หน่วยที่ 5 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไฟฟ้า

ความรู้เบ้อื งต้นเก่ยี วกับไฟฟา้

โครงสร้างของอะตอม

ธาตุ (Elements)

ประกอบจากสสาร จนกลายเป็นธาตุชนิดต่าง ๆ
เช่น ทองแดง, อลูมเิ นยี ม, เงนิ , ทองคา, ปรอท เปน็ ตน้

อะตอม (Atom)

คอื อนุภาคทเ่ี ล็กที่สุดของธาตุ ไมส่ ามารถอยตู่ ามลาพังได้
ต้องอยู่รวมกนั เป็นโมเลกลุ (Molegul) ภายในอะตอมจะประกอบ
ไปด้วยทีอ่ ยู่แกนกลางคือนวิ เครยี ส (Neucleus) ภายในนวิ เครยี สป
ระกอบดว้ ยโปรตรอน ซึ่งมศี กั ยไ์ ฟฟ้าเป็นบวก (Positive Charge)
และนิวตรอน (Neutron) มีสภาพเปน็ กลางทางไฟฟ้า ส่วนที่อยรู่ อบ
นอกมีวงโคจรความเร็วสงู อาจมีวงเดียวหรือหลายวงกไ็ ด้ วงนอกสดุ
นั้นเรียกว่าอิเลก็ ตรอน (Electron) ซึ่งมีคณุ สมบตั ิทางไฟฟ้าเปน็ ลบ
(Negative Charge)

โครงสรา้ งของอะตอม

การแบ่งสารทางไฟฟา้

การแบ่งสารทางไฟฟ้าสามารถแบง่ ออกได้เป็น 3 ชนดิ คือ

1. ตัวนา เป็นสารที่อยู่วงนอกสุดประมาณ 1-3 ตัว เมื่อให้พลังงานเพียงเล็กน้อย
จะทาให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรเคล่ือนที่ไปในช้ันสารได้ง่าย มีผลทาให้
สารนน้ั เปน็ ตัวนาได้ เชน่ ทองแดง, อลมู เิ นยี ม ฯลฯ เป็นตน้

2. ฉนวน เป็นสารอเิ ลก็ ตรอนวงนอกสุด ทย่ี ึดเก่ียวกบั อะตอมอนื่ ๆ ทาให้
อเิ ล็กตรอนอสิ ระนอ้ ย จึงไมเ่ กิดการนากระแส เช่น ไมก้า, เซรามคิ ฯลฯ เป็นต้น
3. สารกึง่ ตัวนา เปน็ สารทมี่ ีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด 4 ตวั เมอ่ื ได้รับอุณหภูมสิ งู ข้ึน
จะเปลยี่ นสภาพเป็นสภาวะตัวนา ท่นี ามาทาเปน็ สารกง่ึ ตวั นา ไดแ้ ก่ ซลิ ิกอน และ
เยอรมันเนยี ม เปน็ ต้น

ประจุไฟฟ้า (Charge of Electricity)

ประจุไฟฟ้า หมายถึง ปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปใน
ตวั นาไฟฟา้ การขัดสีระหวา่ งวตั ถุ 2 ชนิด เช่น การเอาแท่งแก้วถูกับผ้า
ไหม แท่งแก้วจะถ่ายทอดอิเล็กตรอนให้แก่ผ้าไหม ทาให้แท่งแก้วเกิด
ประจุบวก และผ้าไหมเกดิ ประจุลบ

เม่ือมีการนาเอาวัตถุ 2 ชนดิ ท่มี ปี ระจุไฟฟา้ ไมเ่ ท่ากันมาวาง
ใกล้ ๆ กันจะไม่เกิดการถา่ ยเทอิเล็กตรอน ซ่ึงไมส่ ามารถทาใหป้ ระจุ
ไฟฟา้ ถ่ายเทเข้าหากันได้ ซง่ึ มีผลทาใหไ้ ม่มีกระแสไฟฟ้าไหล เรยี กวา่
ไฟฟ้าสถิตย์ (Static Electricity)

ประจไุ ฟฟา้ (Charge of Electricity)

การเกิดประจไุ ฟฟา้

การท่ที าให้อเิ ล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรจะมผี ลทาให้เกิดประจุ
ไฟฟา้ มหี ลายวธิ ี ไดแ้ ก่
1. การขัดสี (Friction) เกดิ จากการนาเอาวัตถุตา่ งชนิดมาถกู นั

2. ความร้อน (Heat) การให้ความรอ้ นที่จดุ ต่อของโลหะต่าง
ชนิดกัน

3. แรงกดดัน (Pressure) เกิดโดยการกดดันของผลึกในสารบาง
ชนิด เช่น ผลกึ ควอทช์ (Quartz)

4. แสงสว่าง (Light) เกดิ จากการให้แสงสว่างมาตกกระทบกบั
สารทม่ี ีความไวตอ่ แสง เช่น โฟโตเซล

5. แมเ่ หลก็ (Magnetism) เกดิ จากตวั นาเคลื่อนท่ผี ่าน
สนามแมเ่ หล็ก

6. ปฏกิ ิรยิ าเคมี (Chemical Action) เกดิ จากปฏกิ ริ ยิ าเคมใี นเซลไฟฟา้

แรงดนั ไฟฟา้ (Electrical Voltage)

แรงดันไฟฟ้าเกิดจากการแยกประจุบวกและประจุลบออก
จากกันเพ่ือทาใหป้ ระจทุ ง้ั สองเปน็ กลาง ซงึ่ มผี ลทาให้เกดิ ความตา่ ง
ศักย์ทางไฟฟ้า แรงดัน 1 โวล์ท คือแรงดันที่ทาให้กระแส 1
แอมแปร์ไหลผา่ นเขา้ ไปในความตา้ นทาน 1 โอหม์

หนว่ ยของแรงดนั ไฟฟา้

ชนิดของแรงดนั ไฟฟ้า

1. แรงดนั ไฟฟา้ กระแสตรง (Direct Voltage)
ขนาดของข้วั แรงดันไฟฟา้ จะคงท่ตี ลอด ไมม่ ีการ

เปล่ียนแปลงสญั ลักษณ์ (-)

ชนดิ ของแรงดันไฟฟ้า

2. แรงดันไฟฟา้ กระแสสลบั (Alternating Voltage)

ขนาดและข้วั ของแรงดันไฟฟา้ จะมกี ารเปลย่ี นแปลง
ตลอดเวลา มีลกั ษณะเปน็ Sine Wave (~ )

แหลง่ กาเนดิ ไฟฟา้

แหล่งกาเนิดไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้า หมายถึงแหล่งพลังงานท่ี
สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าออกมาใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าท่ัว ๆ ไปได้ มี
ดงั ต่อไปน้คี ือ

1. แบตเตอร่ี (Battery) เป็นแหลง่ กาเนดิ ไฟฟ้า อาศยั การ
เปลีย่ นแปลงทางดา้ นเคมีท่ีบรรจุ ภายใน ซ่ึงเซลล์แตล่ ะเซลล์ ของ
แบตเตอร่จี ะตอ่ เป็นอนกุ รม ขนาน หรือแบบผสมขน้ึ อย่กู บั ขนาดของ
แรงดันและกระแสทต่ี อ้ งการ

1. แบตเตอรี่ (Battery)

แรงดันไฟฟ้าชนดิ ต่าง ๆ ท่ีได้จากเซลล์แบตเตอร่ขี ้นึ อย่กู บั วสั ดทุ ี่ใชใ้ น
การสร้าง สามารถแบ่งออกไดเ้ ป็น 2 กลุ่มคอื

1. แบตเตอรีแ่ บบปฐมภมู ิ (Primary Cell)
2. แบตเตอรแี่ บบทตุ ิยภูมิ (Secondary Cell)

แบตเตอรแ่ี บบปฐมภมู ิ

คือแบตเตอรท่ี ่ีใชแ้ ลว้ เกดิ การทาปฏิกริ ิยาเคมีภายใน ไม่
สามารถนามาใช้ใหม่ เชน่ ถา่ นไฟฉาย, ถ่านนาฬกิ า, ถ่านในรีโมท
คอนโทรล อุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นต้น

แบตเตอร่แี บบทุติยภมู ิ

คอื แบตเตอรที่ ใ่ี ช้แลว้ สามารถนามาชารจ์ ไฟเขา้ ไปใหมไ่ ด้

การนาแบตเตอรไ่ี ปใช้งาน

ใชส้ าหรับขบั เคลือ่ นเครอื่ งยนตใ์ ห้แสงสวา่ งในรถยนต,์
เรอื และใช้ในการสื่อสารต่าง ๆ เปน็ ตน้ แบตเตอรจ่ี าพวกนี้
สว่ นมากเปน็ ชนิดแบตเตอรต่ี ะกว่ั กรด
แบตเตอรี่ชนดิ นิเกิล-เหลก็ (Nickel-Iron)

เป็นแบตเตอรี่ท่ีบรรจุในกล่องเหล็กกล้าชุบนิเกิล สามารถ
จ่ายกระแสไฟได้สูงมาก ข้ัวบวกทามาจากนิเกิลไฮดรอกไซด์ ใช้โปร
แตสเซยี มไฮดรอกไซด์เปน็ น้ายาอเิ ลก็ โตรไลต์ท่นี ิยมใช้คือในเครื่องไฟ
ฉุกเฉิน (Emergency Lighting) ในรถโฟคลิฟ (Electric Forklifts)
แต่ไมน่ ยิ มใชใ้ นการสตาร์ทรถยนต์แกสโซลีนและดีเซล

แบตเตอร่ชี นิดนิเกิล-แคดเมียม (Nickel-Cadmium : Ni-Cad)

โครงสรา้ งคลา้ ยแบตเตอรนี่ เิ กิล-เหล็ก ข้ัวบวกเป็นชนิดนิเกิลไฮดร
อกไซด์ ข้ัวลบจะเปน็ แคดเมียมและเหล็กละเอียด น้ายาอิเล็กโตรไลต์ ที่ใช้
ภายในคือโปรแตสเซียมไฮดรอกไซด์แบตเตอรี่ชนิดน้ีทนต่อการใช้งาน
เสียหายยาก ใช้งานไดน้ าน ให้แรงดันต่อเซลล์ประมาณ 1.2 โวลท์ เมื่อใช้
ไฟหมดแล้วสามารถประจุไฟใหม่ได้ นิยมใช้ในนาฬิกา,เคร่ืองคิดเลข,
แฟลชของกลอ้ งถ่ายรปู อุปกรณอ์ เิ ลก็ ทรอนกิ สต์ ่าง ๆ เปน็ ตน้

การตอ่ แบตเตอร์ร่แี บบอนกุ รม

การต่อแบตเตอร่แี บบขนาน

เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cells)

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์สิ่งประดิษฐ์ทางวศิ วกรรม โดย
ประยุกต์ให้มีคุณสมบัติทางด้านสารกึ่งตัวนา เมื่อมีแสงมากระทบจะ
ทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากพลังงานแสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงาน
ไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันทามาจากธาตุซิลิกอน (Silicon)
ซึ่งเป็นธาตุที่พบมากที่สุดบนโลก สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด
ใหญ่ ๆ คือ แบบผลกึ และแบบอะมอรพ์ ัส

โครงสรา้ งและรายละเอียดของเชลแสงอาทติ ย์

จุดเด่นของไฟฟา้ จากเซลล์แสงอาทิตย์

1. แหล่งพลังงานคือดวงอาทิตย์ เพราะฉะนั้นจะใชไ้ ดต้ ลอดไปและไม่
เสียค่าใช้จ่าย แหล่งพลังงานอืน่ ๆ ที่เอามาใช้กันเช่น น้ามัน, ถ่านหิน,
กา๊ ซธรรมชาติ ซง่ึ แหล่งพลงั งานเหล่านจี้ ะหมดไปได้

2. ไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานแสง
เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ไม่ใช้ น้ามัน, ถ่านหิน หรือก๊าซเป็น
เช้ือเพลิง ซง่ึ ทาใหเ้ กดิ มลภาวะตอ่ สิง่ แวดลอ้ ม

จุดเดน่ ของไฟฟ้าจากเซลลแ์ สงอาทติ ย์

3. สามารถสร้างไฟฟ้าได้ทุกขนาด ต้ังแต่ขนาดเล็กท่ีสามารถนาไปใช้กับ
เครื่องคิดเลขจนถึงระบบโรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ระดับ 100 KW ซ่ึงเซลล์
แสงอาทติ ยส์ ามารถใหป้ ระสทิ ธิภาพเท่ากนั ปจั จุบนั นาไปใชก้ ับเคร่ืองคิดเลข,
ปม๊ั นา้ , รถยนต์ไฟฟ้า, เรอื ไฟฟา้ , ระบบไฟฟ้าตามบ้าน เป็นตน้

4. มีการประยุกต์นาเซลล์แสงอาทิตย์ไปใชเ้ ป็นแหล่งจ่ายไฟสาหรับอุปกรณ์
ไฟฟ้าบางประเภทเช่น เคร่อื งหมายสัญญาณจราจร, ไฟฟ้าบริเวณถนนต่าง ๆ
เครือ่ งทวนสญั ญาณวิทยแุ ละโทรศพั ท์ และใชต้ ิดบนหลังคารถยนต์