ปริมาณทางไฟฟ้า2


เครื่องมือวัดกระแสไฟฟ้า 


      เครื่องมือที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้า เรียกว่า แอมมิเตอร์ ( Ammeter )   มีหน่วยการวัด คือ  แอมแปร์       ( Ampere )   ใช้ตัวย่อแทน ว่า   " A
  
สัญลักษณ์ของแอมมิเตอร์ คือ  


 




   



 
                                   ภาพแอมมิเตอร์
 

           เมื่อต้องการวัดกระแสไฟฟ้า ทำได้โดยการนำแอมมิเตอร์ต่อแทรกลงในสาย หรือต่อ     แบบอนุกรม ที่ต้องการทราบค่ากระแสไฟฟ้า ณ จุดนั้น ๆ ในวงจร

                                                      ภาพ  การต่อแอมมิเตอร์ในวงจรไฟฟ้า                

การอ่านค่ากระแสไฟฟ้า      



                                                        ภาพหน้าปัดแอมมิเตอร์

   การอ่านหน้าปัดของแอมมิเตอร์ ให้นักเรียนต่อหลอดไฟฟ้ากับถ่านไฟฉาย 1 ก้อน และแอมมิเตอร์
 นักเรียนนำสายขั้วลบ ( สายสีดำ ) ต่อเข้ากับจุด P ของแอมมิเตอร์ และนำสายขั้วบวก ( สายสีแดง ) ต่อเข้ากับจุด A  ของแอมมิเตอร์ ซึ่งมีตัวเลขกำกับว่า 2 mA  แสดงว่า หน้าปัดเต็มของแอมมิเตอร์จะอ่านได้สูงสุด 2 mA   และถ้าเข็มของแอมมิเตอร์เบนไปครึ่งหนึ่งของหน้าปัด จะอ่านค่ากระแสไฟฟ้าได้ 1 mA 

คุณสมบัติของแอมมิเตอร์ที่ดี 

                 1.  ต้องมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ เพราะต้องการให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านแอมมิเตอร์ให้

มากที่สุด

               2.  มีความแม่นยำสูง  เมื่อนำแอมมิเตอร์ไปต่ออนุกรมในวงจรแล้ว จะไม่ทำให้
ความต้านทานไฟฟ้ารวมของวงจรเปลี่ยนแปลง ทำให้กระแสไฟฟ้าที่วัดได้มีความแม่นยำสูง หรือมีความผิดพลาดจากการวัดน้อย
            3. มีความไว ( Sensitivity ) สูง แอมมิเตอร์ที่ดีจะสามารถตรวจวัดค่ากระแสไฟฟ้าน้อยๆได้     กล่าวคือ แม้วงจรจะมีกระแสไฟฟ้าไหลเพียงเล็กน้อย แอมมิเตอร์ก็สามารถตรวจวัดค่าได้ 
            

                 ความต่างศักย์ไฟฟ้า ( Electrical  Potential )

ความต่างศักย์ไฟฟ้า หมายถึง ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุด ในวงจรไฟฟ้า  ซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าพาพลังงานไฟฟ้าไหลจากจุดที่มีระดับพลังงานไฟฟ้าสูง ( ศักย์ไฟฟ้าสูง ) ไปยังจุดที่มีระดับพลังงานไฟฟ้าต่ำกว่า ( ศักย์ไฟฟ้าต่ำ ) และจะหยุดไหลเมื่อศักย์ไฟฟ้าทั้งสองจุดเท่ากัน 


 เมื่อเปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน กระแสไฟฟ้าจะเป็นตัวนำพลังงานไฟฟ้ามาส่งให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า  เพื่อให้เครื่องใช้ไฟฟ้าได้นำพลังงานไฟฟ้าไปเปลี่ยนรูปต่อไป ปริมาณของพลังงานไฟฟ้าที่จุดใด ๆ เรียกว่า ศักย์ไฟฟ้า

                                    

 ศักย์ไฟฟ้า ( Electric Potential )    หมายถึง ระดับของพลังงานไฟฟ้า
   
ศักย์ไฟฟ้ามี  2  ชนิด คือ    1)  ศักย์ไฟฟ้าสูง หมายถึง จุดหรือบริเวณที่มีพลังงานไฟฟ้าสูง 

                        2)  ศักย์ไฟฟ้าต่ำ หมายถึง จุดหรือบริเวณที่ไม่มีพลังงานไฟฟ้า ( พลังงานไฟฟ้า = 0 )

 ความแตกต่างของระดับพลังงานไฟฟ้าระหว่าง 2 จุด เรียกว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้า


ความต่างศักย์ไฟฟ้าเปรียบได้กับการไหลของน้ำ โดยน้ำจะไหลจากจุดที่มีระดับน้ำสูงไปยังจุดที่มีระดับน้ำต่ำ จะหยุดไหลเมื่อระดับน้ำทั้งสองจุดเท่ากัน
หรือ  ความต่างศักย์ไฟฟ้าเปรียบได้กับการเอียงปลายท่อน้ำ ถ้าท่อน้ำวางตัวอยู่เกือบเท่ากับแนวระดับน้ำน้ำจะไหลได้เพียงเล็กน้อย  แต่ถ้าปลายท่อน้ำอยู่ต่ำกว่าส่วนต้นของท่อน้ำ อัตราการไหลของน้ำจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความแตกต่างของระดับความสูงเป็นสาเหตุทำให้น้ำไหลได้มากขึ้น การเพิ่มความต่างศักย์ไฟฟ้าก็เป็นสาเหตุที่ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้มากขึ้น ดังภาพ



                                       ภาพ ความต่างศักย์ไฟฟ้าเปรียบได้กับการเอียงปลายท่อน้ำ


เครื่องมือวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า 
              เครื่องมือที่ใช้วัดความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า เรียกว่า โวลต์มิเตอร์ ( Voltmeter )      
 มีหน่วยการวัด คือ  โวลต์ ( Volt )   ใช้ตัวย่อแทนความต่างศักย์ไฟฟ้าว่า   " V "

สัญลักษณ์ของโวลต์มิเตอร์   



 เมื่อต้องการวัดความต่างศักย์ระหว่างจุด 2 จุดใดๆ ในวงจรไฟฟ้า สามารถทำได้โดยการนำโวลต์มิเตอร์ต่อคร่อมระหว่าง 2 จุดนั้น เรียกการต่อลักษณะนี้ว่า การต่อแบบขนาน   ดังภาพ



                                              ภาพ การต่อโวลต์มิเตอร์ในวงจรไฟฟ้า


การอ่านค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า


                                           ภาพ โวลต์มิเตอร์และการอ่านในวงจรไฟฟ้า  


การอ่านหน้าปัดของโวลต์มิเตอร์ โดยนักเรียนนำสายขั้วลบ ( สายสีดำ ) ต่อเข้ากับจุด P  ของโวลต์มิเตอร์ และนำสายขั้วบวก ( สายสีแดง ) ต่อเข้ากับจุด A ของโวลต์มิเตอร์  ซึ่งมีตัวเลขกำกับว่า 3 V  แสดงว่า หน้าปัดเต็มของโวลต์มิเตอร์จะอ่านได้สูงสุด 3 V  ถ้าเข็มของเครื่องวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าเบนไปครึ่งหนึ่งของหน้าปัด ก็อ่านค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าได้  1.5 V

          การที่กระแสไฟฟ้าไหล เนื่องมาจากความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขั้วของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า และความต่างศักย์ไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแต่ละชนิดก็จะไม่เท่ากัน เช่น ถ่านไฟฉายมีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ แบตเตอรี่รถยนต์มีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 12 โวลต์ ส่วนสายไฟฟ้าภายในบ้านมีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 220 โวลต์ ทั้งนี้ ถ้าความต่างศักย์ไฟฟ้ามีค่ามากขึ้น ระดับพลังงานไฟฟ้าก็จะมากขึ้นด้วย ซึ่งจะมีผลและเกิดอันตรายได้ง่าย


คุณสมบัติของโวลต์มิเตอร์ที่ดี
       1.  ต้องมีความต้านทานไฟฟ้าสูงที่สุด เพราะไม่ต้องการให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโวลต์มิเตอร์
       2.  มีความแม่นยำสูง ซึ่งเกิดจากการนำตัวความต้านทานที่มีค่าสูงมากๆ มาต่อแบบอนุกรมเพื่อป้องกันไม่ให้มีกระแสแยกไหลผ่านโวลต์มิเตอร์ ทำให้กระแสไหลผ่านจุดที่ต้องการวัดทั้งหมด ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่วัดได้ จึงมีความผิดพลาดน้อย
       3.  มีความไวสูง แม้ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้ามีค่าต่ำมากก็สามารถตรวจวัดได้




   การที่กระแสไฟฟ้าไหล เนื่องมาจากความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขั้วของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า และ ความต่างศักย์ไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแต่ละชนิดก็จะไม่เท่ากัน เช่น ถ่านไฟฉายมีความต่างศักย์ประมาณ 1.5 โวลต์ แบตเตอรี่รถยนต์มีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 12 โวลต์ ส่วนสายไฟฟ้าภายในบ้านมีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 220 โวลต์ ทั้งนี้  ถ้าความต่างศักย์ไฟฟ้ามี  ค่ามากขึ้น ระดับพลังงานไฟฟ้าก็จะมากขึ้นด้วย ซึ่งจะมีผลและเกิดอันตรายได้ง่าย


ความต้านทานไฟฟ้า( Resistance )



       นักเรียนจะพบว่า กระแสไฟฟ้าจะไหลได้เมื่อจุด 2 จุดในวงจรไฟฟ้ามีศักย์ไฟฟ้าแตกต่างกันกระแสไฟฟ้าจึงมีควาสัมพันธ์กับความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในสายไฟฟ้าหรือลวดตัวนำไฟฟ้า  ตัวนำไฟฟ้าสร้างความต้านทานไฟฟ้าขึ้นทันที ความต้านทานไฟฟ้าจึงเป็นอุปสรรคในการไหลของกระแสไฟฟ้า 

           ความต้านทานไฟฟ้า ( Resistance ) หมายถึง สถานะที่เกิดขึ้นบนตัวนำไฟฟ้า เพื่อต่อต้านหรือขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า



                                  ความต้านทานไฟฟ้า  เขียนแทนด้วยอักษร " R "   จะมีหน่วยเป็น โอห์ม ( 

สัญลักษณ์ความต้านทานไฟฟ้า  

        เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในลวดตัวนำไฟฟ้าก็จะชนกับอะตอมของลวดตัวนำไฟฟ้า  อะตอมของตัวนำไฟฟ้าจะสร้างความต้านทานไฟฟ้าขึ้นทันที  การไหลของกระแสไฟฟ้าและความต้านทานไฟฟ้าในลวดตัวนำไฟฟ้าเปรียบเทียบได้กับการไหลของน้ำในท่อ  ดังภาพ




             ภาพเปรียบเทียบการไหลของน้ำในท่อและการไหลของกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำไฟฟ้า


สารหรือวัตถุที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเองได้ เรียกสารนั้นว่า ตัวนำไฟฟ้า

ตัวนำไฟฟ้า ( Conductor ) 



ตัวนำไฟฟ้า ( Conductor ) คือ  สารหรือวัตถุที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเองได้  ได้แก่  โลหะทุกชนิด   จึงนำเอาโลหะเหล่านั้นมาผลิตเป็นเส้นลวด เรียกว่า ลวดตัวนำไฟฟ้า

           โลหะแต่ละชนิดจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเองได้มากหรือน้อยไม่เท่ากัน  โลหะที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้มาก เรียงตามลำดับจนถึงโลหะที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้น้อย   ได้แก่  1.  เงิน   2. ทองแดง   3. ทองคำ   4. อลูมิเนียม    5. ทังสเตน    6. สังกะสี    7. ทองเหลือง    8. เหล็ก     9. พลาตินั่ม    10. คาร์บอน  
   และในทำนองเดียวกัน สารหรือวัตถุที่ไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเองได้เรียกว่า ฉนวนไฟฟ้า

ฉนวนไฟฟ้า ( Insulator










  
ฉนวนไฟฟ้า หมายถึง สารหรือวัตถุที่ไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเองได้  ได้แก่  1.น้ำบริสุทธิ์      2. PVC  3. ยาง  4. ไมก้า  5. สุญญากาศ  6. กระเบื้องเคลือบ 7. ยาง  8. แก้ว  9. ไม้ 10. พลาสติก

        ลวดตัวนำไฟฟ้า ส่วนใหญ่นำมาใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ไฟฟ้า และเครื่องใช้ไฟฟ้าทุกชนิด เช่น สายไฟฟ้า ลวดความร้อนหรือ แผ่นความร้อนของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ให้พลังงานความร้อน เช่น เตารีดไฟฟ้า  หม้อหุงข้าวไฟฟ้า  หรือเป็นส่วนประกอบภายในเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ให้แสงสว่างเช่น ไส้หลอดไฟฟ้าทุกชนิด แบลลัสต์ เป็นต้น  เครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านี้เมื่อเปิดใช้งาน จะสร้างความต้านทานไฟฟ้าขึ้นทันที ดังนั้นเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชิ้นก็คือ ตัวต้านทานไฟฟ้า หนึ่ง ๆ นั่นเอง

            ความต้านทานไฟฟ้าในลวดตัวนำไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้า จะมีค่าความต้านทานไฟฟ้ามาก หรือน้อยขึ้นอยู่ปัจจัยใดบ้าง
 
ปัจจัยที่มีผลต่อความต้านทานไฟฟ้าของลวดตัวนำไฟฟ้า

          1)  ชนิดของตัวนำไฟฟ้า หรือชนิดของโลหะตัวนำไฟฟ้า 

              - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้าเป็นโลหะบริสุทธิ์     จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) ต่ำ
              - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้าเป็นโลหะผสม         จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) สูง

           2)   ขนาดหรือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำไฟฟ้า ( A )

            - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ (พื้นที่หน้าตัดมาก) จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) ต่ำ
            - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้ามีขนาดเล็ก (พื้นที่หน้าตัดน้อย) จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R)สูง    

          3)  ความยาวของตัวนำไฟฟ้า  ( L )

              - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้ามีความยาว ( L ) มาก     จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) สูง
              - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้ามีความยาว ( L) น้อย      จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) ต่ำ
 


         4)  อุณหภูมิของลวดตัวนำไฟฟ้า

               - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้ามีอุณหภูมิ ( T ) สูง      จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) สูง
               - ถ้าลวดตัวนำไฟฟ้ามีอุณหภูมิ ( T ) ต่ำ      จะมีความต้านทานไฟฟ้า ( R ) ต่ำ







             ความต้านทานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนตัวนำไฟฟ้า จึงเป็นอุปสรรคในการส่งพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า  ซึ่งทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าได้รับพลังงานไฟฟ้าไม่เต็มที่ เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า  ดังนั้นจะมีวิธีการใด ที่จะทำให้ตัวนำไฟฟ้าไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเกิดขึ้นเลย หรือทำให้ตัวนำไฟฟ้ามีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์   ซึ่งสามารถทำได้โดยทำให้ตัวนำไฟฟ้านั้นกลายเป็น ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด ( Superconductor )


ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด  ( Superconductor )




ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด   หมายถึง สารที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิต่ำมาก ๆ โดยความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง เมื่ออุณหภูมิลดลง และถ้าลดอุณหภูมิลงถึง ประมาณ 4 - 15 K  หรือ  - 268.85 °C แล้ว ตัวนำไฟฟ้า เช่น ปรอท จะหมดความต้านทานไฟฟ้า หรือมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์


 

                              ภาพ แท่งแม่เหล็กกำลังลอยอยู่เหนือตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด




ในปัจจุบัน มีการนำแม่เหล็กและตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด มาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆมากมาย เช่น ในด้านการขนส่ง อุตสาหกรรม การแพทย์ และอื่น ๆ



















                   ภาพ ยานพาหนะเคลื่อนที่ได้โดยไม่ใช้ล้อ หรือลอยอยู่เหนือราง และการแพทย์




   
ในบทต่อไปนักเรียนจะได้เรียนรู้ถึงความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้าและกฎของโอห์ม




ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น