เรื่องที่ 3  ไฟฟ้า

   3.1 พลังงานไฟฟ้า

  เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งภายในตัวนําไฟฟ้าการเคลื่อนที่ ของอิเล็กตรอน  เรียกว่า  กระแสไฟฟ้า Electrical Current ซึ่งเกิดจากการนําวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าต่างกัน นํามาวางไว้ใกล้กันโดยจะใช้ตัวนําทางไฟฟ้า  คือ ทองแดงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จาก วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าบวกไปยังวัตถุ ที่มีประจุไฟฟ้าลบมีหน่วยเป็น Ampere อักษรย่อคือ “ A ”

รูปการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากศักย์สูงไปศักย์ต่ำ

ความต้านทานไฟฟ้า (Resistance) เป็นการต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าของวัตถุซึ่งจะมี ค่ามากหรือค่าน้อยจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุนั้น ๆ ความต้านทานจะมีหน่วยวัดเป็น โอห์ม และจะใช้ สัญลักษณ์เป็น (Ohms)

 ตัวนําไฟฟ้า (Conductors) วัตถุที่กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้โดยง่ายหรือวัตถุที่มีความ ต้านทานต่ำ เช่นทองแดง อลูมิเนียม ทอง และเงิน ซึ่งเป็นตัวนําไฟฟ้าที่ดีที่สุด ค่าความนําไฟฟ้าจะมี สัญลักษณ์เป็น G และมีหน่วยเป็น ซีเมนส์ (S) โดยมีสูตรการคํานวณดังนี้ G = 1/R …………………..(6)

ฉนวนไฟฟ้า (Insulators) วัตถุที่ซึ่งไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้ หรือวัตถุที่มีความ ต้านทานไฟฟ้ าสูง ซึ่งสามารถต้านทานการไหลของกระแสได้ เช่น ไมก้า แก้ว และพลาสติก 

3.2 กฎของโอห์ม

กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรไฟฟ้าได้นั้น เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรและ ปริมาณกระแสไฟฟ้าภายในวงจรจะถูกจํากัดโดยความต้านทานไฟฟ้าภายในวงจรไฟฟ้านั้นๆ ดังนั้น ปริมาณกระแสไฟฟ้าภายในวงจรจะขึ้นอยู่กับแรงดัน ไฟฟ้าและค่าความต้านทานของวงจร ซึ่งวงจรนี้ถูก ค้นพบด้วย George Simon Ohm เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันและนําออกมาเผยแพร่ในปี ค.ศ.1826 ซึ่งวงจรนี้เรียกว่า กฎของโอห์ม กล่าวว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรจะแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้าและ แปรผกผันกับค่าความต้านทานไฟฟ้า โดยเขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ 

3.3 การต่อความต้านทานแบบต่าง ๆ

การต่อความต้านทาน  หมายถึง  การนําเอาความต้านทานหลายๆ  ตัวมาต่อรวมกันใน ระหว่างจุดสองจุดซึ่งในบท  นี้จะกล่าวถึงการต่อความต้านทานในลักษณะต่างๆ กันโดยตั้งแต่การต่อ ความต้านทานแบบอนุกรม   การต่อความต้านทานแบบขนานและการต่อความต้านทานแบบผสม นอกจากนี้ลักษณะของตัวอย่างต่าง ๆ ที่เราจะพบใน บทนี้นั้นส่วนใหญ่แล้วจะแนะนําถึงวิธีการพิจารณา และวิธีการคํานวณที่ง่าย ๆ เพื่อให้รวดเร็วที่สุดเท่าที่จะกระทําได้ทั้งนี้ก็เพื่อให้เป็นแนวทางในการนําไปใช้ในการคํานวณเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยความต้านทานหลาย ๆ  ตัวที่ต่อกันใน ลักษณะยุ่งยากและซับซ้อนได้อย่างถูกต้องรวดเร็วและมีความมั่นใจในการแก้ปัญหาโจทย์เกี่ยวกับ วงจรไฟฟ้าโดยทั่วๆ ไปการต่อความต้านทานแบบอนุกรม 

            รูปการณ์ต่อความต้านทานแบบอนุกรม

การต่อความต้านทานแบบขนาน

การต่อความต้านทานแบบขนาน  หมายถึง  การนําเอาความต้านทานหลายๆ ตัวมาต่อเชื่อมกัน ให้อยู่ในระหว่างจุด 2 จุด โดยให้ปลายด้านหนึ่งของความต้านทานทุก ๆ ตัวมาต่อรวมกันที่จุด ๆ หนึ่ง และให้ปลายอีกด้านหนึ่งของความต้านทานทุก ๆ ตัวมาต่อรวมกันอีกที่จุดหนึ่ง ๆ ซึ่งพิจารณาได้อย่าง ชัดเจนจาก รูปการณ์ต่อความต้านทานแบบขนาน

วงจรแบบผสม

วงจรไฟฟ้าแบบผสม คือ วงจรที่ประกอบด้วยวงจรอนุกรม (Series Circuit) และวงจรขนาน  (Parallel  Circuit) ย่อย ๆ อยู่ในวงจรใหญ่เดียวกัน ดังนั้นในการคํานวณเพื่อวิเคราะห์หาค่าปริมาณทาง ไฟฟ้าต่าง ๆ เช่น กระแสไฟฟ้า (Current) แรงดันไฟฟ้า  (Voltage) และค่าความต้านทานรวม จึงต้องใช้ ความรู้จากวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม วงจรไฟฟ้าแบบขนาน และกฎของโอห์ม  (Ohm’s  Law) วงจรไฟฟ้าแบบผสม โดยทั่วไปจะมีอยู่ 2 ลักษณะ คือ แบบอนุกรม - ขนาน (Series -Parallel) และแบบ ขนาน * อนุกรม (Parallel - Series)  ดังรูป วงจรไฟฟ้ ากระแสตรงแบบผสม (อนุกรม - ขนาน)

รูปวงจรไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม (อนุกรม - ขนาน) 

การหาค่าความต้านทานรวม (RT ) จึงต้องหาค่าความต้านทานรวม (RT2 ) ระหว่างตัวต้านทาน ตัวที่ 2 และความต้านทานตัวที่ 3 แบบวงจรขนานก่อน จากนั้นจึงนําค่าความต้านทานรวม (RT2 ) มารวม กับค่าความต้านทานตัวที่ 1 (RT1) แบบวงจรไฟฟ้าอนุกรม (Series Circuit) ในการหาค่ากระแสไฟฟ้าCurrent) และแรงดันไฟฟ้า (Voltage)ให้หาค่าในวงจรโดยใช้ลักษณะและวิธีการเดียวกัน กับวงจร อนุกรม  วงจรขนานดังที่ผ่านมาโดยให้หาค่าต่าง ๆ ในวงจรรวม ก็จะได้ค่าต่างๆตามที่ต้องการ 

3.4 การคํานวณหาค่าความต้านทาน

วงจรอนุกรม และวงจรขนาน

ตัวต้านทานที่ต่อแบบขนาน จะมีความต่างศักย์เท่ากันทุกตัว เราจึงหาความต้านทานที่สมมูล ( R eq ) เสมือนว่ามีตัวต้านทานเพียงตัวเดียว ได้ดังนี้

3.5 ไฟฟ้าในชีวิตประจําวัน

ฟฟ้าเป็นสิ่งที่จําเป็นและมีอิทธิพลมาก ในชีวิตประจําวันของเราตั้งแต่เกิดจนกระทั่งตายเราสามารถนําไฟฟ้ามาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น ด้านแสงสว่าง ด้านความร้อน ด้านพลังงาน ด้านเสียง เป็นต้น และการใช้ประโยชน์จากไฟฟ้า ก็ต้องใช้อย่างระมัดระวัง ต้องเรียนรู้การใช้ที่ถูกวิธีต้องรู้วิธีการป้องกันที่ถูกต้อง ในที่นี้จะขอกล่าวถึงประเภทของไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้าใน ชีวิตประจําวันที่ควรจะรู้จัก

ไฟฟ้าในชีวิตประจําวันที่ควรรู้จัก 

1.เมนสวิตช์ (Main Switch) หรือสวิตช์ประธาน เป็นอุปกรณ์หลักที่ใช้สําหรับ ตัดต่อวงจรของ สายเมน เข้าอาคาร กับสายภายใน ทั้งหมด เป็นอุปกรณ์สับปลด วงจรไฟฟ้าตัวแรก ถัดจากเครื่องวัด หน่วยไฟฟ้า (มิเตอร์) ของการนําไฟฟ้า เข้ามาในบ้าน เมนสวิชต์ประกอบด้วย เครื่องปลดวงจร (Disconnecting Means) และเครื่องป้องกันกระแสเกิน (Overcurrent Protective Device) หน้าที่ของเมน สวิตช์ คือ คอยควบคุมการใช้ไฟฟ้า ให้เกิดความปลอดภัย ในกรณีที่ เกิดกระแสไฟฟ้าเกิน หรือ เกิด ไฟฟ้าลัดวงจร เราสามารถสับหรือปลดออกได้ทันที เพื่อตัดไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้ามายังอาคาร

2.เบรกเกอร์ (เซอร์กิตเบรกเกอร์) หรือ สวิชต์อัตโนมัติ หมายถึง อุปกรณ์ที่สามารถใช้สับ หรือ ปลดวงจรไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติ โดยกระแสลัดวงจรนั้น ต้องไม่เกินขนาดพิกัด ในการตัดกระแส ลัดวงจรของเครื่อง (IC)

 3. ฟิวส์ เป็นอุปกรณ์ป้ องกัน กระแสไฟฟ้ าเกินชนิดหนึ่ง โดยจะตัดวงจรไฟฟ้ าอัตโนมัติ เมื่อมี กระแสไฟฟ้าไหลเกินค่าที่กําหนด และเมื่อฟิวส์ทํางานแล้ว จะต้องเปลี่ยนฟิวส์ใหม่ ขนาดพิกัดการตัด กระแสลัดวงจร (IC) ของฟิวส์ต้องไม่ต่ำกว่าขนาดกระแสลัดวงจรที่ผ่านฟิวส์

 4. เครื่องตัดไฟรั่ว หมายถึง สวิชต์อัตโนมัติที่สามารถปลดวงจรได้อย่างรวดเร็ว ภายในระยะเวลาที่ กําหนด เมื่อมีกระแสไฟฟ้ารั่วไหลลงดินในปริมาณที่มากกว่าค่าที่กําหนดไว้ เครื่องตัดไฟรั่วมักจะใช้ เป็นอุปกรณ์ป้ องกันเสริมกับระบบสายดิน เพื่อป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าดูด กรณีเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้มี ไฟรั่วเกิดขึ้น 

5. สายดิน คือสายไฟเส้นที่มีไว้เพื่อให้เกิดความปลอดภัยต่อการใช้ไฟฟ้า ปลายด้านหนึ่งของ สายดิน จะต้องมีการต่อลงดิน ส่วนปลายอีกด้านหนึ่ง จะต่อเข้ากับวัตถุหรือเครื่องใช้ไฟฟ้า ที่ต้องการให้ มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์เท่ากับพื้นดิน

6. เต้ารับ หรือปลั๊กตัวเมีย คือ ขั่วรับสําหรับหัวเสียบ จากเครื่องใช้ไฟฟ้า ปกติเต้ารับจะติดตั้งอยู่ กับที่ เช่น ติดอยู่กับผนังอาคาร เป็นต้น

 7. เต้าเสียบ หรือปลั๊กตัวผู้ คือ ขั่วหรือหัวเสียบจากเครื่องใช้ไฟฟ้าเพื่อเสียบเข้ากับเต้ารับ ทําให้ สามารถใช้เครื่องใช้ไฟฟ้านั้นได้

8. เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภท  หมายถึง เครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปที่มีความหนาของฉนวนไฟฟ้า เพียงพอ สําหรับการใช้งานปกติเท่านั้น โดยมักมีเปลือกนอก ของเครื่องใช้ไฟฟ้าทําด้วยโลหะ เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภทนี้ ผู้ผลิตจําเป็นจะต้องมีการต่อสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้าเข้ากับส่วนที่เป็นโลหะ นั้น เพื่อให้สามารถต่อลงดินมายังตู้เมนสวิตซ์ โดยผ่านทางขั่วสายดินของเต้าเสียบ - เต้ารับ

 9. เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภท  หมายถึง เครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีการหุ้มฉนวน ส่วนที่มีไฟฟ้า ด้วย ฉนวนที่มีความหนาเป็น 􀀄 เท่าของความหนาที่ใช้สําหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่ว ๆ ไป เครื่องใช้ไฟฟ้า ประเภทนี้ไม่จําเป็นต้องต่อสายดิน

 10. เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภท  หมายถึง เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้กับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับไม่เกิน 12 โวลต์ เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภทนี้ไม่ต้องมีสายดิน

  การป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าและการช่วยเหลือผู้ประสบอันตรายจากไฟฟ้า

1.การป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าสายไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้าตามปกติจะต้องมีฉนวนหุ้ม และมี

การต่อสายอย่างถูกต้องและแข็งแรง เมื่อใช้ไฟฟ้าเป็นระยะเวลานาน ฉนวนไฟฟ้าอาจ   ชํารุดฉีกขาด รอยต่อหลวม หรือหลุดได้ เมื่อผู้ใช้ไฟฟ้า สัมผัสส่วนที่เป็นโลหะจะเกิดกระแสไฟฟ้าผ่านร่างกายลงดินอันตรายถึง เสียชีวิตได้ จึงควรป้องกันเบื่องต้น ดังนี้คือ

1.   ตรวจดูฉนวน รอยต่อ ของสายไฟฟ้าก่อนใช้งาน

2.   ใช้ไขควงขันรอยต่อสายไฟฟ้ากับอุปกรณ์ให้แน่นอยู่ในสภาพดีพร้อมที่จะใช้งาน

3.   การปฐมพยาบาลและการเคลื่อนย้ายผู้ประสบอันตรายจากไฟฟ้าการต่อสายดิน คือ การต่อสายไฟฟ้าขนาดที่เหมาะสมจากเปลือกโลหะของอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือครื่องใช้ไฟฟ้านั้นลงสู่ดิน เพื่อให้กระแสที่รั่วออกมาไหลลงสู่ดิน ทําให้ผู้ใช้ไฟฟ้าปลอดภัยจากการถูก กระแสไฟฟ้า

3.การต่อสายดินและต่ออุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่ว   อุปกรณ์การป้ องกันกระแสไฟฟ้ารั่ว  การเกิดกระแสไฟฟ้ารั่วในระบบจําหน่ายไฟฟ้าทั่วไปนั้น มีโอกาสเกิดขึ้นได้เนื่องจากการใช้งาน ความเสื่อมของฉนวนตามอายุการใช้งานและอุบัติเหตุต่าง ๆ ที่ อาจจะเกิดขึ้นได้ กระแสไฟฟ้ารั่ว และการเกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (short circuit) นั้น ไม่มีผู้ใดทราบล่วงหน้าได้ จึงจําเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ที่ใช้เป็นเครื่องบอกเหตุต่าง ๆ ไว้ และทําการตัดวงจรไฟฟ้า ก่อนที่จะเป็นอันตราย วิศวกรคิดวิธีป้องกันไฟฟ้ารั่วไว้ 2 วิธี คือ

  วิธีที่ 1 คือ การต่อสายดิน

เมื่อกระแสไฟฟ้ารั่วไหลลงดินมีปริ มาณมากพอ ทําให้เครื่องตัดวงจรทํางานตัดวงจร กระแสไฟฟ้าในวงจรนั้นออกไป ทําให้ไม่มีกระแสไฟฟ้า

วิธีที2  ใช้เครื่องป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่ว

โดยอาศัยหลักการของการเหนี่ยวนําไฟฟ้าในหม้อแปลงไฟฟ้า ในสภาวะปกติกระแสไฟฟ้าไหลเข้า และไหลออกจากอุปกรณ์ไฟฟ้าในวงจรเท่ากัน เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในแกนเหล็กจาก ขดลวดปฐมภูมิทั้งสองขดเท่ากัน จึงหักล้างกันหมด กระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิไม่ม เมื่อกระแสไฟฟ้ารั่วเกิดขึ้น สายไฟฟ้าทั้งสองมีกระแสไหลไม่เท่ากัน ทําให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กในแกน เหล็กเหนี่ยวนําไฟฟ้าขึ้นในขดลวดทุติยภูมิส่งสัญญาณไปทําให้ตัดวงจรไฟฟ้าออก

3.6    การอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า 

การอนุรักษ์พลังงาน

ความหมายของการอนุรักษ์พลังงาน คือการผลิตและการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและ ประหยัด การอนุรักษ์พลังงานนอกจากจะช่วยลดปริมาณการใช้พลังงาน ซึ่งเป็นการประหยัด ค่าใช้จ่าย ในกิจการแล้ว ยังจะช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากแหล่งที่ใช้และผลิตพลังงานด้วย

  การอนุรักษ์พลังงาน คืออะไร การอนุรักษ์พลังงาน เป็นวัตถุประสงค์หลักภายใต้ พระราชบัญญัติการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ.2535 ที่กําหนดให้กลุ่มเป้ าหมายคือ อาคารควบคุม และโรงงานควบคุม ต้องจัดเตรียมโครงสร้างพื้นฐาน เช่น ข้อมูล บุคลากร แผนงาน เป็นต้น  เพื่อนําไปสู่การอนุรักษ์พลังงานตามกฎหมายและกิจกรรมการอนุรักษ์พลังงานนี้ยังใช้เป็นกรอบและ แนวทางปฏิบัติในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้น

 วิธีการอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า

โดยทั่วไป "เครื่องใช้ไฟฟ้า" ภายในบ้านมักมีการใช้พลังงานสูงแทบทุกชนิด ดังนั้นผู้ใช้ควร ต้องมีความรู้ และทราบถึงวิธีการใช้ไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อลดค่าไฟฟ้าภายในบ้านลง และลด ปัญหาในเรื่องการใช้พลังงานอย่างผิดวิธีด้วย เอกสารนี้จะขอกล่าวถึงเครื่องใช้ไฟฟ้าบางชนิดที่ยังไม่ได้ จัดทําเป็นเอกสารเผยแพร่มา ก่อนหน้านี้

เครื่องทําน้ำอุ่นไฟฟ้า