ไฟฟ้าเบื้องต้น โครงสร้างของอะตอม แหล ่ งกา เน ิ ดไฟฟ้ า กฎของโอห์ม
โครงสร้างของอะตอม ◼ อะตอม หมายถ ึ ง หน ่ วยท ี่เลก ็ ท ี่ส ุ ดของธาตอะตอม ุ ประกอบด้วยอนุภาคส าคัญ 3 ส ่ วนค ื อโปรตอน ม ีประจุ ไฟฟ้าเป็ นบวก นิวตรอนมีคุณสมบัติเป็ นกลางทางไฟฟ้า และอ ิ เลก ็ ตรอนม ีประจ ุ ไฟฟ้ าเป็ นลบ โดยม ี ส ่ วนทเป็ นใจ ี ่ กลางของอะตอมเร ี ยกวา ่ น ิ วเคล ี ยส ซ ่ ึ งประกอบดว ้ ย โปรตรอนและน ิ วตรอน ส ่ วนอ ิ เลก ็ ตรอนน ้ น ั จะโคจรอย ู ่ รอบๆ นิวเคลียส
โครงสร้างอะตอม
อิเล็กตรอนอิสระ อะตอมของวตัถ ุ สสาร หร ื อธาต ุ ต ่ างๆ เม ื่อไดร ้ับพลงังานหร ื อแรง กระต ุ น ้ ส ่ งผลใหอ ้ิ เลก ็ ตรอนท ี่เบาและว ิ่งเคล ื่อนท ี่รอบน ิ วเคล ี ยสหลุดออกจาก วงโคจรเด ิ มไปส ู ่ วงโคจรของอะตอมขา ้ งเค ี ยงเป็ นผลใหเ ้ ก ิ ดความไม ่ สมด ุ ลของ ศกัยไ์ฟฟ้ าข ้ึ นระหวา ่ งประจ ุ บวก(+) และประจุ (-) เก ิ ดความต ่ างศกัยทางไฟฟ้า ์ ข ้ึ นมาระหวา ่ งอะตอม ค ื ออะตอมท ี่ขาดอ ิ เลก ็ ตรอนไปจะแสดงอา นาจไฟฟ้า ออกมาเป็ นบวก (+) อะตอมท ี่ม ี อ ิ เลก ็ ตรอนเพ ิ่มข ้ึ นจะแสดงอา นาจออกมาเป็ น (-) อิเล็กตรอนตัวที่หลุดเคลื่อนที่ไปยังอะตอมอื่นๆ มีชื่อเรียกวา ่ "อิเล็กตรอนอิสระ"(Free Electron)
ไฟฟ้ าเก ิ ดข ้ึ นไดจ ้ ากแหล ่ งกา เน ิ ดแตกต ่ างกนัแยกออกไดเ ้ป็ น 6 วิธ ี ดงัน ้ ี ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี เช่น จากแท่งยางกับผ้าขนสัตว์ แท่งแก้วกับ ผ้าแพร แผ่นพลาสติกกับผ้า และหวีกับผม
ไฟฟ้าเกิดจากการท าปฏิกิริยาทางเคมี เกิดจากการน าโลหะ 2 ชนิดที่ แตกต่างกันเช่น สังกะสีกับทองแดงจุ่มลงในสารละลายอิเล็กโทรไลท์ โลหะทั้งสองจะท าปฏิกริยาเคมี กับสารละลายอิเล็กโทรไลท์
ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน เกิดขึ้นได้โดยน าแท่งโลหะหรือแผ่นโลหะต่างชนิดกันมา 2 แท่ง หรือ 2 แผ่น เช่น ทองแดง และเหล็ก น าปลายข้างหนึ่งของโลหะทั้งสองต่อติดกัน โดยการเชื่อมหรือยึดด้วยหมุด ปลายที่เหลืออีกด้านน าไปต่อกับเข้า มิเตอร์วัดแรงดัน
ไฟฟ้าเกิดจากแสงสว่าง สารบางชนิดเมื่ออยู่ในที่มืดจะแสดงปฎิกิริยาใดๆออกมา แต่เมื่อถูก แสงแดดแล้วสารนั้นสามารถที่จะปล่อยอิเล็กตรอน ได้
ไฟฟ้าเกิดจากแรงกดดัน ผลึกของวัตถุบางอย่างถ้า ถูกกดจะท าให้เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นได้ เช่น หิน เขี้ยวหนุมาน หินทูมาลีน และเกลือโรเลล์ซึ่งแสดงให้ เห็นได้อย่างดีว่าแรง กดเป็นต้นก าเนิดไฟฟ้า
ไฟฟ้าเกิดจากสนามแม่เหล็ก ไมเคิล ฟาราเดย์นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษพบว่าเมื่อน าแท่งแม่เหล็ก เคลื่อนที่ผ่าน ขดลวดหรือน า ขดลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก จะเกิด แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวน าขึ้นในขดลวด
ไฟฟ้ าเก ิ ดข ้ึ นไดจ ้ ากแหล ่ งกา เน ิ ดหลายๆ แบบ ซ่ึ งแบ ่ งเป็ น 2 แบบใหญ ่ ๆไดด ้ งัน ้ ี ไฟฟ้าสถิต คือ ไฟฟ้าที่เกิดจากการเสียดสีเมื่อเอาวัตถุบางอย่าง มาถูกันจะท าให้เกิดพลังงานขึ้น ซึ่งพลังงานนี้สามารถ ดูดเศษ กระดาษหรือฟางข้าวเบาๆได้
ไฟฟ้ากระแส ไฟฟ้ากระแสคือ การไหลของอิเล็กตรอนภายใน ตัวน าไฟฟ้าจาก ที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งไฟฟ้ากระแสแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ 1.ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current หรือ D .C ) เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปทางเดียวตลอดระยะเวลาที่ วงจรไฟฟ้าปิด 2.ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current หรือ A.C. ) เป็นไฟฟ้าที่มีการไหลกลับไป กลับมา ทั้งขนาดของกระแสและ แรงดันไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คือ กระแสจะไหลไปทางหนึ่งก่อน ต่อมาก็จะไหลสวนกลับแล้ว ก็เริ่มไหลเหมือนครั้งแรก
รูปสัญญาณไฟฟ้ากระแส
เปลย ี ่ นหน ่ วยทางไฟฟ้ า หน่วยวัดพื้นฐานทางไฟฟ้า ได้แก่ แอมแปร์ A โวลต์ V และโอห์ม W ซึ่งจะ ใช้ในการแสดงปริมาณกระแสไฟฟ้า ขนาดของแรงดัน และค่าความ ต้านทาน เพื่อให้เกิดความสะดวกจึงมีการใช้ตัวคูณมาใช้ในการแสดงค่า หน่วยทาง ไฟฟ้า สัญลักษณ์ หน่วยเทียบ Mega M 1,000,000 Kilo K 1,000 Milli m 0.001 Micro u 0.000001
กฎของโอห์ม เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ เมื่อ I (Current) = กระแสไฟฟ้ า ม ี หน ่ วยแอมปร ์(A) R ( Resistance) = ความตา ้ นทาน ม ี หน ่ วยโอห ์ ม () V (Voltage) = แรงดนัไฟฟ้ า ม ี หน ่ วย โวลต ์(V)
ก าลังไฟฟ้า ก าลังไฟฟ้า Electrical Power เป็นก าลังไฟฟ้าที่ใช้ไปในการท าให้เกิด พลังงานในรูปต่างๆ เช่น พลังงานความร้อน พลังงานแสงสว่าง พลังงาน กล มีหน่วยเป็น วัตต์ Watt ใช้สัญลักษณ์เป็น " W " ตามชื่อของ James Watt ซึ่งก าลังไฟฟ้ามีสูตรการค านวณดังนี้
แบบฝึกหัด 1. หน่วยที่เล็กที่สุดของธาตุคือ ก. อะตอม ข. ธาตุค. ของเข็ง ง. ของเหลว 2. เซลล์ทุติยภูมิ คือแหล่งก าเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จาก ก. กัลวานอมิเตอร์ข. แบตเตอร์รี่ ค. ถ่านไฟฉายแบบชาร์ทไฟได้ง. ถูกทั้ง ข.และ ค 3. สิ่งที่ท าให้อิเล็คตรอนเกิดการเคลื่อนที่คืออะไรอะไร ก. กระแสไฟฟ้าข. แรงดันไฟฟ้า ค. ค่าความต้านทาน ง. ก าลังไฟฟ้า 4. โวลต์คือหน่วยวัดของอะไร ก. กระแสไฟฟ้าข. แรงดันไฟฟ้า ค. ค่าความต้านทาน ง. ก าลังไฟฟ้า 5. โอห์ม คือหน่วยวัดอะไร ก. กระแสไฟฟ้าข. แรงดันไฟฟ้า ค. ค่าความต้านทาน ง. ก าลังไฟฟ้า
6. ก าลังงานไฟฟ้า ค านวณได้จากผลคูณของกระแสไฟฟ้ากับอะไร ก. แรงดันไฟฟ้าข. ค่าความต้านทานไฟฟ้า ค. แรงดัน ยกก าลังสอง ง. ก าลังไฟฟ้า 7. หน่วยเทียบของมิลลิมีค่าเท่ากับข้อใด ก. 100,000 ข. 1,000 ค. 0.001 ง. 0.000001 8. ค่าความต้านทานไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ ก. P/I2 ข. I.V ค. P.I2 ง. I 2 .R
การวิเคราะหว์งจรไฟฟ้าเบอื้งต้น วงจรไฟฟ้าวงจรไฟฟ้าคือการน าเอาแหล่งจ่ายไฟฟ้ามาจ่ายแรงดันและกระแสให้กับโหลด โดยผ่านลวดตัวน า และ ใช้สวิตช์ในการเปิดปิดวงจรเพื่อตัดหรือต่อกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลด ในทางปฏิบัติจะมีฟิวส์ในวงจรเพื่อป้องกัน ปัญหาข้อผิดพลาดที่จะเกิดกับวงจรและอุปกรณ์ เช่น โหลดเกิน หรือไฟฟ้าลัดวงจร วงจรไฟฟ้าเบื้องต้นที่ควรศึกษา มีอยู่ 3 ลักษณะคือ วงจรอนุกรม, วงจรขนานและวงจรผสม โหลดหรือภาระทางไฟฟ้าคืออุปกรณ ์ ทางไฟฟ้ าและอิเลก ็ ทรอนิกส ์ ที่นา มาต่อในวงจรเพื่อใชง ้ าน เช่นตู้เย็น, โทรทัศน์, พัดลม, เครื่องปรับอากาศ, เตารีด, หลอดไฟ, ตัวต้านทาน เป็ นต้น1.
1. วงจรอนุกรม วงจรอนุกรมหมายถึง การน าเอาอุปกรณ์ทางไฟฟ้ามาต่อกันในลักษณะที่ปลายด้านหนึ่งของอุปกรณ์ตัวที่ 1 ต่อเข้ากับอุปกรณ์ตัวที่ 2 จากนั้นน าปลายที่เหลือของอุปกรณ์ตัวที่ 2 ไปต่อกับอุปกรณ์ตัวที่ 3 และจะต่อลักษณะนี้ไปเรื่อยๆ ซึ่งการต่อแบบนี้จะท าให้ 1.1 กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวกระแสไฟฟ้าภายในวงจรอนุกรมจะมีค่าเท่ากันทุกๆจุด 1.2 ค่าความต้านทานรวมของวงจรอนุกรมนั้นคือการน าเอาค่าความต้านทานทั้งหมดน ามารวมกัน 1.3 ความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรอนุกรมนั้นความต่างศักย์จะปรากฎคร่อมตัวต้านทานทุกตัวที่จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ซึ่งความต่าง ศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะมีค่าไม่เท่ากันโดยสามารถค านวนหาได้จากกฎของโอห์ม
2. วงจรขนาน วงจรขนานหมายถึง วงจรที่เกิดจากการต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปให้ขนานกับแหล่งจ่ายไฟมีผลท าให้ 2.1 ค่าของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละแถวมีค่าเท่ากันและเท่ากับความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์ของ แหล่งจ่ายไฟ 2.1 ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าจะแยกไหลมีตั้งแต่ 2 ทิศทางขึ้นไปตามจ านวนแถวที่ขนานกันของวงจร 2.3 ค่าความต้านทานรวมภายในวงจรขนานจะมีค่าเท่ากับผลรวมของส่วนกลับของค่าความต้านทานทุกตัวรวมกัน ซึ่งค่าความ ต้านทานรวมภายในวงจรไฟฟ้าแบบขนานจะมีค่าน้อยกว่าค่าความต้านทานภายในสาขาที่มีค่าน้อยที่สุดเสมอ
3. วงจรผสม วงจรผสมหมายถึง การน าอุปกรณ์ไฟฟ้ามาต่อวงจรไฟฟ้าโดยการต่อรวมกันระหว่างวงจรไฟฟ้า แบบอนุกรมกับวงจรไฟฟ้าแบบขนาน ภายในวงจรโหลดบางตัวต่อวงจรแบบอนุกรม และโหลด บางตัวต่อวงจรแบบขนาน การต่อวงจรไม่มีมาตรฐานตายตัว เปลี่ยนแปลงไปตามลักษณะการ ต่อวงจรตามต้องการ การวิเคราะห์แก้ปัญหาของวงจรผสม ต้องอาศัยหลักการท างานตลอดจน อาศัยคุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าทั้งแบบอนุกรมและแบบขนาน