หน่วยที่ 3

3.1 อะตอมกับไฟฟา้ โครงสร้างภายในสิ่งต่างๆ ท่ีเกิดข้ึนมาบนโลก เช่น วตั ถุ (Material) ธาตุ (Element) หรือสสาร (Matter) ประกอบดว้ ยส่วนประกอบเลก็ ๆ หลายส่วนรวมกนั เมื่อนาํ มาวิเคราะห์ตามหลกั ทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory) พบว่าโครงสร้างภายในส่ิงเหล่าน้นั ประกอบไปดว้ ย โมเลกุล (Molecule) อะตอม (Atom) นิวเคลียส (Nucleus) โปรตอน (Proton) นิวตรอน (Neutron) และอิเลก็ ตรอน (Electron) เหมอื นกนั แตส่ ิ่งท่เี รามองเห็นจากโครงสร้าง ภายนอกของวตั ถุ ธาตุ หรือสสาร มีลกั ษณะท่ีแตกต่างกนั ไป เพราะสิ่งเหล่าน้นั มีส่วนประกอบของส่วนท่ีเล็ก ท่ีสุดท่ีเรียกว่าโมเลกุล จะมีจาํ นวนโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนไม่เหมือนกนั ไม่เท่ากนั เช่น โมเลกุล ของน้าํ (H2O) ใน 1 โมเลกุล ประกอบด้วยอะตอมของธาตุไฮโดรเจน (H) 2 อะตอม และอะตอมของธาตุ ออกซิเจน (O) 1 อะตอม หรือโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ใน 1 โมเลกลุ ประกอบดว้ ยอะตอมของ ธาตุคาร์บอน (C) 1 อะตอม และอะตอมของธาตุออกซิเจน (O) 2 อะตอม เป็ นตน้ โครงสร้าง 1 โมเลกุลของน้ํา (H2O) และกา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แสดงดงั รูปที่ 3.1 HOH อะตอมออกซิเจน OCO อะตอมคารบ อน HOH OCO อะตอมไฮโดรเจน อะตอมออกซิเจน (ก) 1 โมเลกลุ ของน้าํ (H2O) (ข) 1 โมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) รูปที่ 3.1 โครงสรา้ ง 1 โมเลกลุ ของน้าํ (H2O) และกา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ส่วนประกอบภายในโครงสร้างแต่ละส่วนของวตั ถุ ธาตุ หรือสสาร ที่อยู่ในรูปของโมเลกุล อะตอม นิวเคลยี ส โปรตอน นิวตรอน และอเิ ลก็ ตรอน มคี ุณสมบตั ิท่ีแตกตา่ งกนั ดงั น้ี 1. โมเลกุล คือ ส่วนที่เล็กที่สุดของวตั ถุ ธาตุ หรือสสาร ที่ยงั คงแสดงคุณสมบตั ิเดิมอยู่ ท้งั ทางดา้ นเคมี และฟิ สิกส์ 2. อะตอม คือ ส่วนที่เล็กที่สุดของธาตุ แสดงโครงสร้างเดิมของธาตุน้นั ๆ ออกมา เช่น น้าํ เมื่อแยกตวั ออก จนเป็นโมเลกลุ ยงั คงสภาพเป็นน้าํ อยู่ แต่ถา้ แยกตวั ออกไปอกี จะแสดงค่าอย่ใู นรูปอะตอม มองเห็นเป็ นธาตุเดิม ท่ีมาประกอบร่วมกนั จะประกอบดว้ ยดว้ ย ธาตอุ อกซิเจน (O) และธาตุไฮโดรเจน (H) เป็นตน้

3. นิวเคลียส คือ ส่วนท่ีอยใู่ จกลางของอะตอม อยูน่ ่ิงไม่เคล่ือนไหว ภายในนิวเคลียสยงั ประกอบด้วย โปรตอน และนิวตรอน 4. นิวตรอน คือ ส่วนที่อยภู่ ายในนิวเคลียส อยนู่ ิ่งไม่เคลอ่ื นไหว ไมม่ ปี ระจุไฟฟ้า ไม่มสี ่วนสาํ คญั ทางดา้ น ไฟฟ้า 5. โปรตอน คือ ส่วนทอี่ ยภู่ ายในนิวเคลยี ส อยนู่ ิ่งไม่เคลือ่ นไหว มีประจไุ ฟฟ้าเป็นบวก (+) มบี ทบาทและมี ส่วนสาํ คญั ทางดา้ นไฟฟ้า เกิดอาํ นาจดึงดูดกบั อเิ ล็กตรอน 6. อเิ ล็กตรอน คอื ส่วนที่วิ่งเคลื่อนท่ีรอบนิวเคลียส มีประจไุ ฟฟ้าเป็นลบ (–) มีบทบาทและมสี ่วนสาํ คญั ทางดา้ นไฟฟ้า โดยจะถูกดึงดูดดว้ ยโปรตอน เนื่องจากอิเล็กตรอนมีน้าํ หนักเบาและว่ิงเคล่ือนที่รอบนิวเคลียส ตลอดเวลา เมื่อมีพลังงานจากภายนอกมากระตุ้น อิเล็กตรอนจะสามารถว่ิงเคลื่อนที่ไปยงั อะตอมอ่ืนๆ ได้ โดยงา่ ย อะตอมเป็นส่วนทีเ่ ล็กทส่ี ุดของธาตุ ภายในอะตอมมีส่วนประกอบหลายส่วน รวมกนั อยใู่ นรูปโครงสร้าง อะตอม (Atomic Structure) ซ่ึงประกอบดว้ ยนิวเคลียสอยู่ตรงกลางอะตอม ภายในนิวเคลียสบรรจุไวด้ ว้ ยโปรตอน และนิวตรอนรวมกนั อยู่เป็นกลมุ่ มอี เิ ลก็ ตรอนวิ่งเคล่อื นท่ีวนรอบนิวเคลียสตลอดเวลา วงโคจรของอิเลก็ ตรอนที่ ว่ิงวนรอบนิวเคลียสมีหลายวงซ้อนทบั กันอยู่ ถูกเรียกว่าช้ันวงโคจร (Shell) การเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนรอบ นิวเคลยี ส และช้นั วงโคจรอิเลก็ ตรอน แสดงดงั รูปที่ 3.2 - - อิเล็กตรอน - - นวิ เคลยี ส - - โปรตอน - +7 - นิวตรอน - +N+N+NN+N++NN+ - - - -- (ก) การเคลอ่ื นที่ของอเิ ลก็ ตรอนรอบนิวเคลียส (ข) ช้นั วงโคจรอิเลก็ ตรอน รปู ที่ 3.2 โครงสรา้ งอะตอม จากรูปท่ี 3.2 แสดงโครงสร้างอะตอม รูปท่ี 3.2 (ก) แสดงในลกั ษณะการเคล่อื นท่ขี องอิเลก็ ตรอนรอบ นิวเคลียส ส่วนรูปท่ี 3.2 (ข) แสดงในลกั ษณะวงโคจรของอิเล็กตรอนท่วี ่ิงวนรอบนิวเคลยี สแต่ละวงจะสามารถ บรรจุจาํ นวนอิเลก็ ตรอนไดไ้ ม่เท่ากนั วงในสุดบรรจุไดน้ ้อย และวงห่างออกมาจะบรรจุไดเ้ พ่ิมข้ึนเป็ นลาํ ดบั แต่

ละวงโคจรแบ่งจาํ นวนอิเล็กตรอนออกไดด้ งั น้ี วงท่ี 1 มี 2 ตวั วงท่ี 2 มี 8 ตวั วงที่ 3 มี 18 ตวั และวงท่ี 4 มี 32 ตวั เป็ นตน้ พลังงานไฟฟ้ากําเนิดข้ึนมาได้จากแหล่งกําเนิดไฟฟ้าหลายชนิด จากการค้นคว้าทดลองของ นกั วิทยาศาสตร์หลายท่าน และต้งั เป็นทฤษฎีอะตอมข้นึ มา ซ่ึงกล่าวไวว้ า่ ในวตั ถุ ธาตุ หรือสสารทุกชนิด มีประจุ ไฟฟ้าท้งั บวกและลบเป็นส่วนประกอบในโครงสร้างทุกๆ อะตอม ทสี่ ภาวะปกติวตั ถุ ธาตุ หรือสสารตา่ งๆ ไม่ แสดงอาํ นาจไฟฟ้าหรือศกั ยไ์ ฟฟ้าออกมา เพราะเกิดความสมดุลของประจุไฟฟ้าในทกุ ๆ อะตอม การจะทาํ ใหม้ ี การแสดงอาํ นาจไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้าออกมา ตอ้ งทาํ ให้อะตอมเหล่าน้ันเกิดความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้า พลงั งานไฟฟ้าสามารถกาํ เนิดข้ึนมาไดจ้ ากแหล่งกาํ เนิดไฟฟ้าหลายชนิดแตกต่างกนั แบ่งออกได้ 6 ชนิด ดงั น้ีคือ เกิดจากการเสียดสี เกิดจากแรงกดดนั เกิดจากความร้อน เกิดจากปฏิกิริยาเคมี เกิดจากแสงสว่าง และเกิดจากสนาม แมเ่ หล็ก แหล่งกาํ เนิดไฟฟ้าแต่ละชนิด สามารถให้กาํ เนิดไฟฟ้าออกมามากนอ้ ยแตกต่างกนั ไป 3.2 ไฟฟา้ เกดิ จากการเสยี ดสี ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี เป็นไฟฟ้าท่ถี ูกคน้ พบมาเป็นเวลายาวนานแลว้ เกิดข้ึนไดจ้ าก การนําวตั ถุต่างกนั 2 ชนิดท่ีเหมาะสมกนั มาขดั สี กันในบริเวณท่ีมีอากาศแห้ง เช่น จากการใช้แท่ง ยางกับผา้ ขนสัตว์ แท่งแกว้ กับผา้ แพร หวีกบั ผม ผา ขนสตั ว และแผ่นพลาสติกกบั ผา้ สําลี เป็ นตน้ ผลของการ ประจไุ ฟฟาลบ แทง ยาง ขดั สีดงั กล่าวทาํ ให้เกิดความไม่สมดลุ ข้ึนของประจุ ไฟฟ้าในวตั ถุท้ังสอง เนื่องจากเกิดการถ่ายเทประจุ ไฟฟ้าในขณะเสียดสีกนั วตั ถุท้งั สองจะแสดงศักย์ ไฟฟ้าออกมาแตกต่างกัน วตั ถุชนิดหน่ึงแสดงศกั ย์ ไฟฟ้าบวก (+) ออกมา วตั ถุอีกชนิดหน่ึงแสดงศักย์ ไฟฟ้าลบ (–) ออกมา ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี รูปที่ 3.3 ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี แสดงดงั รูปที่ 3.3 จากรูปที่ 3.3 แสดงไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี โดยนาํ ผา้ ขนสัตว์กับแท่งยางมาเสียดสีกนั ทาํ ให้ประจุ ไฟฟ้าลบ (–) จากผา้ ขนสัตวว์ ่ิงเคล่ือนท่ีเขา้ ไปในแท่งยาง ส่งผลให้ผา้ ขนสัตวม์ ีศกั ย์บวก (+) มากกว่า แสดง ศกั ยไ์ ฟฟ้าบวก (+) ออกมา และแทง่ ยางมศี กั ยล์ บ (–) มากกว่า แสดงศกั ยไ์ ฟฟ้าลบ (–) ออกมา การตรวจสอบไฟฟ้า

เกิดจากการเสียดสี โดยนาํ แท่งยางไปดูดเศษวสั ดุช้ินเล็กๆ เบาๆ เช่น เศษกระดาษช้ินเล็กๆ หรือเส้นผม เป็นตน้ สามารถดูดสิ่งเหล่าน้ีได้ นาํ หลกั การไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสีไปใชส้ ร้างเคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้าสถติ 3.3 ไฟฟ้าเกดิ จากแรงกดดัน ไฟฟ้าเกิดจากแรงกดดนั เป็นไฟฟ้าทีเ่ กิดข้ึนจากการใชว้ สั ดุทส่ี ามารถเกิดไฟฟ้าข้ึนมาไดเ้ มื่อมีแรงไปกด ลงบนวสั ดุน้ัน วสั ดุที่นิยมนาํ มาใชง้ าน ไดแ้ ก่ผลึกแร่ควอตซ์ (Quartz Crystal) โดยนาํ ผลึกแร่ควอตซ์ไปทาํ เป็น แผน่ บาง นาํ แผ่นโลหะประกบตดิ ดา้ นบนและดา้ นล่างของผลกึ แร่ควอตซ์ เชื่อมต่อสายไฟออกจากแผน่ โลหะท้งั สอง เป็ นข้ัวจ่ายแรงดันไฟฟ้าออกมา ไฟฟ้าถูกกําเนิดข้ึนในผลึกแร่ควอตซ์ในขณะมีแรงกดดัน หรือ แรงส่ันสะเทือนไปกระทาํ ที่ผลึกแร่ควอตซ์ การตรวจสอบไฟฟ้าที่เกิดจากผลึกแร่ควอตซ์ ทาํ ไดโ้ ดยใช้โวลต์ มิเตอร์วดั แรงดนั ไปวดั คร่อมที่ข้ัวโลหะท้งั สอง โวลต์มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดนั ออกมา โครงสร้างผลึกแร่ ควอตซ์กาํ เนิดไฟฟ้า แสดงดงั รูปที่ 3.4 โวลตม เิ ตอร แผนโลหะ แรงสนั่ สะเทอื น - DCmV+ ผลกึ แรควอตซ แรงสนั่ สะเทอื น (ก) ผลกึ แร่ควอตซ์ (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้าจากผลึกแร่ควอตซ์ รปู ที่ 3.4 ไฟฟ้าเกิดจากแรงกดดนั ผลึกแร่ควอตซ์ในขณะท่ีไม่มีแรงกดดนั หรือไม่มีแรงสั่นสะเทือนมากระทาํ จะยงั ไม่กาํ เนิดไฟฟ้าข้ึนมา เน่ืองจากอิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมมีพลังงานไม่เพียงพอไม่เกิดการเคลื่อนท่ี เมื่อมีแรงกดดันหรื อ แรงส่นั สะเทอื นไปกระทาํ ท่แี ผ่นโลหะท้งั สอง ส่งไปให้ผลึกแร่ควอตซ์มพี ลงั งานมากระตนุ้ ให้อิเลก็ ตรอนในแต่ ละอะตอมเกิดการเคลอื่ นทรี่ ะหว่างอะตอม ทาํ ใหแ้ ผน่ โลหะท้งั สองเกิดความไม่สมดุลของศกั ยไ์ ฟฟ้าข้ึน แสดงเป็ น แรงดนั ส่งออกมาท่ีข้วั ต่อ สามารถนาํ ผลึกแร่ควอตซ์ไปผลิตเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าไดห้ ลายชนิด เช่น ลาํ โพงคริสตอล คริสตอลไมโครโฟน และตวั กาํ เนิดความถี่คริสตอล (Crystal Oscillator) เป็นตน้

3.4 ไฟฟา้ เกดิ จากความรอ้ น ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน เป็นไฟฟ้าท่เี กิดข้ึนจากการใชล้ วดโลหะต่างชนิดกนั 2 เส้น หรือใชแ้ ผน่ โลหะต่าง ชนิดกนั 2 แผ่น เช่น ทองแดง และเหล็ก นาํ ปลายดา้ นหน่ึงของโลหะท้งั สองหมุนตีเกลียวหรือประกบติดกนั ยึดให้แน่นดว้ ยการเชื่อมหรือใชห้ มุดยึดติด ปลายโลหะที่เหลืออีกดา้ นทาํ ให้แยกห่างออกจากกนั เม่ือใช้ความ ร้อนเผาที่ปลายดา้ นติดกันของโลหะท้ังสอง ส่งผลให้โลหะท้งั สองบริเวณปลายดา้ นได้รับความร้อนเกิดการ แยกตวั ของประจุไฟฟ้า จา่ ยศกั ยไ์ ฟฟ้าออกมา การตรวจสอบไฟฟ้าทีเ่ กิดจากโลหะท้งั สอง ทาํ ไดโ้ ดยใชโ้ วลตม์ ิเตอร์ วดั แรงดนั ไปวดั คร่อมทข่ี ้วั โลหะท้งั สองดา้ นปลายแยกห่างจากกนั โวลตม์ ิเตอร์จะแสดงคา่ แรงดนั ออกมา อปุ กรณ์ ท่ีสร้างใช้งานจริงของไฟฟ้าเกิดจากความร้อน มชี ่ือเรียกว่า เทอร์โมคปั เปิ ล (Thermocouple) โครงสร้างไฟฟ้าเกิด จากความร้อน แสดงดงั รูปที่ 3.5 โวลตม ิเตอร ทองแดง - DCmV+ ทองแดง เหลก็ เหล็ก (ก) เทอร์โมคปั เปิล (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้าจากเทอร์โมคปั เปิล รปู ที่ 3.5 ไฟฟ้าเกิดจากความรอ้ น ในขณะที่เทอร์โมคัปเปิ ลยงั ไม่ได้รับความร้อนท่ีรอยต่อ จะยงั ไม่กําเนิดไฟฟ้าข้ึนมา เป็ นเพราะ อิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมของโลหะมพี ลงั งานไมเ่ พียงพอไม่เกิดการเคลือ่ นที่ เม่ือมีความร้อนจา่ ยใหท้ ีร่ อยต่อ มพี ลงั งานมากระตุน้ ให้อิเลก็ ตรอนในแต่ละอะตอมเกิดการเคลอ่ื นที่ระหว่างอะตอม ทาํ ให้แผ่นโลหะท้งั สองเกิด ความไม่สมดลุ ของศกั ยไ์ ฟฟ้าข้นึ แสดงเป็นแรงดนั ส่งออกที่ข้วั ต่อ นาํ หลกั การไปใชผ้ ลติ อปุ กรณ์ไดห้ ลายชนิด เช่น เคร่ืองตรวจวดั อณุ หภูมิ และอุปกรณค์ วบคมุ การทาํ งานดา้ นอุณหภูมิ เป็นตน้ 3.5 ไฟฟา้ เกดิ จากปฏกิ ิริยาเคมี ไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี เป็นไฟฟ้าเกิดข้ึนจากการนาํ แทง่ โลหะต่างกนั มา 2 ชนิด เช่น แท่งทองแดง และแท่งสังกะสี จุ่มลงในกรดกาํ มะถนั เจือจาง (H2SO4) ที่บรรจุลงในถว้ ยแกว้ ผลดงั กล่าวทาํ ให้เกิดการแยกตวั ของประจุไฟฟ้าข้ึนท่ีแท่งโลหะท้งั สอง มีประจุไฟฟ้าลบ (–) ไปรวมตวั อยู่ดา้ นแท่งสังกะสี ทาํ ให้แท่งสังกะสี

แสดงศกั ยไ์ ฟฟ้าลบ (–) ออกมา มปี ระจุไฟฟ้าบวก (+) ไปรวมตวั อยดู่ า้ นแท่งทองแดง ทาํ ให้แท่งทองแดงแสดง ศกั ยไ์ ฟฟ้าบวก (+) ออกมา การตรวจสอบไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี ทาํ ไดโ้ ดยใชโ้ วลต์มิเตอร์วดั แรงดนั วดั คร่อมท่ีข้ัวโลหะท้ังสอง โวลต์มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดนั ออกมา ไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมีแบบพ้ืนฐานมีช่ือ เรียกว่า โวลตาอิกเซลล์ (Voltaic Cell) ไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมที ี่ผลิตมาออกมาใชง้ านจริงมีชื่อเรียกว่า แบตเตอร่ี (Battery) ไฟฟ้าเกิดจากปฏกิ ิริยาเคมี แสดงดงั รูปที่ 3.6 (ก) ทดสอบการเกิดไฟฟ้าจากปฏกิ ิริยาเคมี (ข) แบตเตอร่ี รูปที่ 3.6 ไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี แบตเตอร่ีเป็ นอุปกรณ์ให้กาํ เนิดไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี ท่ีผลิตข้ึนมาใช้งานจริง ใช้หลกั การ ทาํ งานของโวลตาอิกเซลล์ มาพฒั นาโดยสร้างให้มีจาํ นวนเซลล์ไฟฟ้าภายในเพิ่มมากข้ึน นาํ เซลลไ์ ฟฟ้ามาต่อ ร่วมกนั ทาํ ให้ไดค้ ่าแรงดนั และกระแสเพิ่มสูงข้ึน นาํ ไปใชง้ านกนั อุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ อยา่ งกวา้ งขวางมากมาย 3.6 ไฟฟา้ เกดิ จากแสงสว่าง ไฟฟ้าเกิดจากแสงสว่าง เป็นไฟฟ้าเกิดข้ึนจากการใช้อปุ กรณ์จาํ พวกสารก่ึงตวั นาํ (Semi conductor) ที่มี ความไวต่อแสงมาต่อใช้งาน เมื่อมีแสงมาตกกระทบบนสารก่ึงตัวนํา จะสามารถให้กาํ เนิดไฟฟ้าออกมาได้ อุปกรณ์ที่นาํ มาใช้งานอย่างแพร่หลายมีช่ือเรียกว่า เซลลแ์ สงอาทิตย์ หรือโซลาร์เซลล์ (Solar Cell) โครงสร้าง เซลล์แสงอาทิตย์ ผลิตมาจากสารก่ึงตวั นาํ ต่างชนิดกนั 2 ชนิด ต่อชนกนั ชนิดหน่ึงมีศกั ยไ์ ฟฟ้าบวก (+) อีกชนิด

หน่ึงมศี กั ยไ์ ฟฟ้าลบ (–) เม่ือมแี สงส่องมาตกกระทบสารก่ึงตวั นาํ ทต่ี อ่ ชนกนั จะทาํ ใหเ้ กิดการแยกตวั ของศกั ยไ์ ฟฟ้า จ่ายเป็นแรงดนั ออกมา ไฟฟ้าเกิดจากแสงสวา่ ง แสดงดงั รูปท่ี 3.7 โวลตมิเตอร แสงอาทติ ย + DCV- สารซลิ ิคอน ชนดิ N รอยตอ สารซลิ ิคอน ชนดิ P (ก) เซลลแ์ สงอาทิตย์ (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้าจากแสงสวา่ ง รปู ท่ี 3.7 ไฟฟ้าเกิดจากแสงสว่าง เซลลแ์ สงอาทิตย์ ผลติ มาจากสารก่ึงตวั นาํ ซิลิคอน (Silicon ; Si) มี 2 ชนิด คือ ชนิด P ทีม่ ีโปรตอน หรือ ศกั ยไ์ ฟฟ้าบวก (+) มากกว่าปกติ และสารชนิด N ทีม่ อี เิ ลก็ ตรอน หรือศกั ยไ์ ฟฟ้าลบ (–) มากกว่าปกติ นาํ มาประกบ ติดกนั ส่วนนอกของสารชนิด P และสารชนิด N ถูกปิ ดดว้ ยแผ่นโลหะอีกช้นั ใชต้ ่อเป็ นข้วั จ่ายแรงดนั ออกมา ดา้ นสารชนิด P มขี ้วั ไฟฟ้าออกมาเป็นบวก (+) ดา้ นสารชนิด N มีข้วั ไฟฟ้าออกมาเป็นลบ (–) แผน่ โลหะดา้ นสาร ชนิด N เจาะเป็ นช่องมีฉนวนโปร่งใสปิ ดทบั ดา้ นบนอกี ช้นั เพ่ือใชร้ ับแสงให้ส่องมาตกกระทบสารก่ึงตวั นาํ ชนิด N 3.7 ไฟฟ้าเกิดจากสนามแมเ่ หล็ก ไฟฟ้าเกิดจากสนามแม่เหลก็ เกิดข้ึนไดจ้ ากการใชเ้ สน้ ลวดตวั นาํ เคล่ือนท่ีตดั ผ่านสนาม แม่เหลก็ หรือใช้ สนามแม่เหลก็ เคลื่อนท่ตี ดั ผา่ นเสน้ ลวดตวั นาํ ผลการเคลอ่ื นท่ีตดั ผ่านกนั ทาํ ให้เสน้ ลวดตวั นาํ กาํ เนิดแรงดนั ข้ึนมา เรียกว่าแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวนาํ (Induced Electromotive Force ; Induced EMF) การเคล่ือนที่ตดั ผ่านกนั ของ สนามแม่เหล็กและเส้นลวดตวั นาํ จะตอ้ งทาํ อย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ไฟฟ้าเกิดจากสนามแม่เหล็ก เป็ นการ กาํ เนิดไฟฟ้าที่มีความสําคญั ต่อการใชง้ านมาก ถูกนาํ ไปใช้งานอย่างกวา้ งขวาง และแพร่หลาย อุปกรณ์ท่ีผลิต ข้ึนมาใชง้ านจริงมีชื่อเรียกว่า เครื่องกาํ เนิดไฟฟ้า (Generator) ไฟฟ้าเกิดจากสนามแมเ่ หลก็ แสดงดงั รูปท่ี 3.8

(ก) เคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้า (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้าจากสนามแมเ่ หลก็ รูปท่ี 3.8 ไฟฟ้าเกิดจากสนามแม่เหล็ก 3.8 ประเภทไฟฟ้า ไฟฟ้าทผ่ี ลิตข้ึนมาใชง้ าน สามารถให้กาํ เนิดข้ึนมาไดจ้ ากแหลง่ กาํ เนิดไฟฟ้าหลายชนิดแตกตา่ งกนั ดงั ที่กล่าวมา แต่จะผลิตพลังงานไฟฟ้าออกมาเหมือนกนั เพียงแต่พลังงานไฟฟ้าที่ไดอ้ อกมามีคุณสมบตั ิใน ตวั เองที่แตกต่างกนั ไป ในรูปแบบของไฟฟ้าที่กาํ เนิดข้ึนมา ซ่ึงสามารถแบ่งไฟฟ้าออกไดเ้ ป็ น 2 ประเภทใหญ่ๆ ไดแ้ ก่ ไฟฟ้าสถติ (Static Electricity) และไฟฟ้ากระแส (Current Electricity) ไฟฟ้าท้งั สองประเภทมีคณุ ลกั ษณะ ของการใหก้ าํ เนิด และการนาํ ไฟฟ้าไปใชป้ ระโยชนท์ แี่ ตกตา่ งกนั 3.8.1 ไฟฟา้ สถติ ไฟฟ้าสถิต เป็นไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนไดเ้ องตามธรรมชาติ เช่น ฟ้าร้อง ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า และจากการเสียด สีของวตั ถุแตกตา่ งกนั 2 ชนิด เป็นตน้ การเกิดไฟฟ้าสถิต สาเหตุเกิดมาจากความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าบวก (+) และประจุไฟฟ้าลบ (–) ที่สองตาํ แหน่งแตกต่างกนั หรือที่วตั ถุ 2 ชนิดแตกต่างกนั เกิดความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้า ข้ึนมาพร้อมจะถ่ายเทประจุไฟฟ้าเขา้ หากนั เมื่อมีความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้ามากพอ แสดงให้เห็นไดจ้ ากปรากฏการณ์ ธรรมชาตเิ กิดข้ึนในขณะฝนฟ้าคะนอง จะเกิดการถา่ ยเทประจุไฟฟ้าระหว่างกอ้ นเมฆทอ่ี ยใู่ กลก้ นั เรียกว่า ฟ้าแลบ และการถ่ายเทประจไุ ฟฟ้าจากกอ้ นเมฆลงสู่พ้ืนดิน เรียกว่า ฟ้าผา่ การเกิดฟ้าแลบ และฟ้าผ่า แสดงดงั รูปที่ 3.9 นอกจากน้นั ไฟฟ้าสถติ ยงั สามารถผลิตข้นึ มาไดด้ ว้ ยเคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้าสถติ มีช่ือเรียกวา่ เคร่ือง กําเนิดไฟฟ้าสถิตแวนเดอกราฟ (Van de Graaff Static Generator) ใช้หลักการเสียดสีกันของวตั ถุต่างชนิดที่

เหมาะสมกนั 2 ชนิด ทาํ ให้เกิดการแยกตวั ของประจุไฟฟ้าบวก (+) และประจุไฟฟ้าลบ (–) เกิดเป็ นความต่าง ศกั ยไ์ ฟฟ้าข้นึ มา เคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้าสถิตแวนเดอกราฟ แสดงดงั รูปที่ 3.10 รปู ท่ี 3.9 การเกิดฟ้าแลบและฟ้าผา่ รูปที่ 3.10 เคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้าสถิตแวนเดอกราฟ ไฟฟ้าสถิต ถูกนาํ ไปประยุกตใ์ ช้งานอยา่ งแพร่หลาย นิยมนาํ ไปใชง้ านโดยอาศยั คุณสมบตั ิประจุ ไฟฟ้าต่างกนั จะดูดกัน ไปใช้ดูดวสั ดุช้ินเล็กๆ ให้ไปเกาะกบั ส่ิงท่ีต้องการ สามารถพฒั นาไปใช้ประโยชน์กบั อุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดต่างๆ เช่น เครื่องพิมพ์เลเซอร์ เคร่ืองถ่ายเอกสาร เครื่องกาํ จัดฝุ่นละออง เคร่ืองทาํ อากาศ บริสุทธ์ิ เคร่ืองพน่ สี และเครื่องผลติ กระดาษทราย เป็นตน้ 3.8.2 ไฟฟา้ กระแส ไฟฟ้ากระแส เป็ นไฟฟ้าท่ีผลิตข้ึนมาใช้งานจากแหล่งกาํ เนิดไฟฟ้าแตกต่างกัน แต่การจ่าย ไฟฟ้าไปใช้งาน จะตอ้ งเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในเวลาใชง้ านเหมือนกนั โดยจะมีกระแสไหลใน วงจรไฟฟ้า ป้อนไปให้เครื่องใชไ้ ฟฟ้าชนิดตา่ งๆ ทาํ งาน เกิดประโยชนต์ อ่ การใชง้ านอยา่ งกวา้ งขวาง ถกู นาํ ไปใช้ งานอย่างแพร่หลาย ไฟฟ้ากระแสแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ชนิด คือ ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) และไฟฟ้า กระแสสลบั (Alternating Current) 1. ไฟฟ้ากระแสตรง เป็ นไฟฟ้าท่ีกาํ เนิดข้ึนมาจากแหล่งกาํ เนิดไฟฟ้า ท่ีมีข้วั ไฟฟ้าจ่ายศกั ย์ไฟฟ้า ออกมาแน่นอนตายตวั คือ มีศกั ยบ์ วก (+) ข้วั หน่ึง และมีศกั ยล์ บ (–) อีกข้วั หน่ึง แน่นอนไม่เปล่ียนแปลง เมื่อ นําไปใช้งานจะเกิดกระแสไหลในทิศทางเดียวตลอดเวลา และมีระดับแรงดันจ่ายออกมาคงที่ตลอดเวลา เช่นเดียวกนั แหล่งกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตออกมาใชง้ าน เช่น ถ่านไฟฉาย และแบตเตอร่ีรถยนต์ เป็ นตน้ แหลง่ จา่ ยแรงดนั ไฟตรง แสดงดงั รูปท่ี 3.11

แรงดนั เวลา + +12 V - 0 (ก) แบตเตอร่ี (ข) สัญลกั ษณ์ (ค) ระดบั แรงดนั ไฟตรงจ่ายออกมา รูปท่ี 3.11 แหล่งจา่ ยแรงดนั ไฟตรง 2. ไฟฟ้ากระแสสลบั เป็ นไฟฟ้าท่ีกาํ เนิดข้ึนมาจากแหล่งกาํ เนิดไฟฟ้า ท่ีมีข้วั ไฟฟ้าจ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้า ออกมาไม่แน่นอน แต่ละข้วั ไฟฟ้าสามารถจา่ ยศกั ยไ์ ฟฟ้าออกมาเปล่ียนแปลงสลบั ไปสลบั มาท้งั ศกั ยไ์ ฟฟ้าบวก (+) และศกั ยไ์ ฟฟ้าลบ (–) เม่ือนาํ ไปใชง้ านจะเกิดกระแสไหลมีทิศทางกลบั ไปกลบั มาเปล่ยี นแปลงตลอดเวลา และมี ระดบั แรงดนั จ่ายออกมาเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาไม่คงที่ บางเวลามีค่าสูง บางเวลามีค่าต่าํ แหล่งกาํ เนิดไฟฟ้า กระแสสลบั ท่ีผลิตมาใชง้ าน ไดแ้ ก่ เคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสสลบั (AC Generator) แหล่งจ่ายแรงดนั ไฟสลบั แสดงดงั รูปท่ี 3.12 แรงดัน +311 V 0 เวลา -311 V (ก) เครื่องกาํ เนิดแรงดนั ไฟสลบั (ข) สญั ลกั ษณ์ (ค) ระดบั แรงดนั ไฟสลบั จ่ายออก รปู ท่ี 3.12 แหล่งจ่ายแรงดนั ไฟสลบั ไฟฟ้ากระแสสลบั เป็นไฟฟ้าทถ่ี กู นาํ ไปใชง้ านในปริมาณมากทส่ี ุด มบี ทบาท มีความสาํ คญั ต่อการใช้ งาน การคดิ คน้ วิธีผลติ ไฟฟ้าข้ึนมาใชง้ านจึงเป็นเรื่องทา้ ทาย การให้กาํ เนิดแรงดนั ไฟสลบั จะสามารถใชพ้ ลงั งาน ในการขบั เคล่ือนเคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ใหท้ าํ งานไดห้ ลายวิธี เช่น ใชพ้ ลงั น้าํ สร้างไวใ้ นรูปเขื่อนเกบ็ กกั น้าํ ใชพ้ ลงั ลม สร้างไวใ้ นรูปกงั หนั ลม และใชเ้ ช้ือเพลิงหลายชนิด เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ น้าํ มนั กา๊ ซชีวภาพ

และปรมาณู เป็นตน้ ไปขบั เคลื่อนให้เครื่องจกั รกลทาํ งาน ส่งไปขบั เคล่ือนเครื่องกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสสลบั การ กาํ เนิดไฟฟ้าดว้ ยเขื่อน และกงั หันลม แสดงดงั รูปที่ 3.13 (ก) กาํ เนิดไฟฟ้าดว้ ยเข่อื น (ข) กาํ เนิดไฟฟ้าดว้ ยกงั หนั ลม รูปท่ี 3.13 วิธีการผลิตไฟฟ้ากระแสสลบั การเกบ็ กกั น้าํ ไวใ้ นเขอ่ื น นอกจากไวส้ าํ รองน้าํ เพื่อการเกษตรแลว้ ยงั นาํ ไปใชป้ ระโยชน์ช่วยขบั เคล่ือน กังหันไปปั่นเคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ให้กาํ เนิดไฟฟ้าข้ึนมา ถือเป็ นแหล่ง กาํ เนิดไฟฟ้าที่สําคญั ของ ประเทศแหลง่ หน่ึง แต่ดว้ ยการสร้างเขื่อนมคี วามยุ่งยากหลายประการ และการสร้างเข่อื นเพ่มิ ข้นึ ใหม่ทาํ ไดย้ ากมากข้ึน จึง หันมาหาวิธีการกาํ เนิดไฟฟ้าวิธีอื่นช่วยทดแทน และเพ่ือให้ทนั กบั ความตอ้ งการใช้งานท่ีมีเพิ่มมากข้ึนทุกขณะ การใช้กงั หันลมช่วยในการขบั เคลือ่ นเครื่องกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสสลบั จึงถูกพฒั นามาใช้งาน เพราะทาํ ไดง้ ่ายกวา่ และลมในประเทศไทยกม็ ีมากพอในการขบั เคลอ่ื นกงั หนั ช่วยปั่นใหก้ าํ เนิดไฟฟ้าข้ึนมา 3.9 บทสรปุ แหล่งกาํ เนิดไฟฟ้าคือแหล่งให้กาํ เนิดพลังงานไฟฟ้า เพ่ือใช้ป้อนอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดต่างๆ ไปทาํ ให้เกิด การเปลี่ยนแปลงพลังงานไปอยู่ในรูปพลังงานต่างๆ ไฟฟ้าเกิดข้ึนไดจ้ ากแหล่งกาํ เนิดหลายชนิดแตกต่างกันไป แบ่งออกไดเ้ ป็น 6 ชนิด คอื ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี เกิดข้ึนจากการนาํ วตั ถตุ า่ งกนั 2 ชนิดมาเสียดสีกนั ไฟฟ้าเกิด จากการทาํ ปฏิกิริยาทางเคมี ทาํ ไดโ้ ดยใชแ้ ท่งโลหะ 2 แท่ง จุ่มลงในกรดกาํ มะถนั เจือจาง ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน ทาํ ไดโ้ ดยใชโ้ ลหะ 2 ชนิดเช่ือมติด กนั ท่ีปลายดา้ นหน่ึง และให้ความร้อนที่ปลายดา้ นเชื่อมติดกนั น้ัน ไฟฟ้าเกิด จากแสงสว่าง กาํ เนิดข้ึนไดจ้ ากอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ เป็ นอุปกรณ์จาํ พวกสารก่ึงตวั นาํ ไฟฟ้าเกิดจากแรง

กดดัน ผลิตได้จากแร่ควอตซ์ เมื่อมีแรงกดดนั หรือแรงสั่นสะเทือนให้แร่ควอตซ์ และไฟฟ้าเกิดจากสนาม แมเ่ หลก็ โดยการตดั ผา่ นกนั ของเส้นลวดตวั และสนามแมเ่ หล็ก ไฟฟ้าสถิตเป็นไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ หรือเกิดจากการเสียดสีของวตั ถุ 2 ชนิด ส่วนไฟฟ้า กระแสเกิดข้ึนจากแหล่งกาํ เนิดไฟฟ้าหลายชนิด ขณะเกิดไฟฟ้าตอ้ งมกี ารเคลื่อนท่ีของอิเลก็ ตรอนตลอดเวลา ไฟฟ้า กระแสตรงเป็นไฟฟ้าท่ีทิศทางการไหลของกระแสมที ิศทางเดียว ส่วนไฟฟ้ากระแสสลบั มีทิศทางการไหลของ กระแสไฟฟ้าสลบั ไปสลบั มาตลอดเวลา