| สาระสำคัญ |
| :::ในสมัยโบราณมนุษย์มีความรู้เกี่ยวกับเรื่องของไฟฟ้าน้อยมาก ถึงแม้จะได้พบปรากฏการณ์ที่เกิดจากไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอก็ตาม โดยเฉพาะปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นทางธรรมชาติ เช่น ฟ้าแลบ, ฟ้าร้อง,ฟ้าผ่า ต่อมามนุษย์เริ่มค้นพบประจุไฟฟ้า จากการนำเอาแท่งอำพันมาถูกับขนสัตว์ ทำให้เกิดประกายไฟ นอกจากนี้เริ่มมีการสังเกตจากการหวีผม ซึ่งขณะที่หวีผมนั้นเกิดการดูดเส้นผม เสมือนมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น มนุษย์เริ่มคุ้นเคยและรู้จักการนำไฟฟ้ามาใช้ประโยชน์เมื่อราวปี พ.ศ. 2397 โดยนักวิทยาศาสตร์ชื่อ ไฮน์ริส เกอบเบิลได้ค้นพบหลอดไฟฟ้าชนิดมีไส้ ซึ่งในปัจจุบันก็ยังมีใช้กันอยู่ หลังจากนั้นได้มีการนำไฟฟ้า มาใช้งานด้านต่าง ๆ เพิ่มขึ้น เช่น ให้แสงสว่าง, ให้ความร้อน, ใช้ในงานด้านมอเตอร์, วิทยุ, โทรทัศน์ ฯลฯ เป็นต้น โดยสรุปชีวิตประจำวันของมนุษย์จะต้องมีความเกี่ยวข้องกับไฟฟ้าเสมอ |
| จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม |
- อธิบายโครงสร้างของอะตอมได้
- แบ่งสารทางไฟฟ้าได้
- อธิบายวิธีการทำให้เกิดประจุด้วยวิธีต่าง ๆ ได้
- เขียนความสัมพันธ์ของแรงดัน กระแส และความต้านทานได้
- นำแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบต่าง ๆ ไปประยุกต์ใช้งานได้
- เขียนกฎของโอห์มได้
- คำนวณค่าใช้จ่ายไฟฟ้าตามหลักการของการไฟฟ้าได้
|
โครงสร้างของอะตอม
|
ทุกสิ่งทุกอย่างที่เรามองเห็นบนโลกนี้ล้วนเป็นสสาร (Matters) ทั้งสิ้น สสารเป็นสิ่งที่มีน้ำหนัก ต้องการที่อยู่อาศัย โดยทั่วไปจะมีอยู่ 3 สถานะคือ ของแข็ง, ของเหลว และ ก๊าซ
|
| ธาตุ (Elements) ประกอบจากสสาร จนกลายเป็นธาตุชนิดต่าง ๆ เช่น ทองแดง, อลูมิเนียม, เงิน, ทองคำ, ปรอท เป็นต้น |
| อะตอม (Atom) คืออนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุ ไม่สามารถอยู่ตามลำพังได้ ต้องอยู่รวมกัน เป็นโมเลกุล (Molegul) ภายในอะตอมจะประกอบไปด้วยที่อยู่แกนกลางคือนิวเครียส (Neucleus) ภายในนิวเครียสประกอบด้วยโปรตรอน ซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก (Positive Charge) และนิวตรอน (Neutron) มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนที่อยู่รอบนอกมีวงโคจรความเร็วสูง อาจมีวงเดียวหรือหลายวงก็ได้ วงนอกสุดนั้นเรียกว่าอิเล็กตรอน (Electron) ซึ่งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นลบ (Negative Charge) |
|
| การแบ่งสารทางไฟฟ้า |
การแบ่งสารทางไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดคือ
|
| 1. ตัวนำ เป็นสารที่อยู่วงนอกสุดประมาณ 1-3 ตัว เมื่อให้พลังงานเพียงเล็กน้อย จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรเคลื่อนที่ไปในชั้นสารได้ง่าย มีผลทำให้สารนั้นเป็นตัวนำได้ เช่น ทองแดง, อลูมิเนียม ฯลฯ เป็นต้น |
| 2. ฉนวน เป็นสารอิเล็กตรอนวงนอกสุด ที่ยึดเกี่ยวกับอะตอมอื่น ๆ ทำให้อิเล็กตรอนอิสระน้อย จึงไม่เกิดการนำกระแส เช่น ไมก้า, เซรามิค ฯลฯ เป็นต้น |
| 3. สารกึ่งตัวนำ เป็นสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว เมื่อได้รับอุณหภูมิสูงขึ้นจะเปลี่ยนสภาพเป็นสภาวะตัวนำ ที่นำมาทำเป็นสารกึ่งตัวนำ ได้แก่ ซิลิกอน และเยอรมันเนียม เป็นต้น |
ประจุไฟฟ้า (Charge of Electricity)
|
ประจุไฟฟ้า หมายถึง ปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปในตัวนำไฟฟ้า การขัดสีระหว่างวัตถุ 2 ชนิด เช่น การเอาแท่งแก้วถูกับผ้าไหม แท่งแก้วจะถ่ายทอดอิเล็กตรอนให้แก่ผ้าไหม ทำให้แท่งแก้วเกิดประจุบวก และผ้าไหมเกิดประจุลบ
|
| เมื่อมีการนำเอาวัตถุ 2 ชนิดที่มีประจุไฟฟ้าไม่เท่ากันมาวางใกล้ ๆ กันจะไม่เกิดการถ่ายเทอิเล็กตรอน ซึ่งไม่สามารถทำให้ประจุไฟฟ้าถ่ายเทเข้าหากันได้ ซึ่งมีผลทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล เรียกว่า ไฟฟ้าสถิตย์ (Static Electricity) |
|
|
ประจุไฟฟ้าใช้สัญลักษ์ Q มีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์-วินาที (Ampere-Second) ใช้ตัวย่อของหน่วยวัดเป็น As หรือ C
|
|
การเกิดประจุไฟฟ้า
|
| การที่ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรจะมีผลทำให้เกิดประจุไฟฟ้ามีหลายวิธี ได้แก่ |
1. การขัดสี (Friction) เกิดจากการนำเอาวัตถุต่างชนิดมาถูกัน
|
|
2. ความร้อน (Heat) การให้ความร้อนที่จุดต่อของโลหะต่างชนิดกัน
|
|
| 3. แรงกดดัน (Pressure) เกิดโดยการกดดันของผลึกในสารบางชนิด เช่น ผลึกควอทช์ (Quartz) |
|
4. แสงสว่าง (Light) เกิดจากการให้แสงสว่างมาตกกระทบกับสารที่มีความไวต่อแสง เช่น โฟโตเซล
|
|
| 5. แม่เหล็ก (Magnetism) เกิดจากตัวนำเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก |
|
6. ปฏิกิริยาเคมี (Chemical Action) เกิดจากปฏิกิริยาเคมีในเซลไฟฟ้า
|
|
แรงดันไฟฟ้า (Electrical Voltage)
|
แรงดันไฟฟ้าเกิดจากการแยกประจุบวกและประจุลบออกจากกันเพื่อทำให้ประจุทั้งสองเป็นกลาง ซึ่งมีผลทำให้เกิดความต่างศักย์ทางไฟฟ้า แรงดัน 1 โวล์ท คือแรงดันที่ทำให้กระแส 1 แอมแปร์ไหลผ่านเข้าไปในความต้านทาน 1 โอห์ม
|
| หน่วยของแรงดันไฟฟ้า |
|
| ชนิดของแรงดันไฟฟ้า |
1. แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Voltage) ขนาดของขั้วแรงดันไฟฟ้าจะคงที่ตลอด ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสัญลักษณ์ (-)
|
| 2. แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Voltage) ขนาดและขั้วของแรงดันไฟฟ้า จะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา มีลักษณะเป็น Sine Wave (~ ) |
|
แหล่งกำเนิดไฟฟ้า
|
แหล่งกำเนิดไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้า หมายถึงแหล่งพลังงานที่สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าออกมาใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่ว ๆ ไปได้ มีดังต่อไปนี้คือ
|
| 1. แบตเตอรี่ (Battery) เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้า อาศัยการเปลี่ยนแปลงทางด้านเคมีที่บรรจุ ภายใน ซึ่งเซลล์แต่ละเซลล์ ของแบตเตอรี่จะต่อเป็นอนุกรม ขนาน หรือแบบผสมขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันและกระแสที่ต้องการ |
|
แรงดันไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ ที่ได้จากเซลล์แบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ในการสร้าง สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มคือ
|
- แบตเตอรี่แบบปฐมภูมิ (Primary Cell)
- แบตเตอรี่แบบทุติยภูมิ (Secondary Cell)
|
แบตเตอรี่แบบปฐมภูมิ คือแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วเกิดการทำปฏิกิริยาเคมีภายใน ไม่สามารถนำมาใช้ใหม่ เช่น ถ่านไฟฉาย, ถ่านนาฬิกา, ถ่านในรีโมทคอนโทรล อุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นต้น
|
|
|
| แบตเตอรี่แบบทุติยภูมิ คือแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วสามารถนำมาชาร์จไฟเข้าไปใหม่ได้ |
|
|
ความจุของแบตเตอรี่ (Q) คือความสามารถที่จะจ่ายไฟของแบตเตอรี่ หรือเก็บความจุนั้นขึ้นอยู่กับเซลของแผ่นธาตุ มีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์ต่อชั่วโมง (Ah) ดังนั้นจึงสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้
|
Q = I x t |
|
| การนำแบตเตอรี่ไปใช้งาน |
ใช้สำหรับขับเคลื่อนเครื่องยนต์ให้แสงสว่างในรถยนต์, เรือและใช้ในการสื่อสารต่าง ๆ เป็นต้น แบตเตอรี่จำพวกนี้ส่วนมากเป็นชนิดแบตเตอรี่ตะกั่วกรด (Lead-Acid )
|
| แบตเตอรี่ชนิดนิเกิล-เหล็ก (Nickel-Iron) เป็นแบตเตอรี่ที่บรรจุในกล่องเหล็กกล้าชุบนิเกิล สามารถจ่ายกระแสไฟได้สูงมาก ขั้วบวกทำมาจากนิเกิลไฮดรอกไซด์ ใช้โปรแตสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นน้ำยาอิเล็กโตรไลต์ที่นิยมใช้คือในเครื่องไฟฉุกเฉิน (Emergency Lighting) ในรถโฟคลิฟ (Electric Forklifts) แต่ไม่นิยมใช้ในการสตาร์ทรถยนต์แกสโซลีนและดีเซล |
| แบตเตอรี่ชนิดนิเกิล-แคดเมียม (Nickel-Cadmium : Ni-Cad) โครงสร้างคล้ายแบตเตอรี่นิเกิล-เหล็ก ขั้วบวกเป็นชนิดนิเกิลไฮดรอกไซด์ ขั้วลบจะเป็นแคดเมียมและเหล็กละเอียด น้ำยาอิเล็กโตรไลต์ ที่ใช้ภายในคือโปรแตสเซียมไฮดรอกไซด์แบตเตอรี่ชนิดนี้ทนต่อการใช้งาน เสียหายยาก ใช้งานได้นาน ให้แรงดันต่อเซลล์ประมาณ 1.2 โวลท์ เมื่อใช้ไฟหมดแล้วสามารถประจุไฟใหม่ได้ นิยมใช้ในนาฬิกา,เครื่องคิดเลข, แฟลชของกล้องถ่ายรูป อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ เป็นต้น |
|
|
เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cells)
|
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์สิ่งประดิษฐ์ทางวิศวกรรม โดยประยุกต์ให้มีคุณสมบัติทางด้านสารกึ่งตัวนำ เมื่อมีแสงมากระทบจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากพลังงานแสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันทำมาจากธาตุซิลิกอน (Silicon) ซึ่งเป็นธาตุที่พบมากที่สุดบนโลก สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ คือ แบบผลึกและแบบอะมอร์พัส
|
|
การสร้างจะทำได้โดยใช้ P-N Junction ประกอบขึ้นเป็นพื้นฐานโดยให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.5 โวลท์ ส่วนกระแสจะแปรผันตามแสงบนพื้นที่ของเซลล์ ในการรับแสงของซิลิกอนแบบผลึกเดี่ยว ให้กระแสได้ประมาณ 2 แอมแปร์ต่อพื้นที่ 1 ตารางเมตร เมื่อต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น ต้องนำเซลล์แสงอาทิตย์มาต่อเพิ่มแบบอนุกรมเพื่อให้ได้แรงดันตามต้องการ ถ้าต้องการกระแสเพิ่มสูงขึ้น ให้นำเซลล์แสงอาทิตย์มาต่อขนานกัน การต่อแบบนี้มีลักษณะเป็นโมดูล เมื่อเอาโมดูลมาประกอบเพื่อติดตั้งใช้งานจะเรียกว่าแผง (Array) แผงที่ติดตั้งในปัจจุบันจะมีอายุการใช้งานประมาณ 20-25 ปี แต่ในขณะนี้ได้มีการพยายามคิดค้นและพัฒนา เพื่อให้มีอายุการใช้งานมากกว่า 30 ปี
|
จุดเด่นของไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์
|
- แหล่งพลังงานคือดวงอาทิตย์ เพราะฉะนั้นจะใช้ได้ตลอดไปและไม่เสียค่าใช้จ่าย แหล่งพลังงานอื่น ๆ ที่เอามาใช้กันเช่น น้ำมัน, ถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติ ซึ่งแหล่งพลังงานเหล่านี้จะหมดไปได้
- ไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ไม่ใช้ น้ำมัน, ถ่านหิน หรือก๊าซเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
- สามารถสร้างไฟฟ้าได้ทุกขนาด ตั้งแต่ขนาดเล็กที่สามารถนำไปใช้กับเครื่องคิดเลขจนถึงระบบโรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ระดับ 100 KW ซึ่งเซลล์แสงอาทิตย์สามารถให้ประสิทธิภาพเท่ากัน ปัจจุบันนำไปใช้กับเครื่องคิดเลข, ปั๊มน้ำ, รถยนต์ไฟฟ้า, เรือไฟฟ้า, ระบบไฟฟ้าตามบ้าน เป็นต้น
- มีการประยุกต์นำเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าบางประเภทเช่น เครื่องหมายสัญญาณจราจร, ไฟฟ้าบริเวณถนนต่าง ๆ, เครื่องทวนสัญญาณวิทยุและโทรศัพท์ และใช้ติดบนหลังคารถยนต์
|
|
แหล่งจ่ายไฟแบบอิเล็กทรอนิกส์
|
แหล่งจ่ายไฟแบบอิเล็กทรอนิกส์ ( Electronic Power Supplies ) ที่ใช้ในปัจจุบันได้นำไปประยุกต์ใช้กับ วิทยุ, โทรทัศน์, วิดีโอเทป, คอมพิวเตอร์, โทรศัพท์, ระบบสื่อสารต่างๆ เป็นต้น แหล่งจ่ายไฟแบบนี้เป็นแหล่งจ่ายไฟที่ทำหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับจากไฟบ้าน 220 โวลท์เป็นไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำ เพื่อจ่ายให้แก่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ให้สามารถทำงานได้
|
|
|
เจนเนอเรเตอร์ (Generators)
|
เจนเนอเรเตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กตัดผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำขณะหมุน ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าออกมา
|
|
|
กฎของโอห์ม (Ohm‘s Law)
|
กระแสไฟฟ้า แรงดันและความต้านทาน จะมีความสัมพันธ์กันคือ ในวงจรไฟฟ้าทั่ว ๆ ไป ในกรณีที่ความต้านทานคงที่ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในวงจร จะมีการเปลี่ยนแปลงตามแรงดันที่ป้อนให้กับวงจร ถ้าแรงดันในวงจรไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสที่ไหลในวงจรก็จะมีค่าเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
|
ในกรณีที่แหล่งจ่ายไฟฟ้าจ่ายแรงดันให้กับวงจรคงที่ ปริมาณของกระแสที่ไหลในวงจรมีการเปลี่ยนแปลง ในลักษณะผกผันกับค่าความต้านทาน กล่าวคือ ถ้าค่าความต้านทานสูง จะทำให้กระแส ไฟฟ้าไหลในวงจรได้น้อย แต่ถ้าค่าความต้านทานต่ำ กระแสไฟฟ้าจะไหลได้มาก
|
| กล่าวโดยสรุป คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรจะแปรผันโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าและแปร ผกผันกับค่าความต้านทานไฟฟ้านั่นเอง |
|
|
|
|
|
กำลังไฟฟ้า (Power in Electrical)
|
กำลังไฟฟ้าหมายถึง การป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าไปในโหลดเพื่อทำให้เกิดพลังงานในรูปต่าง ๆ เช่นพลังงานแสงสว่าง, พลังงานความร้อน, พลังงานกล เป็นต้น กำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt:W) มีสูตรที่ใช้ในการคำนวณดังนี้ โดย
|
P = EI (Watt:W)
P = กำลังไฟฟ้า
E = แรงดันไฟฟ้า
I = กระแสไฟฟ้า
|
|
|
ความสัมพันธ์ของการหาค่าทางไฟฟ้า
|
การหาค่ากระแสไฟฟ้า แรงดัน ความต้านทาน และกำลังทางไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กัน การคำนวณเพื่อหาค่าจะต้องทราบค่าอย่างน้อย 2 ค่าจึงจะหาค่าที่ต้องการได้ ตัวอย่างเช่น ต้องการทราบค่าความต้านทาน จะต้องทราบค่าแรงดันและกระแส หรือต้องการทราบค่ากำลังทางไฟฟ้า จะต้องทราบค่าของแรงดันและกระแส เป็นต้น จากความสัมพันธ์ดังกล่าวสามารถสรุปเป็นสูตรเพื่อใช้ในการหาค่า ต่าง ๆได้ดังนี้
|
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| กิโลวัตต์ - ชั่วโมง |
ไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้าน ในทุกครัวเรือนจะมีมิเตอร์ติดตั้งอยู่เพื่อแจ้งให้เจ้าของบ้านทราบว่าในแต่ละเดือนได้ใช้พลังงานไฟฟ้าไปเท่าใด มิเตอร์ที่ติดตั้งไว้คิดค่าหน่วยของการใช้งานเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งหมายถึง การใช้ไฟฟ้า 1,000 วัตต์ ใน 1 ชั่วโมง เครื่องมือวัดชนิดนี้เรียกว่า กิโลวัตต์-ชั่วโมงมิเตอร์(Kilowatt-Hour Meter)โดยมีการหาค่าดังนี้
|
|
|
|
|
|
| |
/1 
ดู IP ของสมาชิก
โพสต์ 3-1-2015 11:54:44
ดันกระทู้
ปักหมุดกระทู้
การ์ดสีสัน
ตอบกลับคนแรก