ไฟฟ้าเกิดขึ้นมาได้อย่างไร?
ในการที่จะทำให้เกิดไฟฟ้าขึ้นมาได้ จะต้องมีสมบัติ 3 อย่างที่เกิดขึ้นมาด้วย คือ แรงดันไฟฟ้า (voltage) มีหน่วยเป็น volts (โวลต์), กระแสไฟฟ้า (current) มีหน่วยเป็น amps (แอมป์), และ ความต้านทาน (resistance) มีหน่วยเป็น ohms (โอห์ม) โดยสมบัติทั้ง 3 อย่างนี้จะอยู่ในวงจรไฟฟ้า เพื่อทำให้อิเล็กตรอน (electron) สามารถเคลื่อนที่จากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่งได้ และปริมาณของสมบัติทั้ง 3 นี้มีความสัมพันธ์กันในทางคณิตศาสตร์ตามกฎของโอห์ม (Ohm's Law) เมื่อ V คือแรงดันไฟฟ้า, I คือ กระแสไฟฟ้า, และ R คือ ความต้านทาน
ความสัมพันธ์ของ V, I, และ R ตามกฎของโอห์ม
สมบัติพื้นฐานของไฟฟ้า
การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
ก่อนอื่นต้องมาทำความเข้าใจกันก่อนว่า อะตอมคือหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร โดยภายในอะตอมจะประกอบด้วยนิวเคลียส (มีส่วนประกอบคือ โปรตรอน (proton) ที่มีประจุบวก และนิวตรอน (neutron) ซึ่งมีไม่มีประจุ หรือเป็นกลางทางไฟฟ้า) อยู่ตรงกลาง และมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบๆนิวเคลียส ซึ่งมีได้มากกว่า 1 ชั้น
แบบจำลองโครงสร้างของอะตอม
กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นมาจากการที่อิเล็กตรอนเกิดการเคลื่อนที่ โดยได้รับพลังงานมาจากแสง, ความร้อน, หรือสนามแม่เหล็ก ธาตุบางชนิดจะมีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด อยู่ใกล้กับนิวเคลียส อิเล็กตรอนจึงหลุดออกมาจากวงโคจรได้ยากเพราะถูกนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวกดึงไว้ ส่วนธาตุบางชนิดที่มีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดอยู่ไกลจากนิวเคลียส อิเล็กตรอนจะสามารถหลุดออกมาจากวงโคจรได้ง่าย เนื่องจากอยู่ไกลจากนิวเคลียสจึงถูกดึงยาก และสามารถเคลื่อนที่ได้ดี จึงเป็นสารที่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี
ตัวนำไฟฟ้าและฉนวนไฟฟ้า
สารที่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี (conductor) ส่วนใหญ่มักจะเป็นโลหะ เช่น เงิน, ทองคำ, ทองแดง, และ อะลูมิเนียม จึงถูกเรียกว่าเป็นตัวนำไฟฟ้า ส่วนฉนวนไฟฟ้า หรือสารที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี (insulator) เช่น แก้ว, อากาศ, และพลาสติก เป็นต้น โดยมีสาเหตุมาจากการที่อิเล็กตรอนของธาตุเหล่านี้มักจะเคลื่อนที่ได้ไม่ค่อยดี
ตัวอย่างของตัวนำไฟฟ้าและฉนวนไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า
การที่จะเกิดกระแสไฟฟ้าได้ ต้องมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นมาก่อน จึงต้องใช้แรงหรือความดันเพื่อทำให้อิเล็กตรอนเกิดการเคลื่อนที่ ซึ่งแรงเหล่านั้นก็คือ แรงดันไฟฟ้า (electromotive force, EMF) หรือก็คือ voltage นั่นเอง และเมื่อกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ก็สามารถวัดได้จากปริมาณของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่กำหนดไว้ในวงจรไฟฟ้า ภายในเวลาที่กำหนด
ส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้า
วงจรไฟฟ้าจะประกอบด้วย 2 ส่วนหลักคือ แหล่งกำเนิดไฟฟ้า (electrical source) และอุปกรณ์ที่รับพลังงานไฟฟ้า (load) โดยจะมีตัวนำไฟฟ้า เช่น สายไฟฟ้าเป็นตัวคอยส่งไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า เช่น แบตเตอรี่ ไปยัง load เช่น หลอดไฟ และ สมาร์ทโฟน เป็นต้น
แบบจำลองของวงจรไฟฟ้าอย่างง่าย
ความต้านทาน
ความต้านทานมีหน้าที่ในการต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า เช่น กระแสไฟฟ้าจะสามารถเคลื่อนที่ได้ดีในสายไฟฟ้าที่มีความหนามาก แต่เคลื่อนที่ได้แย่ในสายไฟฟ้าที่บาง จึงถือได้ว่าสายไฟฟ้าที่มีความหนามาก มีความต้านทานน้อยกว่า สายไฟฟ้าที่บาง โดยอาศัยหลักการคล้ายๆกับการไหลของน้ำ ซึ่งท่อที่มีขนาดใหญ่กว่าจะสามารถบรรจุน้ำได้มากกว่า น้ำจึงไหลได้ในปริมาณที่เยอะกว่าท่อที่มีขนาดเล็ก ภายในเวลาที่เท่ากัน
ไฟฟ้าและพลังงาน
ไฟฟ้าจะทำให้เกิดพลังงานได้ โดยสามารถคำนวณได้จากสมการทางคณิตศาสตร์คือ P = VI เมื่อ P คือพลังงานทางไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปยัง load โดย load จะใช้ไฟฟ้าเพื่อแปลงเป็นพลังงานต่างๆในการนำมาใช้ประโยชน์ เช่น ทำให้หลอดไฟส่องแสงสว่าง และ ทำให้มอเตอร์เกิดการหมุน เป็นต้น
หลอดไฟฟ้า
Reference
- 24
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
