ไฟฟ ากระแสcsnskp/04825117/Electricity4.pdf ·...

11/12/55

1

ไฟฟากระแสไฟฟากระแส

นายสมควร โพธารนทร

ไฟฟากระแส คอ การไหลของอเลกตรอนภายในตวนาไฟฟาจากทหนงไปอกทหนง

เชน ไหลจากแหลงกาเนดไฟฟาไปสแหลง ทตองการใชกระแสไฟฟา

โดยปกต อเลกตรอน จะเคลอนทเขาหาโปรตอน

การกาหนดทศทางของกระแสไฟฟาจะไหลจากขวบวกไปหาขวลบ

ดงนน เมอตอสายไฟเขาทขวแบตเตอร กระแสจะไหลออกจากขวบวกผานเสน

ลวดสขวลบ

11/12/55

2

ชนดของไฟฟากระแส

1) ไฟฟากระแสตรง (Direct Current) ไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสทม

ทศทางการเคลอนทของกระแสไฟฟาไปในทศทางเดยวกนเปนวงจร

ไฟฟากระแส เปนไฟฟาทใชอยในบานพกอาศย และในโรงงานอตสาหกรรมทวไป

ไฟฟากระแสสามารถแบงได 2 ชนดคอ

2) ไฟฟากระแสสลบ (Alternating Current) เปนไฟฟากระแสทมทศทางการ

เคลอนทสลบกน โดยกระแสไฟฟาทเกดขน ในขดลวดตวนาของเครองกาเนดไฟฟา

กระแสสลบ

ชนดของไฟฟากระแสตรง

1) ไฟฟากระแสตรงประเภทสมาเสมอ (Steady D.C) เปนไฟฟากระแสตรง อน

แทจรง คอ เปนไฟฟากระแสตรง ทไหลอยางสมาเสมอตลอดไปไฟฟากระแสตรง

ประเภทนไดมาจากแบตเตอรหรอ ถานไฟฉาย

ไฟฟากระแสตรง สามารถแบงได 2 ชนดคอ

2) ไฟฟากระแสตรงประเภทไมสมาเสมอ

(Pulsating D.C) เปนไฟฟากระแสตรงทเปนชวง

คลนไมสมาเสมอ ไฟฟากระแสตรงชนดนไดมา

จากเครองไดนาโม หรอวงจรเรยงกระแส

11/12/55

3

คณสมบตของไฟฟากระแสตรง

กระแสไฟฟาไหลไปทศทางเดยวกนตลอด

มคาแรงดนหรอแรงเคลอนเปนบวกอยเสมอ

สามารถเกบประจไวในเซลล หรอแบตเตอรได

ประโยชนของไฟฟากระแสตรง

ใชในวงจรอเลกทรอนกส

ทาใหเหลกมอานาจแมเหลก

ใชในการประจกระแสไฟฟาเขาแบตเตอร

ใชเปนไฟฟาเดนทาง เชน ไฟฉาย

ชนดของไฟฟากระแส (ตอ)

2) ไฟฟากระแสสลบ (Alternating Current) เปนไฟฟาทมการไหลกลบไป

กลบมา ทงขนาดของกระแสและแรงดนไมคงท เปลยนแปลงอยเสมอ คอ กระแสจะ

ไหลไปทางหนงกอน ตอมากจะไหลสวนกลบแลว กเรมไหลเหมอนครงแรก

ความถ หมายถง จานวนลกคลนไฟฟากระแสสลบทเปลยนแปลงใน 1 วนาท

ไฟฟากระแสสลบในเมองไทย ใชไฟฟาทม ความถ 50 เฮรตซ ซงหมายถง

จานวนลกคลนไฟฟาสลบทเปลยนแปลง 50 รอบ ในเวลา 1 วนาท

11/12/55

4

คณสมบตของไฟฟากระแสสลบ

สามารถสงไปในทไกลๆ ไดด กาลงไมตก

สามารถแปลงแรงดนใหสงขนหรอตาลงไดตามตองการโดยการใช

หมอแปลง(Transformer)

ประโยชนของไฟฟากระแสสลบ

ประหยดคาใชจาย และผลตไดงาย

ใชกบเครองใชไฟฟาทตองการกาลงมากๆ

ใชกบเครองอานวยความสะดวกและอปกรณไฟฟาไดเกอบทกชนด

การแปลงไฟฟากระแสสลบเปนไฟฟากระแสตรง

ไฟฟากระแสตรงไฟฟากระแสสลบ 1. หมอแปลงไฟฟา(Transformer)

2. วงจรเรยงกระแส(Rectifier Circuit)

2. วงจรกรองแรงดน(Filter Circuit)

ทาหนาท ทาหนาท ทาหนาท

เพม หรอลดแรงดนไฟฟาใหเหมาะสมกบการใชงาน

เรยงกระแสไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง

ทาใหไฟฟากระแสตรงจากการเรยงกระแสใหมแรงดนทเรยบขน

11/12/55

5

วงจรกรองแรงดน

VIN

D

RC VOUTแหลงจายไฟฟา

กระแสสลบ

+

_

VIN

D1 RD2

D3 D4

C-+

แหลงจายไฟฟากระแสสลบ

VOUT

+

Cแหลงจายไฟฟากระแสสลบ

VINVOUTRD1

D2

แหลงกาเนดไฟฟา คอ แหลงกาเนดททาใหเกดความตางศกยไฟฟาระหวางปลายทงสอง

ของตวนาอยตลอดเวลา และทาใหเกดกระแสไฟฟาผานตวนาอยตลอดเวลา แหลงกาเนด

ไฟฟา ทควรทราบมดงน

• เซลลไฟฟาเคม (eletrochemical cell) ประกอบดวย ขวบวก ขวลบ และสารเคม

ภายในเซลล เมอเกดปฏกรยาภายในเซลล จะทาใหเกดความตางศกยไฟฟาระหวางขวเซลล

เมอตอเซลลไฟฟาเคมเขากบวงจรไฟฟา จะทาใหเกดกระแสไฟฟาในวงจรได

แหลงกาเนดไฟฟา

11/12/55

6

เซลลไฟฟาเคม (electrochemical cell)

เซลลไฟฟาเคม แบงออกได 2 ประเภท

• เซลลปฐมภม เมอใชไปนานๆ ความตางศกยไฟฟาจะลดลง จนกระทงใชตอไป

ไมได เชน ถานไฟฟาฉาย เปนตน

• เซลลทตยภม เมอใชไฟฟาไปนานๆ ความตางศกยจะลดลง เมอความตาง

ศกยไฟฟาลดลง สามารถทาใหความตางศกยไฟฟาเพมขนได โดยการอดไฟ หรออด

ประจไฟฟาเขาไปเพม เชน แบตเตอรร เปนตน

เครองกาเนดไฟฟา

เครองกาเนดไฟฟา (generator) เปนอปกรณทแปลงพลงงานกลเปนพลงงานไฟฟา

11/12/55

7

แหลงกาเนดไฟฟา (ตอ)

• คควบความรอน (thermocouple) เปนแหลงกาเนดไฟฟาทประกอบดวย

โลหะ 2 ชนด โลหะหนงพรอมทจะใหอเลกตรอนอสระ มากกวาอกโลหะหนง

เมอทาใหความตางของอณหภมระหวางรอยตอทาใหเกดความตางศกยไฟฟา

ระหวางโลหะทงสอง

แหลงกาเนดไฟฟา (ตอ)

เทอรโมอเลกตรก (thermoelectric) คอ สมบตพเศษของวสดทสามารถ

ผนความรอนเปนไฟฟา และสามารถผนไฟฟาเปนความเยน เมอวสดเทอรโมอ

เลกตรกไดรบอณหภมทแตกตางกน ทอณหภมสงกจะถายเทไปยงททมอณหภมตากวา นนคอมอเลกตรอน (Electron) เคลอนท ซงจะไดไฟฟาออกมา

11/12/55

8

แหลงกาเนดไฟฟา (ตอ)

• เซลลสรยะ (solar cell) เปนอปกรณแปลงพลงงานแสงอาทตยเปน

พลงงานไฟฟา สามาถนามาใชโดยตรง และเกบไวในแบตเตอร

ตวนาและฉนวนไฟฟา• ตวนาไฟฟา (Conductor) คอสสาร วตถ วสด หรอ อปกรณทยอมให

กระแสไฟฟาผานไดงาย เนองจากมอเลกตรอนอสระจานวนมาก ทาใหสามารถ

รบ สง พลงงานไฟฟาได สวนมากจะเปนโลหะ

โลหะทนาไฟฟาไดดทสด คอ เงน รองลงมา คอ ทองแดง และ

อลมเนยม ตามลาดบ

11/12/55

9

ตวนาและฉนวนไฟฟา (ตอ)

• ฉนวนไฟฟา (Insulator) คอ สสาร วตถ วสด หรอ อปกรณทไมสามารถ

ยอมใหกระแสไฟฟาไหลผานไปได หรอตานการไหลของกระแสไฟฟาไมใหผานได

ฉนวนทดจะตองสามารถปองกนตวนาไฟฟาจากความรอนหรอ

ของเหลวทสามารถกดกรอนตวนาไฟฟา และสามารถกนนาไดด ฉนวนทใช

หมตวนาไฟฟาตองมความตานทานสง ตองไมถกกรดหรอดางกดกรอน

ตวอยางของฉนวน ไดแก ไมแหง พลาสตก, ยาง, แกว กระดาษแหง

เปนตน

เรานาฉนวนไฟฟาไปทาอปกรณ

ไฟฟาในสวนทไมตองการให

กระแสไฟฟาไหลผาน

สารกงตวนา

สารกงตวนา (semiconductor) คอ วสดทมคณสมบตในการนาไฟฟาอยระหวาง

ตวนาและฉนวน ความเปนตวนาขนอยกบอณหภม และสงไมบรสทธทมเจอปนอยใน

สารพวกน ซงอาจเปนธาต หรอสารประกอบ เชน สารประกอบของ ซลกอน(silicon)

เจอรมเนยม (germanium) เปนตน

การใชสารกงตวนา จะใชเปนวสดทใชทาอปกรณอเลกทรอนกส เชน ไดโอด

เซลลแสงอาทตย (Solar cell) สวตซแสงแดด (Photo switch) เทอรโมอเลกตรก

(Thermoelectric)

11/12/55

10

ความตานทานไฟฟา หมายถง สมบตของตวนาไฟฟาทยอมให

กระแสไฟฟาผานไดมากนอยตางกน มหนวยเปนโอหม (ohm) เขยนยอวา

ความตานทาน 1 โอหม คอ ความตานทานของตวนา ซงเมอตอปลายทง

สองของตวนาเขากบความตางศกย 1 โวลต และมกระแสไฟฟาไหลผานตวนานน

1 แอมแปร

ปรมาณกระแสไฟฟาทไหลผานลวดตวนาจะไหลผานไดมากหรอนอย

ขนอยกบความตานทานของลวดตวนา

ถาลวดตวนามความตานทานนอย กระแสไฟฟาจะไหลผานไดมาก

ถาลวดตวนามความตานทานมาก กระแสไฟฟาจะไหลผานไดนอย

ความตานทานไฟฟา

1) ชนดของตวนา ตวนาตางชนดกนมความตานทานไมเทากน

2) ความยาวของตวนา ความยาวมากจะมความตานทานมาก และความยาว

นอยจะมความตานทานนอย (ความตานทานแปรผนโดยตรงกบความยาว)

- ลวดตวนาชนดเดยวกน ขนาดใหญเทากน เสนทยาวกวาจะมความ

ตานทานมากกวา และจะยอมใหกระแสไฟฟาผานไดนอยกวาเสนทสน

3) พนทหนาตดของตวนา พนทหนาตดมาก (ขนาดใหญ) จะมความ

ตานทานนอย และพนทหนาตดนอย (ขนาดเลก) จะมความตานทานมาก (ความ

ตานทานแปรผกผนกบพนทหนาตด)

- ลวดตวนาชนดเดยวกน ยาวเทากน เสนทมขนาดเลกกวา หรอม

พนทหนาตดนอยกวาจะมความตานทานมากกวา และจะยอมใหกระแสไฟฟาผานได

นอยกวาเสนทมขนาดใหญและสน

4) อณหภมของตวนา อณหภมสงจะมความตานทานมาก และอณหภมตา

จะมความตานทานนอย

ปจจยทมผลตอความตานทานของตวนาไฟฟา

11/12/55

11

เมอพจารณาตวนาชนดเดยวกน และมความยาว พนทหนาตด A จะได

ความตานทานและกฎของโอหม

l

lRA

เปนคาคงตว เรยกวา สภาพตานทานไฟฟา (Electrical resistivity) และเปนสวนกลบของ สภาพนาไฟฟาของตวนา (electric conductivity; )

1

LR

1R A

อทธพลของอณหภมทมตอความตานทาน

00 1 TT

00 1 TTRR

11/12/55

12

กฎของโอหม กลาววา “ ถาอณหภมของตวนามคาคงทแลว อตราสวนระหวางความ

ตางศกยทปลายทงสองของตวนา และกระแสไฟฟาทไหลในตวนานนยอมมคาคงท ”

ถาให V แทน ความตางศกย มหนวยเปนโวลต (V)

I แทน กระแสไฟฟา มหนวยเปนแอมแปร (A)

R แทน คาคงท หรอความตานทาน มหนวยเปนโอหม ( ) จะได

ความสมพนธระหวางความตางศกย กระแสไฟฟา และความตานทาน

V IR

ตวตานทาน (resistor) เปนอปกรณทชวยปรบใหกระแสไฟฟา หรอความตาง

ศกยไฟฟาพอเหมาะกบวงจรนนๆ ตวตานทานทใชในงานอเลกทรอนกส แบงเปน 2 ชนด

1. ตวตานทานคาคงตว (fixed resistor) เปนตวตานทานทมคาตวตานทาน

คงตว พบในวงจรไฟฟาและวงจรอเลกทรอนกสทวไป

2. ตวตานทานแปรคา (variable resistor) เปนตวตานทานทสามารถปรบ

คาความตานทานได

ชนดของตวตานทาน

11/12/55

13

ในวงจรไฟฟาทวไป ตวตานทานมกทาจากคารบอนอดแนนเปนทรงกระบอกเลกๆ

ตวตานทานแบบนมคาความตานทานคงตว เรยกวา ตวตานทานคาคงตว (Fix resistor)

การบอกคาความตานทานจะใชแถบสบอกความตานทาน

การอานคาแถบสตวตานทานการอานคาแถบสตวตานทาน

11/12/55

14

กระแสไฟฟา; Iวงจรไฟฟา

การตอวงจรไฟฟาอยางงาย การตอวงจรไฟฟาอยางงาย

และและ

การวดปรมาณทางไฟฟาการวดปรมาณทางไฟฟา