : http://www.vcpbook.com/vcp_knowledge/vcp_knowleade_detail.php?vk_id=4 และ http://kpp.ac.th/elearning/elearning3/unit05.html# 2.3.2 ไฟฟา้ กระแสสลบั ไฟฟ้ากระแสสลั บหรอื อาจเรยี กสัน้ ๆ วา่ ไฟเอซี (AC : Alternating Currant) เป็นไฟฟา้ ที่ถูก กาเนิดขึน้ มาจากแหลง่ กาเนิดไฟฟา้ ที่มีขั้วจ่ายศักยไ์ ฟฟ้าออกมาไมแ่ น่นอนตายตัว ในข้ัวจา่ ยศกั ย์ไฟฟ้า ขั้วเดียวสามารถจ่ายศักย์ไฟฟ้าออกมาได้ทั้งศักย์บวก ( + ) และศักย์ลบ ( - ) สลับไปหลับมา ตลอดเวลา เม่อื นาไปใชง้ าน จะเกดิ กระไหลในทิศทางท่ีกลบั ไปกลับมาเปลยี่ นแปลงตลอดเวลาเช่นกัน ระดับแรงดันท่ีจ่ายออกมา มีระดับแรงดันไม่คงท่ี บางเวลามีระดับแรงดันสูง บางเวลามีระดับ แรงดันต่า ทาให้กระแสที่ไหลมีค่า ไม่คงท่ีไปด้วย สาหรับแหล่งจ่ายไฟนั้นมาจากเครื่องกาเนิดไฟฟ้า กระแสสลับชนิดหนึ่งเฟส หรือเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระเสสลับชนิดสามเฟส แหล่งกาเนิดไฟฟ้า กระแสสลบั (AC) และระดบั ดนั ที่เกิดขนึ้ ดังรปู ที่ 2.10 แรงดนั (V) + 0 เวลา (+) - รูปที่ 2.10 แหล่งกาเนดิ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลบั ก. เจนเนอเรเตอร์ ข. กราฟแสดงคา่ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ท่มี า : http://www.turbinetechnologies.com/rankinecycler.html และ

http://kpp.ac.th/elearning/elearning3/unit05.html 2.4 ทศิ ทางการไหลของกระแส การเกิดกระแสไหลในวงจรไฟฟ้าคือ การเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอน ดังนั้นในการกล่าวถึง การไหลของกระแสจึงหมายถึงอิเล็กตรอนเคล่ือนที่ กระแสชนิดนี้มีช่ือเรียกว่า กระแสอิเล็กตรอน (Electron Current) มีทิศทางการไหลจากศักย์ไฟฟ้าลบ (-) ไปยังศักย์ไฟฟ้าบวก (+) แต่ในบางคร้ัง การกล่าวถึงกระแสไหลอาจไม่ได้หมายถึงอิเล็กตรอนเคล่ือนท่ี แต่เป็นโฮล (Hole) หรือรูเคลื่อนที่ กระแสชนิดน้ีมีช่ือเรียกว่า กระแสนิยม (Conventional Current) มีทิศทางการไหลของกระแสจาก ศักย์ไฟฟ้าบวก (+) ไปยังศักย์ไฟฟ้าลบ (-) การที่โฮลหรือรูเคลื่อนท่ีได้เพราะการเคล่ือนที่ไปของ อิเล็กตรอน ทาใหัเกิดเป็นรูหรือช่องว่างข้ึนมาน่ันคือเกิดโฮล เม่ืออิเล็กตรอนเคล่ือนที่ไปข้างหน้า มี ผลให้เกิดโฮลเคล่ือนท่ีมาข้างหลัง มีทิศทางสวนทางกัน การอธิบายทิศทางการไหลของกระแส จะ พบได้ท้ังกระแสอิเล็กตรอนและกระแสนิยม ไม่ว่ากระแสจะไหลด้วยกระแสอะไรก็ตาม ผลท่ีเกิดกับ อุปกรณ์ไฟฟ้าหรือวงจรไฟฟ้าไม่แตกต่างกัน จึงกล่าวได้ว่าคือกระแสไหลเหมือนกัน ลักษณะการไหล ของกระแสอเิ ล็กตรอนและกระแสนยิ ม ดังรปู ที่ 2.11 โฮล กระแสอิเลก็ ตรอน อิเลก็ ตรอน - --- ------ กระแสนิยม +- รูปที่ 2.11 การไหลของกระแสอเิ ล็กตรอนและกระแสนยิ ม ท่ีมา : งานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกสเ์ บื้องต้น ผแู้ ต่ง พันธ์ศักด์ิ พฒุ มิ านติ พงศ์ และคณะ 2.5 แรงดันไฟฟา้ จากที่ทราบมาแล้วว่า แรงดันไฟฟ้านั้นเป็นแรงที่ทาให้อิเล็กตรอนเกิดการเคล่ือนที่ หรือ เรียกว่าแรงเคล่ือนไฟฟ้า (Eletromotive Force) และเนื่องจากการที่มีศักย์ไฟฟ้าตรงข้ามกัน น่ันคือ ด้านหน่ึงมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก (+) ส่วนอีกด้านหน่ึงมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ (-) ดังนั้น ขนาดของแรงดันจึง หมายถึงปริมาณของความต่างศักย์ไฟฟ้า (Potential Difference) ที่ปรากฏคร่อมวงจรไฟฟ้าน่ันเอง ความต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ สามารถทจี่ ะบอกถึงระดบั แรงดนั ไฟฟา้ ทจี่ ่ายใหแ้ ก่วงจรไฟฟา้ ได้

ในกรณที กี่ ล่าวถงึ แรงดนั ไฟฟา้ โดยทว่ั ๆ ไปจะหมายถึง แรงดนั ไฟฟ้าท่ตี กคร่อมอุปกรณ์ไฟฟ้า แต่ละตัวภายในวงจรไฟฟ้าหรือแรงดนั ไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟฟ้า ซึ่งจะใช้สัญลักษณ์แทนแรงดันไฟฟ้า เป็นอักษร V ตัวเอนใหญ่ ส่วนหน่วยของแรงดันไฟฟ้าจะใช้อักษร V ตัวใหญ่ธรรมดา แทนคาว่าโวลต์ (Volt) ซ่ึงเป็นหน่วยวัดของแรงดันไฟฟ้า แรงดัน 1 โวลต์ คือ แรงดันท่ีทาให้กระแส 1 แอมแปร์ ไหล ผา่ นเขา้ ไปในความต้านทาน 1 โอห์ม แรงดนั ไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนดิ ได้แก่ แรงดนั ไฟฟ้า กระแสตรง (Direct Voltage) และแรงดันไฟฟา้ กระแสสลบั (Alternating Voltage) ดงั รปู ท่ี 2.12 แรงดนั (V) แรงดนั (V) ++ 0 เวลา (+) 0 เวลา (+) - - ก. แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรง ข. แรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั รูปท่ี 2.12 ลกั ณะของแรงดนั ไฟฟา้ 2.6 แหล่งกาเนดิ ไฟฟา้ แหล่งกาเกิดไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้า ท่ีให้พลังงานศักย์ไฟฟ้าที่สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้า ออกมาใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าท่ัว ๆ ไปได้ หรืออาจเรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า (Electromotive force : EMF) ซึ่งสามารถแบ่งออกได้ 4 ชนิดใหญ่ ๆ ดังน้ี 1) แบตเตอรี่ (Battery) 2) เซลล์แสงอาทติ ย์ (Solar Cells) 3) เจนเนอเรเตอร์ (Generator) 4) แหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Power Supply) 2.6.1 แบตเตอรี่ แบตเตอรี่เป็นแหล่งกาเนิดไฟฟ้าที่อาศัยหลักการเปล่ียนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงาน ไฟฟ้า แบตเตอรีประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าตั้งแต่ 1 เซลล์ หรือมากกว่า โดยเซลล์เหล่านี้จะเช่ือมต่อ เข้าด้วยกนั ทางไฟฟา้

เซลลไ์ ฟฟา้ ของแบตเตอร่ีประกอบด้วยอปุ กรณ์พืน้ ฐาน 4 ส่วน ดงั น้ี 1. ขว้ั บวก (Positive Electrode) 2. ขั้วลบ (Negative Electrode) 3. อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) 4. ตัวคนั่ เซลล์ (Seperator) ขั้วบวกเป็นส่วนท่ีสูญเสียอิเล็กตรอนเน่ืองจากการทาปฏิกิริยาทางเคมี ส่วนข้ัวลบจะเป็น ตัวรับอิเล็กตรอนภายหลังที่เกิดการทาปฏิกิริยาทางเคมีข้ึน สาหรับอิเล็กโตรไลต์จะเป็นตัวกลางให้ อิเล็กตรอนไหลผ่านระหว่างข้ัวบวกและข้ัวลบ ส่วนตัวคั่นเซลล์จะใช้แยกส่วนของขั้วบวกและข้ัวลบ ออกจากกันทางไฟฟ้า ดงั รปู ท่ี 2.13- ตวั คน่ั เซลล์ + อิเลก็ โตรไลต์ ข้วั ลบ ข้วั บวก รูปที่ 2.13 เซลล์แบตเตอรี่ ท่ีมา : ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกสเ์ บ้ืองตน้ ผูแ้ ต่ง น.ต. มงคล พรหมเทศ และน.ต. ณรงค์ชยั กล่อมสุนทร โดยทวั่ ไปแลว้ แบตเตอร่ีจะประกอบดว้ ยเซลลห์ ลายเซลล์ท่มี กี ารเช่อื มตอ่ กนั ทางไฟฟา้ อยู่ ภายใน ซงึ่ วิธกี ารตอ่ ของเซลล์แตล่ ะชนดิ ของวัสดุท่ีนามาใช้เป็นเซลล์ จะเปน็ ปจั จยั ทก่ี าหนดขนาดของ แรงดันไฟฟ้า และความจุไฟของแบตเตอรี โดยการต่อถา้ ใหข้ ั้วบวกของเซลล์หนึ่งต่อกับขัว้ ลบของเซลล์ ถัดไปและต่อกันเช่นน้ีไปเร่ือย ๆ จะทาให้แรงดันไฟฟ้าท่ีได้เท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าของแต่ละ เซลลร์ วมกนั เรยี กการต่อแบบน้วี ่า การต่อแบบอนุกรมหรือการต่อแบบอันดบั (Series Connection) ดงั รปู ที่ 2.14 + + +- +- - 1.5 V 3V 1.5 V ก. รูปรา่ ง - ข. สัญลักษณ์ รูปที่ 2.14 รูปรา่ งและสัญลักษณ์ของการตอ่ เซลลแ์ บตเตอร่แี บบอนุกรม

สว่ นวธิ ีการเพมิ่ ความจุไฟฟา้ ให้กับแบตเตอร่ีนั้น จะตอ้ งต่อโดยให้ขว้ั บวกของทุกเซลล์ เข้า ด้วยกันและข้ัวลบของทุกเซลล์เข้าด้วยกัน ซ่ึงเรียกการต่อลักษณะนี้ว่า การต่อแบบขนาน (Parallel Connection) ดังรปู ท่ี 2.15 + + +- + - - 1.5 V 1.5 V 1.5 V - ก. รูปร่าง ข. สัญลกั ษณ์ รูปที่ 2.15 รูปรา่ งและสัญลักษณ์การต่อเซลล์แบตเตอร่แี บบขนาน ทีม่ า : http://kpp.ac.th/elearning/elearning3/unit05.html 2.7 กฎของโอห์ม การท่ีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรไฟฟ้าได้นั้น เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจร และ ปริมาณกระแสไฟฟ้าภายในวงจรจะถูกจากัดโดยความต้านทานไฟฟ้าภายในวงจรไฟฟ้านั้น ๆ ดังนั้น ปริมาณกระแสไฟฟ้าภายในวงจรจึงขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและค่าความต้านทานของวงจร ซ่ึง ความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้า (V) กระแสไฟฟ้า (I) และความต้านทานไฟฟ้า (R) ภายในวงจรนี้ถูก ค้นพบโดย George Simon Ohm นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันและนาออกมาเผยแพร่ในปี ค.ศ. 1826 ซึ่ง เรียกว่า กฎของโอห์ม (Ohm's Law) กล่าวคือ ถ้าค่าความต้านทานสูง จะทาให้กระแส ไฟฟ้าไหลใน วงจรได้น้อย แต่ถ้าค่าความต้านทานต่า กระแสไฟฟ้าจะไหลได้มากล่าวโดยสรุป คือ กระแสไฟฟ้า ที่ไหล ในวงจร จะแปรผันโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าและแปรผกผันกับค่าความต้านทานไฟฟ้านั่นเอง โดย เขียนความสัมพนั ธ์ได้ ดงั รูปท่ี 2.16 E IR รูปที่ 2.16 แสดงการหาค่าแรงดนั กระแส และความต้านทาน จากกฎของโอห์ม

E = IR สมการท่ี 2.1 เมอ่ื E คือ EMF or Voltage หมายถึง แรงเคล่ือนไฟฟา้ มหี น่วยเป็น โวลต์ ; V I คือ Current Ampare หมายถึง กระแสไฟฟา้ มีหนว่ ยเป็น แอมแปร์ ; A R คือ Resistance หมายถึง ความต้านทานไฟฟ้า มหี นว่ ยเปน็ โอห์ม ; Ω 2.8 กาลังไฟฟา้ กาลังไฟฟ้า (Electrical Power) หมายถึง การป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าไปในโหลดเพ่ือทาให้เกิด พลังงานในรูปต่าง ๆ เช่นพลังงานแสงสว่าง พลังงานความร้อน พลังงานกล เป็นต้น กาลังไฟฟ้ามี หน่วยเป็นวัตต์ (Watt : W) ตามชื่อของ Jame Watt ซึ่งกาลังไฟฟ้ามีสูตรที่ใช้ในการคานวณ ดังสมการท่ี 2.2 P = VI สมการท่ี 2.2 เม่ือ P คอื กาลังไฟฟ้า มีหนว่ ยเปน็ วัตต์ ; W V คอื แรงดนั ไฟฟา้ มีหน่วยเปน็ โวลต์ ; V Iคอื กระแสไฟฟา้ มีหน่วยเปน็ แอมแปร์ ; A การหาค่ากระแสไฟฟ้า แรงดัน ความต้านทาน และกาลังทางไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กัน การคานวณเพื่อหาค่าจะต้องทราบคาอย่างน้อย 2 ค่าจึงจะหาค่าท่ีต้องการได้ ตัวอย่างเช่น ต้องการ ทราบค่าความต้านทาน จะต้องทราบค่าแรงดันและกระแส หรือต้องการทราบค่ากาลังทางไฟฟ้า จะต้องทราบค่าของแรงดันและกระแส เป็นต้น จากความสัมพันธ์ดังกลา่ วสามารถสรุปเป็นสูตรเพื่อใช้ ในการหาคา่ ต่าง ๆ ได้ ดังรปู ที่ 2.17 PI ER รปู ท่ี 2.17 แสดงสูตรที่ใชใ้ นการหาค่าแรงดัน กระแส ความตา้ นทานและกาลงั ไฟฟา้ ท่ีมา : งานไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนกิ สเ์ บ้ืองตน้ ผแู้ ตง่ บญุ สบื โพธศิ์ รี, โกมล ศริ ิสมบูรณเวช และคณะ

ตัวอย่างที่ 2.1 วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟฟ้าขนาด 10 โวลต์ ต่ออนุกรมกับโหลดของ วงจรที่มีคา่ ความตา้ นทานเทา่ กับ 20 โอหม์ วงจรดงั กล่าวมีกระแสและกาลังไฟฟา้ เทา่ ใด วิธที า หากระแสไฟฟ้า จาก I = E R เม่ือ E = 10 V R = 20 Ω แทนคา่ I = 10V 20 = 0.5 A  กระแสไฟฟ้าของวงจรเทา่ กับ 0.5 แอมแปร์ ตอบ หากาลังไฟฟา้ จาก P = E  I เมือ่ E = 10 V I = 0.5 A แทนคา่ P = 10 V  0.5 A = 5A  กาลงั ไฟฟ้าเท่ากบั 5 แอมแปร์ ตอบ ไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้าน ในทุกครัวเรือนจะมีมิเตอร์ติดต้ังอยู่เพื่อแจ้งให้เจ้าของบ้านทราบว่าใน แต่ละเดือนได้ใช้พลังงานไฟฟ้าไปเท่าใด มิเตอร์ที่ติดตั้งไว้คิดค่าหน่วยของการใช้งานเป็นกิโลวตั ต์ - ช่ัวโมง ซ่ึงหมายถึง การใช้ไฟฟ้า 1,000 วัตต์ ใน 1 ชั่วโมง เคร่ืองมือวัดชนิดน้ีเรียกว่า กิโลวัตต์ - ช่วั โมงมเิ ตอร์ (Kilowatt - Hour Meter) โดยมกี ารหาคา่ ดังสมการท่ี 2.3 W = Pt สมการที่ 2.3 เมื่อ W คอื พลงั งานไฟฟ้าที่ใชม้ ีหน่วยเป็นวตั ตว์ นิ าที Ws หรือกิโลวตั ต์ช่วั โมง kWh P คือ กาลงั ไฟฟา้ มหี นว่ ยเป็นวตั ต์ W t คอื เวลามหี น่วยเป็นวนิ าที (s) หรอื ชัว่ โมง (h)

ตัวอย่างที่ 2.2 เครื่องทาน้าร้อนใช้ฮีทเตอร์ขนาด 1 kW ต้มน้าเป็นเวลา 7 ช่ัวโมง ใช้พลังงาน เทา่ ใด วธิ ีทา จาก W = P × t เม่ือ P = 1 kW = 7 ชั่วโมง แทนค่า W= (1,500W  7)  (3,600W  17 )  (3100  4)  (900  6 ) = 60 60 0.5 A ใชพ้ ลังงานไป = 13,560 Wh หรือ 13.56 kWh ตอบ W = 1 kW × 7 h = 7 kWh  เครือ่ งทานา้ ร้อนใช้พลังงาน เท่ากับ 7 kWh ตอบ 2.9 การตอ่ เซลล์ไฟฟา้ การต่อเซลล์ไฟฟ้า หมายถึงการนาเซลล์ฟ้า ถ่านไฟฉายหรือแบตเตอร่ีในแต่ละเซลลม์ าต่อเข้า ด้วยกัน เพ่ือให้ได้ทั้งแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าและกาลังไฟฟ้ามากข้ึนตามต้องการ โดยทั่วไป ถา่ นไฟฉาย จานวน 1 เซลล์มีขนาดแรงดันเท่ากบั 1.5 โวลต์ -+ - + ก. แหล่งจ่ายเซลลเ์ ดียว ข. แหล่งจา่ ยหลายเซลล์ รปู ท่ี 2.18 สัญลกั ษณ์ของแหลง่ จา่ ยแรงดนั ไฟฟา้ กระแสงตรง การตอ่ เซลล์ไฟฟา้ แบ่งออกเปน็ 3 วธิ คี ือ 1. การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบอนุกรม (Series Cell) 2. การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบขนาน (Parallel Cell) 3. การต่อเซลลไ์ ฟฟ้าแบบผสม (Series-Parallel Cell) 2.9.1 การตอ่ เซลล์ไฟฟา้ แบบอนกุ รม การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบอนุกรมแบบน้ีคือ การนาเซลล์ไฟฟ้ามาเรียงต่อกันตามลาดับ โดยนา ข้วั ต่างของเซลล์ไฟฟ้าต่อเขา้ ด้วยกนั คอื ข้วั บวกของเซลล์หน่ึง ต่อกับขั้วลบของอกี เซลล์หนึ่งเป็นเช่นนี้ ไปเรอื่ ย ๆ จนกระทั่งได้ตามความต้องการ ดังรปู ที่ 2.19 I ET ก. ลกั ษณะการตอ่ เซลล์

- E1 + - E2 + - E3 + - E4 + 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A ET = 6 V , 1A ข. ลกั ษณะของวงจร รูปที่ 2.19 การต่อเซลลไ์ ฟฟา้ แบบอนกุ รม การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบอนุกรมนี้จะได้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มข้ึนตามจานวนแรงดันท่ีนามาต่อเพิ่ม ตามสมการท่ี 2.4 ET = E1 + E2 + E3 + ….. EN สมการที่ 2.4 เมื่อ ET คอื แรงดันไฟฟ้ารวมของวงจร มหี นว่ ยเปน็ โวลต์ E1, E2, E3 คือ แรงดนั ไฟฟ้าของเซลล์แต่ละเซลล์ มหี นว่ ยเป็นโวลต์ EN คอื แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลาดับที่ N สาหรบั กระแสไฟฟา้ จะเทา่ กับกระแสไฟฟ้าเพียงเซลล์เดยี ว 2.9.2 การต่อเซลลไ์ ฟฟา้ แบบขนาน การต่อเซลล์ไฟฟา้ แบบน้ี คือการตอ่ เซลล์ไฟฟา้ แบบตอ่ คร่อมกัน โดยนาขัว้ บวกทุกเซลล์มาต่อ กัน และขั้วลบทุกเซลล์มาต่อเข้าดว้ ยกันเช่นกัน ดังรูปที่ 2.20 IT ET ก. ลกั ษณะการตอ่ เซลล์ E1 + E2 + E3 + E4 + ET = 1.5 V , 4A - - - - 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A ข. ลกั ษณะของวงจร รูปที่ 2.20 การต่อเซลลไ์ ฟฟ้าแบบขนาน

การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบขนาน จะได้แรงดันไฟฟ้ารวมกันเท่ากับแหล่งจ่ายของเซลล์ไฟฟ้าเดียว ส่วนความจุของกระแสไฟฟ้าท่ีเซลล์ไฟฟ้าสามารถจ่ายออกมาได้สูงสุดจะเท่ากับกระแสของแต่ละเซลล์ รวมกันดงั สมการที่ 2.5 IT = I1 + I2 + I3 +….. IN สมการท่ี 2.5 เม่ือ IT คือ กระแสทั้งหมดของทุกเซลล์ มหี น่วยเป็นแอมแปร์ I1, I2, I3 คือ กระแสไฟฟา้ ท่จี ่ายออกมาแต่ละเซลล์ มีหนว่ ยเปน็ แอมแปร์ IN คือ กระแสไฟฟ้าทจ่ี า่ ยออกมาเซลล์สดุ ทา้ ย มีหนว่ ยเป็นแอมแปร์ สาหรับแรงดันไฟฟ้า มีค่าแรงดันไฟฟา้ รวมกันเท่ากบั แหลง่ จ่ายของเซลล์ไฟฟา้ เดยี ว 2.9.3 การต่อเซลลไ์ ฟฟา้ แบบผสม การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบผสมน้ี คือ การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบอนุกรมและแบบขนานมารวมกัน ค่าแรงดันท่ีได้ออกมาหรือค่าของความจุของกระแสไฟฟ้าที่ได้ออกมาตามความต้องการ โดยใช้ คุณสมบัตขิ องการตอ่ เซลลไ์ ฟฟา้ แบบอนุกรมและแบบขนานในแตล่ ะสว่ นรวมกนั ดังรูปท่ี 2.21 I ET ก. ลกั ษณะการตอ่ เซลล์ E1 + E2 + E3 + - - - 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A ET = 3 V , 3A + + + E4 - E5 - E6 - 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A ข. ลกั ษณะของวงจร รูปท่ี 2.21 ลกั ษณะการต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบผสม

สรปุ  แหลง่ กาเนิดไฟฟา้ คอื ตน้ กาเนิดของกาลังไฟฟ้าหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า  การกาเนิดไฟฟา้ มี 6 ชนิด คอื 1. ไฟฟา้ เกิดจากการเสยี ดสี 2. ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน 3. ไฟฟา้ เกิดจากแรงกดดัน 4. ไฟฟ้าเกิดจากปฏกิ ริ ยิ าเคมี 5. ไฟฟา้ เกดิ จากสนามไฟฟา้ 6. ไฟฟา้ เกดิ จากแสงสว่าง  ประเภทของพลังงานไฟฟ้า มี 2 ประเภท คอื 1. ไฟฟ้าสถติ 2. ไฟฟ้ากระแส  ไฟฟา้ สถิตเกิดข้นึ จากธรรมชาติ ได้แก่ ฟ้ารอ้ ง ฟ้าผ่า เปน็ ต้น  ไฟฟา้ กระแสเกิดจากการเคลอ่ื นที่ของอเิ ล็กตรอน ไฟฟ้ากระแสมี 2 ชนิด คอื 1. ไฟฟา้ กระแสตรง 2. ไฟฟ้ากระแสสลับ  การต่อเซลล์ไฟฟ้า หมายถงึ การนาเซลลไ์ ฟฟา้ มาต่อเข้าด้วยกนั  การต่อเซลล์ไฟฟ้า มี 3 วธิ ี คอื 1. การตอ่ เซลลไ์ ฟฟา้ แบบอนกุ รม 2. การต่อเซลล์ไฟฟา้ แบบขนาน 3. การต่อเซลลไ์ ฟฟ้าแบบผสม  กฎของโอหม์ คอื แรงดนั ไฟฟ้าเทา่ กับกระแสไฟฟ้าท่ีไหลในวงจร คูณกบั ค่าความต้านทานของวงจร  กระแสไฟฟ้า (Electrical Current) เกิดจากการเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอนจากจุดหน่ึงไปยังอีกจุด หนึ่งภายในตัวนาไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเกิดจากการนาวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าต่างกันมา วางไวใ้ กล้กนั เชน่ ทองแดง การเคลื่อนทข่ี องอเิ ลก็ ตรอน จะเคลือ่ นท่ีจากวตั ถทุ ่ีมีประจไุ ฟฟ้าลบ (-) ไปยังวตั ถทุ ี่มีประจุไฟฟ้าบวก (+) กระแสไฟฟ้ามหี น่วยวดั เป็นแอมแปร์ (Ampere) และใชอ้ กั ษรย่อ เป็น “A” กระแสไฟฟ้าสามารถแยกออกได้เป็น 2 ชนิด ด้วยกันดังนี้คือ ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) และไฟฟา้ กระแสสลบั (Alternating Current)

 แหล่งกาเกิดไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้า หมายถึง แหล่งที่ให้พลังงานศักย์ไฟฟ้าที่สามารถจ่าย พลังงานไฟฟ้าออกมาใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าท่ัว ๆ ไปได้ หรืออาจเรียกว่า แรงเคล่ือนไฟฟ้า (Electromotive force : EMF) ซงึ่ สามารถแบ่งออกได้ 4 ชนดิ ใหญ่ ๆ ดังนี้ 1) แบตเตอรี่ (Battery) 2) เซลลแ์ สงอาทติ ย์ (Solar Cells) 3) เจนเนอเรเตอร์ (Generator) 4) แหลง่ จา่ ยไฟฟ้าแบบบอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Power Supply)  กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรไฟฟา้ ได้น้นั เกิดจากแรงดนั ไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจร และปริมาณ กระแสไฟฟ้าภายในวงจรจะถูกจากัดโดยความต้านทานไฟฟ้าภายในวงจรไฟฟ้านน้ั ๆ ดังน้ัน ปรมิ าณกระแสไฟฟา้ ภายในวงจรจงึ ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและค่าความตา้ นทานของวงจร ซง่ึ ความสมั พนั ธข์ องแรงดันไฟฟ้า (V) กระแสไฟฟา้ (I) และความตา้ นทานไฟฟา้ (R) ภายในวงจรนถี้ ูก คน้ พบโดย George Simon Ohm นักฟสิ ิกสช์ าวเยอรมนั และนาออกมาเผยแพร่ในปี ค.ศ. 1826 ซง่ึ เรยี กว่า กฎของโอห์ม (Ohm's Law) กลา่ วคอื ถ้าคา่ ความตา้ นทานสูง จะทาให้กระแส ไฟฟ้า ไหลในวงจรได้น้อย แตถ่ ้าคา่ ความต้านทานต่า กระแสไฟฟา้ จะไหลได้มาก กล่าวโดยสรปุ คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร จะแปรผนั โดยตรงกับแรงดนั ไฟฟ้าและแปรผกผันกับค่าความต้านทาน ไฟฟ้านนั่ เอง  วธิ กี ารคานวณหาค่ากาลงั ไฟฟ้าท่ใี ช้งาน ในทุกสถานที่มีการใช้ไฟฟ้าจะมีมิเตอร์ติดต้ังอยูเ่ พ่ือแจ้งให้ ทราบวา่ ในแตล่ ะเดอื นไดใ้ ช้พลงั งานไฟฟ้าไปเท่าใด มเิ ตอร์ท่ีตดิ ตง้ั ไวค้ ดิ ค่าหน่วยของการใชง้ านเป็น กิโลวัตต์ - ช่ัวโมง ซ่ึงหมายถึง การใช้ไฟฟ้า 1,000 วัตต์ ใน 1 ชั่วโมง เคร่ืองมือวัดชนิดน้ีเรียกว่า กโิ ลวตั ต์ - ชั่วโมงมิเตอร์(Kilowatt - Hour Meter)โดยมีการหาคา่ ดังนี้ พลังงานไฟฟา้ ทใ่ี ช้ (kWh) = กาลังไฟฟ้า (kW)  เวลา (h) W = Pt เมอื่ W = พลังงานไฟฟ้าทใี่ ช้มหี น่วยเป็นวตั ต์วนิ าที (Ws) หรือกโิ ลวตั ตช์ วั่ โมง (kWh) P = กาลังไฟฟ้ามหี นว่ ยเปน็ วัตต์ (W) t = เวลามีหน่วยเปน็ วินาที (s) หรือชว่ั โมง (h)

แบบประเมินผลหลังเรยี น หนว่ ยท่ี 2 เรือ่ ง ความร้เู บ้ืองต้นเกี่ยวกับไฟฟ้า จุดประสงค์ เพอ่ื ประเมินความกา้ วหน้าทางการเรียนของผู้เรียนเกย่ี วกับ “เรอ่ื ง ความรเู้ บื้องต้น เกีย่ วกบั ไฟฟ้า” คาแนะนา 1. อา่ นคาถามต่อไปนแ้ี ละทาเครอื่ งหมายกากบาท () ข้อท่ีผเู้ รยี นเห็นว่าถูกต้องท่ีสดุ เพียงข้อเดียวลงในกระดาษคาตอบ (คะแนนเต็ม 10 คะแนน) 2. เวลาสาหรับการทาแบบประเมนิ 10 นาที จากรูป จงตอบคาถามขอ้ 1-2 1. หลอดมคี ่าความต้านทานเทา่ ใด ก. 2.42 k ข. 2.42  ค. 24.2 k ง. 24.2  2. จากวงจรดังรปู มีกระแสไหลในวงจรมขี นาดเท่าใด ก. 0.9 A ข. 4.4 mA ค. 0.09 A ง. 0.44 mA 3. กาลงั ไฟฟ้าหาไดจ้ ากสตู รใด ก. P= E2 R ข. P = E2R ค. P= I2 R E ง. P = R

4. กระแสนิยมคือกระแสที่ไหลจากทิศทางใดสู่ทิศทางใด ก. ไหลจากศกั ย์บวกไปสู่ศักย์บวก ข. ไหลจากศกั ย์บวกไปสู่ศักย์ลบ ค. ไหลจากศักย์ลบไปสู่ศักย์บวก ง. ไหลจากศักยล์ บไปสู่ศักย์ลบ 5. ข้อใดกลา่ วถูกต้อง ก. แรงดนั คอิ แรงทเ่ี กดิ จากความตา่ งศักย์ไฟฟ้าจากศักย์ลบไปศักยบ์ วก ข. แรงดนั คือ การทาใหเ้ กิดท่ีทาให้อเิ ล็กตรอนเคลอ่ื นท่ี ค. ระดับแรงดนั ไฟฟา้ จะมากหรอื นอ้ ยอย่ทู ่ีไฟฟ้าศักยบ์ วกเท่ากับไฟฟา้ ศักย์ลบ ง. ระดับแรงดนั ไฟฟ้าจะมากหรอื น้อยอยู่ทช่ี นดิ ของแรงดันไฟฟา้ 6. ขอ้ ใดไม่ใช่การกาเนดิ ไฟฟ้า ก. การเสียดสี ข. สนามแม่เหลก็ ค. เผาไหม้ ง. ปฏกิ ิรยิ าเคมี 7. ไฟฟา้ สถติ ไมไ่ ด้เกดิ จากการกระทาใด ก. ฟ้าร้อง ข. ฟา้ ผา่ ค. ฟ้าแลบ ง. ความรอ้ น E1 E2 E3 E4 -+ -+ -+ -+ 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A 1.5 V , 1A ET 8. จากรูป แหล่งจ่ายแรงดนั และกระแสไฟฟา้ รวม มีขนาดเทา่ ใด ก. 1.5 V , 1 A ข. 1.5 V, 4 A ค. 6 V , 1 A ง. 6 V, 4 A 9. แหล่งจ่ายกาลังไฟฟ้ามีแรงดันขนาด 5 โวลต์ ต่ออยู่กับโหลดท่ีเป็นตัวต้านทานขนาด 1 กิโลโอห์ม สามารถวดั กระแสไฟฟ้าในวงจรได้เท่าใด ก. 0.2 มลิ ลแิ อมป์ ข. 2 มิลลแิ อมป์ ค. 5 มิลลิแอมป์ ง. 0.5 มลิ ลแิ อมป์

10. ข้อใดเป็นกราฟคา่ แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรง ก. ข. ค. ง.

แบบฝึกหัด หน่วยท่ี 2 เรือ่ ง ความร้เู บื้องตน้ เกย่ี วกับไฟฟ้า คาส่ัง 1. จงตอบคาถามให้สมบูรณ์และถูกตอ้ งท่สี ดุ (15 คะแนน) 2. เวลาสาหรบั การทากจิ กรรม 10 นาที 1. แหล่งกาเนิดไฟฟ้า มกี ่ชี นิด อะไรบา้ ง (5 คะแนน) ............................................................................................................................. ................................... ............................................................. .............................................................................................. ..... ............................................................................................................................. ................................... .................................................................................................................................. .............................. ......................................................................................................... ....................................................... 2. การต่อเซลล์ไฟฟ้ามีกี่วิธี อะไรบ้าง (2 คะแนน) .......................................................................................................................................................... ...... ............................................................................................................................. ................................... ................................................................................................... ............................................................. .............................................................................................. ....................................................... ........... ........................................................................................................................................................ ........ 3. วงจรไฟฟา้ ประกอบดว้ ยตวั ต้านทานขนาด 20 โอหม์ และ 50 โอห์ม ต่ออยู่กบั แหล่งจา่ ย 10 โวลต์ แบบขนาน จงคานวณหา (8 คะแนน) ก. กระแสที่ไหลผา่ นตวั ต้านทานแตล่ ะตวั ข. กระแสทัง้ หมดของวงจร ค. ตวั ต้านทานรวมของวงจร ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ...................................................................................................................... .......................................... .................................................................................................................... ............................................ ................................................................................................................................................................