หน่วยที่ 4 แรงไฟฟ้าและวงจรไฟฟ้า

แรงไฟฟ้าและวงจรไฟฟ้า นางสาวสุภาวดี คาํ ภาทู ครูชาํ นาญการพเิ ศษ โรงเรยี นบ้านโสกเชือก(ครุ รุ าษฎรอ์ าํ นวย)



และ

ตวั อยา่ ง การเกดิ แรงไฟฟ้าในชีวิตประจําวนั เมอื่ หวผี มหลาย ๆ ครั้ง จะทําให้ ในช่วงฤดูหนาวอากาศจะแห้ง เกิดแรงไฟฟา้ ได้ เสน้ ผมจึงติดทหี่ วี เสือ้ ผ้าอาจถกู ดดู ติดตวั ของเราได้ เมือ่ ใชม้ อื ลบู ทีข่ นแมวหลาย ๆ คร้ัง จะทําให้มขี นแมวตดิ มอื หลายเสน้

แรงไฟฟ้าเกดิ ขนึ้ ได้เองตามธรรมชาติ การนําวัตถุมาขัดถกู นั จะทาํ ให้เกิดแรง ไฟฟา้ ขึ้นบริเวณที่มีการขดั ถูของวัตถุเท่านั้น เรียกแรงไฟฟ้านว้ี ่า ไฟฟา้ สถิต ตวั อยา่ งการทดสอบไฟฟ้าสถติ อย่างงา่ ยดว้ ยการหวผี ม แล้วนาํ หวไี ปจ่อใกล้ ๆ เศษกระดาษชิน้ เล็ก ๆ

วัสดทุ ที่ ําให้เกิดแรงไฟฟา้ พลาสตกิ แกว้ ยาง แรงไฟฟา้ ไมส่ ามารถเกดิ ข้นึ ได้กบั วตั ถุทกุ ชนิด

วัสดทุ เี่ กดิ แรงไฟฟ้าได้ค่อนข้างยากหรอื อาจไมเ่ กดิ เลย โลหะ ไม้ แรงไฟฟา้ ไม่สามารถเกิดขึน้ ไดก้ บั วัตถทุ กุ ชนิด

ปัจจัยท่สี ง่ ผลตอ่ การเกิดแรงไฟฟ้า ความชื้นของวตั ถุ ประเภทของวัสดุ ระยะเวลาท่ใี ชข้ ัดถวู ตั ถุ วตั ถทุ มี่ คี วามชืน้ สูงจะเกดิ วสั ดุทเี่ กิดแรงไฟฟา้ ได้ง่าย หากน้อยเกินไปจะไม่ทําให้ แรงไฟฟา้ ไดค้ อ่ นขา้ งยาก เชน่ พลาสตกิ แกว้ ยาง เกดิ แรงไฟฟ้า

ใชผ้ ้าแห้งขดั ถไู ม้บรรทัดพลาสตกิ หลาย ๆ ครัง้ จะทาํ ใหเ้ กิดแรงไฟฟ้าขึ้น เม่อื นําวตั ถุ 2 ชนดิ มาขดั ถกู นั จะทาํ ให้ประจไุ ฟฟ้าเกดิ การแลกเปลีย่ นกนั วตั ถุจึงไมเ่ ป็นกลางทางไฟฟ้า หากนาํ วตั ถทุ ีไ่ ม่เป็นกลางทางไฟฟ้ามาเขา้ ใกล้วัตถทุ ่ีมนี ้ําหนักเบา จะเกิดการเหนย่ี วนําไฟฟ้า จึงสามารถดึงดูดวัตถุท่ีมีน้าํ หนักเบาได้

หากนําวัตถุ 2 ช้ิน ทไี่ ม่เป็นกลางทางไฟฟ้ามาเขา้ ใกลก้ ัน จะทําให้เกดิ แรงระหว่างประจไุ ฟฟา้ ข้นึ ดังน้ี การขัดถูวัตถชุ นิดเดียวกนั ด้วยส่ิงเดยี วกัน ถูลูกโป่งทัง้ 2 ใบ ด้วยผ้าแห้ง จะทําให้เกดิ ประจไุ ฟฟา้ ชนิดเดียวกัน ซ่งึ จะมแี รง ระหวา่ งประจไุ ฟฟา้ เมือ่ นําวตั ถุมาเข้าใกล้กนั จะเกดิ แรงผลัก

หากนําวัตถุ 2 ช้นิ ทไ่ี ม่เป็นกลางทางไฟฟ้ามาเขา้ ใกล้กนั จะทําให้เกดิ แรงระหวา่ งประจไุ ฟฟา้ ข้ึน ดงั น้ี ถดู ้วยมอื แหง้ ถดู ้วยผ้าแห้ง การขัดถวู ัตถชุ นิดเดียวกนั ด้วยสง่ิ ท่ตี ่างกนั จะทาํ ใหเ้ กดิ ประจไุ ฟฟ้าตา่ งชนดิ กัน ซ่งึ จะมีแรง ระหว่างประจไุ ฟฟ้า เม่อื นาํ วตั ถมุ าเขา้ ใกล้กนั จะเกดิ แรงดึงดูด



การต่อวงจรไฟฟา้ ของเคร่อื งใชไ้ ฟฟ้าท่ีใชภ้ ายในบ้าน เปน็ การต่อวงจรไฟฟา้ แบบใด เพราะอะไร ? “เป็นแบบไหนนะ” “เรามาช่วยกันหา คาํ ตอบกนั เถอะ”

1. การตอ่ วงจรไฟฟา้ 1.1 การต่อวงจรไฟฟา้ อย่างงา่ ย การตอ่ วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย วงจรไฟฟา้ เปน็ เสน้ ทางท่กี ระแสไฟฟ้าไหล มาจากแหล่งกําเนิดไฟฟา้ ผา่ นตวั นาํ ไฟฟา้ และอุปกรณ์ไฟฟา้ แลว้ ไหลกลบั สู่ แหล่งกาํ เนิดไฟฟ้าเดิมได้ครบวงจร รปู ภาพการตอ่ วงจรไฟฟ้าอยา่ งงา่ ย

1.1 การตอ่ วงจรไฟฟ้าอยา่ งงา่ ย 3 อุปกรณไ์ ฟฟ้าหรอื เครอ่ื งใชไ้ ฟฟ้า 2 สายไฟฟ้าหรือตัวนําไฟฟา้ ทาํ หน้าที่เปลย่ี นพลงั งานไฟฟ้า ไปเปน็ พลงั งานรปู แบบต่าง  ๆ ทาํ หนา้ ทเี่ ช่อื มตอ่ ระหวา่ ง 1 แหลง่ กาํ เนิดไฟฟ้า แหล่งกําเนิดไฟฟา้ กบั อปุ กรณไ์ ฟฟ้า ทาํ หนา้ ทีใ่ หพ้ ลงั งานไฟฟ้า หรอื เคร่ืองใชไ้ ฟฟ้าเขา้ ดว้ ยกนั วงจรไฟฟา้ อยา่ งงา่ ยประกอบดว้ ย 3 สว่ นสาํ คญั ดังนี้

เมอ่ื ต่อวงจรไฟฟ้าจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านใน วงจร โดยมสี วิตซท์ าํ หน้าที่ควบคมุ กระแสไฟฟา้ หากต่อวงจรไฟฟา้ ครบวงจรและ เครื่องใชไ้ ฟฟา้ สามารถทาํ งานได้จะเรยี กวา่

เมอ่ื ตอ่ วงจรไฟฟ้าจะมกี ระแสไฟฟา้ ไหลผ่านใน วงจร โดยมสี วิตซ์ทําหนา้ ที่ควบคุมกระแสไฟฟา้ หากตอ่ วงจรไฟฟ้าไมค่ รบวงจร โดยปลดสายไฟฟา้ เสน้ ใดเสน้ หน่ึงออกหรอื ยกสวติ ช์ขน้ึ และเครอ่ื งใช้ ไฟฟา้ ไม่สามารถทาํ งานได้จะเรียกว่า

นําปลายด้านลา่ งสว่ นที่เปน็ โลหะ นาํ สายไฟฟา้ ตอ่ เข้ากบั ดา้ นขา้ ง ของหลอดไฟฟ้าแตะทข่ี ั้วบวก (+) บรเิ วณท่ีเปน็ โลหะของหลอไฟฟา้ ของถา่ นไฟฉาย นาํ ปลายสายไฟฟ้าท่เี หลอื ตอ่ เขา้ กับข้ัวลบ (-) ของถา่ นไฟฉาย

ต่อปลายดา้ นหนงึ่ ของ นําปลายสายไฟฟ้าท่ีเหลือเสน้ สายไฟฟา้ แตล่ ะเส้นเขา้ กับ หนง่ึ ต่อเข้ากับปลายด้านลา่ งของ ขั้วบวก (+) และขั้วลบ (-) หลอดไฟฟ้า ของถ่านไฟฉาย นาํ ปลายของสายไฟฟ้าอกี เสน้ ตอ่ เขา้ กับบรเิ วณโลหะของหลอดไฟฟ้า

การเขียนแผนภาพวงจรไฟฟา้ แทนการวาดรูป ทาํ ไดโ้ ดยใช้สญั ลกั ษณ์แสดงสว่ นประกอบของ วงจรไฟฟ้า และลักษณะการตอ่ ของแต่ละสว่ นประกอบในวงจรนั้น ดงั น้ี เซลล์ไฟฟา้ สายไฟฟ้า หลอดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า สวิตชไ์ ฟฟา้ ออดไฟฟา้ สญั ลกั ษณ์ สญั ลักษณ์ สัญลักษณ์ สัญลกั ษณ์ สญั ลักษณ์ สัญลกั ษณ์ 1 เซลล์ หรอื M ปิด หลายเซลล์ สัญลักษณ์ เปดิ

ตวั อย่างการเขยี นแผนภาพวงจรไฟฟ้าอยา่ งงา่ ย

เซลล์ไฟฟ้า คือ แหล่งกําเนิดกระแสไฟฟ้า ห รื อ แ ห ล่ ง จ่ า ย ก ร ะ แ ส ฟ้ า แ บ บ ห นึ่ ง ที่ ใ ช้ ปฏกิ ิรยิ าเคมีทาํ ให้เกดิ กระแสไฟฟ้าได้

การนาํ เซลลไ์ ฟฟา้ หลาย ๆ เซลล์ มาเรยี งต่อกนั เพยี งแถวเดียว 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ เซลล์ไฟฟา้ 3 เซลล์ = 1.5 + 1.5 + 1.5 = 4.5 โวลต์ ทาํ ให้กระแสไฟฟา้ เดนิ ไปทิศทางเดยี ว โดยให้ขัว้ บวกของ เซลลไ์ ฟฟ้าเซลลห์ น่ึงตอ่ กับขวั้ ลบของอีกเซลล์หน่ึงเรยี งกนั ไปเร่อื ย ๆ ทาํ ให้มพี ลังงานไฟฟ้าในวงจรมากขึ้น

เมือ่ ใช้ถา่ นไฟฉาย 1 ก้อน ต่อเข้ากบั หลอดไฟฟา้ ปรากฏวา่ หลอดไฟฟ้าสว่างเลก็ น้อย 1.5 โวลต์ เซลล์ไฟฟา้ 1 เซลล์ = 1.5 โวลต์

เมือ่ ใชถ้ ่านไฟฉาย 2 ก้อน ต่อเขา้ กับหลอดไฟฟ้า ปรากฏว่าหลอดไฟฟา้ สวา่ งเล็กนอ้ ย 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ เซลลไ์ ฟฟ้า 2 เซลล์ = 1.5+ 1.5 โวลต์ = 3 โวลต์

เมือ่ ใชถ้ า่ นไฟฉาย 3 ก้อน ตอ่ เขา้ กบั หลอดไฟฟา้ ปรากฏว่าหลอดไฟฟา้ สว่างเพ่ิมข้นึ อีก 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ เซลล์ไฟฟา้ 3 เซลล์ = 1.5 + 1.5 + 1.5 โวลต์ = 4.5 โวลต์

เมอ่ื ใช้ถา่ นไฟฉาย 4 ก้อน ต่อเข้ากับหลอดไฟฟ้า ปรากฏว่าหลอดไฟฟา้ สว่างมากท่ีสุด 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ 1.5 โวลต์ เซลลไ์ ฟฟ้า 4 เซลล์ = 1.5 + 1.5 + 1.5 +1.5 โวลต์ = 6 โวลต์

เซลลไ์ ฟฟ้าทพ่ี บไดท้ ่วั ไปมหี ลายแบบ เช่น เซลล์ไฟฟ้าแบบกระดมุ เซลลไ์ ฟฟ้าแบบก้อนมักใชใ้ นรีโมตคอนโทรลตา่ ง ๆ นยิ มใชใ้ นนาฬิกาขอ้ มือ วิทยุ ถา่ นไฟฉาย

ในเซลลไ์ ฟฟา้ ทกุ แบบจะมีข้วั ไฟฟ้า 2 ขั้ว คือ ข้วั บวก (+) ข้ัวลบ (-) เม่ือต่อวงจรไฟฟ้าครบ วงจรกระแสไฟฟ้า จากแหล่งกําเนิดไฟฟ้าจะเคล่ือนท่ีจาก ข้ัวบวกผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้ากลับเข้าสู่ขั้วลบ ในทิศทางเดยี ว การเคล่ือนที่ของกระแสไฟฟ้า

ถา่ นไฟฉาย 1 กอ้ น = เซลลไ์ ฟฟ้า 1 เซลล์ เซลล์ไฟฟ้าหลาย ๆ เซลล์ ท่ีต่อเขา้ กนั เรียกวา่ แบตเตอรี่ ซึ่งมีหลายชนดิ เช่น แบตเตอรกี่ ล้องถ่ายภาพ แบตเตอรีโ่ ทรศัพท์มอื ถอื แบตเตอรร่ี ถยนต์

เราสามารถนําความรู้เกี่ยวกับการต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบอนุกรมไปประยกุ ต์ใช้ใน ชีวติ ประจําวันได้ เนือ่ งจากมีอปุ กรณ์ไฟฟ้าหรอื เครื่องใชไ้ ฟฟ้าต่าง ๆ ที่ต้องใช้เซลลไ์ ฟฟา้ หลายเซลลต์ อ่ เข้าด้วยกัน จึงจะทํางานได้ เช่น ไฟฉาย รีโมตเครือ่ งปรับอากาศ รถของเล่น

นาฬกิ าปลกุ วทิ ยุ นาฬิกาแขวน

คือ การต่อหลอดไฟฟา้ แบบเรียงต่อกัน โดยกระแสไฟฟา้ ทผ่ี ่านหลอดไฟฟา้ แตล่ ะดวง จะมีปรมิ าณเดียวกนั เมอ่ื ถอดหลอดไฟฟา้ ดวงใด ดวงหน่งึ ออก จะทําให้หลอดไฟฟ้าทีเ่ หลือดับ ทั้งหมดเพราะทาํ ให้วงจรไฟฟา้ ไมค่ รบวงจรและไม่ มีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ น

• การตอ่ วงจรไม่ยุ่งยากซบั ซ้อน • สามารถเปิดหลอดไฟฟา้ ทกุ   ๆ ดวงในวงจรไดพ้ รอ้ มกนั

• หากหลอดไฟฟ้าดวงหน่ึงชํารุด หรือถูกถอดออกหลอดไฟฟ้าดวงท่ี เหลือจะดับทั้งหมด (วงจรไฟฟ้า เปิด)

•ใชก้ ับการตอ่ หลอดไฟฟา้ ทตี่ อ้ งการใหส้ ว่างพร้อมกัน เชน่ โคมไฟหรือไฟประดับตามสถานทต่ี า่ ง  ๆ ไฟกะพริบตามงานรื่นเริง การต่อฟิวส์ภายในบ้านหรือ ในอาคารสถานท่ตี า่ ง  ๆ

คือ การต่อหลอดไฟฟ้าแต่ละดวงคร่อมกัน ทําใหม้ ี ปรมิ าณกระแสไฟฟ้าแยกผา่ นแต่ละเส้นทางตาม สายไฟฟา้ ทผี่ า่ นหลอดไฟฟา้ แต่ละดวง เมอ่ื ถอด หลอดไฟฟา้ ดวงใดดวงหนงึ่ ออกจะไม่มี กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านเสน้ ทางนั้น แตเ่ สน้ ทางอนื่ ยังมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอยู่ ทําให้หลอดไฟฟ้าท่ี เหลือยังคงสว่างอยู่

• หลอดไฟฟ้าทกุ ดวงสว่างเท่ากัน • เมอ่ื หลอดไฟฟ้าดวงหนึง่ เสีย หลอดไฟฟ้าดวงอนื่ จะยงั คงทาํ งานได้ ตามปกติ • สามารถเปิดหรือปิดหลอดไฟฟา้ เฉพาะดวงท่ตี ้องการใช้งานได้

• ต้องใช้อุปกรณ์ต่อหลอดไฟฟ้า มากกว่าแบบอนกุ รม • วิธีการต่อหลอดไฟฟ้าซับซ้อน มากกวา่ การต่อแบบอนกุ รม

• การต่อหลอดไฟฟ้าแบบขนานถูกนํามาใช้ประโยชน์ กับเคร่ืองใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน โดยมีวิธีการต่อท่ี ซับซ้อนกว่าการต่อแบบอนุกรม แต่มีประสิทธิภาพใน การใช้งานดีกว่าเพราะหากเคร่ืองใช้ไฟฟ้าชนิดหน่ึงมี ปัญหา เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดอื่นจะยังคงใช้งานได้ ตามปกติ

การตอ่ วงจรไฟฟา้ แบบอนกุ รมและแบบขนานสามารถนําไปประยุกต์ใช้ประโยชนใ์ นชีวิตประจําวันไดแ้ ตกต่างกนั ดงั น้ี นิยมใช้ตอ่ วงจรไฟฟา้ ภายในบ้าน เพ่ือใหส้ ามารถเลือกใชเ้ ครือ่ งใช้ไฟฟ้า เครื่องใดเครื่องหนงึ่ ได้

การตอ่ วงจรไฟฟา้ แบบอนกุ รมและแบบขนานสามารถนําไปประยุกต์ใช้ประโยชนใ์ นชีวิตประจําวันไดแ้ ตกต่างกนั ดงั น้ี นิยมใช้ตอ่ วงจรไฟฟา้ ภายในบ้าน เพ่ือใหส้ ามารถเลือกใชเ้ ครือ่ งใช้ไฟฟ้า เครื่องใดเครื่องหนงึ่ ได้

ตวั นําไฟฟ้า ฉนวนไฟฟ้า คอื วัสดทุ ย่ี อมให้กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านได้ คอื วัสดทุ ี่ไมย่ อมให้กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านหรือ สว่ นใหญเ่ ป็นวัสดปุ ระเภทโลหะ เช่น ไหลผ่านได้ไม่ดี เช่น พลาสติก ไม้ แก้ว ยาง ผา้ ทองแดง อะลมู ิเนียม พลาสตกิ ไม้ ผ้า

การตอ่ วงจรไฟฟ้าของเคร่อื งใช้ไฟฟา้ ทใี่ ชภ้ ายในบา้ น เป็นการต่อวงจรไฟฟ้าแบบใด เพราะอะไร ? “เป็นการตอ่ วงจรไฟฟ้า “เพราะการตอ่ วงจรไฟฟา้ แบบขนานทาํ แบบขนานครับ” ให้เราสามารถเลอื กใช้เครื่องใชไ้ ฟฟ้า เครอ่ื งใดเครื่องหนึง่ ได้ตามต้องการ เนอื่ งจากเม่ือส่วนใดส่วนหนง่ึ ของ วงจรไฟฟ้าขาดไปเครอื่ งใชไ้ ฟฟา้ อ่นื ๆ ยังคงสามารถทํางานไดต้ ามปกติ”