วัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

หน่วยที่ 10   วัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

10.1 วัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ 

หมายถึง การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมและถูกต้องกับลักษณะงานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์  โดยคำนึงถึงคุณสมบัติ  ประโยชน์การใช้งานของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ  ไม่เกิดอันตรายต่อชีวิตและอุปกรณ์อื่นๆ

          ปัจจุบันวัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ได้เข้ามาอำนวยความสะดวกในชีวิตประจำวันอย่างมากมาย  ในด้านเครื่องมือเครื่องใช้ เครื่องเล่น แต่ถ้าหากไม่เข้าใจการใช้ การบำรุงรักษาป้องกันจะต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นอย่างไม่รู้ตัว

10.2 ชนิดวัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ 

          10.2.1 ตัวนำไฟฟ้า (Electrical Conductor)

เป็นวัสดุสื่อไฟฟ้าที่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าผ่านได้ ได้แก่

1.             สายไฟฟ้า  สายไฟฟ้านิยมใช้ทองแดงมาผลิต แต่ถ้าเป็นสายโตๆ การใช้ทองแดงก็จะแพงกว่า จึงเลือกใช้อะลูมิเนียมแทน  ในประเทศไทยมีบริษัทต่างๆ มากมายผลิตสายไฟฟ้ามาขายตามท้องตลาด  สายไฟที่ดีจะต้องมีตรามาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมของไทย ทีไอเอส (TIS) ที่สายไฟฟ้าแต่ละชนิด แต่ละขนาด ตลอดจนชนิดของวัสดุที่หุ้มสายไฟนำมาใช้งานต่างๆ กัน อย่างไรก็ตามการเลือกใช้สายไฟฟ้าภายบ้านต้องคำนึงถึงองค์ประกอบต่างๆ ดังนี้ 

1.             ความทนทานของกระแสไฟของสายไฟ (แอมแปร์)

2.             อุณหภูมิที่ใช้งาน

3.             แรงดันไฟฟ้า (ตามบ้านปกติใช้ 220 โวล์ท)

4.             ตำแหน่งที่ใช้งาน (ในอาคาร, นอกอาคาร, ในท่อ)

5.             ความเหมาะสมในการเลือกไฟมาใช้กับงาน เช่น สายเดี่ยวใช้กับสายเมนหรือปลั๊กสายคู่ใช้กับหลอดไฟ, สวิตซ์ตัดตอน, ปลั๊ก ฯลฯ

 

 

 

 

 

 

 

 

ตารางจำนวนกระแสสูงสุดที่ยอมให้ใช้ได้กับสายไฟฟ้าขนาดต่างๆ

 

ขนาดพื้นที่หน้าตัด (มม2)

กระแสสูงสุดสำหรับสายหุ้ม

เดินในอาคารและนอกอาคาร

(แอมแปร์)

กระแสสูงสำหรับสายหุ้ม

หุ้มเดินในท่อหรือในอาคาร

(แอมแปร์)

0.5

1.0

1.5

2.5

4

6

10

-

10

13

19

27

36

51

3

6

8

12

16

22

30

 

ตารางแสดงค่าจำนวนวัตต์ของเครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดต่างๆ  (โดยประมาณ)

 

ลำดับ

ชนิด

วัตต์

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

วิทยุ

วิทยุพร้อมเครื่องเล่นแผ่นเสียง

โทรทัศน์

เตารีดไฟฟ้า

เครื่องปรับอากาศขนาดเล็ก

พัดลมเพดาน

พัดลมตั้งโต๊ะ

จักรเย็บผ้า

ตู้เย็น

เตาไฟฟ้า

กระทะไฟฟ้า

เครื่องซักผ้า

85

100

275

1,000

1,000

375

75

75

205

1,200

1,300

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.1   โคดสายไฟฟ้า

 

 

ตัวอย่าง                 โคดสายไฟฟ้า (เขียนที่ตัวสาย) Cable TIS 11 – 1975  PVC 2.5 SQMM 250 V.  60 C

                                TIS 11 – 1975    มาตรฐานอุตสาหกรรมของไทยตามตัวโคดตัวเลขนี้

                                PVC                       ฉนวนหุ้มทำด้วย

                                250 V.                   ใช้ได้กับแรงดัน 250 โวลท์

                                60 C                   ทนความร้อนได้ 60 ํ เซลเซียส

                                2.5 SQMM           พ.ท. หน้าตัดตัวนำเป็น มม2

 

 

 

 

 

 

 

 

แผนภูมิแสดง กรรมวิธีการผลิสายไฟ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.2  กรรมวิธีการผลิตสายไฟฟ้า

 

 

 

 

2.             สวิตซ์ไฟฟ้า  เป็นอุปกรณ์ที่นำมาใช้ทำหน้าที่ เปิด ปิด ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสวิตซ์ต้องมีคุณสมบัติ คือ

2.1  ต้องเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดี

2.2  ต้องทนต่อความร้อนได้ดี

2.3  ต้องมีความแข็งแรง ทนต่อการสึกหรอ

2.4  ทนต่อสารเคมี

2.5  มีความต้านทานคงที่

2.6     ทานต่อการเกิดออกไซด์หรือปราศจากสนิม

 

โลหะที่ใช้ทำวัสดุสวิชท์

ทองแดง         เป็นตัวนำที่ดีทั้งไฟฟ้าและความร้อน การสึกหรอและการรักษารูปทรงไม่ดีนัก

เมื่อทิ้งไว้นานๆ จะเกิดเป็นฟลีมบางๆ ปิดผิวโดยรอบ  สวิชท์ที่ใช้ทองแดงทำ  มักเป็นสวิชท์แรงดันสูง

เงิน                  เป็นโลหะตัวนำไฟฟ้าและความได้ดีที่สุด เงินไม่ทนต่อสารประกอบกำมะถัน

เพราะกำมะถันจะทำให้เงินเป็นซัลไฟล์ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าเลว โดยปกติแล้วในการทำสวิชท์จะไม่ใช้เงินทั้งแผ่นเอาไปทำ แต่ จะทำเป็นชิ้นเล็กๆ แล้วบัดกรีหรืออัดแผ่นบางๆ ไว้บางผิวบริเวณหน้าสัมผัส ตัวอย่างงานที่พบได้แก่ที่รีเลย์ (Relay)

ทอง                 ทองบริสุทธิ์เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีมาก ทนต่อสารเคมีแต่ทว่า

อ่อนมาก พับตัวได้ง่ายและไม่ค่อยนำมาใช้มากนักเพราะมีราคาแพง

ทองคำขาว     เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีแต่มีราคาแพงทนต่อสารเคมีและไม่ทำปฏิกิริยากัออกซิเจน

รีเนียม             เป็นธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูงมาก ประมาณ 3170 องศาเซลเซียส ฟิล์มที่เกิด

บนผิวเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี แต่ธาตุนี้ไม่ค่อยนิยมเนื่องจากมีราคาแพงมาก

วุลเฟรม          เป็นตัวนำความร้อนที่ดี แต่ต้องระวังการสปาร์ค (Spark) เพราะจะทำให้เกิด

ออกไซด์ จึงจำเป็นต้องใช้แรงงานกดที่หน้าสัมผัสมากกว่าปกติ

 

วัสดุสวิชท์ที่เป็นโลหะ

วัสดุสวิทซ์ที่เป็นโลหะประสมมีหลายชนิดตามความเหมาะสมของการใช้งาน เช่น

ทองแดงประสม             ที่ใช้ทำสวิทซ์ บรอนซ์เงินมีเงินประสมประมาณ 2.6% และแคดเมียม

ทำให้แข็งและเป็นสปริงได้ดี เหมาะสำหรับทำสวิชท์สปริง

เงินประสม                      เป็นตัวไฟฟ้าได้ดีไม่เท่าเงิน  วัสดุสวิชท์ทั้งหลายทำจากเงินประสม พลาเดียมากที่สุด ส่วนสวิชท์ต่อวงจรจะเป็นเงินประสมแคดเมียม

ทองประสม                     ทองมักประสมกับเงิน ทองแดง นิเกิล โคบอลท์ ทองคำขาว พลาเดียม ใช้เป็นวัสดุสวิชท์สำหรับงานที่มีคุณภาพของวงจรจริงๆ หรือเป็นงานที่ต้องใช้แรงกดสัมผัสน้อย

สวิชท์ที่ใช้ควบคุมด้วยอุณหภูมิ

                         สวิชท์จำพวกนี้จะใช้โลหะแผ่น 2 ชนิดแตกต่างกัน  ข้อสำคัญของการทำงานก็คือ สัมประสิทธิ์ของการขยายตัวตามเส้นของโลหะนั้นจะต้องแตกต่างกัน วิธีประกอบแผ่นโลหะทั้งสองเข้าด้วยกันอาจใช้วิธีเชื่อมอัดติดกันจนแน่น เมื่อคู่ประกบของโลหะทั้งสองนี้ได้รับความร้อนขึ้น โลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวตามเส้นมากกว่าจะขยายตัวยาวกว่าโลหะอีกชนิดหนึ่ง ทำให้เกิดการโก่งตัวซึ่งจะนำเอาผลอันนี้ไปใช้ในการบังคับทำงานของวงจรให้ปิดเปิดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

                                               

 

 

 

 

รูปที่ 10.3  โลหะที่ใช้ทำเป็นสวิตช์

 

 

วัสดุสวิชท์ที่เป็นโลหะซินเตอร์

1.              วุลเฟรมและโมลิบดินัม มีจุดหลอมเหลวสูงมาก คือ วุลเฟรม 3370 องศาเซลเซียส โมลิบดินัม 2620 องศาเซลเซียส ใช้ขึ้นรูปโดยวิธีซินเซอร์สามารถคงทนต่อการอาร์คไฟฟ้าได้ดี

2.              วุลเฟรมประสมกับเงิน ตามปกติจะประสมเงินประมาณ 10-70%  วัสดุชนิดนี้มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าเท่ากับเงิน ใช้กันมากกับระบบสวิชท์ที่มีการเปิด-ปิดบ่อยๆ เช่น สวิชท์ไฟกระพริบ

3.              วุลเฟรมประสมกับทองแดง  ใช้กันมากในระบบไฟฟ้าแรงสูง และสวิชท์ใหญ่ๆ มีทั้งสวิชท์น้ำมัน สวิชท์อากาศ

 

 

 

ตัวอย่างสวิชท์อัตโนมัติที่เรียกว่า เบรคเกอร์ (Circuit Breaker)

                เป็นอุปกรณ์ตัดวงจรไฟฟ้าอัตโนมัติ ซึ่งค่อนข้างจะเป็นของใหม่ ในยุคปัจจุบัน  โรงงานผู้ผลิตอุปกรณ์ชนิดนี้ได้แข่งขันและพัฒนาทางด้านเทคโนโลยี การผลิตกันอย่างหนักเพื่อที่จะได้เป็นผู้ครองตลาดการค้าอุปกรณ์ประเภทนี้

                Circuit Breaker เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีการผลิตขึ้นเพื่อใช้ทั้งในระบบไฟแรงสูงและไฟแรงต่ำ

                สวิชท์น้ำมัน (Minimum Oil Circuit Breaker) มักใช้ในระบบไฟแรงสูง หน้าสัมผัสจะถูกแช่อยู่ในน้ำมัน ซึ่งเป็นตัวช่วยดับประกายไฟ (Arc) ที่เกิดขึ้น  ในขณะที่หน้าสัมผัสกำลังจากกัน น้ำมันที่ใช้เป็นน้ำมันชนิดเดียวกันกับที่ใช้ในหม้อแปลงน้ำมันนั่นเอง

                สวิชท์แบบสุญญากาศ (Vacuum Circuit Breaker) เป็นแบบที่ใช้ในระบบไฟฟ้าแรงสูงเช่นกัน โดยหน้าสัมผัสของมันจะอยู่ภายในกระบอกสุญญากาศ ซึ่งจะช่วยให้ประกายไฟฟ้าที่เกิดขึ้นดับได้อย่างรวดเร็ว

                สวิชท์แบบก๊าซเฉื่อย (Gas Circuit Breaker) เป็นวิวัฒนาการใหม่ในวงการผลิตสวิชท์ไฟฟ้าแรงสูงที่สร้างให้หน้าสัมผัสอยู่ในกระบอกบรรจุก๊าซชนิดที่ไม่ติดไฟ ที่นิยมใช้ในปัจจุบัน คือ SF6

สวิชท์แบบใช้อากาศ (Air Circuit Breaker)  เป็นแบบที่ผลิตขึ้นมาเพื่อใช้ในระบบกระแสแรงต่ำและแรงสูงปานกลาง ซึ่งผลิตขึ้นมามีขนาดสูงสุดประมาณ 6,000 แอมแปร์

สวิชท์ทั้ง 4 ชนิดที่กล่าวมานั้น จะต้องมีอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่ง คือ Protective Relay เป็นตัวจับสภาพของกระแสไฟฟ้าในระบบและควบคุมให้วงจร ตัดออก ดังนั้น ความสามารถหรือความเที่ยงตรง ตลอดจนความไวไฟในระบบและควบคุมให้วงจรตัดออก ดังนั้น ความสามารถหรือความเที่ยงตรง ตลอดจนความไวในการตัดวงจรจะขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของ Protective Relay นั้นด้วย

 

3.              ฟิวส์ (Fuse)

เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านมากเกินไปหรือใช้งานเกินกำลัง  วัสดุที่ใช้ทำฟิวส์จะร้อนและหลอมละลายขาดออกจากกันโดยปราศจากเปลวไฟ

วัสดุที่ใช้ทำฟิวส์จะทำจากโลหะผสมมีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น ตะกั่ว สังกะสี ดีบุก และ ทองแดงเป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 6.12

เส้นฟิวส์ เป็นฟิวส์เปลือยไม่มีฉนวนหุ้ม มีขั้ว หรืองอเป็นขั้วสำหรับใช้สกรูยึด

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่10.4  แสดงลักษณะของฟิวส์เส้นและฟิวส์ก้ามปู

 

การใช้ฟิวส์เส้นหรือฟิวส์ก้ามปูที่กล่าวมานี้ ต้องใช้ร่วมกับสะพานไฟหรือคัตเอาต์ (Cut out) สะพานไฟเปรียบเสมือนสะพานข้ามแม่น้ำที่ปิดเปิดได้  เพราะเมื่อเปิดสะพานให้เรือขนาดใหญ่ผ่าน รถยนต์ต่างๆ จะไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านจากฝั่งหนึ่งมาอีกฝั่งหนึ่งได้ สะพานไฟก็เช่นเดียวกัน  เมื่อยกคัตเอาต์ขึ้นสะพานไฟจะถูกตัดขาด  กระแสไฟฟ้าก็ไม่สามารถไหลผ่านได้ (ตัดวงจรไฟฟ้า)  แต่เมื่อสับคัตเอาต์ลงวงจรถูกต่อเข้าด้วยกัน  กระแสไฟฟ้าก็สามารถไหลผ่านไปได้

สะพานไฟหรือคัตเอาต์ (Cut Out) นี้เป็นตัวตัดวงจรไฟฟ้าแบบธรรมดาซึ่งนิยมใช้ตาม  อาคารหรือตามที่อยู่อาศัยทั่วไป ดังแสดงในรูปที่ 6.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.5  แสดงลักษณะของคัตเอาต์ (Cut Out)

 

 

 

ฟิวส์ปลั๊ก (Plug fuse)     นิยมใช้กันมากตามบ้านพักอาศัย  เพราะการเปลี่ยนฟิวส์ทำได้งานและปลอดภัย  ถ้าฟิวส์ขาดสังเกตได้ง่าย ปุ่มฟิวส์จะหลุดออกจากแท่งเซรามิกดังแสดงในรูปที่ 6.14

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.6  แสดงลักษณะของฟิวส์ปลั๊ก

 

คาร์ทริดจ์ฟิวส์ (Cartridge Fuse)                มีอยู่ 2 ชนิด  คือ แบบกระบอกหรือแบบเฟอร์รูล  (Ferrule)  และแบบใบมีด  (Knife Blade Type) เป็นฟิวส์ที่มักใช้ร่วมกับเซฟตีสวิตช์ (Safety Switch)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.7  แสดงลักษณะของฟิวส์กระบอก

               

 

 

 

 

 

เซฟตีสวิตซ์ หมายถึง สวิตช์ที่อยู่ภายในกล่องโลหะ ฝาจะเปิดออกได้เมื่อตอนที่สวิตช์อยู่ในตำแหน่ง off เท่านั้น

 

 

 

 

 

 

 

 

     รูปที่ 10.8  แสดงลักษณะของฟิวส์แบบใบมีด

ตัวตัดไฟอัตโนมัติ (Circuit Breaker) หรือเบรกเกอร์

                เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ถูกออกแบบขึ้นมาสำหรับตัดต่อวงจรแทนมือ สามารถตัดวงจรโดยอัตโนมัติเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากกว่าปกติ  ภายในของตัวตัดตอนมีการทำงานโดยอาศัยความร้อนหรืออำนาจแม่เหล็ก  แต่ตัดตอนที่นิยมใช้กันจะมีทั้งระบบการทำงานด้วยอำนาจแม่เหล็กและความร้อนอยู่ในตัวเดียวกัน ซึ่งมีประโยชน์ คือ

§  สามารถป้องกันการลัดวงจรด้วยอำนาจแม่เหล็ก

§  สามารถป้องกันการใช้งานเกินกำลังโดยอาศัยความร้อน

ตำแหน่งของก้านสวิตช์จะมี 3 ตำแหน่ง เช่น เมื่อใช้งานต้องโยกสวิตซ์ขึ้นไปยู่ในตำแหน่ง “ON”  แต่ถ้ากระแสไหลผ่านมากเกินไปตัวตัดตอนจะทำการดัดวงจร ก้านสวิตซ์จะเคลื่อนมาอยู่ที่ตำแหน่ง “Tripped”  เมื่อต้องการให้ทำงานก็โยกก้านสวิตช์มายังตำแหน่ง “OFF”  

ตัวตัดตอนอัตโนมัติ จะมีขนาดจั้งแต่ 10, 15, 20, 25 จนถึง 200 แอมแปร์

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.9แสดงการทำงานของเบรกเกอร์ (Breaker)

 

                สวิตช์อัตโนมัติ (Automatic Switch)

ปัจจุบันนิยมใช้กันมาก  จึงนำมาใช้แทนสะพานไฟ (Cut Out)  เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านมากเกินขนาดที่กำหนดไว้ (Over load)  สวิตช์นี้จะตัดวงจรไฟฟ้าทันที และเมื่อแก้ไขให้กระแสไฟฟ้าอยู่ในระดับปกติแล้ว  ก็เมื่อแก้ไขให้กระแสอยู่ในระดับปกติแล้ว  ก็สามารถกดปุ่มทำงาน (ON)  วงจรไฟฟ้าจะต่อกันใหม่โดยต้องหาประแจมาเปลี่ยนฟิวส์อีก  มีความสะดวกปลอดภัย แต่มีราคาสูงกว่าตัวตัดกระแสไฟฟ้าชนิดอื่น ดังแสดงในรูปที่ 6.18

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.10  แสดงลักษณะการทำงานของสวิตซ์อัตโนมัติ (Automatic Switch)

 

4.              ถ่านที่ใช้ในงานไฟฟ้า

ถ่านที่ใช้ในการผลิต โดยนำถ่านหินแอนทราไซต์ ถ่านโค้ก และถ่านไม้มาบดเข้าด้วยกันจนละเอียด  ผสมน้ำมันดินลงไปเป็นตัวประสาน เสร็จแล้วใช้อัดด้วยเครื่องไฮดรอลิกอัดขึ้นรูปเป็นแผ่นหรือรูปทรงตามที่ต้องการ  แล้วนำไปอบในเตาเพื่อให้น้ำมันดินสลายจับตัวกับถ่าน แล้วถ่านจะเปลี่ยนอันยรูปเป็นกราไฟต์ได้มาก กราไฟต์ที่ได้จะมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า เรียกว่า กราไฟต์ไฟฟ้า

ถ่านที่ใช้ในงานช่างไฟฟ้า คือเป็นแปรงถ่าน ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่กดอยู่บนฟันของคอมมิวเตอร์ในเครื่องจักรไฟฟ้า

 

 

 

 

ถ่านชนิดพิเศษ

1.             ถ่านที่ใช้ในการอาร์คไฟฟ้า ใช้ทำสวิตช์เลื่อนในรถไฟ, รถเครน

2.             ถ่านขีดอาร์ค  ใช้ทำไฟอาร์ค เช่น ไฟฉายภาพยนตร์, ไฟฉายเครื่องบิน

3.             ถ่านอิเลคโตรด  ในเตาอาร์คไฟฟ้า เช่น เตาหลอมเหล็กไฟฟ้า

4.             ถ่านไฟเคมี  ใช้ในอิเลคโตรดขีดอาร์ค เพื่อต้องการความร้อนไปหลอมวัสดุอื่นในกรรมวิธีทางเคมี เช่น กรรมวิธีถลุงอลูมิเนียมและแมกนีเซียม

5.             ถ่านอาโนดกราไฟต์  ใช้ทำตัวต้านทาน (register) ใช้กันมากในงานด้านอิเล็คทรอนิกส์

สารกึ่งตัวนำ ซึ่งใช้ในการทำชิ้นส่วนสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลาย เช่น

โทรทัศน์, เครื่องรับส่งวิทยุ, และคอมพิวเตอร์เป็นต้น  สารกึ่งตัวนำที่ใช้กันมาก ก็คือ เยอรามาเนียมและซิลิกอน ซึ่งถ้าหลอมเหลวผสมกับวัสดุประเภทสารหนู พลวง  หรือฟอสฟอรัส และได้สารกึ่งตัวนำชนิด เอ็น (N-Type) แต่ถ้าผสมสารกับสารประเภทโบรอนอลูมิเนียม จะได้สารกิ่งตัวนำชนิด พี (P-Type) ซึ่งนำมาเรียงกัน 3 ตัว ตามลำดับที่เหมาะสม จะได้ชิ้นส่วนที่เรียกว่า ทรานซิสเตอร์

ในปัจจุบัน วิวัฒนาการทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ได้เจริญมาก จะสามารถย่อสว่นทรานซิ

สเตอร์แต่ละตัวให้เล็กกว่าหัวเข็มหมุด  แล้วปรกอบต่อเป็นวงจรสำเร็จเรียกว่า วงจรอินติเกรดเซอร์กิต (Integrated Circuit) ที่เรียกว่า IC การประกอบเป็น IC เพื่อใช้ในงานต่างๆ ที่เห็นโดยทั่วไป คือ ใช้ในงานคำนวณ วงจรนาฬิกา เป็นต้น

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10.11  ภาพลักษณะแปลงถ่านในเมอร์เตอร์สตาร์ท

 

 

5.              หลอดไฟฟ้า

หลอดไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ที่ให้แสงสว่าง เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากใช้พลังงานจ่ายเข้าหลอดไฟเพียบ 25%  อีก 75%  สูญเสียไปในรูปของความร้อน ปัจจุบันนี้การเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานแสงโดยตรงยังไม่สามารถทำได้ จึงต้องใช้พลังงานทางอ้อม เช่น โดยการใช้พลังงานไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดความต้านทาน  ทำให้เกิดความร้อนและให้แสงสว่าง เช่น หลอดเผาไส้ (Incandescent Lamp) หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp)

 

หลอดเผาไส้   (Incandescent Lamp) เป็นที่นิยมใช้กันมาก ราคาถูก ใช้หลักการทำงาน คือ

เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไส้หลอดที่มีความต้านทานสูงซึ่งทำจากลวดทังสเตน ทำให้ไส้หลอดร้อนมากขึ้น จนกระทั่งแปล่งแสงออกมา าเนื่องจากไส้หลอดอยู่ภายในสุญญากาศหรือหลอดบรรจุก๊าซเฉื่อย จึงทำให้ไส้หลอดไม่หลอมละลาย ดังแสดงในรูปที่ 6.7

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่10.12  แสดงลักษณะของหลอดเผาไหม้ชนิดขั้วแบบเกลียว และขั้วแบบเขี้ยว และหลอดที่ใช้งานทั่วไป

 

หลอดฟลูออเรสเซนต์                   (Fluorescent Lamp) เป็นหลอดเรืองแสงชนิดหนึ่ง ประกอบด้วย

หลอดแก้วรูปร่างกลมยาว บริเวณหัวท้ายจะมีขาหลอดด้านละ 2 ขา  ซึ่งต่ออยู่กับกิเล็กโทรดที่ทำด้วยเส้นทังสเตนขนาดเล็ก หัวท้ายของหลอดนี้ไม่มีวัสดุใดต่อถึงกันเลย ภายในบรรจุด้วยไอปรอทและก๊าซอาร์กอน หรือการผสมระหว่างก๊าซอาร์กอนกับก๊าซนีออน บริเวณด้านในของหลอดจะเคลือยด้วยสารฟอสเฟอร์ (Phosphor) ทำหน้าทีเปลี่ยนแสงอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) ที่เกิดขึ้นภายในหลอด (มองไม่เห็น) ให้เป็นแสงที่สามารถมองเห็นได้

                                                               หลอดฟลูออเรสเซนต์นี้ให้แสงนวลตา มีความสว่างมกกว่าชนิดเผาไส้ 3-4 เท่า มีลักษณะยาว วงกลม และตัวยู ดังแสดงในรูปที่ 10.13

                                                                                                                                                โครงสร้างของหลอด

1.             หลอดแก้ว

2.             ฟอสเฟอร์

3.             ขั้วหลอด

4.             ฐาน

5.             ปรอท

6.             ก๊าซเฉื่อย

       รูปที่ 10.13 แสดงโครงสร้างของหลอดฟลูออเรสเซนต์

 

 

 

 

รูปที่ 10.13 แสดงการเปล่งแสงของหลอดฟลูออเรสเซนต์

สตาร์ทเตอร์ (Starter)

เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปจำนวนหนึ่ง ก๊าซเฉื่อยภายในหลอดจะแตกตัวเกิดความร้อน ทำให้โลหะที่งออยู่ขยายตัวมาสัมผัสแท่งโลหะนี้ เข้าไปยังบัลลาสต์หลังจากหลอดไฟให้แสงสว่างแล้ว โลหะนี้จะหดกลับดังเดิม  เนื่องจากไฟฟ้าไม่ผ่านไอของก๊าซทำให้ความร้อนลดลง

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10. 14  แสดงโครงสร้างของสตาร์เตอร์

      

บัลลาสต์ (Ballast)

จะทำหน้าที่สร้างแรงดันสูงเพื่อให้หลอดเริ่มทำงาน และเป็นตัวควบคุมกระแสให้ไหลผ่านคงที่ การสร้างแรงดันสูงจะเกิดขึ้นในช่วงโลหะของสตาร์ทเตอร์สัมผัสกันก่อนที่จะแยกออกจากกัน ทำให้บัลลาสต์เกิดการเหนี่ยวนำตัวเอง เกิดแรงดันไฟฟ้าสูง ทำให้ไอปรอทแตกตัว ความต้านทานลดลง ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดได้ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ภายในหลอดและชนไอปรอท ทำให้ไอปรอทแตกตัวเป็นรังสีเหนือสีม่วงหรือรังสีอัลตราไวโอเลท  รังสีอัลตราไวโอเลทเมื่อไปกระทบฟอสเฟอร์ เกิดแสงที่ตาสามารถมองเห็นได้

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 10. 15 รูปแสดงโครงสร้างของบัลลาสต์

 

10.2.2 ฉนวนหุ้มไฟฟ้า (Insulators)

ฉนวนไฟฟ้า คือ วัสดุที่ไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน หรือไหลผ่านได้ยาก ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความต้านทานมาก ได้แก่

ฉนวนที่เป็นของแข็ง

1.        พลาสติกอ่อน เช่น โพลีไวนีลคลอไรด์ (PVC) ใช้หุ้มสายไฟ

2.        พลาสติกแข็ง จำพวกเทอร์โมเซตติ้ง ให้หุ้มตลับฟิวส์, เปลือนอกของปลั๊ก, สวิตช์, เปลือกแบตเตอรี่รถยนต์

3.        เซรามิก ใช้ทำถ้วยเดินสายไฟ หุ้มแกนกลางหัวเทียนแท่นสวิตซ์ไฟฟ้ากำลัง, ตลับฟิวส์หลอด ฯลฯ

4.        ยาง ใช้หุ้มสายเคเบิ้ลหม้อแบตเตอรรี่ขนาดกลาง ขนาดใหญ่

5.        ไมก้า เป็นเกล็ดหินใส ทำเป็นแผ่นบางใช้ในเตาหุ้มต้มไฟฟ้า เตารีดไฟฟ้า

6.        แลคเกอร์ ใช้อาบลวดไฟฟ้า ส่วนใหญ่เห็นได้จากมอเตอร์ไฟฟ้า

 

ฉนวนที่เป็นของเหลว ได้แก่ น้ำมันพาราฟิน หรือคลอริเนตไดนิผินิลที่ใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ นอกจากนี้ทำหน้าที่เป็นฉนวนแล้วยังระบายความร้อนด้วย

 

ฉนวนที่เป็นก๊าซ 

อากาศแห้งและก๊าซไนโตรเจนเป็นฉนวนในสายไฟฟ้าแรงสูง และสายอากาศ สถานีส่งวิทยุการใช้ก๊าซไนโตรเจนอัดเข้าไปเพื่อเป็นฉนวนไฟฟ้า ในเครื่องเอกซเรย์ในก๊าซฟรีออน (Freon) อัดเข้าไปเพื่อทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า

ตารางตัวอย่างฉนวนและการเลือกใช้งาน

 

ประเภทของฉนวน

ตัวอย่างฉนวน

ที่ใช้งาน

ฉนวนยาง

-              ยางเทียม

-              ยางธรรมชาติ

-                       สายโทรศัพท์

-                       สายแบตเตอรี่ขนาดกลาง และใหญ่

 

 

ฉนวนอินทรีย์

-              ฝ้ายหรือไหม

-                       หุ้มภายนอกสายอุปกรณ์ให้ความร้อน เช่น สายเตารีด เตาไฟฟ้า เป็นต้น

 

 

ฉนวนสังเคราะห์

-              พี.วี.ซี.

-                       หุ้มสายไฟฟ้าที่ใช้ในอาคารบ้านเรือน

ฉนวนสังเคราะห์

-              พลาสติก

(เบเกอร์ไลท์)

 

 

 

 

 

-                       เปลือกสวิตช์ และปลั๊ก

-                       เปลือกนอกแบตเตอรี่ขนาดเล็ก

ประเภทของฉนวน

ตัวอย่างฉนวน

ที่ใช้งาน

ฉนวนสังเคราะห์

-              แลกเกอร์, วานิช

(หุ้มโดยการเคลือบ)

 

 

 

-                       เคลือบลวดทองแดง

สำหรับพันมอเตอร์หรือหม้อแปลง

ฉนวนอินทรีย์

-              เซรามิก

 

 

 

 

 

-                       ลูกถ้วยตามเสาไฟ

-                       หุ้มแกนหัวเทียน

-                       ฐานคัทเอาท์ ฐานปลั๊กฟิวส์

ฉนวนสังเคราะห์

-              แอสเบสตอส

 

-              ไมก้า

-                       ฉนวนในเตารีด

 

หุ้มสายภายนอกอุปกรณ์ความร้อน

 

 

 

 

ฉนวนความร้อน

ต้องมีคุณสมบัติต้านทานความร้อนได้ดี มีจุดหลอมเหลวสูงตัวอย่าง ได้แก่

1.             แก้ว ใช้ทำหลอดไฟฟ้า

2.             ดินขาวเผา ใช้ทำลูกถ้วยไฟฟ้า เตาไฟฟ้า

3.             พลาสติกแข็ง (จำพวกเทอโมเซตติ้ง ด้ามจับของอุปกรณ์ต่างๆ เช่น หัวแร้งไฟฟ้า,  หูกะทะ, หม้อหุงข้าว, หัวจับลวดเชื่อม ฯลฯ

4.             เซรามิก ทนความร้อนได้สูง ทำถ้วยจาน เตาต่างๆ ตลอดจนเตาไฟฟ้า ฯลฯ

 

 

 

 

10.2.3 วัสดุต้านไฟฟ้า (Resistance)

วัสดุต้านไฟฟ้า หมายถึง โลหะต้านทานต่อการไหลของกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าได้ไหลผ่านก็จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นที่วัสดุต้านทาน ได้แก่ คอนสแตนแตน (Constantan) โดยเป็นโลหะผสมระหว่าง นิกเกิลกับทองแดง นำมาใช้ทำขดลวดในเตารีดไฟฟ้า เตาไฟฟ้า ได้ฝังขดลวดทานไว้ในวัสดุทนไฟฟ้า ต้านทานไว้ในวัสดุทนไฟ ได้แก่ ไมก้า เซรามิก

 

 

 

 

 

 

รูป 10.16  ลักษณะวัสดุต้านทานที่นำมาใช้งานไฟฟ้า

 

10.2.4 วัสดุกึ่งตัวนำ (Semi Conductor)

เป็นวัสดุที่มีความสำคัญในการผลิตทรานซิสเตอร์และวงจรอินติเกรด ซึ่งเป็นชิ้นส่วนสำคัญของอุปกรณ์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลาย

วัสดุที่นำมาใช้ในการผลิตเป็นวัสดุกึ่งตัวนำ ได้แก่ เยอรมาเนียและซิลิกอนถ้าหลอมเหลวเยอรมาเนียมและซิลิกอนแล้วนำไปผสมกับสารหนู พลวง ฟอสฟอรัส และได้วัสดุกึ่งตัวนำชนิด เอ็น (N) แต่ถ้าผสมกับสารผระเภทโบรอิน อลูมิเนียม แกลเลียม จะได้วัสดุกึ่งตัวนำชนิด พี (P) ถ้านำวัสดุกึ่งตัวนำชนิด เอ็น และชนิด พี มาต่อเรียงกัน 3 ตัวตามลำดับที่เหมาะสม จะได้ชิ้นส่วนอุปกรณ์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่มีชื่อเรียกว่า ทรานซิสเตอร์ ซึ่งพบเมื่อปี พ.ศ.2490 เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในการขยายสัญญาณและควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรได้ สามารถใช้แทนหลอดสุญญากาศของเครื่องรับวิทยุในสมัยก่อนได้เป็นอย่างดี

             ในสมัยปัจจุบันทรานซิสเตอร์ได้ถูกย่อส่วนแล้วนำมาประกอบกันเป็นวงจรสำเร็จรูปที่มีขนาดเล็ก เรียกว่า วงจรอินติเกรต (Integrated Circuit) หรือเรียกชื่อย่อว่า ไอซี (IC) ซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์นับหมื่นนับพันตัว ซึ่งเป็นชิ้นส่วนสำคัญที่ใช้กับอุปกรณ์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น เครื่องรับวิทยุ โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์และเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์

             ประเทศไทยสามารถผลิตวงจรไอซีส่งออกขายต่างประเทศปีละหลายร้อยล้านบาท โดยมีบริษัทที่ทำการผลิตภายในประเทศหลายบริษัท

             คุณภาพของไอซีที่ผลิตได้ในประเทศนั้นนับได้ว่ามีคุณภาพได้มาตรฐานโลกเช่นเดียวกับนานา ประเทศที่เจริญแล้วทางด้านเศรษฐกิจอื่นๆ

10.2.5 วัสดุแม่เหล็ก (Magnetic)

แม่เหล็ก หมายถึง เหล็กที่มีอำนาจสามารถดึงดูดโลหะที่เป็นเหล็กได้ แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

แม่เหล็กชั่วคราว  (Non-Permanent Magnetic)

             แม่เหล็กชั่วคราว ซึ่งใช้วัสดุในการทำแม่เหล็กชั่วคราว ทำมาจากเหล็กอ่อน หรือเหล็กคาร์บอนต่ำ โดยการนำลวดทองแดงมาพันรอบชิ้นเหล็กแล้วปล่อย กระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดทอง กระแสไฟฟ้าจะเกิดกี่เหนี่ยวนำทำให้เหล็กเป็นแม่เหล็กและหมดสภาพเมื่อตัดกระแสไฟฟ้านั้นออกไป นำไปใช้ทำแท่นแม่เหล็กจับชิ้นงานบนเครื่องเจียระไน กระดิ่งไฟฟ้า

 

แม่เหล็กถาวร  (Permanent Magnetic)

             วัสดุที่ใช้ทำแม่เหล็กชนิดนี้ ได้แก่ โลหะ อัลนิโค (Alnico)  ซึ่งได้มาจากโลหะผสมระหว่าง โครเมียม นิกเกิล โคบอลต์และแบเรียมเฟอร์ไรต์ นำมาขึ้นรูปโดยกรรมวิธีซินเตอร์ จะได้ออกมาเป็นแม่เหล็กถาวร คงสภาพความเป็นแม่เหล็กสูงนั่นเอง นำมาใช้งาน เช่น แม่เหล็กลำโพง ไดนาโมรถจักรยานและแม๊กนีโต ฯลฯ

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 17    การนำแม่เหล็กถาวรมาใช้สร้างลำโพง

Č
ĉ
ď
wongmai.chat@gmail.com,
12 ก.พ. 2554 06:42
ĉ
ď
wongmai.chat@gmail.com,
12 ก.พ. 2554 06:43
Comments