หน่วยที่ 1 ทฤษฎีไฟฟ้าเบื้องต้น

หน่วยท่ี 1 ทฤษฎีไฟฟ้าเบือ้ งต้น

จุดประสงค์การเรียนรู้

การกาเนิดกระแสไฟฟ้า เกดิ จาก - เกดิ ขนึ้ เองในธรรมชาติ - มนุษย์เป็ นผู้ผลิตขึน้ มา

ในหน่ึงอะตอมประกอบด้วย - โปรตอน (protons) มีประจุไฟฟ้าบวก - อเิ ล็กตรอน (electrons) มีประจุไฟฟ้าลบ - นิวตรอน (neutrons) มีคณุ สมบตั เิ ป็ นกลางทางไฟฟ้า โดยโปรตอนและนิวตรอนจะอยู่รวมกันเป็ นศูนย์กลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ในหน่ึงอะตอมของสารชนิดเดียวกัน จะมีจานวนประจุไฟฟ้าอเิ ล็กตรอน และ โปรตอนเท่ากัน โดยประจไุ ฟฟ้าลบ หรืออเิ ลก็ ตรอนจะหมุนโคจรรอบๆนิวเคลียส

KLM N S=2n2



การไหลของกระแสไฟฟ้า การไหลของกระแสไฟฟ้าคือ การเคล่ือนท่ขี องอเิ ล็กตรอนอสิ ระไปตามตวั นาจากอะตอมหน่ึงไปยังอีกอะตอมหน่ึง การไหลของกระแสไฟฟ้าคือ การกาเนิดไฟฟ้า

ตวั นา (Conductor) ตัวนาไฟฟ้าคอื สสารท่ียอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวมันได้ง่าย สสารท่เี ป็ นตวั นาไฟฟ้าเป็ นสสารท่มี ีจานวนของอเิ ล็กตรอนและโปรตอนในหน่ึงอะตอมมาก และมีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนระหว่าง 1-3 ตัว ซ่ึงมีโอกาสทาให้อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระหลุดออกจากวงโคจรได้ง่าย สสารนีม้ ักจะเป็ นโลหะ เช่น ทองคา เงนิ ทองแดงทองเหลือง เหล็ก ตะก่ัว อะลูมิเนียม ดบี กุ

ฉนวน (Insulator) ฉนวนไฟฟ้าคอื สสารท่ไี ม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน สสารท่เี ป็ นฉนวนไฟฟ้าจะมีจานวนของอเิ ล็กตรอนและโปนตอนในหน่ึงอะตอมน้อย และมีวาเลนซ์อเิ ล็กตรอนระหว่าง 5-8 ตัว ซ่งึ มีโอกาสทาให้อเิ ล็กตรอนอสิ ระหลุดออกจากวงโคจรได้ยาก เช่นยาง ไฟเบอร์ แก้ว เบกาไลด์ พลาสตกิ



สารก่งึ ตัวนา (Semi-conductor) สารก่งึ ตัวนาคือ สสารท่มี ีคณุ สมบตั ทิ างไฟฟ้าอยู่ระหว่างกลางของการเป็ นตัวนาและฉนวนไฟฟ้า กล่าวคอื เป็ นตัวนาไฟฟ้าได้ไม่ดีและเป็ นฉนวนไฟฟ้าได้กไ็ ม่ดี สารก่งึ ตัวนาเป็ นสสารท่มี ีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 4 ตัว สารก่งึ ตัวนาท่นี ามาใช้เป็ นอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์มี 2 ชนิดคือ เจอร์มาเนียม และซลิ คิ อน

ชนิดของไฟฟ้า

ไฟฟ้ากระแสตรง ไฟฟ้ากระแสสลับ

หน่วยวัดทางไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า (current) คือความสามารถท่ีจะทาให้เกดิ การเคล่อื นท่ีของอเิ ลก็ ตรอนไปตามตัวนา มีหน่วยวัดเป็ น แอมแปร์ (Ampere) เคร่ืองมือท่ใี ช้วัดกระแสไฟฟ้าคอื แอมมิเตอร์

ความต้านทานไฟฟ้า (resistance) คือแรงต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าท่ไี หลผ่านสารนัน้ ๆ

สารแต่ละชนิดจะมีความต้านทานต่างกนั ขึน้ อย่กู ับโครงสร้างของอะตอม ค่าความต้านทานไฟฟ้าจะมากหรือน้อยขึน้ อย่กู ับชนิดของสาร ขนาดของสาร ความยาวของสาร อณุ หภมู ิ สภาพของผวิ สัมผัส หน่วยวัดความต้านทานไฟฟ้า คอื โอห์ม (Ohm) หรือ  เคร่ืองมือท่ใี ช้วัดความต้านทานไฟฟ้าคอื โอห์มมิเตอร์



แรงดันไฟฟ้าหรือแรงเคล่ือนไฟฟ้า (electromotive force)คือ แรงดันท่ีผลักดันให้อเิ ลก็ ตรอนเคล่ือนท่ผี ่านได้ในวตั ถตุ วั นาจากจดุ ท่ีมีแรงดนั ไฟฟ้ามากไปยงั จุดท่ีมีแรงดนั ไฟฟ้าน้อย

แม่เหลก็ แม่เหล็ก (magnet) คือ เหลก็ ท่มี ีคุณสมบตั พิ เิ ศษสามารถดงึ ดดูธาตบุ างชนิดได้ เช่น เหลก็ โครเมียม แบ่งออกได้ 2 ชนิด - แม่เหลก็ ธรรมชาติ - แม่เหล็กประดษิ ฐ์

แม่เหลก็ ธรรมชาติ และแม่เหลก็ ไฟฟ้า

เส้นแรงแม่เหลก็ และสนามแม่เหลก็

คุณสมบัติของแม่เหล็ก 1. แท่งแม่เหล็กประกอบด้วยขัว้ เหนือและขัว้ ใต้สนามแม่เหล็กจะเกดิ ขนึ้ ระหว่างขัว้ ทงั้ สอง 2. ขัว้ แม่เหลก็ เหมือนกันจะผลักกัน ถ้าขัว้ ต่างกนั จะดดู กัน 3. สามารถเหน่ียวนาแท่งเหล็กอ่อนให้กลายเป็ นแม่เหล็กได้ 4. สามารถเหน่ียวนาให้เกดิ กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนาได้

การเหน่ียวนาสนามแม่เหลก็NS NS

การเหน่ียวนาไฟฟ้า

กฎของโอห์ม (OHM’s law) E IR I = กระแสไฟฟ้า E E = แรงดนั ไฟฟ้า I = E I R R = ความต้านทานไฟฟ้า R EE IR I R R = E E = I.R I



วงจรไฟฟ้าพนื้ ฐาน วงจรไฟฟ้า (Electrical Circuit) คือการนาอุปกรณ์ไฟฟ้ามาต่อวงจรเข้าด้วยกัน ทาให้เกดิ การไหลของกระแสไฟฟ้า เม่ือไหลครบวงจรอปุ กรณ์กจ็ ะสามารถทางานได้

วงจรไฟฟ้าเบอื้ งต้นประกอบด้วย- แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งกาเนิดพลังงาน ประกอบด้วย แบตเตอร่ี และ อัลเตอร์เนเตอร์- ภาระ(Load)ภายในวงจรหรืออปุ กรณ์ทางาน ประกอบด้วย หลอด ไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า รีเลย์- สายไฟ ปล๊ักต่อสาย ขัว้ ต่อสายต่างๆ- สวทิ ช์ (ควบคุม)- ฟิ วส์หลัก ฟิ วส์ย่อย- ส่วนลงกราวด์



การต่อวงจรไฟฟ้าเบอื้ งต้นมี 3 วงจรการต่อแบบอนุกรม หรือ อันดับ (Series Connections)



การต่อแบบขนาน (Parallel Connections)



การต่อแบบผสม หรือ แบบอนุกรม-ขนาน (Series – Parallel Connections)



ระบบไฟฟ้าในรถยนต์ ไฟฟ้าในรถยนต์เป็ นระบบท่ที างานด้วยไฟฟ้ากระแสตรงแรงดนั 12 V โดยใช้ขัว้ ลบลงกราวด์(ดนิ )แบ่งออกเป็ น 2 ชนิด คือ 1. ไฟฟ้าเคร่ืองยนต์ 2. ไฟฟ้าตวั ถังและแชสซีส์

ไฟฟ้าเคร่ืองยนต์ คอื ระบบไฟฟ้าท่เี ก่ยี วกบั เคร่ืองยนต์เท่านัน้ มีอุปกรณ์หลักคือ แบตเตอร่ี ทาหน้าท่จี ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กบั ระบบสตาร์ท ระบบไฟชาร์จ ระบบไฟจดุ ระเบดิ รวมทงั้ ระบบเผาหวั ในเคร่ืองยนต์ดีเซล ระบบควบคุมเคร่ืองยนต์ ระบบควบคุมมลพษิ ฯลฯ

ไฟฟ้าตวั ถงั และแชสซีส์ คือ อปุ กรณ์ไฟฟ้าซ่ึงตดิ เป็ นหลักกบัตัวถังและแชสซีส์ของรถยนต์ ประกอบด้วยส่วนประกอบพนื้ ฐานคอื ชุดสายไฟ สวทิ ช์และรีเลย์ แผงมาตรวดั และเกจวัด ท่ีปัดนา้ฝนและฉีดนา้ ล้างกระจก ระบบไฟแสงสว่าง ระบบไฟสัญญาณระบบไฟอานวยความสะดวกและปลอดภยั ขณะขับข่ี ฯลฯ