แบบทดสอบก่อนเรียน

บทที่3 วงจรไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้า

แบบทดสอบหลังเรียน

เรื่องที่ 1 การกําเนิดของไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าแบ่งออกได้เป็น 6 วิธีดังนี้

 
1 เกิดจากการเสียดสี (Friction)
2 เกิดจากการทาปฏิกิริยาทางเคมี (Chemicals)
3 เกิดจากความร้อน (Heat)
4 เกิดจากแสงสว่าง (Light)
5 เกิดจากแรงกดดัน (Pressure)
6 เกิดจากสนามแม่เหล็ก (Magnetism
 
 
1.1 ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี
      ไฟฟ้าเกิดจากการเสียดสี เป็นไฟฟ้าที่ถูกค้นพบมานานกว่า 2,000 ปีแล้ว เกิดขึ้นได้จากการนาวัตถุต่างกัน 2 ชนิดมาขัดสีกัน เช่น จากแท่งยางกับผ้าขนสัตว์ แท่งแก้วกับผ้าแพร แผ่นพลาสติกกับผ้าและหวีกับผม เป็นต้น
      ผู้ค้นพบไฟฟ้าสถิตครั้งแรก คือ นักปราชญ์กรีกโบราณ ท่านหนึ่งชื่อเทลิส(Thales de Mileto) แต่ยังไม่ทราบอะไรเกี่ยวกับไฟฟ้ามากนัก จนถึงสมัยเซอร์วิลเลี่ยมกิลเบอร์ค (Sir William Gilbert)ได้ทดลองนาเอาแท่งอาพันถูกับ ผ้าขนสัตว์ปรากฏว่าแท่งอาพันและผ้าขนสัตว์สามารถดูดผงเล็ก ๆ ได้ปรากฏการณ์นี้คือการเกิดไฟฟ้าสถิตบนวัตถุทั้งสอง
      ผลของการขัดสีดังกล่าวทาให้เกิดความไม่สมดุลขึ้นของประจุไฟฟ้าในวัตถุทั้งสอง เนื่องจากเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้า วัตถุทั้งสองจะแสดงศักย์ไฟฟ้าออกมาต่างกัน วัตถุชนิดหนึ่งแสดงศักย์ไฟฟ้าบวก ( + ) ออกมา วัตถุอีกชนิดหนึ่งแสดงศักย์ไฟฟ้าลบ (-) ออกมา
 
การเกิดไฟฟ้าจากการเสียดสี
 
 
1.2 ไฟฟ้าเกิดจากการทาปฏิกิริยาทางเคมี
       เมื่อนำโลหะ 2 ชนิดที่แตกต่างกันเช่นสังกะสีกับทองแดงจุ่มลงในสารละลายอิเล็กโทรไลท์ โลหะทั้งสองจะทำปฏิกิริยาเคมี กับสารละลายอิเล็กโทรไลท์ โดยอิเล็กตรอน(ประจุลบ)จากทองแดงจะถูกดูดเข้าไปยังขั้วของสังกะสี เมื่อทองแดงขาดประจุลบจะเปลี่ยนความต่างศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกทันทีเรียกว่าขั้วบวก ส่วนสังกะสีจะเป็นขั้วลบตามความต่างศักย์ ส่วนประกอบของไฟฟ้าเกิดจากการทาปฏิกิริยาทางเคมีแบบเบื้องต้นนี้ ถูกเรียกว่า โวลตาอิกเซลล์ (Voltaic Cell)
 
ไฟฟ้าเกิดจากการทำปฏิกิริยาทางเคมี ที่ผลิตขึ้นมาใช้งานจริงนั้น ได้นำเอาหลักการของโวลตาอิกเซลล์ไปใช้งาน โดยการสร้างเซลล์ไฟฟ้าที่ให้ศักย์ไฟฟ้าสูงมากขึ้นคือให้แรงดันเพิ่มขึ้น แบ่งได้เป็น 2 แบบคือ
1) เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell) เป็นแหล่งกาเนิดไฟฟ้าที่ให้กระแสไฟฟ้าตรง ผู้ที่คิดค้นได้คนแรกคือ เคานต์อาเลสซันโดรยูเซปเปอันโตนีโออานัสตาซีโอวอลตา นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี โดยใช้แผ่นสังกะสีและแผ่นทองแดงจุ่มลงในสารละลายของกรดกามะถันอย่างเจือจาง มีแผ่นทองแดงเป็นขั้วบวก แผ่นสังกะสีเป็นขั้วลบ เรียกว่า เซลล์วอลเทอิก เมื่อต่อเซลล์กับวงจรภายนอก ก็จะมีกระแส ไฟฟ้าไหลจากแผ่นทองแดงไปยังแผ่นสังกะสี ขณะที่เซลล์วอลเทอิกจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับหลอดไฟแผ่นสังกะสี จะค่อย ๆ กร่อนไปทีละน้อยซึ่งจะเป็นผลทาให้กาลังใน
การจ่ายกระแสไฟฟ้าลดลงด้วย และเมื่อใช้ไปจนกระทั่งแผ่นสังกะสีกร่อนมากก็ต้องเปลี่ยนสังกะสีใหม่ จึงจะทาให้การจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ต่อไปเท่าเดิม ข้อเสียของเซลล์แบบนี้คือ ผู้ใช้จะต้องคอยเปลี่ยนแผ่นสังกะสีทุกครั้งที่เซลล์จ่ายกระแสไฟฟ้าลดลงแต่อย่างไรก็ตามเซลล์วอลเทอิกนี้ ถือว่าเป็นต้นแบบของการประดิษฐ์เซลล์แห้ง (Dry Cell) หรือถ่านไฟฉายในปัจจุบัน ทั้งเซลล์เปียกและเซลล์แห้งนี้เรียกว่า เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell) ข้อดีของเซลล์ปฐมภูมินี้ คือเมื่อสร้างเสร็จสามารถนำไปใช้ได้ทันที
 
 
 
2) เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary Cell) เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นแล้วต้องนาไปประจุไฟเสียก่อนจึงจะนามาใช้ และเมื่อใช้ไฟหมดแล้วก็สามารถนาไปประจุไฟใช้ได้อีก โดยไม่ต้องเปลี่ยนส่วนประกอบภายใน และเพื่อให้มีกระแสไฟฟ้ามากจะต้องใช้เซลล์หลาย ๆ แผ่นต่อกันแบบขนานแต่ถ้าต้องการให้แรงดันกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นก็ต้องใช้เซลล์หลาย ๆ แผ่นต่อแบบอนุกรม เซลล์ไฟฟ้าแบบนี้มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า สตอเรจเซลล์ หรือ สตอเรจแบตเตอรี่(Storage Battery)
 
 
1.3 ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน
 
 

ไฟฟ้าเกิดจากความร้อน เกิดขึ้นได้โดยนำแท่งโลหะหรือแผ่นโลหะต่างชนิดกันมา 2 แท่ง หรือ 2 แผ่น เช่น ทองแดง และเหล็ก นำปลายข้างหนึ่งของโลหะทั้งสองต่อติดกันโดยการเชื่อมหรือยึดด้วยหมุด ปลายที่เหลืออีกด้านนาไปต่อกับเข้ามิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้า เมื่อให้ความร้อนที่ปลายด้านต่อติดกันของโลหะทั้งสอง ส่งผลให้เกิดการแยกตัวของประจุไฟฟ้า เกิดศักย์ไฟฟ้าขึ้นที่ปลายด้านเปิดของโลหะแสดงค่าออกมาที่มิเตอร์

 
 
 

ไฟฟ้าเกิดจากความร้อนที่ถูกสร้างขึ้นมาใช้งานจริง เป็นอุปกรณ์ที่มีชื่อเรียกว่า เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) ใช้เพื่อวัดเกี่ยวกับอุณหภูมิ จึงมักเรียกว่า ไพโรมิเตอร์ (Pyrometers) คือเป็นมิเตอร์สาหรับวัดอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง โดยมีเทอร์โมคัปเปิลเป็นตัวตรวจวัดอุณหภูมิส่งแรงดันไฟฟ้าไปแสดงผลที่มิเตอร์

 
 
 
 
 
 
 
1.4 ไฟฟ้าเกิดจากแสงสว่าง
สารบางชนิดเมื่ออยู่ในที่มืดจะแสดงปฏิกิริยาใด ๆ ออกมา แต่เมื่อถูกแสงแดดแล้วสารนั้นสามารถที่จะปล่อยอิเล็กตรอนได้ เป็นเวลาหลายสิบปีนักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าแต่ยังนาแสงสว่างมาใช้ประโยชน์ได้น้อยมาก เช่น อุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า โฟโตวอลเทอิกเซลล์ ซึ่งประกอบด้วยวัตถุวางเป็นชั้น ๆ เมื่อถูกกับแสงสว่างอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะวิ่งจากด้านบนไปสู่โวลต์มิเตอร์แล้วไหลกลับมาชั้นล่างเมื่อดูที่เข็มของโวลต์โฟโต้เซลล์มิเตอร์ จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ยังมีหลอดอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า โฟโตวอลเทอิกเซลล์(อิเล็กตริกอาย หรือ พี.อี.เซลล์) ซึ่งใช้มากในวงการอุตสาหกรรม เช่น ในกล้องถ่ายรูปที่มีเครื่องวัดแสงโดยอัตโนมัติ ระบบไฟฟ้าอัตโนมัติหน้ารถยนต์ เครื่องฉายภาพยนตร์ เสียงสวิตช์ปิดเปิดประตูอัตโนมัติ โดยจะมีหลักการทางานแบบง่าย ๆ เมื่อลำแสงมากระทบโฟโตเซลล์ก็จะเกิดอิเล็กตรอนไหลในวงจรนั้น ๆ ได้
 
 
 
 
 
 
1.5 ไฟฟ้าเกิดจากแรงกดดัน
เมื่อเราพูดใส่ไมโครโฟนหรือโทรศัพท์แบบต่าง ๆ คลื่นของความแรงกดดันของพลังงานเสียงจะทาให้แผ่นไดอะแฟรมเคลื่อนไหว ซึ่งแผ่นไดอะแฟรมจะทาให้ขดลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กจึงทาให้เกิดพลังงานไฟฟ้าซึ่งถูกส่งไปตามสายจนถึงเครื่องรับ ไมโครโฟนที่ใช้กับเครื่องขยายเสียงหรือเครื่องส่งวิทยุก็ใช้หลักการเช่นนี้เหมือนกัน อย่างไรก็ตามไมโครโฟนทุกชนิดมีหลักการทางานที่เหมือนกัน คือใช้เปลี่ยนคลื่นแรงกดของเสียงให้เป็นไฟฟ้าโดยตรงนั่นเอง ผลึกของวัตถุบางอย่างถ้าถูกกดจะทาให้เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นได้ เช่น หินเขี้ยวหนุมาน หินทูมาลีน และเกลือโรเลล์ ซึ่งแสดงให้เห็นได้อย่างดีว่าแรงกดเป็นต้นกาเนิดไฟฟ้า ถ้าเอาผลึกที่ทาจากวัสดุเหล่านี้สอดเข้าไประหว่างโลหะทั้งสองนั้นจะมากน้อยเพียงใดย่อมขึ้นอยู่กับแรงกดหรืออาจจะใช้ผลึกนี้เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลได้ โดยจ่ายประจุเข้าที่แผ่นโลหะทั้งสองเพราะจะทาให้ผลึกนั้นหดตัวและขยายตัวออกได้ตามปริมาณของประจุ ต้นกาเนิดไฟฟ้าที่ใช้แรงกดนี้นาไปใช้ได้แต่มีขอบเขตจากัดคือ ใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ที่ใช้กาลังต่ามาก เช่น ไมโครโฟน หูฟังชนิดแร่ หัวเข็มเครื่องเล่นจานเสียงและเครื่องโซน่าร์ซึ่งใช้ส่งคลื่นใต้น้า เหล่านี้ล้วนแต่ใช้ผลึกทาให้เกิดไฟฟ้าด้วยแรงกดทั้งสิ้น ดังนั้นเวลากรอกเสียงพูดลงในไมโครโฟนหรือเครื่องโทรศัพท์ แผ่นไดอะแฟรมซึ่งเชื่อมโยงติดกับคริสตอลจะเกิดแรงดันไฟฟ้ามากน้อยแล้วแต่จังหวะพูด ในขณะที่เสียงพูดกระทบแผ่นไดอะแฟรมก็จะถูกเปลี่ยนเป็นอานาจแม่เหล็กไฟฟ้า ไหลเข้าสู่เครื่องขยายเสียงเพื่อให้ออกมาเป็นเสียงดังทางลาโพงขยายเสียงต่อไป
 
 
 
 
 
1.6 ไฟฟ้าเกิดจากสนามแม่เหล็ก
จากการทดลองของไมเคิล ฟาราเดย์นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษพบว่าเมื่อนำแท่งแม่เหล็กเคลื่อนที่ผ่านขดลวดหรือนำขดลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในขดลวดนั้นและยังสรุปต่อไปได้อีกว่ากระแสไฟฟ้า จะเกิดได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ 
     1)จำนวนขดลวด ถ้าขดลวดมีจานวนมากก็จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำมากด้วย 
     2)จำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก ถ้าเส้นแรงแม่มีจานวนมากก็จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำมากด้วย 
     3)ความเร็วในการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก ถ้าเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กเร็วขึ้นก็จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งต่อมาได้นาหลักการนี้มาคิดประดิษฐ์เป็นเครื่องกำเนิด ไฟฟ้าหรือเยนเนอเรเตอร์(Generator)หลักการของเครื่องกาเนิดไฟฟ้าอาศัยตัวนาเคลื่อนที่ตัดสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นในลวดตัวนำนั้น