หน่วยที่ 5 วงจรไฟฟ้าและเซลล์ไฟฟ้า

หน่วยที่ 5 วงจรไฟฟ้าและเซลลไ์ ฟฟ้า เนอื้ หาสาระการสอน/การเรียนรู้5.1 ส่วนประกอบวงจรไฟฟ้ า จากทฤษฎีกฎของโอห์ม ได้กล่าวถึงความสัมพนั ธ์ของแรงดัน กระแส และความต้านทาน ไวว้ ่าเกิดข้ึนจากการทางานของวงจรไฟฟ้ า (Electrical Circuit) ซ่ึงวงจรไฟฟ้ าจะทางานไดต้ อ้ งมีส่วนประกอบหลกั3 ส่วน ดงั น้ีคือ แหล่งจ่ายไฟฟ้ า (Electrical Source) ภาระหรืออุปกรณ์ไฟฟ้ า (Electrical Equipment) และสายไฟฟ้ า (Electrical Wire) ตอ่ เขา้ ดว้ ยกนั ในรูปวงจรอยา่ งถูกตอ้ ง วงจรไฟฟ้ าแบบเบ้ืองตน้ แสดงดงั รูปที่ 5.1+

1 2 1 2

+ --3 3 (ก) รูปการต่อวงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การต่อวงจร รูปท่ี 5.1 วงจรไฟฟ้ าเบ้ืองตน้ จากรูปที่ 5.1 แสดงวงจรไฟฟ้ าเบ้ืองตน้ วงจรมีส่วนประกอบหลกั 3 ส่วน ดงั น้ี 1. แหล่งจ่ายไฟฟ้ า เป็นแหล่งจา่ ยแรงดนั และกระแสให้กบั อุปกรณ์ที่ใชพ้ ลงั งานไฟฟ้ าในการทางานโดยสามารถนาแหล่งจา่ ยไฟฟ้ ามาใชไ้ ดห้ ลายชนิด เช่น จากแบตเตอร่ี จากเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ า และจากเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นตน้ บอกหน่วยการวดั เป็นโวลต์ (V) 2. ภาระหรืออุปกรณ์ไฟฟ้ า เป็ นอุปกรณ์ต่างๆ ท่ีใช้ไฟฟ้ าในการทางาน ภาระจะทาหน้าที่เปล่ียนพลงั งานไฟฟ้ าให้เป็ นพลงั งานรูปอื่นๆ เช่น เสียง แสง ความร้อน และความเย็น เป็ นตน้ สร้างไวใ้ นรูปเคร่ืองใชไ้ ฟฟ้ าทุกชนิด เช่น ตเู้ ยน็ พดั ลม เครื่องขยายเสียง โทรทศั น์ และเตาไฟฟ้ า เป็ นตน้ ภาระแต่ละชนิดจะใชพ้ ลงั งานไฟฟ้ าในการทางานไม่เท่ากนั 3. สายไฟฟ้ า เป็นสายไฟตอ่ วงจร ใชต้ อ่ เชื่อมวงจร ระหวา่ งแหล่งจ่ายไฟฟ้ ากบั ภาระเขา้ ดว้ ยกนั ทาให้อุปกรณ์ไฟฟ้ าหรือเคร่ืองใชไ้ ฟฟ้ าตอ่ ครบวงจร มีกระแสไหล เกิดการทางาน

5.2 รูปแบบการต่อวงจรไฟฟ้ า ส่วนสาคญั ของวงจรไฟฟ้ าที่ตอ้ งนาไปใช้งานคือภาระ สามารถต่อภาระเขา้ วงจรไฟฟ้ าได้ 3 แบบ คือวงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม (Series Electrical Circuit) วงจรไฟฟ้ าแบบขนาน (Parallel Electrical Circuit) และวงจรไฟฟ้ าแบบผสม (Compound Electrical Circuit) การต่อวงจรไฟฟ้ าแต่ละแบบมีความแตกตา่ งกนั ไป 5.2.1 วงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม การต่อวงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม เป็นการต่อวงจรแบบท่ีมีภาระหลายตวั ต่อเรียงเป็ นลาดบั กนัไปในวงจร ลกั ษณะการตอ่ ปลายดา้ นท่ี 2 ของภาระตวั ที่ 1 ต่อเขา้ กบั ปลายดา้ นท่ี 1 ของภาระตวั ที่ 2 และปลายดา้ นที่ 2 ของภาระตวั ท่ี 2 ต่อเขา้ กบั ปลายดา้ นที่ 1 ของภาระตวั ท่ี 3 การต่อเป็ นเช่นน้ีเร่ือยไป ปลายท่ีเหลือของภาระตวั ท่ี 1 และภาระตวั สุดทา้ ยต่อรับแหล่งจ่ายไฟฟ้ า การตอ่ วงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม แสดงดงั รูปที่ 5.2 R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 + E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 E4E IT + IT E -- (ก) รูปการตอ่ วงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การตอ่ วงจร รูปที่ 5.2 วงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม จากรูปที่ 5.2 แสดงวงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม การต่อวงจรแบบน้ีทาใหม้ ีกระแสไหลผา่ นภาระทุกตวัเพียงค่าเดียว ทาให้มีกระแสไหลผ่านภาระทุกตวั เท่ากนั มีค่าเท่ากบั IT ส่วนแรงดนั ตกคร่อมภาระแต่ละตวัแตกต่างกนั ไปตามค่าความตา้ นทานในตวั ภาระน้ัน ส่วนสาคญั ของการต่อวงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม คือมีกระแสไหลผา่ นภาระทุกตวั เท่ากนั 5.2.2 วงจรไฟฟ้ าแบบขนาน การตอ่ วงจรไฟฟ้ าแบบขนาน เป็ นการต่อวงจรแบบที่มีภาระทุกตวั ต่อคร่อมขนานกนั ท้งั หมดต่อในลกั ษณะปลายดา้ นที่ 1 ของภาระทุกตวั ต่อรวมกนั ไวท้ ่ีจุดเดียวกนั จุดหน่ึง และปลายดา้ นที่ 2 ของภาระทุกตวั ต่อรวมไวท้ ี่จุดเดียวกนั อีกจุดหน่ึง นาจุดรวมกนั ท้งั สองของภาระท้งั หมดไปต่อรับแหล่งจ่ายไฟฟ้ า การต่อวงจรไฟฟ้ าแบบขนาน แสดงดงั รูปท่ี 5.3

+ IT I1 I2 I3 I4 IT I1 I2 I3 I4 R1 R2 R3 R4E + R1 R2 R3 R4 E - - (ก) รูปการตอ่ วงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การตอ่ วงจร รูปที่ 5.3 วงจรไฟฟ้ าแบบขนานจากรูปท่ี 5.3 แสดงวงจรไฟฟ้ าแบบขนาน การต่อวงจรแบบน้ีทาใหม้ ีกระแสแยกไหลผา่ นภาระแต่ละตวั แตกตา่ งกนั มีคา่ กระแสไหลผา่ นมากนอ้ ยแตกต่างกนั ตามค่าความตา้ นทานในตวั ภาระน้นั ส่วนแรงดนั ตกคร่อมภาระทุกตวั มีค่าเท่ากนั โดยมีค่าเท่ากบั แรงดนั ของแหล่งจ่ายไฟฟ้ า E ส่วนสาคญั ของการต่อวงจรไฟฟ้ าแบบขนาน คือมีแรงดนั ตกคร่อมภาระทุกตวั เท่ากนั5.2.3 วงจรไฟฟ้ าแบบผสม การต่อวงจรไฟฟ้ าแบบผสม เป็ นการต่อวงจรแบบที่มีภาระหลายตวั ต่อรวมกนั ท้งั แบบอนุกรมและแบบขนาน ภาระบางส่วนตอ่ แบบอนุกรมและบางส่วนต่อแบบขนาน ผสมรวมกนั ในวงจรแบบไมต่ ายตวั เปล่ียนแปลงไดต้ ามความตอ้ งการ หรือตามลกั ษณะวงจรท่ีกาหนดไว้ แหล่งจ่ายไฟฟ้ าถูกต่อเขา้ กบัจุดเริ่มตน้ ของภาระต่อผสมและจุดสุดทา้ ยของภาระตอ่ ผสม การตอ่ วงจรไฟฟ้ าแบบผสม แสดงดงั รูปท่ี 5.4 R1 R2 I1 R1 I2 R2I1 I2 E1 E2 I3 ++ E1 E2 I3 I4 IT I4 EE E3 R3 E4 R4 E3 R3 E4 R4 - - IT (ก) รูปการตอ่ วงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การตอ่ วงจร รูปที่ 5.4 วงจรไฟฟ้ าแบบผสม จากรูปที่ 5.4 แสดงวงจรไฟฟ้ าแบบผสม การต่อวงจรแบบน้ีทาให้มีเส้นทางของกระแสไหลผ่านภาระเส้นทางเดียวเม่ือส่วนวงจรต่อแบบอนุกรมคือ IT = I1 = I2 และกระแสไหลผา่ นภาระแยกไหลเม่ือส่วนวงจรต่อแบบขนานคือ IT = I3 + I4 ค่าแรงดนั ตกคร่อมภาระแตกต่างกนั เมื่อส่วนวงจรต่อแบบอนุกรม และคา่ แรงดนั ตกคร่อมภาระเท่ากนั เมื่อส่วนวงจรต่อแบบขนานคือ E3 = E4 ส่วนสาคญั ของการต่อวงจรไฟฟ้ าแบบผสม คือตอ้ งการใหท้ ้งั กระแสและแรงดนั ในวงจรแตกต่างกนั

5.3 รูปแบบการต่อเซลล์ไฟฟ้ า แบตเตอร่ี หรื อถ่านไฟฉายสร้างข้ึนมาจากเซลล์ไฟฟ้ า (Electrical Cell) เกิดจากปฏิกิริ ยาเคมีเซลล์ไฟฟ้ าชนิดน้ีจะให้กาเนิดแรงดันข้ึนมาต่า อาจไม่เพียงพอกับการนาไปใช้งาน จึงจาเป็ น ต้องนาเซลล์ไฟฟ้ ามาต่อร่วมกนั เพ่ือเพ่ิมแรงดนั หรือเพ่ิมกระแส ท้งั น้ีข้ึนอยู่กบั ลกั ษณะการต่อวงจรเซลล์ไฟฟ้ าเซลลไ์ ฟฟ้ าชนิดเซลลเ์ ดียวและหลายเซลลท์ ี่สร้างมาใชง้ าน แสดงดงั รูปที่ 5.5 ++ --รูปร่าง สญั ลกั ษณ์ รูปร่าง สญั ลกั ษณ์(ก) ชนิดเซลลเ์ ดียว (ข) ชนิดหลายเซลล์ รูปที่ 5.5 เซลลไ์ ฟฟ้ าเซลล์ไฟฟ้ าแต่ละเซลล์สามารถนามาต่อร่วมกันได้ การต่อใช้งานข้ึนอยู่กบั ความต้องการของผใู้ ชง้ าน ซ่ึงการต่อเซลล์ไฟฟ้ าที่แตกต่างกนั มีผลต่อค่าแรงดนั และค่ากระแสที่เกิดข้ึนมีความแตกต่างกนั ไปดว้ ย การต่อเซลลไ์ ฟฟ้ าแบ่งออกไดเ้ ป็ น 3 แบบ คือ ต่อเซลล์แบบอนุกรม (Series Cells) ต่อเซลลแ์ บบขนาน(Parallel Cells) และตอ่ เซลลแ์ บบผสม (Compound Cells)5.3.1 เซลล์ไฟฟ้ าต่ออนุกรม การต่อเซลลไ์ ฟฟ้ าแบบอนุกรม เป็ นการต่อเซลล์ไฟฟ้ าแต่ละเซลลแ์ บบเรียงเป็ นลาดบั กนั ไปอยา่ งตอ่ เนื่องภายในวงจร ลกั ษณะการตอ่ ดงั น้ี ปลายดา้ นลบของเซลลท์ ี่ 1 ตอ่ เขา้ กบั ปลายดา้ นบวกของเซลลท์ ี่2 และปลายด้านลบของเซลล์ที่ 2 ต่อเขา้ กบั ปลายดา้ นบวกของเซลล์ที่ 3 ต่อเช่นน้ีเรื่อยไปจนครบทุกเซลล์ปลายดา้ นบวกของเซลลท์ ี่ 1 และปลายดา้ นลบของเซลลส์ ุดทา้ ยต่อจ่ายออกไปใชง้ าน เซลลไ์ ฟฟ้ าต่ออนุกรมแสดงดงั รูปท่ี 5.6E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 E4 + -+ -+ -+ - 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh ET = 4.8 V, IT = 250 mAh ET = 4.8 V, IT = 250 mAh+- +- (ก) รูปการต่อวงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การต่อวงจร รูปท่ี 5.6 เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ อนุกรม

เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ อนุกรม มีคุณสมบตั ิดงั น้ี 1. แรงดนั รวมเพ่ิมข้ึนตามจานวนเซลลไ์ ฟฟ้ าที่ตอ่ เพ่ิมในวงจร เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี ET = E1 + E2 + E3 + E4 + .... + En .....(5-1) 2. ค่ากระแสท่ีจ่ายออกมาไดเ้ ทา่ กบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเพียงเซลลเ์ ดียว เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี IT = กระแส 1 เซลลข์ องวงจร .....(5-2)เมื่อ ET = แรงดนั รวมของวงจร หน่วย V E1, E2, E3, E4 = แรงดนั ของแต่ละเซลล์ หน่วย V En = แรงดนั เซลลส์ ุดทา้ ยของวงจร หน่วย V IT = กระแสจา่ ยออกมาไดส้ ูงสุด หน่วย แอมแปร์-ชว่ั โมง (Ah)ตัวอย่างที่ 5.1 แหล่งจ่ายแรงดนั ต่ออนุกรมตามรูปที่ 5.7 จงหาค่าแรงดนั และกระแสที่เซลลไ์ ฟฟ้ าสามารถจ่ายออกมาได้ E1 E2 E3 E4 E5 + -+ -+ -+ -+ - 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 200 mAh 200 mAh 200 mAh 200 mAh 200 mAh ET = ? V, IT = ? mAh +- รูปท่ี 5.7 เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ อนุกรม 5 เซลล์วธิ ีทาหาแรงดนั จาก สูตร ET = E1 + E2 + E3 + E4 + E5 แทนคา่ ET = 1.2 V + 1.2 V + 1.2 V + 1.2 V + 1.2 V = 6 Vหากระแสจาก สูตร IT = กระแส 1 เซลลข์ องวงจร แทนค่า IT = 200 mAh แรงดนั ที่จา่ ยออกมา = 6 V กระแสท่ีจา่ ยไดส้ ูงสุด = 200 mAh ตอบ

5.3.2 เซลล์ไฟฟ้ าต่อขนาน การต่อเซลล์ไฟฟ้ าแบบขนาน เป็ นการต่อเซลล์ไฟฟ้ าทุกเซลล์แบบคร่อมขนานเขา้ ดว้ ยกนัท้งั หมดในวงจร ลกั ษณะการต่อดงั น้ี ปลายดา้ นบวกของเซลลไ์ ฟฟ้ าทุกเซลลต์ ่อรวมกนั ไวท้ ่ีจุดเดียวกนั จุดหน่ึงและปลายดา้ นลบของเซลล์ไฟฟ้ าทุกเซลล์ต่อรวมกนั ไวท้ ่ีจุดเดียวกนั อีกจุดหน่ึง นาจุดรวมของเซลล์ไฟฟ้ าท้งัสองจุดจ่ายออกไปใชง้ าน เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ ขนาน แสดงดงั รูปท่ี 5.8+ E2 E3 E4 + ET = 1.2 V + E1 + E2 + E3 + E4 E1 1.2 V 1.2 V 1.2 V IT = 1 Ah - 1.2 V - 1.2 V - 1.2 V - 1.2 VET = 1.2 V 250 mAh 250 mAh 250 mAhIT = 1 Ah 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 1.2 V - 250 mAh- (ก) รูปการต่อวงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การต่อวงจร รูปที่ 5.8 เซลลไ์ ฟฟ้ าต่อขนานเซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ ขนาน มีคุณสมบตั ิดงั น้ี1. ค่าแรงดนั ท่ีจ่ายออกมาไดเ้ ท่ากบั แรงดนั เพียงเซลลเ์ ดียว เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี ET = แรงดนั 1 เซลลข์ องวงจร .....(5-3)2. กระแสรวมเพิ่มข้ึนตามจานวนเซลลไ์ ฟฟ้ าท่ีต่อเพ่มิ ในวงจร เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี IT = IC1 + IC2 + IC3 + IC4 + .... + ICn .....(5-4)เม่ือ ET = แรงดนั รวมของวงจร หน่วย V IT = กระแสจา่ ยออกมาไดส้ ูงสุด หน่วย AhIC1, IC2, IC3, IC4 = กระแสจา่ ยออกมาไดใ้ นแต่ละเซลล์ หน่วย Ah ICn = กระแสจ่ายออกมาไดใ้ นเซลลส์ ุดทา้ ย หน่วย Ahตัวอย่างที่ 5.2 แหล่งจ่ายแรงดนั ต่อขนานตามรูปที่ 5.9 จงหาค่าแรงดนั และกระแสท่ีเซลล์ไฟฟ้ าสามารถจ่ายออกมาได้ + ET = ? V + E1 + E2 + E3 + E4 + E5 IT = ? mAh - 12.520VmA-h 12.520VmA-h 12.520VmA-h 12.520VmA-h 1.2 V 250 mAh - รูปท่ี 5.9 เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ ขนาน 5 เซลล์

วธิ ีทาหาแรงดนั จาก สูตร ET = แรงดนั 1 เซลลข์ องวงจร แทนคา่ ET = 1.2 Vหากระแสจาก สูตร IT = IC1 + IC2 + IC3 + IC4 + IC5 แทนค่า IT = 250 mAh + 250 mAh + 250 mAh + 250 mAh + 250 mAh = 1,250 mAh = 1.25 Ah แรงดนั ที่จ่ายออกมา = 1.2 V กระแสท่ีจา่ ยไดส้ ูงสุด = 1.25 Ah ตอบ 5.3.3 เซลล์ไฟฟ้ าต่อผสม การต่อเซลลไ์ ฟฟ้ าแบบผสม เป็ นการต่อเซลลไ์ ฟฟ้ าที่มีอยแู่ บบรวมกนั ท้งั ต่ออนุกรมและต่อขนาน เซลล์ไฟฟ้ าบางส่วนต่ออนุกรมและบางส่วนต่อขนาน ผสมรวมกนั แบบไม่ตายตวั เปล่ียนแปลงไดต้ ามความตอ้ งการ หรือตามลกั ษณะวงจรที่กาหนดไว้ นาจุดเริ่มตน้ ของการต่อผสมและจุดสุดทา้ ยของการตอ่ ผสมจา่ ยออกไปใชง้ าน เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ ผสม แสดงดงั รูปที่ 5.10 E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 E4 + -+ -+ -+ - 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh E5 E6 E7 E8 E5 E6 E7 E8 + -+ -+ -+ - 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh ET = 4.8 V, IT = 500 mAh ET = 4.8 V, IT = 500 mAh+- +- (ก) รูปการต่อวงจร (ข) สญั ลกั ษณ์การต่อวงจร รูปท่ี 5.10 เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ ผสม เซลลไ์ ฟฟ้ าต่อผสม มีคุณสมบตั ิดงั น้ี 1. แรงดนั รวมเพิ่มข้ึนตามจานวนเซลลไ์ ฟฟ้ าที่ตอ่ อนุกรมของชุดเดียว เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี ET = E1 + E2 + E3 + E4 + .... .....(5-5) หรือ ET = E5 + E6 + E7 + E8 + .... 2. คา่ กระแสท่ีจ่ายออกมา เท่ากบั ค่ากระแสเพียงเซลลเ์ ดียวในวงจรเซลล์ไฟฟ้ าต่ออนุกรมแต่ละชุด คูณจานวนชุดของเซลลไ์ ฟฟ้ าท่ีตอ่ ขนาน เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี

IT = กระแส 1 เซลลช์ ุดต่ออนุกรม  จานวนชุดเซลลท์ ี่ต่อขนาน .....(5-6)เมื่อ ET = แรงดนั รวมของวงจร หน่วย V E1, E2, E3, E4 = แรงดนั ของแต่ละเซลลท์ ่ีตอ่ อนุกรมชุดที่ 1 หน่วย V E5, E6, E7, E8 = แรงดนั ของแตล่ ะเซลลท์ ี่ตอ่ อนุกรมชุดที่ 2 หน่วย V IT = กระแสจ่ายออกมาไดส้ ูงสุด หน่วย Ahตัวอย่างท่ี 5.3 แหล่งจ่ายแรงดนั ต่อผสมตามรูปที่ 5.11 จงหาค่าแรงดนั และกระแสที่เซลล์ไฟฟ้ าสามารถจ่ายออกมาได้ E1 E2 E3 E4 E5 + -+ -+ -+ -+ - 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh E6 E7 E8 E9 E10 + -+ -+ -+ -+ - 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 1.2 V 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh 250 mAh ET = ? V, IT = ? mAh +- รูปท่ี 5.11 เซลลไ์ ฟฟ้ าตอ่ ผสม 5 เซลล์วธิ ีทาหาแรงดนั จาก สูตร ET = E1 + E2 + E3 + E4 + E5 แทนค่า ET = 1.2 V + 1.2 V + 1.2 V + 1.2 V + 1.2 V = 6 Vหากระแสจาก สูตร IT = กระแส 1 เซลลช์ ุดต่ออนุกรม  จานวนชุดเซลลท์ ่ีต่อขนาน แทนค่า IT = 250 mAh  2 = 500 mAh แรงดนั ที่จ่ายออกมา = 6 V กระแสที่จา่ ยไดส้ ูงสุด = 500 mAh ตอบ 5.4 วงจรไฟฟ้ าแสงสว่าง แสงสว่างเป็ นส่ิงจาเป็ นต่อการดารงชีวิตของมนุษย์ มีประโยชน์มากมายต่อการนาไปใช้งาน เช่นช่วยใหเ้ กิดความสวา่ ง ทาใหส้ ามารถมองเห็นส่ิงต่างๆ ทาใหเ้ กิดความปลอดภยั ต่อชีวติ และทรัพยส์ ิน และช่วยในการทางานทางอุตสาหกรรม เป็นตน้ แสงสวา่ งท่ีมีใชง้ านแบ่งได้ 2 ชนิด คือ เกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ เช่นแสงจากดวงอาทิตย์ และแสงจากดวงดาว เป็ นตน้ เกิดจากการประดิษฐข์ ้ึนมาของมนุษย์ เช่น หลอดไฟฟ้ า(Lamp) และการอาร์คของโลหะ เป็นตน้

แสงสว่างจากหลอดไฟฟ้ า เป็ นสิ่งท่ีมนุษยป์ ระดิษฐ์ข้ึนมาใช้งานอย่างยาวนาน ต่อเน่ืองเรื่อยมาเพราะดว้ ยความสาคญั และประโยชนข์ องแสงสวา่ ง ทาใหป้ ัจจุบนั มีหลอดไฟฟ้ าถูกผลิตข้ึนมาใชง้ านมากมายหลายแบบ หลายชนิด และหลายประเภท ซ่ึงกล่าวโดยภาพรวมแลว้ หลอดไฟฟ้ าแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ หลอดไส้ (Incandescent Lamps) และหลอดปล่อยประจุ (Discharge Lamps) แต่ละประเภทของหลอดไฟฟ้ า มีความแตกตา่ งกนั ไป 5.4.1 หลอดไส้ หลอดไส้ เป็ นหลอดไฟฟ้ าที่ใชไ้ ส้หลอดเป็ นตวั เปล่งแสงสวา่ งออกมา เมื่อมีกระแสไหลผา่ นไส้หลอด ทาให้ไส้หลอดเกิดความร้อนและเปล่งแสงออกมา หลอดไส้แบ่งออกเป็ น 2 ชนิด ดงั น้ีคือ หลอดไส้ทว่ั ไป (Normal Incandescent Lamp) และหลอดทังสเตนฮาโลเจน (Tungsten Halogen Lamp) หลอดไส้ทว่ั ไปและหลอดทงั สเตนฮาโลเจน แสดงดงั รูปท่ี 5.12(ก) หลอดไสท้ ว่ั ไป (ข) หลอดทงั สเตนฮาโลเจน รูปท่ี 5.12 หลอดไส้ จากรูปที่ 5.12 แสดงหลอดไส้ ท้งั หลอดไส้ทว่ั ไป และหลอดทงั สเตนฮาโลเจน มีการต่อวงจรและการทางานเหมือนกนั คือเม่ือไส้หลอดมีกระแสไหลผา่ น จะเกิดความร้อนและเปล่งแสงสวา่ งออกมา ความร้อนเพ่ิมมากข้ึนแสงสวา่ งก็เพ่ิมมากข้ึนตามไปดว้ ย ส่วนแตกต่างคือโครงสร้างภายในหลอด หลอดไส้ทว่ั ไปภายในบรรจุก๊าซเฉ่ือย เช่น อาร์กอน หรือไนโตรเจนไว้ ส่วนหลอดทงั สเตนฮาโลเจนภายในบรรจุก๊าซแตกตา่ งกนั ไป เช่น ไอโอดีน คลอรีน โบรมีน หรือฟลูออรีนไว้ โครงสร้างภายในหลอดไส้ แสดงดงั รูปท่ี 5.13

(ก) หลอดไสท้ วั่ ไป (ข) หลอดทงั สเตนฮาโลเจน รูปที่ 5.13 โครงสร้างภายในหลอดไส้

การต่อวงจรไฟฟ้ าของหลอดไส้ เป็ นวงจรที่ต่อใชง้ านไดง้ ่าย โดยเพียงนาข้วั ท้งั สองของหลอดไส้ไปตอ่ รับแหล่งจา่ ยแรงดนั ตามค่าที่เหมาะสมไดโ้ ดยตรง อาจต่อเพ่ิมสวติ ช์ตดั ต่อวงจรเขา้ ไปช่วยควบคุมการทางานไดต้ ามตอ้ งการ และการต่อวงจรไฟฟ้ าให้หลอดทงั สเตนฮาโลเจน ก็สามารถต่อวงจรไดใ้ นลกั ษณะเดียวกนั โดยการเปลี่ยนจากหลอดไส้ทว่ั ไปมาใชห้ ลอดทงั สเตนฮาโลเจนแทน สิ่งสาคญั คือตอ้ งจ่ายแรงดนั ท่ีเหมาะสมใหห้ ลอดทงั สเตนฮาโลเจน เพราะจะใชง้ านกบั แรงดนั ไดห้ ลายค่า ขอ้ เสียหลอดไส้ คือ เกิดความร้อนสูง อายใุ ชง้ านส้นั และสิ้นเปลืองพลงั งานไฟฟ้ าสูง การตอ่ วงจรไฟฟ้ าใหห้ ลอดไส้ แสดงดงั รูปที่ 5.14



(ก) หลอดไสท้ ว่ั ไป (ข) หลอดทงั สเตนฮาโลเจน รูปที่ 5.14 วงจรไฟฟ้ าของหลอดไส้5.4.2 หลอดปล่อยประจุหลอดปล่อยประจุ เป็ นหลอดไฟฟ้ าท่ีมีโครงสร้างของหลอดคลา้ ยกบั หลอดไส้ คือมีไส้หลอด มีกระเปาะแกว้ และมีก๊าซเฉื่อยบรรจุอยู่ภายใน แต่แตกต่างในส่วนของแสงท่ีไดอ้ อกมา โดยท่ีไส้หลอดไม่ไดท้ าหนา้ ที่เปล่งแสงออกมาใชง้ านโดยตรง แต่ทาหนา้ ท่ีเป็นเพยี งตวั กระตุน้ ก๊าซท่ีอยภู่ ายในหลอดใหป้ ล่อยประจุออกมา ไปทาใหเ้ กิดแสงข้ึนมา หลอดปล่อยประจุ สามารถแบ่งออกเป็น 2 แบบ ดงั น้ี หลอดปล่อยประจุความดนั ต่า (Low Pressure Discharge Lamp) ได้แก่ หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp) หลอดคอมแพกต์ฟลูออเรสเซนต์ (Compact Fluorescent Lamp) และหลอดโซเดียมความดนั ไอต่า (Low Pressure Sodium Lamp) หลอดปล่อยประจุความดนั สูง (High Pressure Discharge Lamp) ไดแ้ ก่ หลอดไอปรอท(Mercury Vapor Lamp) หลอดโซเดียมความดนั ไอสูง (High Pressure Sodium Lamp) และหลอดเมตลั ฮาไลด์(Metal Halide Lamp)หลอดท้งั สองแบบแบ่งออกเป็ นชนิดยอ่ ยๆ ได้หลายชนิด แต่ละชนิดมีโครงสร้างและการนาไปใชง้ านที่แตกต่างกนั มีรายละเอียดมากมาย ในบทน้ีจะกล่าวเพียงหลอดปล่อยประจุชนิดพ้ืนฐานท่ีนิยมนาไปใชง้ านภายในบา้ นเรือนเท่าน้นั ไดแ้ ก่ หลอดฟลูออเรสเซนต์ และหลอดคอมแพกตฟ์ ลูออเรสเซนต์ 1. หลอดฟลูออเรสเซนต์ หรือหลอดเรืองแสง เป็ นหลอดไฟฟ้ าที่เปล่ียนพลงั งานไฟฟ้ าเป็ นแสงสวา่ งโดยท่ีแสงสว่างเกิดข้ึนมาจากการเรืองแสงของสารเรืองแสงท่ีเคลือบไวผ้ ิวดา้ นในของหลอด เป็ นหลอดไฟ

ฟ้ าท่ีนิยมใชง้ านมาก เพราะประหยดั พลงั งานไฟฟ้ ามากกวา่ มีอายกุ ารใชง้ านยาวนานกวา่ หลอดไส้ประมาณ8 เท่า และให้แสงสว่างนวลตา การต่อวงจรทางานหลอดฟลูออเรสเซนตจ์ ะตอ้ งใช้งานร่วมกบั บลั ลาสต์(Ballast) และสตาร์ทเตอร์ (Starter) การต่อวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ จะตอ้ งประกอบดว้ ยส่วนประกอบตา่ งๆ หลายส่วน มีรายละเอียดดงั น้ี ก. หลอดฟลูออเรสเซนต์ มีรูปร่างลกั ษณะหลอดหลายรูปแบบ เช่น ทรงกระบอก วงกลมและตวั ยู เป็นตน้ ภายในหลอดจะบรรจุดว้ ยก๊าซเฉื่อยประเภทอาร์กอน และมีไอปรอท กระจายอยทู่ ว่ั บริเวณภายในหลอดแกว้ ดา้ นในเคลือบดว้ ยสารเรืองแสง ฟอสเฟอร์ (Phosphor) ก๊าซท่ีบรรจุอยภู่ ายในหลอดจะแตกตวั เป็นไอออน เมื่อแรงดนั ท่ีข้วั ไส้หลอดท้งั สองขา้ งมีคา่ สูงพอ ทาใหค้ วามตา้ นทานภายในหลอดลดต่าลงอยา่ งรวดเร็ว เกิดกระแสไหลผา่ นภายในหลอดแกว้ ไปกระทบไอปรอท ทาให้ไอปรอทเปล่งแสงอุลตราไวโอเลต(Ultraviolet) ท่ีมองไม่เห็นออกมา ไปกระทบกบั สารเรืองแสงท่ีเคลือบผิวดา้ นในของหลอดแกว้ สารเรืองแสงจึงเปล่งแสงสวา่ งออกมาเป็ นสีต่างๆ ตามคุณสมบตั ิของสารเรืองแสงท่ีใชเ้ คลือบไว้ หลอดฟลูออเรสเซนต์แสดงดงั รูปที่ 5.15
(ก) รูปร่าง (ข) โครงสร้าง รูปท่ี 5.15 หลอดฟลอู อเรสเซนต์ ข. บลั ลาสต์ ทาหนา้ ท่ีสร้างแรงดนั ค่าสูงข้ึนมาในขณะท่ีหลอดฟลูออเรสเซนตเ์ ร่ิมทางาน เม่ือหลอดฟลูออเรสเซนตท์ างานแลว้ จะทาหนา้ ท่ีลดแรงดนั ที่ตกคร่อมหลอดให้ต่าลง และช่วยจากดั กระแสไม่ให้ไหลผา่ นหลอดมากเกินไปในขณะที่หลอดเปล่งแสงสว่างออกมา บลั ลาสตท์ ่ีผลิตมาใชง้ านแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2ชนิด คือ ชนิดบลั ลาสต์แม่เหล็กไฟฟ้ า (Electromagnetic ballast) และชนิดบลั ลาสตอ์ ิเล็กทรอนิกส์ (ElectronicBallast) บลั ลาสต์ แสดงดงั รูปที่ 5.16 ค. สตาร์ทเตอร์ ทาหนา้ ที่เป็ นสวติ ช์ตดั ต่อโดยอตั โนมตั ิ จะต่อวงจรในขณะหลอดฟลูออเรสเซนต์ยงั ไม่เปล่งแสงสว่างออกมา และตดั วงจรออกเม่ือหลอดฟลูออเรสเซนต์เปล่งแสงสว่างออกมาสตาร์ทเตอร์ท่ีผลิตมาใช้งานแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ชนิด คือ ชนิดสตาร์ทเตอร์ทางานดว้ ยความร้อน (Thermal

Starter) และชนิดสตาร์ทเตอร์ทางานดว้ ยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Starter) สตาร์ทเตอร์ แสดงดงั รูปที่5.17(ก) ชนิดแมเ่ หล็กไฟฟ้ า (ข) ชนิดอิเลก็ ทรอนิกส์ (ก) ชนิดใชค้ วามร้อน (ข) ชนิดอเิ ลก็ ทรอนิกส์รูปที่ 5.16 บลั ลาสต์ รูปที่ 5.17 สตาร์ทเตอร์ การต่อวงจรไฟฟ้ าของหลอดฟลูออเรสเซนต์ ทาได้โดยนาหลอดฟลูออเรสเซนต์ บลั ลาสต์ และสตาร์ทเตอร์ มาประกอบเป็ นวงจรให้ถูกตอ้ ง ก็จะไดว้ งจรไฟฟ้ าแสงสว่างหลอดฟลูออเรสเซนต์ตามตอ้ งการแสดงดงั รูปที่ 5.18

รูปท่ี 5.18 วงจรไฟฟ้ าแสงสวา่ งหลอดฟลอู อเรสเซนต์ 2. หลอดคอมแพกต์ฟลูออเรสเซนต์ เรียกส้ันๆ วา่ หลอดคอมแพกต์ หรือมกั เรียกวา่ หลอดตะเกียบเป็ นหลอดไฟฟ้ าชนิดเรืองแสงที่มีขนาดเล็ก มีหลักการทางานเช่นเดียวกับหลอดฟลูออเรสเซนต์ ถูกพฒั นาข้ึนมาใชง้ านแทนหลอดไส้ เพราะสามารถประหยดั พลงั งานไฟฟ้ าไดม้ ากกวา่ หลอดไส้ถึง 4 เท่า มีอายุการใชง้ านนานกวา่ หลอดไส้ถึงประมาณ 4 – 12 เท่า (แลว้ แต่รุ่นของหลอด) และเกิดความร้อนต่า หลอดคอมแพกตแ์ บง่ ออกไดเ้ ป็น 2 ชนิด แยกตามการติดต้งั บลั ลาสตใ์ ห้กบั หลอด ดงั น้ี หลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสต์ภายนอก และหลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน

ก. หลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสต์ภายนอก มกั ถูกเรียกว่า หลอดตะเกียบ หรือหลอด FLเป็ นหลอดชนิดท่ีมีตวั หลอดแยกออกต่างหากจากบลั ลาสต์ ข้วั หลอดเป็ นชนิด 2 เข้ียว โดยมีสตาร์ทเตอร์ถูกติดต้งั ไวท้ ี่ข้วั หลอด ส่วนบลั ลาสต์ถูกแยกออกไปต่างหากอยทู่ ่ีฐานรับหลอด เวลาหลอดเสียสามารถเปลี่ยนเฉพาะหลอดอยา่ งเดียว ลกั ษณะหลอดเป็นแทง่ แกว้ ตรง 2 แท่ง ตอนปลายถูกเชื่อมเขา้ ดว้ ยกนั เป็ นรูปตวั ยู (U)คลา้ ยตะเกียบ หลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายนอก แสดงดงั รูปท่ี 5.19 (ก)(ก) ชนิดบลั ลาสตภ์ ายนอก (ข) ชนิดบลั ลาสตภ์ ายในรูปท่ี 5.19 หลอดคอมแพกตฟ์ ลอู อเรสเซนต์ ข. หลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน มกั เรียกวา่ หลอด CFL เป็ นหลอดท่ีพฒั นาข้ึนมาใหเ้ กิดความสะดวกสบายในการใชง้ านมากข้ึน โดยมีขนาดเล็กกะทดั รัดมากข้ึน และสร้างให้เกิดความพร้อมในการใช้งาน ดว้ ยการนาบลั ลาสต์และสตาร์ทเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ ติดต้งั ไวภ้ ายในท่ีบริเวณข้วั หลอดท้งั ตวั หลอดและฐานข้วั หลอดถูกยดึ ติดกนั สมบูรณ์พร้อมใชง้ าน รูปร่างลกั ษณะหลอดมีความหลากหลายมากข้ึน เช่น รูปตวั ยูชุดเดียว รูปตวั ยูหลายชุด และรูปเกลียว เป็ นตน้ หลอดคอมแพกต์ชนิดบลั ลาสต์ภายในแสดงดงั รูปท่ี 5.19 (ข) หลอดคอมแพกต์ชนิดบัลลาสต์ภายใน เป็ นหลอดชนิดที่นิยมใช้งานอย่างแพร่หลาย เพราะด้วยสะดวกสบายในการใช้งาน มีขนาดเล็กกะทดั รัด และช่วยในการประหยดั พลงั งานไดม้ ากข้ึน สามารถผลิตรูปแบบหลอดท่ีมีความหลากหลาย โครงสร้างหลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน แสดงดงั รูปท่ี 5.20

(ก) ส่วนประกอบภายในหลอดแกว้ (ข) โครงสร้างส่วนประกอบหลอดรูปท่ี 5.20 หลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน การตอ่ วงจรไฟฟ้ าแสงสวา่ งของหลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน ทาไดเ้ ช่นเดียวกบั วงจรไฟฟ้ าแสงสว่างของหลอดฟลูออเรสเซนต์ แต่สะดวกมากข้ึน โดยนาหลอดคอมแพกต์ไปต่อแทนหลอดไส้ได้โดยตรง วงจรไฟฟ้ าแสงสวา่ งของหลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน แสดงดงั รูปที่ 5.21


รูปท่ี 5.21 วงจรไฟฟ้ าแสงสวา่ งของหลอดคอมแพกตช์ นิดบลั ลาสตภ์ ายใน

5.5 บทสรุป วงจรไฟฟ้ าเป็นการนาอุปกรณ์ไฟฟ้ าหรือเครื่องใชไ้ ฟฟ้ าไปตอ่ ใชง้ านกบั แหล่งจา่ ยไฟฟ้ าต่ออยใู่ นรูปวงจร ส่วนประกอบหลกั ของวงจรไฟฟ้ ามี 3 ส่วน คือ แหล่งจา่ ยไฟฟ้ า ภาระ และสายตอ่ วงจร ชนิดของวงจรไฟฟ้ าในการต่อใช้งานต่อได้ 3 แบบ คือ วงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม โดยการต่อภาระเรียงลาดบั กนั ไป ทาให้วงจรมีกระแสผ่านภาระเท่ากนั ทุกตวั เกิดแรงดนั ตกคร่อมภาระแต่ละตวั ไม่เท่ากนัวงจรไฟฟ้ าแบบขนาน โดยการต่อภาระทุกตวั ในวงจรคร่อมขนานกนั ไปท้งั หมด มีแรงดนั ตกคร่อมภาระทุกตวัเท่ากนั แตก่ ระแสไหลผา่ นภาระแต่ละตวั ไม่เท่ากนั และวงจรไฟฟ้ าแบบผสม เป็ นการต่อวงจรรวมกนั ระหวา่ งวงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรมกบั วงจรไฟฟ้ าแบบขนาน รูปแบบการต่อวงจรไฟฟ้ าแบบผสมไม่มีมาตรฐานตายตวั การต่อเซลลไ์ ฟฟ้ า แบง่ ได้ 3 วธิ ี คือ การตอ่ เซลลแ์ บบอนุกรม เป็ นการต่อเซลลไ์ ฟฟ้ าเรียงลาดบั กนัไป โดยนาข้วั ไฟฟ้ าต่างกนั ต่อเรียงกนั ไปเหลือข้วั เซลลห์ วั ทา้ ยใชต้ ่อใชง้ าน การต่อเซลลแ์ บบขนาน เป็ นการตอ่ เซลลไ์ ฟฟ้ าคร่อมขนานกนั ไป โดยนาข้วั เหมือนกนั ตอ่ รวมกนั เป็นจุดเดียวใชข้ ้วั บวกรวมและข้วั ลบรวมต่อออกไปใชง้ าน และการต่อเซลล์แบบผสมเป็ นการต่อเซลล์ ไฟฟ้ ารวมกนั ระหวา่ งการต่อเซลล์แบบอนุกรมและการต่อเซลลแ์ บบขนาน วงจรไฟฟ้ าแสงสวา่ ง เป็นวงจรต่อหลอดไฟฟ้ าไปใชง้ าน เพือ่ ใหเ้ ปล่งแสงสวา่ งออกมา การต่อวงจรตอ้ งต่อใหถ้ ูกตอ้ งสมบูรณ์ตามชนิดของหลอด หลอดไส้สามารถต่อหลอดเขา้ แหล่งจา่ ยไฟฟ้ าไดโ้ ดยตรง ส่วนหลอดฟลูออเรสเซนตก์ ารต่อวงจรตอ้ งต่อเพมิ่ ตวั บลั ลาสตแ์ ละตวั สตาร์ตเตอร์เขา้ วงจรดว้ ย และหลอดคอมแพกตถ์ ูกพฒั นาข้ึนมาใชง้ านแทนหลอดไส้ ช่วยประหยดั พลงั งานไฟฟ้ าไดม้ ากกวา่ แต่ใชง้ านไดส้ ะดวกเช่นเดียวกบั หลอดไส้