กระแสไฟฟ้า Electricity

กระแสไฟฟ้า Electricity

เสนอ
อาจารย์ เอื้ออารี กัลวทานนท์

กระแสไฟฟ้า 1 แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
2 กระแสไฟฟ้า
3
4 ตัวนำไฟฟ้าและฉนวน
5 ความต้านทานและกฎของโอห์ม
6 พลังงานและกำลังไฟฟ้า
วงจรไฟฟ้า
6.1 การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม
การต่อตัวต้านทานแบบขนาน
6.2 การต่อตัวต้านทานแบบผสม

6.3

7 กฎของเคอร์ชอฟฟ์

แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

สัญลักษณ์

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า
แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

สัญลักษณ์

กระแส
พิจารณาในกรณีที่ประจุเคลื่อนที่
(หรือไม่อยู่ในสภาวะสมดุล)
ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า (electric current)
นิยามของกระแสไฟฟ้า (I) คือ ปริมาณ
เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคไฟฟ้าเคลื่อนที่ หรือ ไอออน

ประจุไฟฟ้า ที่ผ่านพื้นที่ภาคตัดในหนึ่ง
ที่เคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า
หน่วยเวลา หรือ "อัตราการไหลของประจุ

ผ่านพื้นที่หน้าตตัดหนึ่งๆ"

ขนาดของกระแสไฟฟ้าเฉลี่ย

หน่วยคือ คูลอมบ์ต่อวินาที (C/s)
ทิศของกระแสไฟฟ้า
หรือ แอมแปร์ (A)
ทิศประจุบวกเคลื่อนที่ ไหลจากบริเวณที่มีศักย์

1 A=1 C/s ไฟฟ้าสูงไปยังศักย์ไฟฟ้าต่ำ

อ็องเดร-มารี อ็องแปร์ ประจุไฟฟ้าพวกนี้เคลื่อนที่ได้อย่างไร ?
(Andre Marie Ampere)
ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้เพราะมีสนาม

ไฟฟ้าอยู่ภายในตัวนำ (อยู่ในสภาวะที่ไม่

สมดุลทางไฟฟ้าเพราะที่ปลายทั้งสองมี

ศักย์ไฟฟ้า)

ความหนาแน่นของกระแส ตัวนำไฟฟ้าและฉนวน
(Current density)
ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างตัวนำไฟฟ้ากับ
ความหนาแน่นของกระแส (J) คือ ฉนวนไฟฟ้าก็คือ จำนวนอิเล็กตรอนอิสระ
ปริมาณกระแสต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ (Free electon)

ความหนาแน่นของกระแสมีความสัมพันธ์
สสารแบ่งเป็นตามความสามารถใน

กับกระแสไฟฟ้า ดังนี้ การนำไฟฟ้าได้หลักๆสองประเภท คือ

เวกเตอร์หนึ่งหน่วยที่ตั้งฉากกับพื้นที่
ความหนาแน่นของกระแสเป็นปริมาณเวกเตอร์

กระแสไฟฟ้าในตัวนำ ซึ่งมีพื้ นที่ตัดขวางสม่ำเสมอ

พิจารณากรณีที่ประจุเคลื่อนที่ในตัวนำ ซึ่งมีพื้นที่ตัดขวางสม่ำเสมอ

กระแสไฟฟ้า

เมื่อ n คือ ความหนาแน่นของประจุ
v คือ อัตราเร็วของอนุภาคไฟฟ้า เรียกว่าอัตราเร็วลอยเลื่อนของประจุ
A คือ พื้นที่หน้าตัดของลวดตัวนำ

ความต้านทานและกฎของโอมห์

ประจุไฟฟ้าพวกนี้เคลื่อนที่ได้อย่างไร ?

อิเล็กตรอนไม่ได้เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงตาม

ตัวนำ แต่มันจะเคลื่อนที่ชนกันเองภายในอะตอม

ของตัวนำ ผลของการชนกัน ทำให้การเคลื่อนที่


ของมันมีทิศไม่แน่นอน

แต่โดยรวมแล้วเหมือนกับว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่
ไปตามตัวนำ (ทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า)
ด้วยความเร็วค่าหนึ่ง

เกิดเป็น “ความต้านทานไฟฟ้านั่นเอง”

เนื่องจากประจุในตัวนำไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างเป็นอิสระ เราสามารถเรียกการต่อต้าน

การไหลของกระแสไฟฟ้าของตัวนำได้ว่า “ความต้านทานไฟฟ้า” (resistance, R)

เนื่องจาก ความต้านทาน ต่อต้านการไหลของ กระแส

ความต่างศักย์ R มีหน่วยเป็น โอห์ม (Ohm)
ใช้สัญลักษณ์ Ω
กฎของโอห์ม (Ohm’s law)

ความต้านทานและสภาพต้านทาน

ในลวดตัวนำค่าของความต้านทานอาจจะขึ้นอยู่กับ

• ชนิดของวัสดุที่ใช้น าไฟฟ้า

• ความยาว (ยาวมากความต้านทานก็มาก)

• พื้นที่ตัดขวางของตัวนำ ρ ขึ้นกับชนิดของตัวนำ
(พื้นที่มากความต้านทานจะน้อยลง)

ρ เรียกว่า สภาพต้านทาน
โอห์มเมตร (Ω/m)

ความนำไฟฟ้า และ สภาพนำไฟฟ้า

ความนำไฟฟ้า (G) คือ ส่วนกลับของ
สภาพนำไฟฟ้า (σ) คือ ส่วนกลับของ

ความต้านทานไฟฟ้า สภาพต้านทานไฟฟ้า
มีหน่วยเป็น 1/โอห์ม หรือ Siemens, S มีหน่วยเป็นซีเมนส์ต่อเมตร (S / m)

ผลของอุณหภูมิที่มีต่อค่าความต้านทาน

จะเพิ่มขึ้นในโลหะบริสุทธิ์ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิสูง
ค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

ในขณะที่โลหะผสมค่าความต้านทานมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมาก

พลังงานและกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

อนุภาคไฟฟ้า +q มีพลังงาน = qV
อนุภาคไฟฟ้า N ตัว เคลื่อนที่จาก A ไป B ใช้เวลา
หน่วยเป็นวัตต์ Watt (W) (หรือ จูล/วินาที(J/s) )
จากกฎของโอห์ม ทำให้ได้ความสัมพันธ์ ดังต่อไปนี้

กำลังไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้า (electric circuit) คือ การให้ความ

ต่างศักย์กับตัวต้านทาน
อุปกรณ์ไฟฟ้าทำงานได้จะต้องมีการให้กระแสไฟฟ้า

ไหลผ่าน
กระแสไฟฟ้าไหลได้โดยการให้ความต่างศักย์คร่อม

อุปกรณ์
แหล่งกาเนิดไฟฟ้าจะสร้างความต่างศักยให้กับ

อุปกรณ์
อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิดจะมีความต้านทาน

วงจรไฟฟ้าง่ายที่สุด = แหล่งกำเนิดไฟฟ้า + ตัวต้านทาน
+ ตัวนำที่ใช้เชื่อมต่อ

เมื่อมีแหล่งกำเนิดความต่างศักย์ต่อเข้ากับตัว

ต้านทาน เราสามารถอาศัย แผนภาพวงจรไฟฟ้า

(electric circuit) มาช่วยในการวิเคราะห์การไหลของ

กระแสไฟฟ้าในวงจรได้

กระแสไฟฟ้าไหลจากศักย์ไฟฟ้าสูงไปศักย์ไฟฟ้าต่ำ
ทิศของกระแสไฟฟ้า จึงมีทิศทางตามลูกศร

ปริมาณต่างๆ (V, I, R) ประยุกต์หาจาก
กฎของโอห์ม (Ohm’s law)

แรงเคลื่ อนไฟฟ้า(E)ของแหล่งกำเนิด
คือ พลังงานที่แหล่งกำเนิดจ่ายให้กับอนุภาคไฟฟ้า
1 คูลอมป์เคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิด
จากกฎอนุรักษ์พลังงาน แสดงว่า

วงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานหลายตัว
• การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม
(series connection)
• การต่อตัวต้านทานแบบขนาน
(parallel connection)
• การต่อตัวต้านทานแบบผสม
(แบบอนุกรม + แบบขนาน )

การต่อความต้านทานแบบอนุกรม

ความต้านทานรวม (Req )
วงจรไฟฟ้าที่ความต้านทานต่อแบบอนุกรม

การต่อความต้านทาน

วงจรไฟฟ้าที่ความต้านทานต่อแบบขนาน

กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้า = ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลออก
กฎของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff’s rule)