กระไฟฟ้าตรง
กระเเสไฟฟ้าตรง
กระเเสไฟฟ้า คือ กระเเสสมมติของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน โดยกระเเสจะสวนทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน กระเเสไฟฟ้าจะเคลื่อนที่จากศักย์สูงไปศักย์ต่ำ เเต่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากต่ำไปสูง
ไฟฟ้ากระแสแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ
-ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current หรือ D .C)
-ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current หรือ A.C.)
กระเเสไฟฟ้า จะมีทิศทางเดียวกับ สนามไฟฟ้า กระเเสอิเล็กตรอนทิศตรงข้ามสนามไฟฟ้า
ประเภทของ “ตัวนำไฟฟ้า”
- ลวดโลหะตัวนำ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เท่านั้น!!
- หลอดสุญญากาศ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เท่านั้น จาก Cathode (-) ไป Anode ( ) เช่น หลอดวิทยุ
-หลอดบรรจุเเก๊ส เมื่อต่อกันศักย์สูง จะเกิดสนามไฟฟ้าทำให้ไอออนเเตกตัวเป็น ไอออนบวกเเละอิเล็กตรอนอิสระ ไอออนบวกเคลื่อนเข้าหาขั้วลบ อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนเข้าหาหัวบวก
-สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เมื่อต่อครบวงจรจะเกิดการเเตกตัวของไอออน บวก ลบ จึงเกิดกระเเสไฟฟ้าไหล
*ลองตอบคำถามทดสอบความเข้าใจ* (ถูก/ผิด)
1.ทิศของกระเเสไฟฟ้าเหมือนกับทิศการเคลื่อนที่ของอนุภาคบวก หรือตรงข้ามกับทิศการเคลื่อนของอนุภาคลบ
2.ในเเท่งตัวนำมีกระเเสไฟฟ้าไหล กระเเสอิเล็กตรอนไหล มีทิศทางเดียวกันกับสนามไฟฟ้า
3.กระเเสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในบริเวณที่มีความต่างศักย์
4.อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากศักย์ต่ำไปสูง กระเเสไฟฟ้าเคลื่อนที่จากสูงลงต่ำ
5.กระเเสไฟฟ้าในโลหะเกิดจากอิเล็ตรอนอิสระ
**เฉลย
1.ถูก
2.ผิด เพราะ ในเเท่งตัวนำมีกระเเสไฟฟ้า กระเเสอิเล็กตรอนคนละทิศทางหรือทิศทางตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า
3.ถูก
4.ถูก
5.ถูก
เเหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.primary cell ใช้แล้วทิ้ง เช่น ถ่านไฟฟ้าฉาย
2.secondary cell อัดไฟใหม่ได้ เช่น แบตเตอรี่
3.Dynamo พลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า
4.solar cell พลังงานแสงเป็นไฟฟ้า
5.คู่ควบความร้อน เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า
6.พลังงานในสิ่งมีชีวิต เช่น ปลาไหลไฟฟ้า ผลิตออกมาได้มากถึง 20000 โวลต์
การคำนวณกระเเสไฟฟ้า
กระเเสไฟฟ้า คือ ปริมาณประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่เคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา โดยที่ไม่ต้องคิดเครื่องหมายประจุ (บวก ลบ)
การหากระเเสไฟฟ้าจากความเร็วลอยเลื่อน
ประจุไฟฟ้ามีการเคลื่อนที่ในตัวนำอย่างอิสระในตัวนำ ทำให้ประจุมีความเร็วที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในตัวนำ เราเรียกว่า "ความเร็วลอยเลื่อน” หรือ drift velocity โดยความเร็วลอยเลื่อนของประจุมีค่าน้อยมากใน 1 นาทีอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ได้ไม่กี่มิลลิเมตร เท่านั้น แม้ว่าความเร็วต่ำแต่เมื่อเราสับสวิตซ์แล้วอุปกรณ์ทำงานได้เลย เพราะในตัวนำนั้นมีอิเล็กตอนอิสระมากมายอยู่แล้วหรือที่เรา เรียกว่า "ทะเลอิเล็กตรอน"
กระเเสไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ
สารกึ่งตัวนำเป็นสารที่มีคุณสมบัติระหว่างตัวนำและฉนวน จึงเรียกว่า สารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน และเจอร์เมเนียมโดยที่อุณหภูมิต่ำแรงยืดเหนี่ยวระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนค่อนข้างมากจึงไม่มีอิเล็กตรอน อิสระ ดังนั้นถ้าต่อสารนี้เข้ากับความต่างศักย์ภายนอก ก็จะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น จึงประพฤติตัวเป็นอนวน แต่ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้น แรงยืดเหนี่ยวจะลดลง ทำให้มีอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งหลุดออกจากอะตอมเป็นอิเล็กตรอน อิสระเมื่อมีความต่างศักย์จากภายนอกอิเล็กตรอนจะเกิดการเคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นแต่ในปริมาณน้อย ขณะนี้จึงประพฤติตัวเป็นตัวนำแต่ไม่ค่อยดี
ชนิดของสารกึ่งตัวนำ เนื่องจากสารกึ่งตัวนำที่บริสุทธิ์นี้มีอเล็กตรอนอิสระน้อย กระแสไฟฟ้าที่ ผ่านจึงมีน้อยถ้าต้องการให้มีกระแสไฟฟ้าไหลเป็นจำนวนมาก ต้องทำการเจือปนอะตอมของธาตุอื่นลงไปใน สารเหล่านั้น จึงเรียกสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ ยังมีสารกึ่ง ตัวนำชนิดอื่นอีก เช่น สารกึ่งตัวนำแบบสารประกอบสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1. สารกึ่งตัวนำประเภท N-type เป็นสารกึ่งตัวนำที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับ อะตอมของสารหนู ทำให้มีอิเล็กตรอนอิสระขึ้นมาหนึ่งตัว ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ในก้อนผลิกนั้น จึงยอมให้ กระแสไฟฟ้าไหลได้เช่มเดียวกับตัวนำทั่ง ๆ ไป
2. สารกึ่งตัวนำประเภท P-type เป็นสารกึ่งตัวนำที่เคิดจากการจับตัวของอะตอม ซิลิกอนกับอะตอนของอะลูมิเนียม ทำให้เกิดที่ว่างซึ่งเรียกว่า Hole ขึ้น อิเล็กตรอนที่อยู่ข้าง Hole จะเคลื่อนที่ไปอยู่ใน Hole ทำให้ดูคล้ายว่า Hole เคลื่อนที่ได้ในทิศทางตรงข้ามกับทิศการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน จึงทำให้เกิดกระแส ไฟฟ้าได้
ไดโอด เป็นอุปกรณ์ที่ทำด้วยสารกึ่งตัวนำประเภท P-type, และ N-type มีลักษณะดังนี้
กฎของโอห์ม
ผลของอุณหภูมิที่มีผลต่อความต้านทาน
จากการศึกษาเรื่องความต้านทานของสารชนิดต่าง ๆ จะมีค่าคงตัวที่อุณหภูมิหนึ่ง ๆ เท่านั้น แต่จากการศึกษาต่อไปพบว่าเมื่อ อุณหภูมิของสารมีการเปลี่ยนแปลง จะทำให้ความด้านทานของสารเปลี่ยนแปลงด้วยซึ่งใที่นี้จะแยกพิจารณาตามประเภทของสาร ดังต่อไปนี้
1. ตัวนำ เมื่อทำการทดลองวัดความด้านทานของด้วนที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ เช่น เงิน ทองแดง แพลททินั่ม เป็นต้น ที่อุณหภูมิต่างๆ กันโดยประมาณแล้วพบว่า ความต้านทานจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ สมบูรณ์ (เคลวิน) สำหรับตัวนำที่เป็นโลหะผสมจะมีสภาพต้านทานสูงกว่าสภาพด้านทานของโลหะบริสุทธิ์ และพบว่าเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง สภาพด้านทานจะเปลี่ยนไปน้อยมาก ฉะนั้นจึงนิยมใช้โลหะผสมสร้าง เป็นตัวต้านมาตรฐาน (Standard resistor) ซึ่งมีคำความต้านทานคงตัวแน่นอน เชื่อถือได้ เช่น ตัวต้านทาน ที่ทำด้วยแพงกานิส ซึ่งเป็นโลหะผสมระหว่าง ทองแดง แมงกานีสและนิกเกิล เป็นต้น2. สารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน เจอร์เมเนียม แกรไฟต์ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นพบว่าสภาพด้านทานจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีอุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำประกอบอยู่ในวงจร จึงทำงานได้อย่าง ปกติในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดไว้เท่านั้น
3. ฉนวน เป็นวัตถุ ที่มีสภาพด้านทานสูงมาก ตัวอย่างของฉนวน เช่น แล้ว ยาง พีวีซี กระเบื้อง เป็นต้น จากการศึกษาพบว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นสภาพด้านทานจะลดลงเล็กน้อย และถ้านำไปต่อกับความ ต่างศักย์ไฟฟ้าสูงมาก ๆ วัตถุเหล่านี้จะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าได้เมื่อปี พ.ศ. 2454 ออนเนสนักฟิสิกส์ชาวเนเธอร์แลนด์ ได้ทำการทดลองวัดความต้านทานของปรอท ที่อุณหภูมิต่ำมาก ๆ ใกล้ศูนย์เคลวิน พบว่าความด้านทานของปรอทลดลงอย่างทันที จนเกือมเป็นศูนย์ ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวิน ดังรูปภาพข้างต้น อุณหภูมินี้เรียกว่า อุณหภูมิวิกฤต (critical temperature) ของปรอท
และขณะนี้ปรอกจะอยู่ในสภาวะที่เรียกว่า สภาพนำยวดยิ่ง (superconductivity) กล่าวคือปรอทจะมีสภาพ ต้านทานเป็นศูนย์หรือมีการนำไฟฟ้าดีที่สุด นอกจากนี้นักฟิสิกส์ยังพบว่าโลหะอื่น ๆ รวมทั้งโลหะผสมและสาร ประกอบหลายชนิด ก็สามารถแสดงสภาพนำยวดยิ่งเรียกว่า ตัวนำยวดยิ่ง (superconductor) ในปัจจุบันนี้มี นักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้พยายามค้นหาสารชนิดใหม่ที่เป็นตัวนำยวด ยิ่งอุณหภูมิสูง เพื่อนำไปใช้ ประโยชน์ได้กว้างขวางมากขึ้น
ขอบคุณรูปภาพจาก : tecnologiaaplicadaaosmateriais.blogspot.com
การคำนวณหาความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนเเปลง
การคำนวณหากระเเส เเรงดัน เเละความต้านทาน
ขอบคุณรูปภาพจาก : chulatutor.com
สรุปวงจร**
วงจรอนุกรม คือ วงจรที่ประกอบด้วยความต้านทานตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปต่อเรียงกัน โดยมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทานนั้น ๆ เพียงเส้นเดียว
วงจรขนาน คือ วงจรที่มีองค์ประกอบวงจรตั้งแต่สองตัวขึ้นไป โดยปลายทั้งสองข้างต่อคร่อมรวมกันที่ขั้วของแหล่งจ่าย
วงจรผสม คือ วงจรที่ประกอบไปด้วยคุณลักษณะของวงจรอนุกรม และคุณลักษณะของวงจรขนานรวมอยู่ในวงจรเดียวกัน ซึ่งวงจรในลักษณะนี้จะมีอยู่มากมายในวงจรที่ใช้งานจริง และในการแก้ปัญหาในวงจรผสมนี้ จะต้องใช้คุณสมบัติของวงจรอนุกรมแก้ปัญหาในวงจรย่อยที่มีลักษณะอนุกรม และใช้คุณสมบัติของวงจรขนานแก้ปัญหาวงจรย่อยที่มีลักษณะขนาน แล้วจึงนํามาหาผลรวมผลรวมสุดท้าย จึงจะได้ผลของวงจรรวมที่เรียกว่า วงจรผสม
วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า คือ วงจรที่มีการต่อแบบอนุกรม ซึ่งสามารถแบ่งแรงดันไฟฟ้าได้หลาย ๆ ค่าจากแหล่งกําเนิดเดียวกัน ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานที่ต่อในวงจรนั้น ๆ
วงจรแบ่งกระแสไฟฟ้า คือ วงจรขนานนั่นเอง จากวงจรจะเห็นว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรขนาน กระแสจะถูกแบ่งให้ไหลแยกไปในสาขาต่าง ๆ ของวงจร ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในแต่ละสาขาจะขึ้นอยุ่กับค่าความต้านทานที่ต่ออยู่ในสาขานั้นๆ
ตัวต้านทาน ( RESISTOR )
เป็นอุปกรณ์ที่เป็นความต้านทานให้กับวงจร เพื่อให้สามารถได้ค่ากระแสไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ที่ต้องการและเหมาะสม ซึ่งที่นิยมใช้จะมีด้วยกัน 2 ชนิด คือ
ตัวต้านทานแบบคงตัว
ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้
สภาพต้านทานไฟฟ้า ( ELECTRICAL RESISTIVITY )
หมายถึง ความต้านทานของสารชนิดนั้นที่ความยาวและพื้นที่หน้าตัด 1 หน่วย
การหาความต้านทาน (R)
จะหาได้จากสมการ
R = ρ(l/A)
โดยที่ R = ความต้านทางของวัตถุ (Ω)
ρ = สภาพต้านทานไฟฟ้าของวัตถุ (Ω∙m)
โดยสภาพต้านทานไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่นำมาหาสภาพต้านทานไฟฟ้า
l = ความยาวของวัตถุ (m)
A = พื้นที่หน้าตัดของวัตถุ (m2)
สภาพนำไฟฟ้า ( ELECTRICAL CONDUCTIVITY )
คือความสามารถในการนำไฟฟ้า เป็นลักษณะเฉพาะของวัตถุคล้ายกับสภาพต้านทานไฟฟ้า โดยสภาพนำไฟฟ้ากับสภาพต้านทานไฟฟ้าจะมีค่าผกผันกัน
ρ = 1/σ
โดยที่
ρ คือ สภาพตต้านไฟฟ้าของวัตถุ (Ω∙m)
σ คือ สภาพนำไฟฟ้าของวัตถุ (Ω∙m)-1
แบตเตอรี่
แรงเคลื่อนไฟฟ้า (E) คือ พลังงานที่ถูกถ่ายโอนในแหล่งกำเนิด
ความต่างศักย์ไฟฟ้า (V) คือ พลังงานของประจุที่เคลื่อนอยู่ในวงจรไฟฟ้า
โดยหาได้จากสมการ
I = E/(R+r)
และ
V=E-Ir
ซึ่งเเบตเตอรี่มีการต่อเเบบอนุกรมเเละขนาน *
กำลังไฟฟ้า (POWER)
คือ ความสารมารถทำงานของไฟฟ้าต่อหน่วยเวลา
P=W/t
กำลังทางไฟฟ้า
P=VI=V2/R=I2R
ในทางไฟฟ้านิยมใช้หาความสูญเสียภายในตัวต้านทาน
การคิดค่าไฟ
ค่าไฟฟ้าสามารถคำนวณได้โดยวิธี ดังนี้
Unit = Watt ( ของเครื่องใช้ไฟฟ้า ) x ชั่วโมงใช้งาน / 1000 ( หน่วยเป็น Unit)
*หากมีการคำนวณอุปกรณ์หลายชิ้นให้คิดของแต่ละชิ้นแล้วนำมาบวกกัน*
มิเตอร์ การต่อมิเตอร์
แกลวานอมิเตอร์ (GALVANOMETER)
มิเตอร์วัดกระแสที่ผ่านขดลวดแล้วทำหน้าที่ให้แม่เหล็กหมุนตามหน้าปัดสเกล (สามารถประยุกต์เป็นมิเตอร์อื่นๆได้)
แอมมิเตอร์ (AMMETER)
มิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้าที่ประยุกต์มาจากแกลวานอมิเตอร์ต่ออนุกรมกับวงจร
โวลต์มิเตอร์ (VOLTMETER)
มิเตอร์วัดความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้าที่ประยุกต์มาจากแกลวานอมิเตอร์ต่อขนานกับวงจร
โอห์มมิเตอร์ (OHMMETER)
มิเตอร์วัดความต้านทานไฟฟ้าที่ประยุกต์มาจากแกลวานอมิเตอร์ต่อขนานกับวงจร
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น