ศึกษาโครงการสร้าง หน่วยวัดทางไฟฟ้าที่รู้จัก พร้อมทั้งอธิบายถึงกฎของโอห์ม สำหรับผู้ที่จะศึกษาในเรื่องของไฟฟ้า และการวัดกำลังไฟฟ้า

สาระการเรียนรู้

1 โครงสร้างของสสาร

2 แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

3 หน่วยวัดทางไฟฟ้า

4 การเปลี่ยนหน่วยทางไฟฟ้า

5 กฎของโอห์ม

6 กำลังไฟฟ้า

7 การวัดกำลังไฟฟ้า

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง

1 อธิบายโครงสร้างของสสารได้

2 อธิบายแหล่งกำเนิดไฟฟ้าชนิดต่างๆได้

3 บอกหน่วยวัดทางไฟฟ้าได้

4 เปลี่ยนหน่วยทางไฟฟ้าได้

5 นำกฎของโอห์มไปใช้ในการคำนวณได้

6 คำนวนหากำลังไฟฟ้าที่ใช้ไปใด้

โครงสร้างของสสาร

สสาร ต่างๆที่อยู่บนโลกนี้และที่อยู่ในอากาศรอบๆโลก สามารถแบ่งออกได้เป็นของแข็งของเหลว และก็าซ ซึ่งสสารเหล่านี้สามารถแบ่งเป็นธาตุ ต่างๆตามธรรมชาติได้ทั้งหมด 118 ชนิด ซึ่งหมายถึง สารที่ประกอบด้วยอะตอมหลายๆ อะตอมรวม กันและในธาตุแต่ละชนิดก็จะมีอะตอมที่แตกต่างกันออกไป

อะตอม คือ หน่วยที่เล็กที่สุดของธาตุประกอบด้วยโปรตรอนและนิวตรอนรวมกันอยู่ที่ศูนย์กลาง เรียกว่า นิวเคลียส โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆนิวเคลียส นิวคลีออนรวมกันเป็นนิวเคลียสด้วยแรงยึดที่มีค่ามหาศาล มากกว่าแรงไฟฟ้า เรียกว่าแรงนิวเคลียส การที่จะทำให้นิวคลีออนในนิวเคลียสแยกออกจากกัน ต้องใช้พลังงานยึดเหนี่ยวเมื่อทำให้นิวเคลียสแยกออกจากกันจะทำให้คุณสมบัติของธาตุนั้นเปลี่ยน

การดูอะตอมเดี่ยวๆได้จะต้องอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงศ แต่อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์ก็ยังคงพยายามที่จะบันทึกภาพของอะตอมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวประมาณ 12 ส่วนในล้านส่วนของนิ้วและได้มีการตั่งสมมติฐานว่าอะตอมนั้นมีลักษณะเป็นละอองผ่อนคล้ายกลุ่มหมอก

โมเลกุล คือ หน่วยที่เล็กที่สุดของธาตุตามธรรมชาติ โดยธาตุ ต่างๆ จะประกอบด้วย อะตอมจำนวนมากหลายล้านอะตอม เมื่อเรานำธาตุต่างๆชนิดมารวมกันก็จะเรียกว่าสารประกอบ หน่วยที่เล็กที่สุดของสารประกอบ คือ โมเลกุล และโมเลกุลที่ประกอบกันเป็นสารประกอบ ตัว อย่างของสารประกอบ เช่น น้ำ ซึ่งประกอบด้วย ไฮโเดรเจน 2 โมเลกุล และออกซิเจน 1โมเลกุล

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้า หมายถึง แหล่งที่ให้พลังงานศักย์ไฟฟ้า หรืออาจเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า ออกมาใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป หรือที่รู้จักทั่วไปว่าแรงดันไฟฟ้านั้นเอง ซึ่งสามารถ แบ่งออกได้ 4 ชนิดใหญ่ๆ ดังนี้

1 แบตเตอรี่

2 เซลล์แสงอาทิตย์

3 เจนเนอเรเตอร์

4 แหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์

แบตเตอรี่

แบตเตอรี่เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่อาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้าแบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าตั่งแต่ 1 เซลล์ หรือมากกว่าโดยเซลล์เหล่านี้จะเชื่อมต่อเข้าด้วยกันทางไฟฟ้าเซลล์ไฟฟ้าของแบตเตอรี่ประกอบด้วยอุปกรณ์พื้นฐาน 4 ส่วน ดังนี้

1ขั้วบวก

2 ขั้วลบ

3 อิเล็กโทรไลต์

4 ตัวคั่นเซลล์

ขั้วบวกเป็นส่วนที่สูญเสียอิเล็กตรอนเนื่องจากการทำปฎิกิริยาทางเคมี ส่วนขั่วลบจะเป็นตัวรับอิเล็กตรอนภายหลังที่เกิดการทำปฎิกิริยาทางเคมีขึ้น สำหรับอิเล็กโตรไลต์จะเป็นตัวกลางให้อิเล็กตรอนไหลผ่านระหว่างขั่วบวกและขั่วลบ ส่วนตัวคั่นเซลล์จะใช้แยกส่วนของขั้วบวกและขั้วลบออกจากกันทางไฟฟ้า

สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แบตเตอรี่จะถูกกำหนดโดยวัสดุที่ใช้สร้าง ซึ่งแรงปฎิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นที่แต่ละขั้วอิเล็กโทรดจะให้ค่าศักย์ทางไฟฟ้าค่าหนึ่ง ตัวอย่างเช่น เซลล์แบตรี่แบบตะกั่ว-กรดที่ขั้วบากจะให้ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ -1.685 โวลต์ ส่วนที่ขั้วลบจะให้ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ +0.365 โวลต์จากศักย์ไฟฟ้าที่ใด้จากขั้วอิเล็กโทรดทั้งสองทำให้ได้ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 2.05 โวลต์ ซึ่งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้นี้จะเป็นศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์แบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรด

นอกจากศักย์ไฟฟ้าที่ได้จากแต่ละขั้วอิเล็กโทรดแล้ว ความเข็มข้นของกรดภายในแบตเตอรี่ก็จะมีผลต่อค่าแรงดันไฟฟ้าที่จะเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อย ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าโดยทั่วไปที่ได้จากเบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรด จะประมาณ 2.15 โวลต์ สำหรับเซลล์นิกเกิล-แคดเมียม จะให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ1.2 โวลต์ ส่วนเซลล์ลิเทียม จะให้แรงดันไฟฟ้าออกมาสูงถึง 4 โวลต์

ส่วนวิธีการเพิ่มความจุไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่นั้น จะต้องต่อโดยให้ขั้วบวกของทุกเซลล์เข้าด้วยกันและขั้วลบของเซลล์ด้วยกัน ซึ่งเรียกการต่อลัษณะนี้ว่า การต่อแบบขนาน

สำหรับการแบ่งกลุ่มของแบตเตอรี่สามารถแบ่งกลุ่มหลัก ดังนี้

1แบตเตอรี่แบบปฐมภูมิ

2แบตเตอรี่แบบทุติยภูมิ

แบตเตอรี่แบบปฐมภูมิ หมายถึง แบตเตอรี่ที่ใช้ได้เพียงครั้งเดียวและเมื่อประจุไฟหมดแล้วจะต้องทิ้งไป ทั้งนี้เนื่องจากไม่สามารถทำให้เกิดปฎิกิริยาทางเคมีแบบย้อนกลับได้ ดังนั้น จึงสามารถทำการเก็บประจุไฟใหม่ และนำกลับไปใช้งานได้อีก

การทํางานของเซลล์แสงอาทิตย์จะอาศัยปรากฏการณ์ทางแสง (Photovoltaic Effect) ซึ่งเป็น ระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วย วรกึ่งตัวนําที่ต่างกัน 2 ชนิด เชื่อมต่อกันเพื่อให้เกิดชั้นรอยต่อ เมื่อผิวของสารกึ่งตัวนําด้านหนึ่งถูกแสง จะทําให้อิเล็กตรอนได้รับพลังงานเพียงพอที่จะหลุดออกจากตัวอะตอมหลัก และเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อ ซึ่งกระบวนการนี้จะเป็นการทําให้ประจุลบรวมตัวกันอยู่ด้านหนึ่งของรอยต่อและประจุบวกรวมตัวกันอยู่ ด้านหนึ่ง ส่งผลให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 27

ข้นสารที่ลาน้ําแดง

ขปที่ 27แสดงโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์แสงอาทิตย์

CITIDULADO (Generator)

เจนเนอเรเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทําหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการ เต้นยวน้าแม่เหล็กไฟฟ้า (ElectroTาเอลซาic Induction) หลักการทํางานโดยการทําให้ตัวนําหมุนตัดผ่าน สนามแม่เหล็ก ซึ่งการจัดให้ทํางานลักษณะเช่นนี้ทําให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนําผ่านตัวนําที่หมุนอยู่ และสามารถต่อแรงดันไฟฟ้าที่ได้นี้ส่งออกไปใช้งานภายนอกได้ ดังแสดงในรูป

แหล่งจ่ายไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (Eled Ronie Power Suppl)

ได้เกิดจากการเปลี่ยนพ ฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรือนทั่วไปให้เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่เป็นการเปลี่ยนแรง งานก็เพียงต่อจากขั้วไฟที่ได้จัดเตรียมไว้บแรงดันไฟฟ้าที่ได้จากแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานรูปแบบ

ลงงานไฟฟ้า แต่เป็นการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากระบบไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรี ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีความดันคงที่ การต่อออกไปเข่ง คงแสดงในรู เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ให้ค่าแรงดันไฟฟ้าที่น่า

แรงดันไฟฟ้า กระแสตรง

แหล่งจ่ายไฟฟ้า * แบบอิเล็กทรอนิกส์

แรงดันไฟฟ้า - กระแสสลับ

หน่วยวัดทางไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า (Electrical Current, 1) เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ภายในตัวนําไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเกิดจากการนําวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า