การผลิตกระแสไฟฟ้า 1

บตั รความรู้ท่ี 1.1 เรื่อง การผลติ กระแสไฟฟา้ เซลลไ์ ฟฟา้ เคมี เซลล์ไฟฟา้ เคมี เป็นอปุ กรณ์ท่เี ปลยี่ นพลงั งานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้า และในเซลล์ไฟฟ้า เคมจี ะมีปฏิกริ ิยาเคมเี กิดขนึ้ สงั เกตไดจ้ ากการเกดิ แกส๊ เกิดตะกอน อุณหภูมิเปลีย่ นแปลง หรอื ไดส้ ่ิงใหม่ท่ตี ่าง ไปจากเดิม สว่ นประกอบของเซลล์ไฟฟา้ เคมี ได้แก่ 1. แผ่นโลหะท่ีต่างกนั 2 ชนดิ ทาหน้าที่เป็นข้วั ไฟฟา้ ข้วั บวกและขั้วไฟฟ้าขวั้ ลบ 2. สารละลายท่ีนาไฟฟ้าได้ (อิเล็กโทรไลต์) ซ่ึงจะมีไอออนบวกและไอออนลบ โดยจะต้องจ่มุ แผน่ โลหะท้ังสองชนดิ ลงในสารละลายทน่ี าไฟฟ้าได้ แผน่ ทองแดง แผ่นสงั กะสี ภาพแสดงส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ( ทีม่ า : MyfirstBran.com วันท่ี 10 พ.ค.57 ) หลกั การสรา้ งเซลลไ์ ฟฟา้ เคมี 1. จมุ่ แผ่นโลหะต่างกัน 2 ชนิดลงในสารละลายทสี่ ามารถแตกตวั ให้ไอออนบวกและไอออนลบได้ 2. โลหะตา่ งชนดิ กันแตกตัวใหอ้ ิเลก็ ตรอนไดต้ ่างกนั ดงั น้ันเม่ือต่อแผ่นโลหะท้ังสองเข้าด้วยกนั โลหะ ท่แี ตกตวั ให้อิเลก็ ตรอนได้ดกี ว่า จะมศี ักยไ์ ฟฟ้าต่า เรียกวา่ ข้ัวลบ ส่วนโลหะท่ีเสยี อิเล็กตรอนยากกว่า จะมี ศกั ย์ไฟฟา้ สงู กวา่ เรียกวา่ ขั้วบวก 3. อิเลก็ ตรอนจะไหลจากขั้วทีม่ ีศักยไ์ ฟฟ้าตา่ ไปยังขัว้ ที่มีศักยไ์ ฟฟ้าสงู ส่วนกระแสไฟฟ้าจะไหลจาก ขว้ั ทม่ี ศี ักย์ไฟฟ้าสูงไปยงั ขวั้ ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ากวา่ 4. กระแสไฟฟ้าจะไหลจนกระทง่ั ศกั ย์ไฟฟา้ ที่ขัว้ ทัง้ สองเทา่ กนั จงึ จะหยดุ ไหล แสดงวา่ ไฟหมด เซลล์ไฟฟ้าเคมี มี 2 ประเภทดังนี้ 1. เซลล์ปฐมภมู (ิ primary cell )เปน็ เซลลไ์ ฟฟ้าทสี่ ามารถนามาใช้งานได้ทนั ทเี มือ่ ต่อเข้ากับ

วงจรไฟฟ้าเม่ือจ่ายกระแสไฟฟา้ หมดแล้วไม่สามารถนามาใช้ไดอ้ ีก เช่น ถ่านไฟฉาย 2. เซลลท์ ุติยภมู ิ ( secondary cell ) เป็นเซลลไ์ ฟฟ้าทยี่ ังสามารถใช้งานได้ ต้องประจุ (charge ) ไฟฟา้ กระแสตรงเขา้ ไปในเซลล์ก่อน เมื่อใชพ้ ลังงานไฟฟา้ หมดแลว้ สามารถนากลับมาใช้ใหม่ได้อกี โดยการประจุ ไฟฟา้ เขา้ ไปใหมไ่ ด้ เช่นแบตเตอร์รรี่ ถยนต์ ถา่ นไฟฉาย เป็นเซลลแ์ ห้ง จอร์จ เลอคลังเช เป็นผคู้ ิดทาเซลล์ชนิดนี้ขึน้ จึงเรียกวา่ “เซลลเ์ ลอ คลังเช” เป็นเซลล์ไฟฟ้าทม่ี กี ระแสไฟฟ้าตรง มีค่าความต่างศักย์ไฟฟา้ 1.5 โวลต์ตอ่ 1 เซลล์ เมื่อนาเซลลไ์ ฟฟา้ ตงั้ แต่ 2 เซลลข์ ้นึ ไปมาต่อรวมเข้าเปน็ หนว่ ยเดียวกัน เรียกว่า แบตเตอร่ี สว่ นประกอบของถ่านไฟฉาย มดี งั น้ี 1. สังกะสี ทาหนา้ ท่เี ปน็ ข้วั ลบ และใหอ้ เิ ล็กตรอน 2. แทง่ คาร์บอน (แกรไฟต)์ ทาหน้าท่ีเป็นขว้ั บวก 3. แอมโมเนียมคลอไรดช์ น้ื และสงั กะสีคลอไรดเ์ ปน็ อิเลก็ โทรไลต์ และมแี มงกานีสไดออกไซด์ ซ่ึงเป็น สารรับอิเล็กตรอนผสมอยูด่ ้วย เมอ่ื ต่อขัว้ ไฟฟา้ เขา้ ดว้ ยกันจะเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี มกี ระแสไฟฟา้ เกดิ ขน้ึ ภาพแสดงส่วนประกอบของถ่านไฟฉาย ทมี่ า :MyfirstBran.com วันท่ี 10 พ.ค.57 ในปัจจุบนั มีการพัฒนาเซลล์แหง้ ขึน้ มาอกี ชนดิ หน่ึง คือ เซลล์แอลคาไลน์ มสี ่วนประกอบเชน่ เดียวกับ ถา่ นไฟฉาย แต่ใช้โพแทสเซยี มไฮดรอกไซด์และสังกะสคี ลอไรด์ ซ่ึงจะทาให้ไดก้ ระแสไฟฟ้ามากกว่าถา่ นไฟฉาย และให้ปรมิ าณคงทีเ่ ป็นเวลานาน มีขนาดเล็กกวา่ ถา่ นไฟฉาย นยิ มใช้กบั นาฬิกาข้อมือและเครื่องคดิ เลข เซลล์สะสมไฟฟา้ แบบตะกวั่ เปน็ เซลลไ์ ฟฟ้าทตุ ยิ ภูมิชนดิ หนงึ่ ประกอบดว้ ยแผ่นตะกว่ั เป็นขัว้ ลบและ แผ่นตะกั่วออกไซดเ์ ป็นข้วั บวก มีสารละลายกรดซลั ฟวิ ริกเจอื จางเป็นอิเลก็ โทรไลต์ ก่อนทจี่ ะนาไปใช้ตอ้ ง ประจไุ ฟฟ้าเขา้ ไปก่อน เม่ือใช้ไปนานๆ ตะกัว่ กับตะกว่ั ออกไซดจ์ ะเปลย่ี นเปน็ ตะก่วั ซลั เฟตซงึ่ ไมส่ ามารถ เกิดปฏกิ ริ ิยาได้ ต้องนาไปประจุไฟฟา้ เขา้ ไปใหม่ให้กลับเป็นตะกั่วและตะก่วั ออกไซดด์ ังเดิม จึงจะ เกิดปฏิกิรยิ าเคมีและให้กระแสไฟฟ้าไดเ้ หมือนเดมิ

แบตเตอรี่รถยนต์ คือเซลลส์ ะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว ผลิตขึน้ โดยนาเซลล์สะสมไฟฟา้ แบบตะกั่วซึง่ มี ความต่างศักย์ เซลลล์ ะ 2 โวลต์ มาตอ่ กนั แบบอนุกรม 6 เซลล์ ได้ความตา่ งศักยร์ วม 12 โวลต์ เพื่อให้มี พลงั งานไฟฟ้ามากขนึ้ แบตเตอรีร่ ถยนตม์ ีความตา่ งศกั ย์ 12 โวลต์ 1. ส่วนประกอบได้แก่ แผน่ ตะก่วั แผน่ ตะก่ัวออกไซด์ สารละลายกรดซลั ฟิวริก 2. ใหค้ วามตา่ งศักย์ 2 โวลต์ กระแสไฟฟ้าจะไหลจากแผ่นตะกั่วออกไซด์ไปยังแผ่นตะกว่ั 3. เมอ่ื ใช้ไปนาน ๆ จะเกดิ ตะกวั่ ซัลเฟต(PbSo4 ) จับทขี่ ัว้ ทั้งสอง ทาใหไ้ ม่เกดิ ความตา่ งศกั ย์ กระแสไฟฟา้ จงึ หยุดไหล แต่สามารถนาไปประจุไฟฟา้ ใหม่ กจ็ ะได้ ตะกว่ั ตะกว่ั ออกไซด์ และกรดซลั ฟวิ ริก ซงึ่ นามาใช้ไดอ้ ีก 4. การประจไุ ฟฟา้ ให้ต่อขวั้ ลบเข้ากบั ขั้วลบ ขัว้ บวกเขา้ กบั ขั้วบวก สารตะกว่ั มีอนั ตราย เพราะไปทาลายเม็ดโลหติ แดงและระบบประสาทของร่างกาย ดงั นนั้ จึงต้องระวัง ทั้งในกระบวนการผลิต การใช้ และไม่ควรนาไปทิ้งในทสี่ าธารณะ กระแสไฟฟา้ จากการเหนยี่ วนา กระแสไฟฟ้าจากการเหน่ียวนาเกิดจากตวั นาหรือขดลวดเคลอ่ื นที่ตดั สนามแม่เหลก็ หรือเม่อื สนามแม่เหล็กท่ผี ่านลวดตวั นาเกดิ การเปลยี่ นแปลง จะทาให้เกดิ กระแสไฟฟา้ เหน่ยี วนา เรียกเคร่อื งกาเนดิ ไฟฟา้ ชนดิ นีว้ ่า ไดนาโม หรือเครอื่ งกาเนิดไฟฟา้ จากกิจกรรม 1.2 เปน็ การศึกษาหลกั การเปล่ยี นพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟา้ ของไดนาโมที่มี สว่ นประกอบคือ ขดลวดที่พนั รอบฉนวนกับสนามแม่เหล็ก ซง่ึ หลักการและปัจจัยท่ีมผี ลต่อการผลติ กระแสไฟฟา้ ของไดนาโม ซ่ึงสรุปไดด้ ังน้ี ไดนาโม เปน็ เครอื่ งกลทเ่ี ปลี่ยนพลงั งานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า เมือ่ เคล่ือนขดลวดตัดกับสนาม แม่เหล็ก หรอื เคลอ่ื นแมเ่ หลก็ ตดั กับขดลวด จึงจะทาใหส้ นามแม่เหล็กเกิดการเปลยี่ นแปลง จึงจะเกดิ กระแสไฟฟา้ เหนย่ี วนาขน้ึ ปริมาณกระแสไฟฟา้ ที่เกดิ ขน้ึ จะมากหรือน้อยข้นึ อยกู่ บั ปจั จัยต่างๆ ดงั น้ี 1. จานวนรอบของขดลวด 2. กาลังขว้ั ของแท่งแม่เหล็ก 3. ความเรว็ ของการเคลื่อนท่ีของขดลวดหรอื แทง่ แม่เหล็ก 4. พน้ื ทข่ี องขดลวด ถา้ มีพืน้ ท่ีมากก็จะเกดิ กระแสไฟฟา้ มาก ไดนาโมแบง่ เป็น 2 ชนดิ 1. ไดนาโมกระแสตรง มวี งแหวนเดียว โดยแบง่ เปน็ 2 ซีกไม่ติดกัน แตล่ ะซีกต่อกบั ปลาย ขดลวดคนละข้าง เรียกวงแหวนน้วี ่า คอมมวิ เทเตอร์

2. ไดนาโมกระแสสลบั มีวงแหวน 2 วง สัมผัสอยกู่ บั แปรงท่ีต่อไปยังวงจรภายนอก ภาพแสดงไดนาโมกระแสตรง ภาพแสดงไดนาโมกระแสสลับ ที่มา :MyfirstBran.com วนั ที่ 10 พ.ค.57 พลังงานท่นี ามาใชห้ มนุ ขดลวดของเครือ่ งกาเนดิ ไฟฟ้ามหี ลายประเภท เช่น พลังงานความร้อนไดจ้ าก เชอ้ื เพลงิ เชน่ น้ามัน ถ่านหิน พลังงานนา้ ได้จากเข่ือนก้ันนา้ เคร่ืองจักรไอน้า พลังงานแสงอาทติ ย์ พลังงานความรอ้ นใต้พภิ พ พลงั งานเช้อื เพลงิ อุปกรณท์ เ่ี ปลย่ี นพลังงาน นา้ ใตด้ นิ ทร่ี อ้ น เช่น น้าพุร้อน เชื้อเพลิง เช่น ถา่ นหิน แสงอาทิตย์เป็นพลงั งานไฟฟา้ แกส๊ ธรรมชาติ น้ามัน ถกู เรยี กว่า เซลลส์ ุรยิ ะ เป็นอปุ กรณ์ที่ สามารถนาไอน้าไปใช้ในการหมนุ นาไปใชใ้ นโรงไฟฟ้าเพ่ือใช้ ไมท่ าให้เกิดมลพษิ ขณะใช้งาน แตม่ ี กงั หันได้ ในกระบวนการผลติ ไอนา้ ข้อเสยี เรือ่ งประสทิ ธภิ าพ สาหรับหมุนกงั หันของ เพราะใหก้ าลงั ไฟฟา้ น้อย เครอื่ งกาเนิดไฟฟา้ แหล่งพลังงานทีส่ ามารถ เปลี่ยนเป็ นพลงั งานไฟฟ้าได้ พลงั งานนวิ เคลียร์ พลังงานน้า พลงั งานลม พลังงานจากปฏกิ ิริยานิวเคลยี ร์ทไี่ ด้ เคร่อื งกาเนิดไฟฟ้าใช้น้าจาก สามารถนาลมไปใชใ้ นการ จากเครอื่ งปฏกิ รณป์ รมาณูจึงนามา หมนุ ของกงั หนั ของเครอ่ื ง ทาให้นา้ เดอื ดกลายเปน็ ไอแล้วทาให้ เข่ือนไปหมนุ กังหนั กาเนดิ ไฟฟา้ ได้ ไอน้าหมนุ กังหันของเครอ่ื ง กาเนดิ ไฟฟ้า