1402การนำไฟฟ้า

วัตถใุ ดทีไ่ ด้รบั การถา่ ยโอนอิเลก็ ตรอนแล้วอเิ ล็กตรอนท่ถี กู ถา่ ยโอนไปสามารถเคลื่อนที่ไปตลอดเนอ้ื วตั ถไุ ดง้ ่าย คืออิเลก็ ตรอนมอี ิสระในการเคล่อื นทใี่ นวัตถุนนั้ เรียกวตั ถุทีม่ ีสมบัติเชน่ นนั้ ว่า ตวั นาไฟฟ้า (electricalconductor) หรอื เรียกสน้ั ๆ วา่ ตวั นา (conductor) ดังนนั้ การนาไฟฟา้หมายถึง การที่วัตถสุ ามารถยอมใหอ้ เิ ลก็ ตรอนเคลอื่ นทผ่ี า่ นเนอื้ วัตถุได้ ซงึ่สมบัตนิ ี้จะตรงกนั ข้ามกบั ฉนวน (insulator) ซ่งึ ไม่ยอมใหป้ ระจไุ ฟฟ้าไหลผา่ น (electrical insulator)

1. การนาไฟฟ้าในโลหะ เม่อื มีกระแสไฟฟา้ ในตวั กลางใด เรากลา่ วว่ามกี ารนาไฟฟา้ ในตวั กลางนั้นและเรยี กตัวกลางนัน้ ตวั นาไฟฟ้า การนาไฟฟา้ ทร่ี จู้ ักดที ่ีสดุ คือ การนาไฟฟ้าในโลหะ โลหะประกอบดว้ ยอะตอมทมี่ ีเวเลนซ์อเิ ล็กตรอน 1-3 ตัว ซง่ึอเิ ล็กตรอนเหลา่ นี้จะหลุดจากอะตอมงา่ ยและเคลือ่ นทีโ่ ดยไมอ่ ยู่เป็นประจาอะตอมหนง่ึ อะตอมใด จงึ เรยี กวา่ อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ (free electron)ตามปกตกิ ารเคลอ่ื นทขี่ องอเิ ลก็ ตรอนอิสระในตวั นานน้ั เป็นการเคลื่อนที่อย่างไร้ระเบยี บคือไมม่ ีทศิ ทางแน่นอน ดงั รูป ก.

รปู ก. การเคลือ่ นทขี่ องอเิ ลก็ ตรอนอิสสระในตวั นาโลหะ แบบไร้ระเบียบไมม่ ที ิศทางแนน่ อน

แตเ่ มอ่ื ทาใหม้ สี นามไฟฟา้ (E) ภายในโลหะนน้ั แรงเน่อื งจากสนามไฟฟ้าจะทาใหอ้ ิเล็กตรอนอิสระมกี ารเคล่อื นทลี่ ัพธใ์ นทิศทางตรงกนั ข้ามกับสนามไฟฟ้า เรียกว่า ความเร็วลอยเล่อื น (drift velocity ; v) ดงั รูปข. ทาใหม้ ีกระแสไฟฟา้ ในโลหะ ดังนัน้ กระแสไฟฟ้าในโลหะจงึ เกิดการเคลอ่ื นท่ดี ว้ ยความเร็วลอยเล่อื นของอเิ ลก็ ตรอนอิสระ

รปู ข. การเคลอ่ื นท่ีของอเิ ล็กตรอนอสิ สระในตัวนาโลหะ ภายหลงั กระตนุ้ ดว้ ยสนามไฟฟา้

1. การนาไฟฟ้าในโลหะ ภาพตัวอย่างการนาไฟฟา้ ในโลหะ

2. การนาไฟฟา้ ในหลอดสญุ ญากาศหลอดสญุ ญากาศ เปน็ หลอดแก้วที่สูบอากาศภายในออกเกอื บหมด ภายในหลอดมีขั้วสาหรบั ให้ เลก็ ตรอน เรียกวา่ แคโทด (cathode) สว่ นขว้ั สาหรบั รบั อิเลก็ ตรอน เรียกว่า แอโนด (anode) โดยปกติมักมีรูปร่างเปน็ แผ่นโลหะธรรมดา เรยี กว่า เพลต (plate)

2. การนาไฟฟา้ ในหลอดสญุ ญากาศ การนาไฟฟา้ ในหลอดสุญญากาศ ทาไดโ้ ดยการทาใหศ้ กั ย์ไฟฟา้ของแอโนดสงู กวา่ แคโทด การนาไฟฟา้ ในหลอดสญุ ญากาศ ทาได้โดยการทาให้ศักยไ์ ฟฟ้าของแอโนดสงู กวา่ แคโทดอิเล็กตรอนกจ็ ะถูกเร่งจากแคโทดผา่ นบริเวณสุญญากาศมายงั แอโนด จึงมีกระแสไฟฟา้ ในหลอดสุญญากาศ แตถ่ ้าทาใหแ้ คโทดมีศกั ยไ์ ฟฟา้ สูงกวา่ แอโนด ก็จะไม่มอี เิ ลก็ ตรอนเคลือ่ นท่จี ากแคโทดไปยงั แอโนดเลย เรียกหลอดสญุ ญากาศนวี้ า่ “หลอดไดโอด”(diode tube) ดงั น้ันกระแสไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศเกดิ จากการเคลอื่ นทข่ี องอิเล็กตรอนเทา่ น้ัน

2. การนาไฟฟ้าในหลอดสญุ ญากาศ กลา่ วโดยสรุป กระแสไฟฟา้ ในหลอดสุญญากาศ เกิดจากการเคลอ่ื นท่ีของอิเลก็ ตรอนอสิ ระ

2. การนาไฟฟา้ ในหลอดสญุ ญากาศ ภาพตัวอยา่ งการนาไฟฟ้าในหลอดสญุ ญากาศ

3. การนาไฟฟ้าในอเิ ลก็ โทรไลต์ สารละลายอิเลก็ โทรไลต์ มีลักษณะดงั นี้ 1. อเิ ล็กโทรไลต์ เปน็ สารละลายท่ีสามารถนาไฟฟา้ ได้ 2. อิเลก็ โทรไลต์ เป็นสารละลายของกรด เบส หรอื เกลอื 3. การนาไฟฟา้ ในอิเล็กโทรไลต์ ทาใหเ้ กดิ ไดโ้ ดยการจุ่มแผน่โลหะ 2 แผ่น ลงในอิเลก็ โทรไลต์ แล้วต่อเข้ากับขว้ั ของแบตเตอร่ี พบวา่แผ่นโลหะทัง้ สองจะทาหนา้ ทเี่ ปน็ ข้ัวไฟฟา้ บวก และข้วั ไฟฟา้ ลบ

3. การนาไฟฟา้ ในอเิ ลก็ โทรไลต์ สนามไฟฟา้ ระหว่างขว้ั ไฟฟา้ บวก และขั้วไฟฟา้ ลบ จะมีผลทาให้อเิ ล็กโทรไลต์ แตกตัวเปน็ ไอออนบวก และไอออนลบ ไอออนบวกเคลื่อนท่ีไปยังขวั้ ไฟฟา้ ลบ และไอออนลบเคลอ่ื นที่ไปยงั ขั้วไฟฟ้าบวก แสดงวา่กระแสไฟฟา้ ในอิเล็กโทรไลต์ จะเกิดจากการเคล่ือนทีข่ องประจุไฟฟา้ บวก(ไอออนบวก) และประจไุ ฟฟ้าลบ (ไอออนลบ)

 3. การนาไฟฟ้าในอิเลก็ โทรไลต์ กลา่ วโดยสรปุ กระแสไฟฟา้ ในอเิ ล็กโทรไลต์ เกดิ จากการเคลื่อนท่ขี อง ไอออนบวกและไอออนลบ

3. การนาไฟฟา้ ในอิเล็กโทรไลต์ ภาพตัวอยา่ งการนาไฟฟ้าในอเิ ลก็ โทรไลต์

4. การนาไฟฟ้าในหลอดบรรจแุ ก๊ส หลอดบรรจแุ กส๊ (gas - filled tube) เปน็ อุปกรณ์ที่ทาใหอ้ ากาศหรอื แก๊สนาไฟฟ้าไดก้ ระแสไฟฟา้ ในหลอดบรรจแุ กส๊ เกดิ จากการเคลอ่ื นท่ีของอิเลก็ ตรอนอิสระและไอออนบวก

4. การนาไฟฟา้ ในหลอดบรรจุแกส๊การนาไฟฟา้ ในหลอดบรรจุแกส๊ มีลกั ษณะ ดงั นี้ 1. หลอดบรรจุแกส๊ เป็นอุปกรณ์ทส่ี ามารถทาใหแ้ กส๊ ซงึ่ ปกตเิ ปน็ฉนวนไฟฟา้ ทีด่ นี าไฟฟ้าได้ 2. หลอดบรรจุแก๊ส เปน็ หลอดแกว้ ที่สูบอากาศภายในออก และบรรจแุ ก๊สบางชนดิ เขา้ ไป เช่น ไฮโดรเจน นีออน อาร์กอนหรอื ไอปรอท ลงไปในปริมาณเล็กน้อย ทาใหค้ วามดันของแกส๊ ในหลอดแกว้ ต่ากวา่ ความดนับรรยากาศมาก ทาให้โมเลกลุ ของแกส๊ สามารถแตกตัวไดง้ ่าย เม่อื ขว้ั ไฟฟ้าทั้งสองของหลอดบรรจแุ กส๊ ต่อกบั แหลง่ กาเนดิ ไฟฟา้ กระแสตรงความตา่ งศักย์สูง

4. การนาไฟฟา้ ในหลอดบรรจุแก๊ส 3. ถา้ ต่อขัว้ ไฟฟ้าทั้งสองของหลอดบรรจแุ ก๊สกบั แหลง่ กาเนิดไฟฟา้กระแสตรงความต่างศกั ย์สงู จะเกดิ สนามไฟฟ้าทที่ าใหโ้ มเลกุลของแกส๊ แตกตัวเปน็ ไอออนบวกและอิเลก็ ตรอนอิสระ โดยทไี่ อออนบวกจะเคล่อื นทไ่ี ปยงัขว้ั ไฟฟ้าลบ เพือ่ รบั อเิ ลก็ ตรอน และอิเลก็ ตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปยงัข้วั ไฟฟา้ บวก แสดงว่า กระแสไฟฟ้าในหลอดบรรจแุ กส๊ จะเกดิ จากการเคลือ่ นท่ขี องอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระและไอออนบวก

4. การนาไฟฟ้าในหลอดบรรจุแกส๊ กล่าวโดยสรุป กระแสไฟฟา้ ในหลอดบรรจุแกส๊ เกิดจากการเคลื่อนท่ีของอิเลก็ ตรอนอสิ ระและไอออน

4. การนาไฟฟา้ ในหลอดบรรจุแกส๊ ภาพตัวอยา่ งการนาไฟฟ้าในหลอดบรรจแุ กส๊

5. การนาไฟฟา้ ในสารกง่ึ ตัวนา การนาไฟฟา้ ในสารก่ึงตวั นา มลี ักษณะดงั น้ี1. โครงสร้างของสารกงึ่ ตวั นาบรสิ ทุ ธิ์ เช่น ซิลิคอนบริสุทธ์ิ พบว่าเวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอนของแตล่ ะอะตอมจะมพี ันธะกับเวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนของอะตอมขา้ งเคยี ง จงึ ไม่มอี เิ ลก็ ตรอนอสิ ระ ดงั รูป

5. การนาไฟฟา้ ในสารกึ่งตัวนา โครงสร้างของสารก่งึ ตวั นาบริสทุ ธ์ิ

5. การนาไฟฟา้ ในสารก่งึ ตวั นา2. ถ้าใหส้ นามไฟฟ้าที่มีความเขม้ สงู มากพอแก่สารกง่ึ ตวั นาบริสทุ ธ์ จะทาให้อเิ ล็กตรอนบางตัวใน พันธะหลุดออกมากลายเปน็ อเิ ลก็ ตรอนอิสระ และเกดิ ที่วา่ ง เรียกว่า \"โฮล (Hole)\" โดยทโี่ ฮลจะมพี ฤตกิ รรมคล้ายกบั อนุภาคท่มี ีประจบุ วก

5. การนาไฟฟ้าในสารกึ่งตวั นา อิเล็กตรอนอสิ ระ และ\"โฮล (Hole)”

5. การนาไฟฟ้าในสารกึง่ ตวั นา3. แรงเนอ่ื งจากสนามไฟฟา้ ทาใหอ้ เิ ล็กตรอนอสิ ระเคลอ่ื นทีใ่ นทศิ ตรงข้ามกับ สนามไฟฟ้า และโฮล เคลื่อนท่ใี นทศิ เดยี วกับสนามไฟฟา้ แสดงวา่ การนา ไฟฟา้ ในสารกึง่ ตัวนา เกดิ จากการเคล่อื นท่ีของอิเลก็ ตรอนอสิ ระและโฮล

5. การนาไฟฟา้ ในสารกึ่งตวั นา สรุปไดว้ า่ กระแสไฟฟา้ ในสารกงึ่ ตวั นา เกิดจากการเคลื่อนท่ีของอิเลก็ ตรอนอสิ ระและโฮล

หนังสือสารอา้ งอิงนริ นั ดร์ สวุ รัตน์. ฟสิ ิกส์ ม.6 เล่ม 1-2. สานกั พิมพ์ พ.ศ. พฒั นา : กรุงเทพฯ, 2552.สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี. หนังสือเรยี นรายวชิ าเพิ่มเตมิ ฟสิ กิ ส์ เลม่ 4 ชั้นมธั ยมศึกษาปีท่ี 4-6. โรงพิมพ์คุรสุ ภา : กรุงเทพ, 2554.http://weerajit15.blogspot.com/p/blog-page.htmlhttp://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1207