วันจันทร์ที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2552

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง

ความรู้เรื่องไฟฟ้าทั่วไป
1.1 ทฤฎีอิเล็กตรอน (Electron Theory)
สสารต่างๆ มีอยู่ 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และ ก๊าซ ซึ่งสสารทั้ง 3 สถานะนี้อาจจะอยู่ในรูปของธาตุ สารประกอบ และของผสม อย่างใดอย่างหนึ่ง ของแข็งของเหลวและก๊าซนี้ต่างประกอบขึ้นจากส่วนเล็กๆ ซึ่งเรียกว่า โมเลกุล (Molecule) และ 1 โมเลกุลนั้น เมื่อแบ่งลงไปเรื่อยๆ จนกระทั่งเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ เรียกว่า อะตอม (Atom)
สารที่โมเลกุลของมันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน เรียกว่า ธาตุ (Element)
สารที่โมเลกุลของมันประกอบด้วยอะตอมต่างชนิดกัน เรียกว่า สารประกอบ (Compound) เช่น โมเลกุลของน้ำ จะประกอบด้วย ไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม
ในอะตอมหนึ่งๆ แต่ละชนิด ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานสำคัญ 3 ส่วนตือ โปรตอน (Proton) นิวตรอน (Neutron) และอิเล็กตรอน (Electron)
โปรตอน มีอำนาจไฟฟ้า บวก
นิวตรอน มีอำนาจไฟฟ้า กลาง
อิเล็กตรอน มีอำนาจไฟฟ้า ลบ
โปรตอนและนิวตรอนอยู่ภายในนิวเคลียส (Nucleus) อิเล็กตรอนที่มีอำนาจเป็นลบจะวิ่งอยู่รอบๆนิวเคลียสด้วยความเร็วสูง อิเล็กตรอนเบากว่าโปรตอนประมาณ 1850 เท่า เพราะอิเล็กตรอนเบามากนี่เองจึงถูกแรงไฟฟ้าทำให้เคลื่อนที่ไปได้ โดยสภาพปกติทั่วๆไปแล้ว อะตอมของธาตุที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นกลาง ในอะตอมหนึ่งๆ จะมีจำนวนโปรตอนที่เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนเสมอ เช่น อะตอมของไฮโดรเจน ที่นิวเคลียสจะมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอนรอบๆ 1 ตัว อะตอมของฮีเลียม ที่นิวเคลียสจะมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอนโคจรรอบๆ 2 ตัว
1.2 วงอิเล็กตรอน (Electron Shell)
ในอะตอมของสารที่มีอิเล็กตรอนโคจรเป็นวงรอบๆ นิวเคลียสนั้นๆ แต่ละวงจะมีอิเล็กตรอนแตกต่างกันออกไป อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะมีพลังงานที่ขึ้นอยู่กับค่า N โดยกำหนดให้ระดับพลังงานต่ำที่สุดคือ n=1 ระดับที่สูงขึ้นไปคือ n= 2,3,4,…….ขึ้นไปตามลำดับ ระดับพลังงานนี้จะถูกแบ่งเป็นวง (Shell) ซึ่งแทนด้วยตัวอักษร K,L,M,N,O,P,Q จำนวนอิเล็กตรอนที่มีได้มากที่สุดในระดับพลังงานระดับใดระดับหนึ่งมีค่าเท่ากับ เช่นในชั้น K จะมีอิเล็กตรอนได้อย่างมากที่สุดเท่ากับ =2 ตัวเป็นต้น นอกจากนี้อิเล็กตรอนในวงนอกสุดจะต้องมีไม่เกิน 8 ตัว เช่น อะตอมของทองแดงมีอิเล็กตรอน 29 ตัว แบ่งตามวงได้ดังนี้
วง K มีอิเล็กตรอนได้ = 2 ตัว (n=1)
วง L มีอิเล็กตรอนได้ = 8 ตัว(n=2)
วง M มีอิเล็กตรอนได้ = 18 ตัว(n=3)
วง N มีอิเล็กตรอนได้ 1 ตัว
1.3 วาเลนซ์อิเล็กตรอน (Valence Electron)
วงของอิเล็กตรอนที่มีบทบาทในการรวมตัวกับอะตอมของธาตุอื่น คือวงที่อยู่ชั้นนอกสุดและจำนวนอิเล็กตรอนในวงชั้นนอกสุดนี้จะมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 8 ตัว
วงที่อยู่ชั้นนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์เชลล์ (Valence Shell)
อิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน (Valence Electron)
1.4 อิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron)
เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับตัวนำไฟฟ้า หรือเมื่อให้พลังงานแก่อิเล็กตรอน เช่น ความร้อน แสงรังสี หรือพลังงานรูปอื่นๆ จะทำให้อิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุดของอะตอม หรือที่เรียกว่าValence Electron ถูกผลักให้หลุดออกจากวงโคจร กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) ซึ่งอิเล็กตรอนอิสระนี่เองทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำ
1.5 แรงดัน ความต่างศักย์ทางไฟฟ้า
แรงดันที่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในตัวนำ แล้วทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นนั้นอาจจะเรียกว่า
1) แรงเคลื่อนไฟฟ้า (Electromotive Force)
2) แรงดันไฟฟ้า (Voltage)
3) ความต่างศักย์ไฟฟ้า (Difference in Potential)
เมื่อมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างตัวประจุไฟฟ้าทั้งสองที่มีตัวนำให้ถึงกันจะทำให้อิเล็กตรอนไหลไปตามตัวนำ โดยจะไหลออกจากตัวประจุไฟฟ้าลบไปสู่ตัวประจุไฟฟ้าบวก การไหลของอิเล็กตรอนจะมีต่อเนื่องกัน แรงที่ผลักดันให้อิเล็กตรอนไหลได้มากหรือน้อย คือ แรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งเกิดจากความต่างศักย์ของประจุไฟฟ้า แต่เนื่องจากศักย์ของการประจุไฟฟ้าแต่ละตัววัดเป็น โวลต์ ด้วย และแรงดันไฟฟ้าก็ต้องวัดเป็นโวลต์ตามความต่างศักย์ระหว่างประจุไฟฟ้าสองตัว ซึ่งจะทำให้เกิดมีแรงดันไฟฟ้าขึ้นได้นี้ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า โวลเตจ (Voltage)
1.6 วิธีการเบื้องต้นในการทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า
(Prinmary Methods of Producing a Voltage)
การที่จะทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นได้นั้น สามารถทำได้ 6 วิธีด้วยกันคือ
1) การขัดสี (Friction) แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยการนำวัตถุสองชนิดมาถูกัน
2) แรงกดดัน (Pressure) แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยการบีบตัวของผลึก (Crystal) ของสารชนิดหนึ่ง
3) ความร้อน (Heat) แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยการให้ความร้อนที่จุดต่อของโลหะที่ต่าวชนิดกัน
4) แสงสว่าง (Light) แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยเมื่อแสงสว่างกระทบกับกับสารเคมีที่ไวต่อแสง
5) กิริยาเคมี (Chemical Action) แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยปฏิกิริยาเคมี (Chemical Reaction) เช่นแบตเตอรี่
6) อำนาจแม่เหล็ก (Magnetism) แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนำไฟฟ้าได้เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ผ่านตัวนำ ซึ่งลักษณะเช่นนี้ ตัวนำจะตัดเส้นแรงสนามแม่เหล็ก
1.7 หน่วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า (Unit of Electromotive Force)
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเขียนแทนด้วย E มีหน่วยเป็น โวลต์ ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิด 1 โวลต์ ระหว่างสองจุด เกิดจากงานที่ใช้ไป 1 จูล (Joule) เพื่อทำให้ปริมาณไฟฟ้าเคลื่อนที่ไประหว่างจุดทั้งสองได้ 1 คูลอมบ์ หรือแรงเคลื่อน 1 โวลต์ หมายถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ทำไห้กระแสไฟฟ้า 1 แอมป์ ไหลผ่านความต้านทาน 1 โอห์ม
การแปลหน่วยของโวลต์ เปลี่ยนเป็นหน่วยที่เล็กกว่าและใหญ่กว่าโวลต์ได้ดังนี้
1 milli-Volt (mV) = = Volts
1 kilo-volt (kV) = = 1000 Volts
1 Mega-Volt (MV) = = 1000000 Volts
1.8 กระแสไฟฟ้า (Electric Current)
กระแสไฟฟ้า เขียนแทนด้วย I มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (Ampere) กระแส 1 แอมแปร์ หมายถึงปริมาณอิเล็กตรอนจำนวน ตัว หรือคูลอมบ์ ไหลผ่านจุดใดจุดหนึ่งในเวลา 1 วินาทีได้
ถ้านำเอาตัวนำต่อระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ จะปรากฏว่า อิเล็กตรอนที่อยู่ทางขั้วลบจะวิ้งผ่านตัวนำเข้าหาโปรตอนทางขั้วบวกทันที การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้เรียกว่ากระแสอิเล็กตรอน (Electric Current) ในทางตรงข้าม จะเกิดกระแสของประจุบวกไหลสวนทางกับกระแสอิเล็กตรอน ซึ่งเรียกกระแสนี้ว่ากระแสสมมุติหรือกระแสนิยม (Conventional Current) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า กระแสไฟฟ้า (Electric Current)
ปริมาณของไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ (Coulomb) มีจำนวนอิเล็กตรอน ตัวใช้สัญลักษณ์ของคูลอมบ์ คือ Q
กระแสไฟฟ้าวัดได้จากการไหลของอิเล็กตรอน ตัว หรือ1 คูลอมบ์ สามารถเคลื่อนที่ผ่านจุดนั้นในเวลา 1 วินาที ปริมาณของอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านมีค่า 1 แอมแปร์ (Ampere)


เมื่อ
I คือ กระแสไฟฟ้า หน่วย แอมแปร์
Q คือ ปริมาณไฟฟ้า หน่วย คูลอมบ์
T คือ เวลา หน่วย วินาที
หน่วยของกระแสไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนเป็นหน่วยใหญ่กว่าและเล็กกว่าแอมแปร์ได้ดังนี้
Microamp = Amp
Milliamp = Amp
Kiloamp = Amp

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น