แหล่งกำเนิดไฟฟ้าและประเภทของไฟฟ้

หน่วยท่ี 3 แหลง่ กำเนดิ ไฟฟ้ำและประเภทของไฟฟำ้ เน้ือหำสำระกำรสอน/กำรเรียนรู้ 3.1 อะตอมกบั ไฟฟ้ า โครงสร้างภายในสิ่งต่างๆ ท่ีเกิดข้ึนมาบนโลก เช่น วตั ถุ (Material) ธาตุ (Element) หรือสสาร(Matter) ประกอบด้วยส่วนประกอบเล็กๆ หลายส่วนรวมกนั เม่ือนามาวิเคราะห์ตามหลกั ทฤษฎีอะตอม(Atomic Theory) พบวา่ โครงสร้างภายในส่ิงเหล่าน้นั ประกอบไปดว้ ย โมเลกุล (Molecule) อะตอม (Atom)นิวเคลียส (Nucleus) โปรตอน (Proton) นิวตรอน (Neutron) และอิเล็กตรอน (Electron) เหมือนกนั แต่ส่ิงที่เรามองเห็นจากโครงสร้างภายนอกของวตั ถุ ธาตุ หรือสสาร มีลกั ษณะที่แตกต่างกนั ไป เพราะสิ่งเหล่าน้นั มีส่วนประกอบของส่วนที่เล็กที่สุดที่เรียกว่าโมเลกุล จะมีจานวนโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนไม่เหมือนกนั ไม่เทา่ กนั เช่น โมเลกุลของน้า (H2O) ใน 1 โมเลกุล ประกอบดว้ ยอะตอมของธาตุไฮโดรเจน (H)2 อะตอม และอะตอมของธาตุออกซิเจน (O) 1 อะตอม หรือโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ใน 1โมเลกุล ประกอบดว้ ยอะตอมของธาตุคาร์บอน (C) 1 อะตอม และอะตอมของธาตุออกซิเจน (O) 2 อะตอมเป็นตน้ โครงสร้าง 1 โมเลกลุ ของน้า (H2O) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แสดงดงั รูปที่ 3.1HOH



OCO


HOH OCO





(ก) 1 โมเลกลุ ของน้า (H2O) (ข) 1 โมเลกลุ ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) รูปที่ 3.1 โครงสร้าง 1 โมเลกลุ ของน้า (H2O) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ส่วนประกอบภายในโครงสร้างแต่ละส่วนของวตั ถุ ธาตุ หรือสสาร ที่อยู่ในรูปของโมเลกุล อะตอมนิวเคลียส โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน มีคุณสมบตั ิที่แตกต่างกนั ดงั น้ี 1. โมเลกุล คือ ส่วนท่ีเล็กที่สุดของวตั ถุ ธาตุ หรือสสาร ที่ยงั คงแสดงคุณสมบตั ิเดิมอยู่ ท้งั ทางดา้ นเคมีและฟิ สิกส์ 2. อะตอม คือ ส่วนท่ีเล็กที่สุดของธาตุ แสดงโครงสร้างเดิมของธาตุน้นั ๆ ออกมา เช่น น้าเม่ือแยกตวัออกจนเป็นโมเลกลุ ยงั คงสภาพเป็ นน้าอยู่ แต่ถา้ แยกตวั ออกไปอีกจะแสดงค่าอยใู่ นรูปอะตอม มองเห็นเป็ นธาตุเดิมท่ีมาประกอบร่วมกนั จะประกอบดว้ ยดว้ ย ธาตุออกซิเจน (O) และธาตุไฮโดรเจน (H) เป็นตน้

3. นิวเคลียส คือ ส่วนที่อยใู่ จกลางของอะตอม อยนู่ ิ่งไม่เคล่ือนไหว ภายในนิวเคลียสยงั ประกอบดว้ ยโปรตอน และนิวตรอน 4. นิวตรอน คือ ส่วนที่อยู่ภายในนิวเคลียส อยู่นิ่งไม่เคล่ือนไหว ไม่มีประจุไฟฟ้ า ไม่มีส่วนสาคญัทางดา้ นไฟฟ้ า 5. โปรตอน คือ ส่วนที่อยภู่ ายในนิวเคลียส อยู่นิ่งไม่เคลื่อนไหว มีประจุไฟฟ้ าเป็ นบวก (+) มีบทบาทและมีส่วนสาคญั ทางดา้ นไฟฟ้ า เกิดอานาจดึงดูดกบั อิเล็กตรอน 6. อิเล็กตรอน คือ ส่วนท่ีวิง่ เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส มีประจุไฟฟ้ าเป็ นลบ (–) มีบทบาทและมีส่วนสาคญั ทางดา้ นไฟฟ้ า โดยจะถูกดึงดูดดว้ ยโปรตอน เน่ืองจากอิเล็กตรอนมีน้าหนกั เบาและว่ิงเคล่ือนที่รอบนิวเคลียสตลอดเวลา เม่ือมีพลงั งานจากภายนอกมากระตุน้ อิเล็กตรอนจะสามารถวิ่งเคลื่อนที่ไปยงั อะตอมอ่ืนๆ ไดโ้ ดยง่าย อะตอมเป็ นส่วนท่ีเล็กท่ีสุดของธาตุ ภายในอะตอมมีส่วนประกอบหลายส่วน รวมกันอยู่ในรูปโครงสร้างอะตอม (Atomic Structure) ซ่ึงประกอบดว้ ยนิวเคลียสอยตู่ รงกลางอะตอม ภายในนิวเคลียสบรรจุไว้ดว้ ยโปรตอน และนิวตรอนรวมกนั อยเู่ ป็นกลุ่ม มีอิเลก็ ตรอนวง่ิ เคลื่อนท่ีวนรอบนิวเคลียสตลอดเวลา วงโคจรของอิเล็กตรอนที่วง่ิ วนรอบนิวเคลียสมีหลายวงซอ้ นทบั กนั อยู่ ถูกเรียกวา่ ช้นั วงโคจร (Shell) การเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส และช้นั วงโคจรอิเล็กตรอน แสดงดงั รูปที่ 3.2 - -

- -
- - - - +N+N+NN+N++NN+
- +7 - - - --(ก) การเคลื่อนที่ของอิเลก็ ตรอนรอบนิวเคลียส (ข) ช้นั วงโคจรอเิ ลก็ ตรอน รูปท่ี 3.2 โครงสร้างอะตอม จากรูปที่ 3.2 แสดงโครงสร้างอะตอม รูปที่ 3.2 (ก) แสดงในลกั ษณะการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ส่วนรูปท่ี 3.2 (ข) แสดงในลกั ษณะวงโคจรของอิเล็กตรอนท่ีว่งิ วนรอบนิวเคลียสแต่ละวงจะสามารถบรรจุจานวนอิเล็กตรอนไดไ้ ม่เท่ากนั วงในสุดบรรจุไดน้ อ้ ย และวงห่างออกมาจะบรรจุไดเ้ พ่ิมข้ึนเป็นลาดบั แต่ละวงโคจรแบง่ จานวนอิเล็กตรอนออกไดด้ งั น้ี วงที่ 1 มี 2 ตวั วงที่ 2 มี 8 ตวั วงท่ี 3 มี 18 ตวั และวงท่ี 4 มี 32 ตวั เป็นตน้

พลังงานไฟฟ้ ากาเนิดข้ึนมาได้จากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ าหลายชนิด จากการค้นคว้าทดลองของนกั วทิ ยาศาสตร์หลายท่าน และต้งั เป็ นทฤษฎีอะตอมข้ึนมา ซ่ึงกล่าวไวว้ า่ ในวตั ถุ ธาตุ หรือสสารทุกชนิด มีประจุไฟฟ้ าท้งั บวกและลบเป็นส่วนประกอบในโครงสร้างทุกๆ อะตอม ท่ีสภาวะปกติวตั ถุ ธาตุ หรือสสารต่างๆ ไม่แสดงอานาจไฟฟ้ าหรือศกั ยไ์ ฟฟ้ าออกมา เพราะเกิดความสมดุลของประจุไฟฟ้ าในทุกๆ อะตอมการจะทาให้มีการแสดงอานาจไฟฟ้ าหรือศกั ยไ์ ฟฟ้ าออกมา ตอ้ งทาให้อะตอมเหล่าน้นั เกิดความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้ า พลงั งานไฟฟ้ าสามารถกาเนิดข้ึนมาไดจ้ ากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ าหลายชนิดแตกต่างกนั แบ่งออกได้ 6ชนิด ดงั น้ีคือ เกิดจากการเสียดสี เกิดจากแรงกดดนั เกิดจากความร้อน เกิดจากปฏิกิริยาเคมี เกิดจากแสงสวา่ งและเกิดจากสนาม แม่เหล็ก แหล่งกาเนิดไฟฟ้ าแต่ละชนิด สามารถให้กาเนิดไฟฟ้ าออกมามากนอ้ ยแตกต่างกนั ไป3.2 ไฟฟ้ าเกดิ จากการเสียดสีไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสี เป็นไฟฟ้ าท่ีถูกคน้ พบมาเป็นเวลายาวนานแลว้ เกิดข้ึนไดจ้ ากการนาวตั ถุต่างกนั 2 ชนิดที่เหมาะสมกนั มาขดั สีกนั ในบริเวณท่ีมีอากาศแห้ง เช่น จากการใช้แท่ง
ยางกบั ผา้ ขนสัตว์ แท่งแก้วกบั ผา้ แพร หวีกบั ผมและแผ่นพลาสติกกบั ผา้ สาลี เป็ นตน้ ผลของการขดั สีดงั กล่าวทาให้เกิดความไม่สมดุลข้ึนของประจุไฟฟ้ าในวตั ถุท้งั สอง เน่ืองจากเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้ าในขณะเสียดสีกนั วตั ถุท้งั สองจะแสดงศกั ย์ไฟฟ้ าออกมาแตกต่างกนั วตั ถุชนิดหน่ึงแสดงศกั ย์ไฟฟ้ าบวก (+) ออกมา วตั ถุอีกชนิดหน่ึงแสดงศกั ย์ไฟฟ้ าลบ (–) ออกมา ไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสี รูปท่ี 3.3 ไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสีแสดงดงั รูปท่ี 3.3 จากรูปท่ี 3.3 แสดงไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสี โดยนาผา้ ขนสัตวก์ บั แท่งยางมาเสียดสีกนั ทาให้ประจุไฟฟ้ าลบ (–) จากผา้ ขนสตั วว์ งิ่ เคล่ือนท่ีเขา้ ไปในแท่งยาง ส่งผลใหผ้ า้ ขนสัตวม์ ีศกั ยบ์ วก (+) มากกวา่ แสดงศกั ยไ์ ฟฟ้ าบวก (+) ออกมา และแท่งยางมีศกั ยล์ บ (–) มากกวา่ แสดงศกั ยไ์ ฟฟ้ าลบ (–) ออกมา การตรวจสอบไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสี โดยนาแท่งยางไปดูดเศษวสั ดุชิ้นเล็กๆ เบาๆ เช่น เศษกระดาษชิ้นเล็กๆ หรือเส้นผม เป็ นตน้ สามารถดูดส่ิงเหล่าน้ีได้ นาหลกั การไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสีไปใช้สร้างเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ าสถิต

3.3 ไฟฟ้ าเกดิ จากแรงกดดนั ไฟฟ้ าเกิดจากแรงกดดนั เป็ นไฟฟ้ าท่ีเกิดข้ึนจากการใช้วสั ดุท่ีสามารถเกิดไฟฟ้ าข้ึนมาไดเ้ ม่ือมีแรงไปกดลงบนวสั ดุน้นั วสั ดุท่ีนิยมนามาใช้งาน ไดแ้ ก่ผลึกแร่ควอตซ์ (Quartz Crystal) โดยนาผลึกแร่ควอตซ์ไปทาเป็ นแผน่ บาง นาแผ่นโลหะประกบติดดา้ นบนและดา้ นล่างของผลึกแร่ควอตซ์ เชื่อมต่อสายไฟออกจากแผน่ โลหะท้งั สอง เป็ นข้วั จ่ายแรงดนั ไฟฟ้ าออกมา ไฟฟ้ าถูกกาเนิดข้ึนในผลึกแร่ควอตซ์ในขณะมีแรงกดดนั หรือแรงส่นั สะเทือนไปกระทาท่ีผลึกแร่ควอตซ์ การตรวจสอบไฟฟ้ าท่ีเกิดจากผลึกแร่ควอตซ์ ทาได้โดยใช้โวลต์มิเตอร์วดั แรงดัน ไปวดั คร่อมที่ข้วั โลหะท้งั สอง โวลต์มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดนั ออกมาโครงสร้างผลึกแร่ควอตซ์กาเนิดไฟฟ้ า แสดงดงั รูปท่ี 3.4



- DCmV+

(ก) ผลึกแร่ควอตซ์ (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้ าจากผลกึ แร่ควอตซ์ รูปท่ี 3.4 ไฟฟ้ าเกิดจากแรงกดดนั ผลึกแร่ควอตซ์ในขณะที่ไม่มีแรงกดดนั หรือไม่มีแรงสั่นสะเทือนมากระทา จะยงั ไม่กาเนิดไฟฟ้ าข้ึนมา เน่ืองจากอิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมมีพลงั งานไม่เพียงพอไม่เกิดการเคล่ือนที่ เม่ือมีแรงกดดนั หรือแรงส่ันสะเทือนไปกระทาที่แผ่นโลหะท้งั สอง ส่งไปใหผ้ ลึกแร่ควอตซ์มีพลงั งานมากระตุน้ ใหอ้ ิเล็กตรอนในแตล่ ะอะตอมเกิดการเคลื่อนท่ีระหวา่ งอะตอม ทาใหแ้ ผน่ โลหะท้งั สองเกิดความไม่สมดุลของศกั ยไ์ ฟฟ้ าข้ึนแสดงเป็ นแรงดนั ส่งออกมาที่ข้วั ต่อ สามารถนาผลึกแร่ควอตซ์ไปผลิตเป็ นอุปกรณ์ไฟฟ้ าได้หลายชนิด เช่นลาโพงคริสตอล คริสตอลไมโครโฟน และตวั กาเนิดความถี่คริสตอล (Crystal Oscillator) เป็นตน้ 3.4 ไฟฟ้ าเกดิ จากความร้อน ไฟฟ้ าเกิดจากความร้อน เป็ นไฟฟ้ าที่เกิดข้ึนจากการใช้ลวดโลหะต่างชนิดกนั 2 เส้น หรือใช้แผ่นโลหะต่างชนิดกนั 2 แผ่น เช่น ทองแดง และเหล็ก นาปลายดา้ นหน่ึงของโลหะท้งั สองหมุนตีเกลียวหรือประกบติดกนั ยดึ ใหแ้ น่นดว้ ยการเช่ือมหรือใชห้ มุดยดึ ติด ปลายโลหะท่ีเหลืออีกดา้ นทาให้แยกห่างออกจากกนั เม่ือใชค้ วามร้อนเผาที่ปลายดา้ นติดกนั ของโลหะท้งั สอง ส่งผลให้โลหะท้งั สองบริเวณปลายดา้ นไดร้ ับความร้อนเกิดการแยกตวั ของประจุไฟฟ้ า จ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้ าออกมา การตรวจสอบไฟฟ้ าที่เกิดจากโลหะท้งั สอง

ทาได้โดยใช้โวลต์มิเตอร์วดั แรงดนั ไปวดั คร่อมที่ข้วั โลหะท้งั สองดา้ นปลายแยกห่างจากกนั โวลตม์ ิเตอร์จะแสดงค่าแรงดนั ออกมา อุปกรณ์ท่ีสร้างใชง้ านจริงของไฟฟ้ าเกิดจากความร้อน มีชื่อเรียกวา่ เทอร์โมคปั เปิ ล(Thermocouple) โครงสร้างไฟฟ้ าเกิดจากความร้อน แสดงดงั รูปท่ี 3.5


- DCmV+(ก) เทอร์โมคปั เปิ ล (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้ าจากเทอร์โมคปั เปิ ล รูปท่ี 3.5 ไฟฟ้ าเกิดจากความร้อน ในขณะที่เทอร์โมคปั เปิ ลยงั ไม่ได้รับความร้อนที่รอยต่อ จะยงั ไม่กาเนิดไฟฟ้ าข้ึนมา เป็ นเพราะอิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมของโลหะมีพลงั งานไม่เพียงพอไม่เกิดการเคลื่อนที่ เม่ือมีความร้อนจ่ายให้ที่รอยตอ่ มีพลงั งานมากระตุน้ ใหอ้ ิเล็กตรอนในแตล่ ะอะตอมเกิดการเคล่ือนที่ระหวา่ งอะตอม ทาใหแ้ ผน่ โลหะท้งั สองเกิดความไม่สมดุลของศกั ย์ไฟฟ้ าข้ึน แสดงเป็ นแรงดนั ส่งออกท่ีข้วั ต่อ นาหลักการไปใช้ผลิตอุปกรณ์ไดห้ ลายชนิด เช่น เคร่ืองตรวจวดั อุณหภูมิ และอุปกรณ์ควบคุมการทางานดา้ นอุณหภูมิ เป็นตน้ 3.5 ไฟฟ้ าเกดิ จากปฏิกริ ิยาเคมี ไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี เป็ นไฟฟ้ าเกิดข้ึนจากการนาแท่งโลหะต่างกันมา 2 ชนิด เช่น แท่งทองแดง และแท่งสังกะสี จุ่มลงในกรดกามะถนั เจือจาง (H2SO4) ที่บรรจุลงในถว้ ยแกว้ ผลดงั กล่าวทาให้เกิดการแยกตวั ของประจุไฟฟ้ าข้ึนท่ีแท่งโลหะท้งั สอง มีประจุไฟฟ้ าลบ (–) ไปรวมตวั อยดู่ า้ นแท่งสังกะสี ทาใหแ้ ท่งสงั กะสีแสดงศกั ยไ์ ฟฟ้ าลบ (–) ออกมา มีประจุไฟฟ้ าบวก (+) ไปรวมตวั อยดู่ า้ นแท่งทองแดง ทาให้แท่งทองแดงแสดงศกั ยไ์ ฟฟ้ าบวก (+) ออกมา การตรวจสอบไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี ทาไดโ้ ดยใชโ้ วลต์มิเตอร์วดั แรงดนั วดั คร่อมท่ีข้วั โลหะท้งั สอง โวลตม์ ิเตอร์จะแสดงค่าแรงดนั ออกมา ไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาเคมีแบบพ้ืนฐานมีชื่อเรียกวา่ โวลตาอิกเซลล์ (Voltaic Cell) ไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่ผลิตมาออกมาใชง้ านจริงมีชื่อเรียกวา่ แบตเตอรี่ (Battery) ไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี แสดงดงั รูปที่ 3.6

(ก) ทดสอบการเกิดไฟฟ้ าจากปฏิกิริยาเคมี (ข) แบตเตอรี่รูปที่ 3.6 ไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี แบตเตอรี่เป็ นอุปกรณ์ให้กาเนิดไฟฟ้ าเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี ท่ีผลิตข้ึนมาใชง้ านจริง ใชห้ ลกั การทางานของโวลตาอิกเซลล์ มาพฒั นาโดยสร้างใหม้ ีจานวนเซลลไ์ ฟฟ้ าภายในเพิ่มมากข้ึน นาเซลลไ์ ฟฟ้ ามาต่อร่วมกนั ทาให้ไดค้ ่าแรงดนั และกระแสเพิ่มสูงข้ึน นาไปใชง้ านกนั อุปกรณ์ไฟฟ้ าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไดอ้ ยา่ งกวา้ งขวางมากมาย 3.6 ไฟฟ้ าเกดิ จากแสงสว่าง ไฟฟ้ าเกิดจากแสงสวา่ ง เป็ นไฟฟ้ าเกิดข้ึนจากการใชอ้ ุปกรณ์จาพวกสารก่ึงตวั นา (Semi conductor)ที่มีความไวต่อแสงมาต่อใช้งาน เม่ือมีแสงมาตกกระทบบนสารก่ึงตวั นา จะสามารถให้กาเนิดไฟฟ้ าออกมาได้ อุปกรณ์ท่ีนามาใช้งานอย่างแพร่หลายมีชื่อเรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ หรือโซลาร์เซลล์ (Solar Cell)โครงสร้างเซลลแ์ สงอาทิตย์ ผลิตมาจากสารก่ึงตวั นาต่างชนิดกนั 2 ชนิด ต่อชนกนั ชนิดหน่ึงมีศกั ยไ์ ฟฟ้ าบวก(+) อีกชนิดหน่ึงมีศกั ยไ์ ฟฟ้ าลบ (–) เมื่อมีแสงส่องมาตกกระทบสารก่ึงตวั นาท่ีต่อชนกัน จะทาให้เกิดการแยกตวั ของศกั ยไ์ ฟฟ้ า จา่ ยเป็นแรงดนั ออกมา ไฟฟ้ าเกิดจากแสงสวา่ ง แสดงดงั รูปท่ี 3.7

+ DCV-
N


P(ก) เซลลแ์ สงอาทิตย์ (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้ าจากแสงสวา่ ง รูปท่ี 3.7 ไฟฟ้ าเกิดจากแสงสวา่ ง เซลล์แสงอาทิตย์ ผลิตมาจากสารก่ึงตวั นาซิลิคอน (Silicon ; Si) มี 2 ชนิด คือ ชนิด P ที่มีโปรตอนหรือศกั ยไ์ ฟฟ้ าบวก (+) มากกว่าปกติ และสารชนิด N ท่ีมีอิเล็กตรอน หรือศกั ยไ์ ฟฟ้ าลบ (–) มากกว่าปกตินามาประกบติดกนั ส่วนนอกของสารชนิด P และสารชนิด N ถูกปิ ดดว้ ยแผน่ โลหะอีกช้นั ใชต้ ่อเป็ นข้วั จ่ายแรงดนั ออกมา ดา้ นสารชนิด P มีข้วั ไฟฟ้ าออกมาเป็ นบวก (+) ดา้ นสารชนิด N มีข้วั ไฟฟ้ าออกมาเป็ นลบ (–)แผน่ โลหะดา้ นสารชนิด N เจาะเป็ นช่องมีฉนวนโปร่งใสปิ ดทบั ดา้ นบนอีกช้นั เพ่ือใช้รับแสงให้ส่องมาตกกระทบสารก่ึงตวั นาชนิด N 3.7 ไฟฟ้ าเกดิ จากสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้ าเกิดจากสนามแม่เหล็ก เกิดข้ึนไดจ้ ากการใชเ้ ส้นลวดตวั นาเคลื่อนที่ตดั ผ่านสนาม แม่เหล็กหรือใชส้ นามแม่เหล็กเคล่ือนที่ตดั ผา่ นเส้นลวดตวั นา ผลการเคลื่อนท่ีตดั ผา่ นกนั ทาให้เส้นลวดตวั นากาเนิดแรงดนั ข้ึนมา เรียกวา่ แรงเคล่ือนไฟฟ้ าเหนี่ยวนา (Induced Electromotive Force ; Induced EMF) การเคล่ือนท่ีตดั ผา่ นกนั ของสนามแม่เหล็กและเส้นลวดตวั นา จะตอ้ งทาอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ไฟฟ้ าเกิดจากสนามแม่เหล็ก เป็ นการกาเนิดไฟฟ้ าที่มีความสาคญั ต่อการใชง้ านมาก ถูกนาไปใชง้ านอย่างกวา้ งขวาง และแพร่หลาย อุปกรณ์ท่ีผลิตข้ึนมาใช้งานจริงมีชื่อเรียกว่า เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ า (Generator) ไฟฟ้ าเกิดจากสนามแมเ่ หล็ก แสดงดงั รูปที่ 3.8

(ก) เครื่องกาเนิดไฟฟ้ า (ข) ทดสอบการเกิดไฟฟ้ าจากสนามแม่เหลก็ รูปที่ 3.8 ไฟฟ้ าเกิดจากสนามแม่เหลก็3.8 ประเภทไฟฟ้ า ไฟฟ้ าที่ผลิตข้ึนมาใช้งาน สามารถให้กาเนิดข้ึนมาได้จากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ าหลายชนิดแตกต่างกนั ดงั ท่ีกล่าวมา แต่จะผลิตพลงั งานไฟฟ้ าออกมาเหมือนกนั เพียงแต่พลงั งานไฟฟ้ าที่ไดอ้ อกมามีคุณสมบตั ิในตวั เองที่แตกต่างกนั ไป ในรูปแบบของไฟฟ้ าท่ีกาเนิดข้ึนมา ซ่ึงสามารถแบ่งไฟฟ้ าออกไดเ้ ป็ น 2ประเภทใหญ่ๆ ไดแ้ ก่ ไฟฟ้ าสถิต (Static Electricity) และไฟฟ้ ากระแส (Current Electricity) ไฟฟ้ าท้งั สองประเภทมีคุณลกั ษณะของการใหก้ าเนิด และการนาไฟฟ้ าไปใชป้ ระโยชน์ท่ีแตกต่างกนั 3.8.1 ไฟฟ้ าสถติ ไฟฟ้ าสถิต เป็ นไฟฟ้ าท่ีเกิดข้ึนไดเ้ องตามธรรมชาติ เช่น ฟ้ าร้อง ฟ้ าแลบ ฟ้ าผ่า และจากการเสียดสีของวตั ถุแตกต่างกนั 2 ชนิด เป็ นตน้ การเกิดไฟฟ้ าสถิต สาเหตุเกิดมาจากความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้ าบวก (+) และประจุไฟฟ้ าลบ (–) ท่ีสองตาแหน่งแตกต่างกนั หรือที่วตั ถุ 2 ชนิดแตกต่างกนั เกิดความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้ าข้ึนมาพร้อมจะถ่ายเทประจุไฟฟ้ าเขา้ หากนั เม่ือมีความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้ ามากพอ แสดงให้เห็นได้จากปรากฏการณ์ธรรมชาติเกิดข้ึนในขณะฝนฟ้ าคะนอง จะเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้ าระหวา่ งกอ้ นเมฆท่ีอยู่ใกลก้ นั เรียกว่า ฟ้ าแลบ และการถ่ายเทประจุไฟฟ้ าจากกอ้ นเมฆลงสู่พ้ืนดิน เรียกวา่ ฟ้ าผ่า การเกิดฟ้ าแลบและฟ้ าผา่ แสดงดงั รูปท่ี 3.9 นอกจากน้ันไฟฟ้ าสถิตยงั สามารถผลิตข้ึนมาได้ดว้ ยเครื่องกาเนิดไฟฟ้ าสถิต มีช่ือเรียกว่าเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ าสถิตแวนเดอกราฟ (Van de Graaff Static Generator) ใชห้ ลกั การเสียดสีกนั ของวตั ถุต่างชนิดที่เหมาะสมกนั 2 ชนิด ทาให้เกิดการแยกตวั ของประจุไฟฟ้ าบวก (+) และประจุไฟฟ้ าลบ (–) เกิดเป็ นความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้ าข้ึนมา เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ าสถิตแวนเดอกราฟ แสดงดงั รูปท่ี 3.10

รูปที่ 3.9 การเกิดฟ้ าแลบและฟ้ าผา่ รูปที่ 3.10 เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ าสถิตแวนเดอกราฟ ไฟฟ้ าสถิต ถูกนาไปประยุกตใ์ ชง้ านอย่างแพร่หลาย นิยมนาไปใชง้ านโดยอาศยั คุณสมบตั ิประจุไฟฟ้ าต่างกันจะดูดกัน ไปใช้ดูดวสั ดุชิ้นเล็กๆ ให้ไปเกาะกับส่ิงที่ต้องการ สามารถพฒั นาไปใช้ประโยชน์กบั อุปกรณ์ไฟฟ้ าชนิดต่างๆ เช่น เครื่องพิมพเ์ ลเซอร์ เคร่ืองถ่ายเอกสาร เคร่ืองกาจดั ฝ่ ุนละอองเคร่ืองทาอากาศบริสุทธ์ิ เคร่ืองพน่ สี และเคร่ืองผลิตกระดาษทราย เป็นตน้3.8.2 ไฟฟ้ ากระแส ไฟฟ้ ากระแส เป็ นไฟฟ้ าท่ีผลิตข้ึนมาใชง้ านจากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ าแตกต่างกนั แต่การจ่ายไฟฟ้ าไปใชง้ าน จะตอ้ งเกิดจากการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนในเวลาใชง้ านเหมือนกนั โดยจะมีกระแสไหลในวงจรไฟฟ้ า ป้ อนไปให้เครื่องใชไ้ ฟฟ้ าชนิดต่างๆ ทางาน เกิดประโยชน์ต่อการใชง้ านอยา่ งกวา้ งขวาง ถูกนาไปใช้งานอย่างแพร่หลาย ไฟฟ้ ากระแสแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ชนิด คือ ไฟฟ้ ากระแสตรง (Direct Current)และไฟฟ้ ากระแสสลบั (Alternating Current) 1. ไฟฟ้ ากระแสตรง เป็ นไฟฟ้ าที่กาเนิดข้ึนมาจากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ า ที่มีข้ัวไฟฟ้ าจ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้ าออกมาแน่นอนตายตวั คือ มีศกั ยบ์ วก (+) ข้วั หน่ึง และมีศกั ย์ลบ (–) อีกข้วั หน่ึง แน่นอนไม่เปล่ียนแปลง เมื่อนาไปใชง้ านจะเกิดกระแสไหลในทิศทางเดียวตลอดเวลา และมีระดบั แรงดนั จ่ายออกมาคงที่ตลอดเวลาเช่นเดียวกนั แหล่งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงที่ผลิตออกมาใชง้ าน เช่น ถ่านไฟฉาย และแบตเตอร่ีรถยนต์ เป็นตน้ แหล่งจา่ ยแรงดนั ไฟตรง แสดงดงั รูปท่ี 3.11

+ +12 V - 0(ก) แบตเตอรี่ (ข) สญั ลกั ษณ์ (ค) ระดบั แรงดนั ไฟตรงจ่ายออกมา รูปท่ี 3.11 แหล่งจ่ายแรงดนั ไฟตรง 2. ไฟฟ้ ากระแสสลับ เป็ นไฟฟ้ าท่ีกาเนิดข้ึนมาจากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ า ที่มีข้ัวไฟฟ้ าจ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้ าออกมาไม่แน่นอน แต่ละข้วั ไฟฟ้ าสามารถจ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้ าออกมาเปลี่ยนแปลงสลบั ไปสลบั มาท้งัศักย์ไฟฟ้ าบวก (+) และศักย์ไฟฟ้ าลบ (–) เม่ือนาไปใช้งานจะเกิดกระแสไหลมีทิศทางกลับไปกลับมาเปล่ียนแปลงตลอดเวลา และมีระดบั แรงดนั จ่ายออกมาเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาไม่คงท่ี บางเวลามีค่าสูง บางเวลามีค่าต่า แหล่งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั ที่ผลิตมาใช้งาน ไดแ้ ก่ เครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั (ACGenerator) แหล่งจา่ ยแรงดนั ไฟสลบั แสดงดงั รูปที่ 3.12 +311 V 0 -311 V(ก) เครื่องกาเนิดแรงดนั ไฟสลบั (ข) สญั ลกั ษณ์ (ค) ระดบั แรงดนั ไฟสลบั จ่ายออก รูปที่ 3.12 แหลง่ จ่ายแรงดนั ไฟสลบั ไฟฟ้ ากระแสสลบั เป็ นไฟฟ้ าท่ีถูกนาไปใช้งานในปริมาณมากท่ีสุด มีบทบาท มีความสาคญั ต่อการใชง้ าน การคิดคน้ วธิ ีผลิตไฟฟ้ าข้ึนมาใชง้ านจึงเป็นเร่ืองทา้ ทาย การใหก้ าเนิดแรงดนั ไฟสลบั จะสามารถใชพ้ ลงั งานในการขบั เคล่ือนเครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั ใหท้ างานไดห้ ลายวธิ ี เช่น ใชพ้ ลงั น้า สร้างไวใ้ นรูปเข่ือนเกบ็ กกั น้า ใชพ้ ลงั ลม สร้างไวใ้ นรูปกงั หนั ลม และใชเ้ ช้ือเพลิงหลายชนิด เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติน้ามนั ก๊าซชีวภาพ และปรมาณู เป็ นตน้ ไปขบั เคล่ือนให้เคร่ืองจกั รกลทางาน ส่งไปขบั เคล่ือนเครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั การกาเนิดไฟฟ้ าดว้ ยเขื่อน และกงั หนั ลม แสดงดงั รูปที่ 3.13

(ก) กาเนิดไฟฟ้ าดว้ ยเขื่อน (ข) กาเนิดไฟฟ้ าดว้ ยกงั หนั ลม รูปที่ 3.13 วธิ ีการผลิตไฟฟ้ ากระแสสลบั การเก็บกกั น้าไวใ้ นเข่ือน นอกจากไวส้ ารองน้าเพื่อการเกษตรแล้ว ยงั นาไปใช้ประโยชน์ช่วยขบั เคลื่อนกงั หนั ไปป่ันเครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั ให้กาเนิดไฟฟ้ าข้ึนมา ถือเป็ นแหล่ง กาเนิดไฟฟ้ าท่ีสาคญั ของประเทศแหล่งหน่ึง แต่ดว้ ยการสร้างเข่ือนมีความยุง่ ยากหลายประการ และการสร้างเขื่อนเพ่ิมข้ึนใหม่ทาไดย้ ากมากข้ึนจึงหนั มาหาวิธีการกาเนิดไฟฟ้ าวธิ ีอื่นช่วยทดแทน และเพื่อใหท้ นั กบั ความตอ้ งการใชง้ านที่มีเพิ่มมากข้ึนทุกขณะ การใชก้ งั หนั ลมช่วยในการขบั เคลื่อนเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั จึงถูกพฒั นามาใชง้ าน เพราะทาได้ง่ายกวา่ และลมในประเทศไทยก็มีมากพอในการขบั เคล่ือนกงั หนั ช่วยป่ันใหก้ าเนิดไฟฟ้ าข้ึนมา 3.9 บทสรุป แหล่งกาเนิดไฟฟ้ าคือแหล่งให้กาเนิดพลงั งานไฟฟ้ า เพ่ือใชป้ ้ อนอุปกรณ์ไฟฟ้ าชนิดต่างๆ ไปทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพลงั งานไปอยใู่ นรูปพลงั งานต่างๆ ไฟฟ้ าเกิดข้ึนไดจ้ ากแหล่งกาเนิดหลายชนิดแตกต่างกนั ไป แบง่ ออกไดเ้ ป็น 6 ชนิด คือ ไฟฟ้ าเกิดจากการเสียดสี เกิดข้ึนจากการนาวตั ถุตา่ งกนั 2 ชนิดมาเสียดสีกนัไฟฟ้ าเกิดจากการทาปฏิกิริยาทางเคมี ทาไดโ้ ดยใชแ้ ท่งโลหะ 2 แท่ง จุ่มลงในกรดกามะถนั เจือจาง ไฟฟ้ าเกิดจากความร้อน ทาไดโ้ ดยใชโ้ ลหะ 2 ชนิดเชื่อมติด กนั ที่ปลายดา้ นหน่ึง และให้ความร้อนที่ปลายดา้ นเช่ือมติดกนั น้ัน ไฟฟ้ าเกิดจากแสงสว่าง กาเนิดข้ึนได้จากอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ เป็ นอุปกรณ์จาพวกสารก่ึงตวั นา ไฟฟ้ าเกิดจากแรงกดดนั ผลิตไดจ้ ากแร่ควอตซ์ เม่ือมีแรงกดดนั หรือแรงสั่นสะเทือนให้แร่ควอตซ์และไฟฟ้ าเกิดจากสนาม แม่เหล็ก โดยการตดั ผา่ นกนั ของเส้นลวดตวั และสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้ าสถิตเป็นไฟฟ้ าที่เกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ หรือเกิดจากการเสียดสีของวตั ถุ 2 ชนิด ส่วนไฟฟ้ ากระแสเกิดข้ึนจากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ าหลายชนิด ขณะเกิดไฟฟ้ าตอ้ งมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตลอดเวลาไฟฟ้ ากระแสตรงเป็ นไฟฟ้ าที่ทิศทางการไหลของกระแสมีทิศทางเดียว ส่วนไฟฟ้ ากระแสสลบั มีทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้ าสลบั ไปสลบั มาตลอดเวลา