ไฟฟ้ากระแสตรง

บทที่ 14 ไฟฟ้ากระแส

ไฟฟ้ากระแส คือ การไหลของอิเล็กตรอนภายใน ตัวนำไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งเช่น ไหลจาก แหล่งกำเนิดไฟฟ้าไปสู่แหล่ง ที่ต้องการใช้กระ แสไฟฟ้า ซึ่งก่อให้เกิด แสงสว่าง เมื่อกระแส ไฟฟ้าไหลผ่านลวด ความต้านทานสูงจะก่อให้ เกิดความร้อน เราใช้หลักการเกิดความร้อน เช่นนี้มาประดิษฐ์อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น เตาหุงต้ม เตารีดไฟฟ้า เป็นต้น

แบ่งเป็น 2 ชนิด
- ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C )
- ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. )

ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C )
          เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปทางเดียว ตลอดระยะเวลาที่วงจรไฟฟ้าปิดกล่าว คือ กระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วบวก ภายในแหล่งกำเนิด ผ่านจากขั้วบวกจะไหลผ่านตัวต้านหรือโหลดผ่านตัวนำไฟฟ้าแล้ว ย้อนกลับเข้าแหล่งกำเนิดที่ขั้วลบ วนเวียนเป็นทางเดียวเช่นนี้ตลอดเวลา การไหลของไฟฟ้ากระแสตรงเช่นนี้ แหล่งกำเนิดที่เรารู้จักกันดีคือ ถ่าน-ไฟฉาย ไดนาโม ดีซี เยนเนอเรเตอร์ เป็นต้นแบ่งออกเป็น 2 ประเภท
              ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทสม่ำเสมอ (Steady D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง อันแท้จริง คือ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ที่ไหลอย่างสม่ำเสมอตลอดไปไฟฟ้ากระแสตรงประเภทนี้ได้มาจากแบตเตอรี่หรือ ถ่านไฟฉาย

              ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทไม่สม่ำเสมอ ( Pulsating D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นช่วงคลื่นไม่สม่ำเสมอ ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดนี้ได้มาจากเครื่องไดนาโมหรือ วงจรเรียงกระแส (เรคติไฟ )

คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสตรง

• กระแสไฟฟ้าไหลไปทิศทางเดียวกันตลอด
• มีค่าแรงดันหรือแรงเคลื่อนเป็นบวกอยู่เสมอ
• สามารถเก็บประจุไว้ในเซลล์ หรือแบตเตอรี่ได้

ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสตรง

• ใช้ในการชุบโลหะต่างๆ
• ใช้ในการทดลองทางเคมี
• ใช้เชื่อมโลหะและตัดแผ่นเหล็ก
• ทำให้เหล็กมีอำนาจแม่เหล็ก
• ใช้ในการประจุกระแสไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่
• ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
• ใช้เป็นไฟฟ้าเดินทาง เช่น ไฟฉาย

ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. )

          เป็นไฟฟ้าที่มีการไหลกลับไป กลับมา ทั้งขนาดของกระแสและแรงดันไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คือ กระแสจะไหลไปทางหนึ่งก่อน ต่อมาก็จะไหลสวนกลับแล้ว ก็เริ่มไหลเหมือนครั้งแรก          ครั้งแรกกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นหนัก เริ่มต้นจากศูนย์ แล้วค่อยๆเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนถึงขีดสุด แล้วมันจะค่อยๆลดลงมาเป็นศูนย์อีกต่อจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นปะลดลงเรื่อยๆจนถึงขีด ต่ำสุด แล้วค่อยๆ เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงศูนย์ตามเดิมอีก เมื่อเป็นศูนย์แล้วกระแสไฟฟ้าจะไหลไปทางลูกศรเส้นหนักอีกเป็นดังนี้ เรื่อยๆไปการที่กระแสไฟฟ้าไหลไปตามลูกศร เส้นหนักด้านบนครั้งหนึ่งและไหลไปตามเส้นประด้านล่างอีกครั้งหนึ่ง เวียน กว่า 1 รอบ ( Cycle )

ความถี่
          หมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับที่เปลี่ยนแปลงใน 1 วินาที กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยใช้ไฟฟ้าที่มี ความถี่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งหมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้าสลับที่เปลี่ยนแปลง 50 รอบ ในเวลา 1 วินาที
คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสสลับ

• สามารถส่งไปในที่ไกลๆได้ดี กำลังไม่ตก
• สามารถแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงได้ตามต้องการโดยการใช้หม้อแปลง(Transformer)

ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสสลับ

• ใช้กับระบบแสงสว่างได้ดี
• ประหยัดค่าใช้จ่าย และผลิตได้ง่าย
• ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการกำลังมากๆ
• ใช้กับเครื่องเชื่อม
• ใช้กับเครื่องอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เกือบทุกชนิด

การนำไฟฟ้า

          ตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวกลางให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน การนำไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอนอิสระ ไอออนบวก ไอออนลบ

กระแสไฟฟ้าในตัวนำ

• สำหรับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านนตัวนำนั้นสามารถคำนวณหาขนาดได้จากสมการ
  
  
  
• สำหรับขนาดของประจุ ( Q ) ที่ไหลผ่านตัวนำเราสามารถหาได้จากสมการ
  
  
  
• การคำนวณหาปริมาณกระแสไฟฟ้าซึ่งเกิดในเส้นลวดตัวนำนั้นยังอาจหาได้จากสมการ
  
  

I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
Q = จำนวนประจุทั้งหมด มีหน่วยเป็นคูลอมบ์
t = เวลาที่อนุภาคเคลื่อนที่ผ่าน มีหน่วยเป็นวินาที
n = จำนวนอิเลคตรอนอิสระในหนึ่งหน่วยปริมาตร ของตัวนำ
e = ประจุไฟฟ้าของอิเลคตรอน = 1.6x10-19 คูลอมบ์
v = ความเร็วของอิเลคตรอนในตัวนำ หน่วยเป็น เมตร/วินาที
A = พื้นที่ภาคตัดขวางของตัวนำ หน่วยเป็น ตารางเมตร ทิศของกระแสไฟฟ้าจะมีทิศทางไปทางเดียวกับสนามไฟฟ้า หรือจากจุด ที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ แต่จะมีทิศทางตรงข้ามกับกระแสอิเลคตรอน(ประจุลบ)

กฎของโอห์ม
           เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในตัวนำ จะแปรผันตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง ปลายทั้งสองของตัวนำนั้น




V = ความต่างศักย์ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)
I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
R = ความต่านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม

ความต้านทานและสภาพต้านทาน







R = ความต้านทานไฟฟ้า
P = สภาพต้านทาน
L = ความยาว
A = พื้นที่หน้าตัด (ตร.ม.)อุปกรณ์วัดทางไฟฟ้า

• แอมมิเตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ถูกดัดแปลงมาจากแกลแวนอมิเตอร์ จะมีความต้านทานน้อยเพื่อวัดกระแสได้มากๆ ใช้วัดกระแสไฟฟ้าโดยการต่อแบบอนุกรม
• โวลต์มิเตอร์ ใช้วัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าโดยนำไปต่อแบบขนานกับวงจร โวลต์มิเตอร์ที่ดีจะต้องมีความต้านทานมากเพื่อกระแสไฟฟ้าจะได้ผ่านน้อย