NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 1

1 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

บทท 1 แหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง

วตถประสงค 1. บอกชนดของเซลลไฟฟาได

2. ค านวณคาเซลลไฟฟาเมอตอขนานและอนกรมได

3. อธบายการท างานของแบตเตอรได

4. เขาใจการประจและคายประจไฟฟาของแบตเตอร

1-1 เซลลไฟฟา (Cells)

เซลลไฟฟา คอ แหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง ทใหแรงดนไฟฟาคานอยๆ เชน เซลลไฟฟา

แบบ อลคาไลน (Alkaline) เซลลไฟฟาแบบนเกล-แคดเมยม (Nickel-Cadmium) หรอ Ni-Cad

หรอ เซลลไฟฟาแบบสงกะส-คารบอน (Zinc-Carbon) (คอ ถายไฟฉายทวไป) เปนตน

1-1-1 เซลลแบบ สงกะส-คารบอน

ตงแตนกวทยาศาสตรขาวอตาล ชอ Alessandro Volta คนพบเซลลไฟฟาแบบกลวานค

เมอป ค.ศ. 1792 และพฒนามาเปนแบตเตอรตวแรกของโลก ในป ค.ศ. 1800 ยงคงมการ

พฒนามาอยางตอเนองจนปจจบน มเซลลไฟฟาทมขนาดเลกลง และมคณสมบตทดขน

เซลลไฟฟาในยคปจจบนเรมตนพฒนาจากเซลลแหงชนดสงกะส-คารบอน โดยใชปฏกรยา

เคมระหวาง แมงกานส ออกไซด (Manganese Oxide) และแทงคารบอน (Carbon rod) โดยม

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 2

2 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

สงกะส (Zinc) เปนตวหม ดงรปท 1-1 เซลลแบบสงกะส-คารบอน จะใหแรงดนตอ 1 เซลล

เทากบ 1.04 V เซลลแบบสงกะส-คารบอน เปนเซลลแบบปฐมภม

(ทมา : en.wikipedia.org/wiki/Zinc-carbon-batteries)

1-1-2 เซลลแบบอลคาไลน

เซลลแบบอลคาไลน คอ เซลลทท าปฏกรยาทางเคมระหวาง สงกะส กบแมงกานส

ไดออกไซด (Zinc - Manganese dioxide: Zn/Mno2) เมอเปรยบเทยบกบเซลลแบสงกะส-

คารบอน เซลลอลคาไลน จะมคณภาพทดกวา ใชไดผลนานกวา นยมใชกนอยางแพรหลายทง

แบบแบตเตอรทวไป และแบบกระดม (ทใชในเครองคดเลข และรโมทคอนโทรลขนาดเลก)

โครงสรางและลกษณะของเซลลแบบอลคาไลน แสดงดงรป 1-3 แรงดนของเซลลแบบ

อลคาไลนจะมคาเทากบ 1.5 – 1.65 V เซลลแบบอลคาไลน นบเปนเซลลชนดปฐมภม

รปท 1-3 โครงสรางและลกษณะขอเซลลแบบอลคาไลน

รปท 1-1

รปท 1-1 โครงสรางเซลลแบบสงกะส-คารบอน รปท 1-2

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 3

3 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

1-2-3 เซลลแบบนเกล-แคดเมยม

เซลลนเกล-แคดเมยม คอ เซลลทท าปฏกรยาเคมระหวางนเกล ออกไซด ไฮดรอกไซด

(Nickel Oxide Hydroxide) และมแคดเมยม(Cadmium) เปนแกนกลาง ท าใหผลตไฟฟา

กระแสตรงได จงเรยกยอ ๆวา เซลลแบบน-แคด (Ni-Cd) หรอ NiCad ใหความจไฟฟาสง เปน

เซลลไฟฟาชนดทตยภม เมอจายไฟฟาหมดแลว ยงสามารถประจไฟฟาใหกลบมาใชงานใหม

ได มการผลตในรปแบบ AA,AAA และแบบอนๆ ดงแสดงในรปท 1-4 มขนาดเลกกวาเซลล

ชนดอนจงสามารถพฒนาเปนแบตเตอรทมความจมาก ๆ แตมขนาดเลกได เชน แบตเตอรใน

รถไฟฟา แบตเตอรในยานอวกาศ เปนตน แรงดนไฟฟาของเซลลนเกล-แคดเมยม 1 เซลล

เทากบ 1.20 V

รปท 1-4 เซลลแบบนเกล-แคดเมยม

1-2 การตอเซลลไฟฟา

รปท 1-5 สญลกษณ รปท 1-6 การตอเซลลไฟฟาอนกรมและขนาน

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 4

4 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

การตอเซลลไฟฟา ตอไดทงอนกรมและขนาน วตถประสงคของการตอ เพอเพมแรงดน เพม

กระแสไฟฟา หรอ เพมทงสองปรมาณของแหลงจายไฟฟากระแสตรง เมอตอเซลลไฟฟา

รวมกนหลาย ๆ เซลล จะเรยกวาแบตเตอร (Battery) พารามเตอรทส าคญของเซลล และ

แบตเตอร คอ แรงเคลอน(แรงดน)ไฟฟา (e.m.f.,electro motive force) และความจ (Capacity)

ความจของแบตเตอรมหนวยเปน Ah (แอมแปร-ชวโมง) เปนตวบอกความสามารถของ

แบตเตอรวาจายกระแสไฟฟาไดเทาไรและเปนระยะเวลายาวนานเทาไรอกดวย เชน แบตเตอร

12V 100Ah จะหมายความวา แบตเตอรน มแรงดนฟากระแสตรง 12V จายกระแสไฟฟาได

จ านวน 100A ในเวลา 1ชวโมง (h) เปนตน แบตเตอรมหลายชนด เชน แบบ AA , AAA , C

และ D เปนตน ดงแสดงในรปท 1-7

ตารางท 1-1 ชนดและความจของแบตเตอร

รปท 1-7 แบตเตอรขนาดตาง ๆ

การตอเซลลไฟฟาอนกรม

ถาน าเซลลไฟฟาขนาด 1.5V จ านวน 4เซลล มาตออนกรมกน จะไดคาแรงดนไฟฟารวม

เทากบ 6V (1.5V4 = 6V) การตอเซลลไฟฟาอนกรมน จะท าใหกระแสไหลออกจากเซลล

ทกเซลล ในทศทางเดยวกน กระแสไฟฟานจะมจ านวนเทา ๆ กน เทากบทเซลลเดยวจาย แต

แรงดนไฟฟาจะเพมขน 4 เทา ตามจ านวนทน ามาตออนกรม ความจของมนจะเพมขน 4 เทา

เชนเดยวกน ถา 1 เซลลมความจ 600 mAh 4 เซลล จะไดความจไฟฟาเพมเปน 2400 mAh

ชนด ความจ (mAh)

D 12000

C 6000

AA 2000

AAA 1000

PP3(9V) 500

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 5

5 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

การตอเซลลไฟฟาขนาน

การตอเซลลขนาน เพอเพมความสามารถในการ

จายกระแสไฟฟา ของแบตเตอร แตแรงดนของมนจะ

เทากบแรงดนไฟฟาของเซลลไฟฟาเพยงเซลลเดยว ถา

น าเซลล 1.5V 600 mAh 4 เซลล มาตอขนานกน จะได

แรงดนไฟฟารวม 1.5 V แตไดกระแสไฟฟา 4 เทา คอ 2400 mA จายไดใน 1 ชวโมง

ดงรปท 1-9

รปท 1-9 การตอเซลลฟาแบบขนาน

“ขอควรระวงของการตอเซลลแบบขนานและอนกรม คอ

ความจของแตละเซลลทน ามาตอ ตองเทากนดวย”

รปท 1-8 การตอเซลลไฟฟาอนกรม

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 6

6 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202 ตวอยางท 1-1 ตองการตอเซลลไฟฟาขนาดเซลลละ 1.2V จ านวน 12 เซลล ใหจาย

กระแสไฟฟาไดสงทสด ควรตอวงจรดงรป A หรอ รป B

ตอบ ควรตอวงจรรป B เพราะวาการ

ตอขนานกน 12 เซลล จะท าให

กระแสไฟฟารวมสงทสด

รปท 1-10

ตวอยางท 1-2 การตอเซลลไฟฟา ดงรปน จะใหคา e.m.f และคา Ah เทาไร ถาเซลลแตละ

เซลลมคาแรงดน 1.5V และ 500 mAh

รปท 1-11

วธท า 1) คา e.m.f จ านวน 2 เซลลอนกรมกนเทากบ 21.5V = 3V

2) ความจของ 2 เซลลขนานกนเทากบ 2500 mAh = 1000 mAh

3) น าเซลลในขอ1 3 ชดมาขนานกนท าให e.m.f รวมเทากบ 3V แตความจรวม

เพมขน 3 เทา ความจรวม 31000 mAh = 3000 mAh

ตอบ 3V 3000 mAh

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 7

7 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

1-3 แบตเตอร (Battery)

แบตเตอร คอ แหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง ทผลตไฟฟาจากปฏกรยาทางเคม โดยมทง

ชนดเซลลเปยก (Wet Cell) และเซลลแหง (Dry Cell) แบตเตอรเปนแหลงจายไฟฟาทส าคญ

มาก เชน ใชในการสตารทเครองยนต หรอใชเปนตวเกบส ารองไฟฟาไวใชในแหลงจายไฟฟา

ส ารองเปนตน โครงสรางของแบตเตอร แผนธาต บวก และลบ แชอยในสารละลาย ทเรยกวา

อเลกโทรไลท (Electrolyte) แผนธาตบวกท าดวยตะกวเปอรออกไซด (Lead Peroxide)

และแผนธาตลบท าดวยตะกว (Porous Lead) สาระลาย คอกรดก ามะถน (Salphuric Acid)

ผสมกบน ากลน ดงแสดงในรปท 1-12

รปท 1-12 โครงสรางเบองตนของแบตเตอร

1-3-1 แบตเตอรเซลล

แผนธาตบวก และลบ ในแบตเตอรจะมหลายแผนวางสลบกนโดยมแผนแยก

(Separators) เปนฉนวน ไมใหแผนบวกและลบตอถงกน แตสารละลาย อเลกโทรไลท

สามารถไหลผานได โดยมตวตอแผนธาต (Connector) เปนตวเชอมตอกลมของแผนธาตลบ

และกลมของแผนธาตบวก ดงรปท 1-13 ซงเรยกกนวา แบตเตอรเซลล (Battery Cell)

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 8

8 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

รปท 1-13 โครงสรางของแผนธาตบวกและลบ

เมอน าแบตเตอรเซลลหลาย ๆ เซลลมาตอกน จะไดแบตเตอร 1 ลก เชน ถาแตละเซลล

ของแบตเตอรหนงเซลล มแรงดนไฟฟา 2V และเราตองการแบตเตอร ทจายแรงดนไฟฟาได

12V กตองน ามาตออนกรมกน 6 เซลล เปนตน ดงรปท 1-14 โดยมตวยดเซลลตอขว (-) และ

(+) ของแตละเซลลเขา

ดวยกน ทง 6 เซลล และ

ตอขว (+) ของเซลลแรก

และขว (-) ของเซลลท 6

เปนขว (+) และ (-) ของ

แบตเตอร

รปท 1-14 การตอแบตเตอรเซลล 6 เซลล

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 9

9 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

1-3-2 การท างานของแบตเตอร

แบตเตอร จะท างานได 2 สภาวะ คอ (1) จายไฟฟา (Discharging) และ (2) ประจไฟฟา

(Charging) ซงจะเกดปฏกรยาทางเคมในแตละกระบวนการ ดงตอไปน

1. สภาวะจายไฟฟา

เมอกระแสไฟฟาจายออกจากแบตเตอร

สโหลด คอไหลจากขว (+) ไปยงขว (-) ผลคอ

ไฮโดรเจน (H2) ทอยในสารละลาย จะท า

ปฏกรยารวมตวกบออกซเจน (O2) ทแผนธาต

บวก ท าใหกลายเปนน า และกรดก ามะถน

(SO4) จะท าปฏกรยากบตะกว (Pb) ทแผนธาต

บวกและลบ ดงรปท 1-15 (ก)

2. สภาวะประจไฟฟา

เมอท าการประจไฟฟา ตอนทแบตอ

ตอรไมมไฟ (แรงดน ต ากวา 12V) โดยการ

ชารจไฟจากแหลงจายภายนอก เชน จาก

ไดนาโม ในรถยนต เปนตน กระแสไฟฟา

จากไดนาโมจะไหลมาทขว (+) ท าให SO4 ท

รวมตวอยกบ Pb ทแผน (+) และแผน (-) หลด

ออกมาอยในสารละลายและออกซเจนจะกลบไป

รวมตวกบ Pb อกครงหนง กระบวนการนตองท า

อยางตอเนองจนกระ ทงแผนธาต (+) และ (-)

กลบมาสสภาวะปกต (ไฟเตมนนเอง)

(ก) จายไฟฟา

(ข) ประจไฟฟา

รปท 1-15 แบตเตอรจายไฟฟา

และประจไฟฟา

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 10

10 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

1-3-3 ลกษณะภายนอก

แบตเตอร ทวไปจะมตวถง (ภายนอก) ท าดวยพลาสตกชนดโพลพรอโพรลน

(Polypropylene) หรอยางผสมแบบแขง (สด าหรอเทาเขม) ดานบนของมนจะมปลกแบบสกร

หมนไดเพอเปดชองใหเตมน ากลนในแตละเซลล การบ ารงรกษาแบตเตอร ท าไดโดยสงเกต

ระดบของน ากลน ในตวแบตเตอร หรอมองทชองดน ากลน หากพรองลง ใหเตมน ากลนจนอย

ในระดบทก าหนด จะท าใหแบตเตอรมอายใชงานไดยนนาน ปกตแบตเตอรจะมอายการใช

งานในสภาวะปกต ระหวาง 2-2.5 ป

รปท 1-16 แบตเตอร ขวตอ และปลก เตมน ากลน

ขวแบตเตอร

ขวแบตเตอร ทตดอยกบตวแบตเตอร ท าดวยตะกวมขนาดใหญตองใชหวตอขนาดใหญ

เปนแคลมป (Clamp) ขนใหแนนดวยนอต โดยปกตขว (+) ของแบตเตอรจะมขนาดใหญกวา

ขว (-) ของแบตเตอร สายไฟฟาส าหรบแบตเตอร เปนสายชนดพเศษ ใชกบไฟฟากระแสตรง จะ

เปนสายขนาดใหญ ทนกระแสไฟฟาไดสงมาก ภายในประกอบไปดวย สายเสนเลก ๆ (ฝอย)

หลายเสนรวมกน จงมความตานทานต าเหมาะกบแบตเตอร ดงรปท 1-16

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 11

11 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

แบบฝกหด เรองแหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง

จงเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว

1. ในรถยนต แบตเตอรท าหนาทอะไร

ก. จายใหเครองปรบอากาศ

ข. สตารทเครองยนต

ค. ขบมอเตอรกระจกไฟฟา

ง. ชวยดบเครองยนตตอนจอดรถ

2. แผนธาตบวกของแบตเตอร ท าจากวสดในขอใด

ก. Lead Peroxide ข. Tin Peroxide

ค. Lead Acid ง. Load

3. กระบวนการทแบตเตอรเกบประจ ตรงกบขอใด

ก. เคม-เปน-ไฟฟา ข. พลงงานจลน-เปน-ไฟฟา

ค. ความรอน-เปน-เคม ง. ไฟฟา-เปน-เคม

4. คา e.m.f ของเซลลไฟฟา มหนวยตรงกบขอใด

ก. N ข. A

ค. V ง. Ah

5. เซลลไฟฟาชนด NiCad มคาแรงดนไฟฟาทจายออกมาเทาไร

ก. 1.50 V ข. 1.25 V

ค. 1.20 V ง. 1.10 V

6. เซลลไฟฟาในขอใดทมคณภาพต าทสด

ก. สงกะส-โบรอน ข. นเกล-แคดเมยม

ค. อลคาไลน ง. สงกะส-คารบอน

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 12

12 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202

7. เซลลไฟฟาในขอใดทเปนเซลลชนดทตยภม

ก. นเกล-แคดเมยม ข. NiCad

ค. อลคาไลน ง. ขอ ก และ ข ถกตอง

8. เซลลไฟฟา ขนาด 1.5V จ านวน 8 เซลล ตออนกรมกนจะไดแรงดนไฟฟา

ก. 1.5 V ข. 6 V

ค. 8 V ง. 12 V

จากรปท 1-17 ใชตอบค าถามขอ 9-10

รปท 1-17

9. ถาเซลลไฟฟาแตละเซลลมคา 1.5V 1Ah การตอเซลลดงขอใดจะไดแรงดนไฟฟา

รวมสงทสด

ก. ขอ ก ข. ขอ ข

ค. ขอ ค ง. ขอ ง

10. ถาตอเซลลดงรป ข ขอใดกลาวถงคา e.m.f และ Capacity ถกตอง

ก. 3V 12Ah ข. 6V 6Ah

ค. 6V 12Ah ง. 3V 6Ah

NAPAT WATJANATEPIN ELWE(THAILAND) Page 13

13 วชา วงจรไฟฟากระแสตรง บทท 1

รหสวชา 2104 – 2202 11. สารละลายอเลกโทรไลทในแบตเตอรแบบเปยก (แบบเตมน ากลน) คอ ขอใด

ก. กรดเกลอ ข. กรดก ามะถน

ค. กรดแคดเมยม ง. กรดตะกว

12. เมอแบตเตอรแบบเปยกจายไฟฟา จะเกดปฏกรยาทางเคม ดงขอใด

ก. SO4 จะรวมตวกบ O ทแผนธาตลบ

ข. SO4 จะรวมตวกบ Pb ทแผนธาตบวก

ค. HZ จะรวมตวกบ O ทแผนธาตลบ

ง. HZ จะรวมตวกบ O ทแผนธาตบวก

13. จากรปขางลางน ขอใดคอแบตเตอรแบบ AAA

ก. รป ก ข. รป ข

ค. รป ค ง. รป ง

14. ขอใดคอถานไฟฉายชนด PP3 (9V) ใชค าตอบ จากขอ 13