ขอต้อนรับทุกท่านเข้าสู่บทเรียน งานช่างไฟฟ้า ครูชมภูดอทเน็ต
3.1.1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไฟฟ้า
จุดประสงค์ของบทเรียน
แบบทดสอบก่อนเรียน เรื่องที่ 3.1.1
ความหมายความสำคัญของไฟฟ้า
ไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปหนึ่ง ซึ่งนับได้ว่าเป็นพลังงานที่ถูกนำมาใช้เพื่อประโยชน์ของมนุษย์ชาติมากกว่า
พลังงานรูปอื่นๆทั้งนี้เนื่องจากพลังงานไฟฟ้านั้นมีความสะดวกในการใช้งานมากกว่าพลังงานรูปอื่นนั่นเอง เป็นต้นว่าสามารถส่งไปตามสายไฟได้ซึ่งพลังงานรูปอื่นทำไม่ได้โดยสามารถแปลงเป็นพลังงานรูปอื่นได้
ง่าย เช่น แปลงเป็นพลังงานกลโดยใช้มอเตอร์แปลงเป็นพลังงานเสียงโดยใช้ลำโพงแปลงเป็นพลังงาน
ความร้อนโดยใช้ลวดความร้อนแปลงเป็นพลังงานแสงโดยใช้หลอดไฟฟ้าและแปลงเป็นพลังงานแม่เหล็ก
โดยใช้ขดลวด นอกจากนี้เรายังแปลงพลังงานรูปอื่นมาเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยง่ายด้วยเหตุนี้เองจึงนิยม
แปลงพลังงานรูปอื่นมาเป็นพลังงานไฟฟ้า ก่อนที่จะนำไปใช้งานในรูปแบบ ต่างๆ ต่อไป
ทฤษฎีอิเล็กตรอน
ปรากฏการณ์ไฟฟ้าทุกชนิด ธิบายและคาดการณ์ไว้ล่วงหน้าได้โดยตั้งข้อสมมุติไว้ว่ามี
สิ่งเล็กๆสิ่งหนึ่งเคลื่อนที่อยู่ สิ่งนั้นคือ “อิเลคตรอน” ทฤษฏีอิเลคตรอนนี้ได้ช่วยทำให้นักวิทยาศาสตร์
คิดและค้นหาสิ่งใหม่ๆได้เป็นผล สำเร็จต่างกับในสมัยก่อนรู้จักทฤษฏีอิเลคตรอนซึ่งดูเหมือนจะไม่มี
ทางคิดค้นสิ่งใหม่ๆเหล่านั้นได้เลยทฤษฏีอิเลคตรอนนี้ไม่เพียงแต่ใช้เป็นหลักในการออกแบบสร้าง
อุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ต่างๆแล้วยังใช้อธิบายปฏิกิริยาเคมีได้อีกด้วยผลก็คือทำให้
นักเคมีพบสารเคมีใหม่ๆ ได้สำเร็จ เช่น ยาใหม่ๆ ดีๆ เ ป็นต้น
ตั้งแต่ทฤษฏีอิเลคตรอนนี้เกิดขึ้นมา ได้มีผู้ค้นพบสิ่งใหม่ๆ มากขึ้นโดยเฉพาะในแขนงวิชาไฟฟ้า
อิเลคทรอนิคส์เคมีและฟิสิกซ์อะตอมจึงทำให้เราเชื่อได้ว่าอิเลคตรอนนี้มีจริงและวิชาไฟฟ้าที่ท่านกำลัง
จะศึกษาอยู่นี้ก็อธิบายด้วยทฤษฏีอิเลคตรอนทั้งสิ้นตามทฤษฎีกล่าวว่า "ปรากฏการณ์ไฟฟ้ามีกำเนิดขึ้น
ได้เพราะ อิเลคตรอนเคลื่อนที่ จากตำแหน่งหนึ่งไป สู่อีกตำแหน่งหนึ่งหรือเป็นเพราะบางตำแหน่งมี
อิเลคตรอนเกินมา และบางตำแหน่งมี อิเลคตรอนน้อยไปก็ได้"



ที่มา : http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/168
/atom4.jpg
 
ภาพที่ 1 การเคลื่อนที่ของอิเลคตรอน
 
ปรากฏการณ์ฟ้าผ่าเกิดจากไฟฟ้าไหลจากก้อนเมฆผ่านอากาศลงดิน ประจุไฟฟ้าเหล่านี้เกิดขึ้น
บนก้อน
เมฆได้เพราะโมเลกุลในอากาศเสียดทานขัดสีกันเช่นในขณะลมพัดแรงหรือเมฆเคลื่อนที่เร็ว
ประโยชน์งานอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่นำเอาหลักการของไฟฟ้าสถิตไปใช้งานอย่างมากมาย เช่น เครื่อง
ถ่ายเอกสาร เครื่องฟอกอากาศ อุตสาหกรรมกระดาษทราย อุตสาหกรรมพ่นสีรถยนต์ เป็นต้น


ที่มา : http://statics.atcloud.com/files/comments/117/1173742/images
 
ภาพที่ 2 การแตกตัวของอิเลคตรอน
 
ในอนุภาคชิ้นเล็กที่สุดของสสาร ซึ่งยังสามารถแสดงคุณสมบัติเดิมให้รู้ว่าเป็นสารอะไรนั้นเรียกว่า
Atom ในAtom ของสารแต่ละชนิดจะประกอบด้วยอิเลคตรอน โปรตอน และนิวตรอน โดยมีโปรตอน
รวมอยู่กับนิวตรอนเป็นแกนกลาง (Neucleus) และมีอิเลคตรอนวิ่งอยู่รอบๆ แกนกลางนั้น อิเลคตรอน
ก็คือ อนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ (-) โปรตอนก็คืออนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก (+)
ส่วนนิวตรอนนั้นเป็นอนุภาคไฟฟ้าที่มีอิเลคตรอนที่มีอำนาจไฟฟ้า เป็นกลางคือ ไม่แสดงอำนาจเป็นบวก
หรือลบ ซึ่งในขณะที่อิเลคตรอนวิ่งรอบๆ โปรตอนและนิวตรอนนั้น คล้ายๆ กับดาวเคราะห์ที่กำลัง
เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะนั้นเอง
 

ที่มา : http://www.thaigoodview.com/files/u20564/4e.gif
 
 
ภาพที่ 3 ส่วนประกอบของอะตอม
 
การจะทำให้มีประจุไฟฟ้าหรืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าได้นั้นจะต้องทำให้อิเลคตรอนหลุดออกมาจากอะตอม
โดยใช้พลังงานภายนอกเข้าไปกระทำกับอะตอมซึ่งจะทำให้อิเลคตรอนบางตัวหลุดออกมาเป็นอิเลคตรอนอิสระ
อิเลคตรอนที่จะหลุดได้ง่ายคืออิเลคตรอนที่อยู่ในวงโคจรนอกสุด(Valenceelectron)อิเลคตรอนที่หลุดออกมา
หรือ อิเลคตรอนอิสระนี้จะเป็นประจุไฟฟ้าลบ(-)ละอะตอมที่ขาดอิเลคตรอนหรือมีอิเลคตรอนน้อยกว่า
โปรตอนจะแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประจุไฟฟ้าบวก(+)ตามธรรมชาติของสสารพบว่าสารที่เป็นโลหะเช่นทองแดง
อลูมิเนียม เงิน ทองคำฯลฯจะให้อิเลคตรอนวงนอกสุดหลุดออกเป็นอิเลคตรอนอิสระได้ง่ายกว่าสารประเภทอื่น
ที่ไม่ใช้โลหะ เมื่อพิจารณาในภาพที่ 3 แล้ว ะเห็นว่าโปรตอนนั้นอยู่ใน นิวเคลียสประกอบกับโปรตอนมีมวล
มากกว่า อิเลคตรอน จึงทำให้โปรตอนเคลื่อนที่ได้ยากกว่าอิเลคตรอน ดังนั้นการกล่าวถึง ประจุไฟฟ้า ที่เคลื่อนที่โดย ทั่วไปก็หมายถึง
อิเลคตรอนนั้นเอง
การค้นพบประจุไฟฟ้า
ประวัติสำหรับการค้นพบประจุไฟฟ้าหรือการค้นพบอิเลคตรอนโดยนักวิทยาศาสตร์มีบุคคลสำคัญที่
ควร
ทราบดังนี้ เมื่อประมาณ 600 ปี ก่อนคริสต์ศักราช ทาลีส (Thales)นักปรัชญาชาวกรีกได้ค้นพบ
ประจุไฟฟ้า จากการเสียดสีกันของวัตถุ เช่น แท่งอำพัน(Amber) กับผ้า ซึ่งประจุไฟฟ้านี้เรียกเป็น ภาษากรีกว่า electron ซึ่งแปลว่า แท่งอำพันนั้นเอง เบนจามิน แฟรงคลิน (Benjamin Flanklin)นักฟิสิกส์ ชาวอเมริกาได้ค้นพบว่า ประจุไฟฟ้ามี 2 ชนิดคือ ชนิดบวก (positive) และชนิดลบ (negative) ชาร์ล เอ คูลอมบ์ ( Cherles Augustin Coulomb) นักฟิสิกซ์ชาวฝรั่งเศสได้ค้นพบแรงระหว่างประจุไฟฟ้าที่ เรียกว่า กฎของคูลอมบ์ (Coulomb’s law) เจ. เจ. ทอมสัน(Sir J.J. Thomson) นักฟิสิกซ์ชาวอังกฤษเป็นผู้
ค้นพบอิเลคตรอน โรเบิร์ด เอ มิลลิเกน(RobertA.Millikan)นักฟิสิกซ์ชาวอเมริกาเป็นผู้ค้นพบวิธีวัดค่า
ประจุโดยวิธีพ่นหยดน้ำมันเข้าไปในสนาม ไฟฟ้า ซึ่งนำไปสู่การหาค่าของประจุของ อิเลคตรอนได้ในที่สุด


แหล่งกำเนิดไฟฟ้า
พลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นได้ โดยอาศัยพลังงานรูปอื่น 6 รูป อันได้แก่ แรงเสียดทาน ความกดดัน
ความร้อน แสง แม่เหล็ก และปฏิกิริยาเคมีซึ่งจะได้กล่าวถึง รายละเอียดต่อไป ดังนี้

การเกิดไฟฟ้าชนิดนี้เกิดจากการนำสาร2ชนิดขัดสีกันสารที่เสียอิเล็กตรอนไปมี ประจุบวกส่วนสารที่
ได้รับอิเล็กตรอนจะเกิดประจุลบและบนสารทั้งสองจะมีประจุไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้น


 

ที่มา : http://ritkowit.files.wordpress.com/2010/01/att000251.jpg
 
 
ภาพที่ 4 การเกิดไฟฟ้าสถิต
 
วัตถุทุกชนิดเมื่อมีประจุไฟฟ้าสถิตจะมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกันเสมอ ถ้าเราวางประจุต่างกันให้
ติดกับอิเล็กตรอน บน ประจุลบจะวิ่ง (Discharge) เข้าหาประจุบวกทันทีถ้าวัตถุนั้นมีประจุเป็นจำนวนมาก
อิเล็กตรอนจะ กระโดดจาก แท่งลบสู่แท่งบวกก่อน วัตถุจะสัมผัสกัน ลักษณะเช่นนี้จะทำให้เกิดการอาร์ค
(Arc) ของไฟฟ้าขึ้นเช่นเดียว กับไฟฟ้าสถิตที่เกิด ขึ้นตามธรรมชาติ เช่น ฟ้าแลบ และฟ้าผ่า

 
ที่มา : http://mninho.files.wordpress.com/2009/06/ottawa_lightning_by_andrew_knapp1.jpg
 
 
ภาพที่ 5 ไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
 
ดังกล่าวมาแล้วไฟฟ้าเกิดจากอิเลคตรอน วิ่งจากจุดหนึ่งถึงจุดหนึ่ง หรือเกิดจากการที่วัสดุงาน
มีอิเลคตรอนเกินมา หรือขาดอิเลคตรอนไป ฉะนั้นก่อนที่ท่านจะ เรียนปฏิบัติงานไฟฟ้าจึงควรจะต้อง
ทราบว่าอิเลคตรอนคืออะไรและเคลื่อนที่อย่างไรเสียก่อนการที่จะทำให้อิเลคตรอนเคลื่อนที่ได้นั้นจะ
ต้องมีพลังงาน รูปอื่นเปลี่ยนรูป มาเป็นพลังงาน ไฟฟ้า พลังงานรูปอื่นที่เป็นตัวกระทำดังกล่าวหรือ
ต้นพลังงานไฟฟ้านั้นมีอยู่ทั้งหมด 6 รูปด้วยกัน แต่ก่อนที่เราจะพูดถึงวิธีการที่พลังงานเปลี่ยนรูป
ควรจะทราบเสียก่อนว่าอิเลคตรอนคืออะไรและมีโครงสร้างอย่างไรเสียก่อนดังนี้
เมื่อออกแรงกดบนสารบางชนิด แรงที่กด ผ่านเนื้อสารเข้าถึงอะตอมและไล่อิเล็กตรอนหลุดจาก
วงโคจรไปตามทิศทาง ของแรง อิเล็กตรอนจะวิ่งจากผิดด้านหนึ่ง ของสสารไปสู่ผิวลึกอีกด้านหนึ่ง ดังนั้น
ประจุบวกและลบก็จะเกิดขึ้นผิดทั้งสอง ด้าน เมื่อคลายแรงกดลงอิเล็กตรอนจะวิ่งกลับสู่วงจรเดิมของมัน
การตัดชิ้นสาร พวกนี้ด้วยวิธีการบางอย่างสามารถที่จะ ควบคุมพื้นผิว ที่จะเกิดประจุได้สารบางอย่าง
จะมีปฏิกิริยา เมื่อได้รับแรงกดงอโค้ง สารบางอย่างก็มีปฏิกิริยากับแรงบิด
บิโซอิเล็กทริดซิต์ เป็นชื่อใช้เรียกการเกิดประจุไฟฟ้าโดยใช้แรงกดอัดบิโซเป็น คำที่มาจากภาษากรีก
แปลว่าความดันสารที่จะเกิดประจุไฟฟ้าเมื่อถูกแรงกดนั้นได้แก่ผลึกของสารบางชนิดเช่นหินควอตซ์
แบเรียมติตาเนท หินควอตซ์ หินเขี้ยว หนุมาน ทูมาลิน และเกลือโรเซล เป็นต้น
สารเหล่านี้จะมีคุณสมบัติพิเศษ คือ เมื่อได้ รับแรง กดอัดจะทำให้เกิดไฟฟ้าถ้าเรานำผลึกดังกล่าวมา
วางระหว่างแผ่นโลหะ 2 แผ่น แล้วออกแรงกดจะเห็นได้ชัดจากเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าว่ามีไฟฟ้าเกิดขึ้น
ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงที่กดผลึกนั้น พลังงาน ไฟฟ้าที่ได้จากความกดอัดนี้จะมี
กำลังต่ำมากจึงใช้ได้กับงานกำลังต่ำ เช่น ไมโครโฟนผลึก (Crystal Microphone) หัวเข็มแผ่นเสียง (Phono Cardridges) และอุปกรณ์โซนาร์
วิธีนี้ใช้การเผาขั้วโลหะให้ร้อนโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า เทอร์โมคัปเปิล ซึ่งประกอบ ด้วยลวด
ทองแดงและลวดเหล็กซึ่งปลายข้างหนึ่งย้ำปลายให้ติดกัน จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจำนวนกระแส
ไฟฟ้าจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความแตกต่าง ของอุณหภูมิระหว่างโลหะทั้งสอง



ที่มา : http://j.static.fsanook.com/category/2011/01/26/5/b/7764115_2.jpg

ที่มา : http://legaengineering.tarad.com/shop/l/legaengineering/img-lib/spd_2010110594911_b.jpg
ภาพที่ 6 เทอร์โมคัปเปิล

ทอร์โมคัปเปิล ใช้งานหลายอย่างโดยเฉพาะกับวงจรไฟฟ้ากำลังงานต่ำ ๆ เช่น ใช้เป็นตัววัด ความแตกต่าง
ของอุณหภูมิโดยที่แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากประจุบนโลหะทั้งสองจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของปลาย
ชิ้นโลหะ 2 ชนิด ซึ่งความแตกต่างของอุณหภูมิมีค่ามากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นก็ยิ่งมีค่าสูงจึงนำ
เทอร์โมคัปเปิลไปทำเป็นตัวตรวจจับอุณหภูมิในงานอุตสาหกรรม

แสงสว่างเป็นพลังงานรูปหนึ่งไฟฟ้าจากแสงได้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกซ์ชาวเยอรมันชื่อ ไฮนริช รูคอล์ฟ
เฮิร์ท แสงประกอบขึ้น จากอนุภาคพลังงานเล็ก ๆ ที่เรียกว่า โฟตอน เมื่อ โฟตอนในลำแสงกระทบวัตถุ มันจะคลายพลังงานออกมา สำหรับสารบางชนิดพลังงานจากโฟตอนสามารถทำให้อะตอมปล่อย
อิเล็กตรอนออกมาได้สารพวกนี้ได้แก่ โปแทสเซียม โซเดียมลิเทียม ซิลิเนียม เจอร์มิเนียม แคดเมียร์
และตะกั่วซัลไฟต์ โซลาร์เซลล์ เมื่อได้รับแสงสว่างมาก ๆ จะกำเนิดแรงดันไฟฟ้าได้จำนวนมาก และเมื่อ
แสงสว่างมีความเข้มข้นลดลงแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะลดลงด้วย


ที่มา : http://www.stunitedsupply.com/images/content2822550164110.jpg


ที่มา : http://www.energynaru.ob.tc/Image/hybrid.jpg
ภาพที่ 7 ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
การใช้เซลล์แสดงอาทิตย์เพื่อกำเนิดไฟฟ้านี้มีลักษณะการใช้งานจะมีแผงของเซลล์แสงอาทิตย์
ขนาดใหญ่เป็นตัวกลางพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าและเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ได้สะสมไว้
ในแบตเตอรี่แล้วผ่านเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นไฟฟ้าที่ใช้ งานได้โดยส่งไปตามเสาส่งไฟฟ้า
นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาเลี่ยน ชื่อ อเลซซานโดร โวลตา ได้ทำการทดลองและค้นพบ ว่าการนำ
สารละลายอิเล็กโตรไลด์ ซึ่งประกอบด้วย กรดซัลฟูริกและน้ำ ใส่ไว้ในโถแก้วแล้วนำแท่งทองแดง
จำนวน 1 แท่ง กับสังกะสี จำนวน 1 แท่งจุ่มลงในสารละลายดังกล่าวเมื่อจุ่มโลหะ2ชนิดในสารละลาย
อิเล็กโตรไลต์แล้วจะทำให้เกิดประจุไฟฟ้าบวกขึ้นที่แท่งทองแดงและเกิดประจุไฟฟ้าลบขึ้นที่แท่งสังกะสี
อิเล็กตรอนจะถูกผลักให้วิ่งผ่านอิเล็กโตรไลท์จากแผ่นหนึ่งถึงแผ่นหนึ่งทำให้แผ่นหนึ่งขาดอิเล็กตรอนกลาย
เป็นและขั้วบวกโลหะแผ่นลบจะกร่อนลงไปทุกทีและที่ขั้วบวกจะเป็นฟองแก๊สผุดขึ้น ในที่สุดแผ่นลบก็
จะละลายหายไปหมด เซลล์ก็หมดอายุผลิตประจุไฟฟ้าไม่ได้นอกจากจะเปลี่ยนแผ่นลบใหม่หลักการนี้
ใช้ในถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่เมื่อทำการตรวจสอบโดยการวัดค่าความต่างศักย์ระหว่างแท่งทองแดงกับ
แท่งสังกะสี ปรากฎว่ามีค่าประมาณ 1.5 โวลต์ ดังนั้นจึงนำเอาหลักการเกิดประจุไฟฟ้าจากปฏิกิริยา
ทางเคมีนี้นำมาเป็นหลักการเบื้องต้นของแบตเตอรี่



ที่มา : http://nakhamwit.ac.th/pingpong_web/Elec_Chem/
clip_image004.jpg

ที่มา : http://www.rmutphysics.com/charud/scibook/electric1
/Scanned-28.jpg
ภาพที่ 8 ไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี
ภาพที่ 9 ไฟฟ้าที่เกิดจากอำนาจแม่เหล็ก
ไมเคิล ฟาราเดย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นผู้ทำการทดลองค้นพบหลักการของแรงเคลื่อน
ไฟฟ้าเหนี่ยวนำกล่าวคือถ้านำเอาลวดตัวนำไฟฟ้า ให้เคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็กหรือเส้นแรงแม่เหล็ก
เคลื่อนที่ผ่านลวดตัวนำจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในลวดตัวนำจึงมีผลทำให้เกิดความต่าง
ศักย์ขึ้นระหว่างปลายทั้งสองของลวดตัวนำ จะทำให้เกิด แรงดันไฟฟ้าที่ ปลายทั้ง 2 ข้าง ของลวดตัวนำนั้น เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเหนี่ยว นำระหว่างสนามแม่เหล็กกับเส้นลวดตัวนำจึงเรียกว่า
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ หรือแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของ เส้นแรงแม่เหล็ก
ถ้าสนามแม่เหล็ก มีค่าความ หนาแน่นมากจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำมากกว่าสนามแม่เหล็ก ที่มีความหนาแน่นน้อย เมื่อความเร็วในการ เคลื่อนที่ของลวดตัวนำมีความเร็วเท่ากัน
 
แบบทดสอบหลังเรียน เรื่องที่ 3.1.1

Copyright 2008 krusam.net All right reverse
Chumpoo Singaun Kangkhrowittaya School E-mail address : sam@kk.ac.th
mobile: 086-8741395
22/09/2552 06:37:16

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa