ไฟฟ้ากระแส

นายณวัฒน์ พวงแตง ม.5/1 เลขที่ 2 ไฟฟ้ ากระแส PHYSICS

ไฟฟ้ ากระแส ไฟฟ้ากระแส คือ การไหลของอิเล็กตรอนภายใน ตัวนำไฟฟ้าจากที่หนึ่ง ไปอีกที่หนึ่งเช่น ไหลจาก แหล่งกำเนิดไฟฟ้าไปสู่แหล่ง ที่ต้องการใช้ กระแสไฟฟ้า ซึ่งก่อให้เกิด แสงสว่าง เมื่อกระแส ไฟฟ้าไหลผ่านลวด ความต้านทานสูงจะก่อให้ เกิดความร้อน เราใช้หลักการเกิดความร้อน เช่นนี้มาประดิษฐ์อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น เตาหุงต้ม เตารีดไฟฟ้า เป็นต้น ไฟฟ้ากระแสแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ - ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C ) - ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. ) ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C ) เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปทางเดียวตลอดระยะเวลาที่วงจร ไฟฟ้าปิดกล่าวคือกระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วบวก ภายในแหล่งกำเนิด ผ่านจากขั้วบวกจะไหลผ่านตัวต้านหรือโหลด ผ่านตัวนำไฟฟ้าแล้ว ย้อนกลับเข้าแหล่งกำเนิดที่ขั้วลบ วนเวียนเป็นทาง เดียวเช่นนี้ตลอดเวลา การไหลของไฟฟ้ากระแสตรงเช่นนี้ แหล่งกำเนิด ที่เรารู้จักกันดีคือ ถ่าน-ไฟฉาย ไดนาโม ดีซี เยนเนอเรเตอร์ เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทสม่ำเสมอ (Steady D.C) เป็นไฟฟ้ากระแส ตรง อันแท้จริง คือ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ที่ไหลอย่างสม่ำเสมอตลอด ไปไฟฟ้ากระแสตรงประเภทนี้ได้มาจากแบตเตอรี่หรือ ถ่านไฟฉาย ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทไม่สม่ำเสมอ ( Pulsating D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นช่วงคลื่นไม่สม่ำเสมอ ไฟฟ้ากระแสตรง ชนิดนี้ได้มาจากเครื่องไดนาโมหรือ วงจรเรียงกระแส (เรคติไฟ )

คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสตรง (1) กระแสไฟฟ้าไหลไปทิศทางเดียวกันตลอด (2) มีค่าแรงดันหรือแรงเคลื่อนเป็นบวกอยู่เสมอ (3) สามารถเก็บประจุไว้ในเซลล์ หรือแบตเตอรี่ได้ ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสตรง (1) ใช้ในการชุบโลหะต่างๆ (2) ใช้ในการทดลองทางเคมี (3) ใช้เชื่อมโลหะและตัดแผ่นเหล็ก (4) ทำให้เหล็กมีอำนาจแม่เหล็ก (5) ใช้ในการประจุกระแสไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่ (6) ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (7) ใช้เป็นไฟฟ้าเดินทาง เช่น ไฟฉาย

ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. ) เป็นไฟฟ้าที่มีการไหลกลับไป กลับมา ทั้งขนาดของกระแสและแรงดัน ไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คือ กระแสจะไหลไปทางหนึ่งก่อน ต่อมาก็ จะไหลสวนกลับแล้ว ก็เริ่มไหลเหมือนครั้งแรก ความถี่ หมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับที่เปลี่ยนแปลงใน 1 วินาที กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยใช้ไฟฟ้าที่มี ความถี่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่ง หมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้าสลับที่เปลี่ยนแปลง 50 รอบ ในเวลา 1 วินาที คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสสลับ (1) สามารถส่งไปในที่ไกลๆได้ดี กำลังไม่ตก (2) สามารถแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงได้ตามต้องการโดยการ ใช้หม้อแปลง(Transformer)

ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสสลับ (1) ใช้กับระบบแสงสว่างได้ดี (2) ประหยัดค่าใช้จ่าย และผลิตได้ง่าย (3) ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการกำลังมากๆ (4) ใช้กับเครื่องเชื่อม (5) ใช้กับเครื่องอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เกือบ ทุกชนิด การนำไฟฟ้า ตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวกลางให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน การนำไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอนอิสระ ไอออนบวก ไอออนลบ การนำไฟฟ้า สำหรับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านนตัวนำนั้นสามารถคำนวณหาขนาดได้ จากสมการ สำหรับขนาดของประจุ ( Q ) ที่ไหลผ่านตัวนำเราสามารถหาได้จากสมการ

การคำนวณหาปริมาณกระแสไฟฟ้าซึ่งเกิดในเส้นลวดตัวนำนั้นยังอาจหา ได้จากสมการ I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A) Q = จำนวนประจุทั้งหมด มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ t = เวลาที่อนุภาคเคลื่อนที่ผ่าน มีหน่วยเป็นวินาที n = จำนวนอิเลคตรอนอิสระในหนึ่งหน่วยปริมาตร ของตัวนำ e = ประจุไฟฟ้าของอิเลคตรอน = 1.6x10-19 คูลอมบ์ v = ความเร็วของอิเลคตรอนในตัวนำ หน่วยเป็น เมตร/วินาที A = พื้นที่ภาคตัดขวางของตัวนำ หน่วยเป็น ตารางเมตร ทิศ ของกระแสไฟฟ้าจะมีทิศทางไปทางเดียวกับสนามไฟฟ้า หรือ จากจุด ที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ แต่จะมี ทิศทางตรงข้ามกับกระแสอิเลคตรอน(ประจุลบ) กฎของโอห์ม เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในตัวนำ จะแปรผันตรงกับ ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง ปลายทั้งสองของตัวนำนั้น IV = ความต่างศักย์ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A) R = ความต่านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม

ความต้านทานและสภาพต้านทาน R = ความต้านทานไฟฟ้า P = สภาพต้านทาน L = ความยาว A = พื้นที่หน้าตัด (ตร.ม.) ความนำไฟฟ้า ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าของตัวนำ มีค่าเท่ากับค่าส่วนกลับของ ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำ นั่นคือ มีหน่วยเป็น (โอห์ม)-1 หรือ ซีเมนส์ (S) สภาพนำไฟฟ้า ความสามารถในการนำไฟฟ้าสภาพนำไฟฟ้า คือ ส่วนกลับของสภาพต้านทาน ของสารนั้น มีหน่วยเป็น (โอห์ม.เมตร)-1 หรือ ซีเมนส์ต่อเมตร (S/m)

ผลของอุณหภูมิที่มีต่อตัวต้านทาน 1.ตัวนำโลหะบริสุทธิ์ เช่น เงิน ทองแดง แพลททินัม ความต้านทาน แปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์(เคลวิน) นำความรู้นี้ไปสร้าง เทอร์โมมิเตอร์ ชนิดความต้านทาน ตัวนำที่เป็นโลหะผสม จะมีสภาพ ต้านทานสูงกว่าตัวนำบริสุทธิ์ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นสภาพต้านทานจะ เปลี่ยนไปน้อยมาก จึงนิยมนำโลหะผสมไปสร้างตัวต้านทานมาตรฐาน 2. สารกึ่งตัวนำ เช่น เจอร์มาเนียม ซิลิกอน แกรไฟต์ เมื่ออุณหภูมิสูง ขึ้นพบว่าสภาพนำไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างรวดเร็วดังนั้นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มี อุปกรณ์ประเภท สารกึ่งตัวนำประกอบในวงจรจึงทำงานได้ดีในช่วง อุณหภูมิที่กำหนด 3. ฉนวน เป็นวัตถุที่มีสภาพต้านทานสูงมาก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นมาก ๆ สภาพต้านทานจะลดลงเล็กน้อยความต้านทานของฉนวนอาจไม่ เปลี่ยนแปลง เมื่อนำไปต่อกับความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงมากๆวัตถุเหล่านี้ จะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ 4. ตัวนำยวดยิ่ง (Super conductor) คือ ตัวนำที่นำไฟฟ้าได้ดีที่สุด มี สมบัติ 2 ประการ คือ - เป็นตัวนำที่ปราศจากความต้านทาน มีสภาพความต้านทานเป็นศูนย์ เมื่ออุณหภูมิต่ำมาก ๆ จนใกล้ศูนย์เคลวิน เรียกว่า “อุณหภูมิวิกฤติ” - เป็นสารที่มีแรงผลักดันกับสนามแม่เหล็กถ้าวางแท่งแม่เหล็กบน ตัวนำยวดยิ่งแท่งแม่เหล็กจะถูกผลักให้ลอย จากความรู้เรื่องตัวนำ ยวดยิ่งนำไปใช้ ประโยชน์ในการสร้างอุปกรณ์

การคำนวณหาความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เมื่ออุณหภูมิของตัวนำเปลี่ยนแปลง จะทำให้สภาพต้านทานของตัวนำประเภทโลหะ เปลี่ยนแปลงหรือทำให้ความต้านทานของตัวนำเปลี่ยนแปลงไปด้วย ถ้ากำหนดให้ t = อุณหภูมิของโลหะตัวนำในหน่วยองศาเซลเซียส a = สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน (Temperature coefficient of resistance) คือ ค่าความ ต้านทานที่เปลี่ยนไปต่อความต้านทานเดิม เมื่ออุณหภูมิ เปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียสมีหน่วยเป็น (0C)-1

การต่อตัวต้านทาน การต่อตัวต้า นทาน เป็นการนำตัวต้านทานหลายๆตัวมาต่อกันเป็นวงจร เพื่อให้ ได้ค่าความต้านทานที่ต้องการและเหมาะสม เพื่อใช้ประโยชน์ต่อ ๆไป โดยการต่อ ตัวต้านทานจะมีประเภทหลักๆดังนี้ 1. การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม การต่อตัวต้านแทนแบบอนุกรม คือ การเอาตัวต้านทานมาต่อกัน ในลักษณะ หางต่อหัวอีกตัว จะได้ลักษณะยาวเป็นขบวนรถไฟ สมบัติของการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้า (I) ที่ไหลผ่านตัวต้านทานทุกตัวนั้นเท่ากัน กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานตัวที่ 1 = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานตัวที่ 2 = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานทุกตัว = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานรวม

ความต่างศักย์ไฟฟ้ารวม เท่ากับผลรวมของความต่างศักย์ย่อย ศักย์ไฟฟ้ารวม = ศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานตัวที่ 1 + ศักย์ไฟฟ้าที่ตก คร่อมตัวต้านทานตัวที่ 2 +ศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานทุกตัว การต่อตัวต้านทานแบบขนาน การต่อตัวต้านทานแบบขนานคือการนำตัวต้านทานมาต่อกันเป็นลักษณะหัวต่อ หัว หางต่อหาง จะคล้ายกับการทับกันเป็นตึกหลายๆชั้น สมบัติของการต่อตัวต้านทานแบบขนาน ความต่างศักย์ ที่ตกคร่อมตัวต้านทานทุกตัวจะเท่ากัน ศักย์ไฟฟ้ารวม = ศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานตัวที่ 1 = ศักย์ไฟฟ้าที่ ตกคร่อมตัวต้านทานตัวที่ 2 = ศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานทุกตัว

กระแสไฟฟ้ารวมเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าย่อย กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานรวม = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานตัวที่ 1 + กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานตัวที่ 2 + กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานทุกตัว

การต่อตัวต้านทานแบบบริดจ์ เป็นการต่อตัวต้านทาน 5 ตัว ในรูปแบบพิเศษตามภาพด้านล่าง ซึ่งในการหา ค่าตัวต้านทานรูปแบบนี้จะต้องใช้วิธีพิเศษในการหา ถ้าการต่อตัวต้านทานในรูปแบบดังนั้น และ ผลคูณของตัวต้านทานด้าน ทแยงมุมกันเท่ากัน ตามสมการ

แรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้า เป็นแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่จะดันให้กระแส ไฟ ฟ้าไหลได้ครบวงจร E = VR + Vr และ V = IR E = แรงเคลื่อนไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) E = I (R + r) I = กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร มีหน่วย เป็นแอมแปร์ R = ความต้านทานภายนอก มีหน่วยเป็นโอห์ม r = ความต้านทานภายใน มีหน่วยเป็นโอห์ม พลังงานไฟฟ้า และ กำลังไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าสา มารถนำไฟใช้ได้ง่าย เพราะสามารถส่งต่อไฟตามสายไฟ และเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานอื่นได้ทันที เช่น พลังงานความร้อนจากเตารีด พลังงานแสงจากหลอดไฟ พลังงานกลจากพัดลม W คือ งานไฟฟ้า มีหน่วยเป็น จูล (J) P คือ กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาที หรือวัตต์ (W) I คือ กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (A) V คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) t คือ เวลา มีหน่วยเป็น วินาที (s)

นายณวัฒน์ พวงแตง ม.5/1 เลขที่ 2 THANK YOU ขอบคุณครับ PHYSICS