แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า( Power Souse)

          แหล่งกำเนิดไฟฟ้า( Power Souse) คือต้นกำเนิดของกำลังไฟฟ้าหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งมีวิธีการต่างๆตั้งแต่ยุคแรกๆที่ค้นพบแหล่งกำเนิดไฟฟ้าจนมาถึงยุคปัจจุบัน และพัฒนาตลอดเวลาเพื่อให้ได้แหล่งกำเนิดที่มีคุณภาพ และประสิทธิภาพสูงสุด แหล่งกำเนิดไฟฟ้าได้มาจากแหล่งต่างๆดังนี้

1.เกิดจากการเสียดสีหรือขัดถู(Friction)

2.เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี(Chemicals)

3.เกิดจากความร้อน (Heat)

4.เกิดจากแสง(Light)

5.เกิดจากแรงกดอัด(Pressure)

6.เกิดจากสนามแม่เหล็ก(Magnetism) 

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากแหล่งต่างๆเหล่านี้ จะทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตและไฟฟ้ากระแส 

รูปที่ 1 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากแหล่งต่างๆ 

 ไฟฟ้าสถิต (Static Electricity)

        ไฟฟ้าสถิตเรียกว่า สแตติค อิเล็กตริกซิตตี้(Static Electricity) เกิดจากการเสียดสีของวัตถุ เช่นแท่งอำพัน นำมาขัดถูกับผ้าขนสัตว์ แท่งอำพันจะเกิดการเสียโปรตอน (มีประจุเป็นบวก) ทำให้แท่งอำพันแสดงประจุไฟฟ้าลบออกมา สามารถดูดวัตถุเบาๆ เช่นเศษกระดาษ นอกจากนี้ไฟฟ้าสถิตยังเกิดจากธรรมชาติ เช่น ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ฟ้าร้อง เป็นต้น 

รูปที่ 2 ประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น เมื่อนำผ้าขนสัตว์ขัดถูกับแท่งอำพัน

 ไฟฟ้ากระแส

        ไฟฟ้ากระแสคือ แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มนุษย์คิดค้นขึ้นมา ไฟฟ้ากระแส คือไฟฟ้าที่มีการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอน ไปตามสายตัวนำหรือสายไฟฟ้าด้วยความเร็วเท่าแสงคือ 186,000 ไมล์ ต่อวินาที หรือ 300 ล้านเมตรต่อวินาที

รูปที่ 3 แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

 ไฟฟ้ากระแสตรง

        ไฟฟ้ากระแสตรง เรียกว่า ไดเร็ค เคอเรนท์ (Direct Current ) เรียกชื่อย่อว่า ไฟดีซี (DC) ไฟฟ้ากระแสตรง คือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีทิศทางการไหลเพียงทิศทางเดียว โดยกระแสอิเล็กตรอนจะไหลจากขั้วลบไปยังขั้วบวก

    แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมี แบ่งตามลักษณะการใช้งานได้ 2 ชนิด คือ

                1.เซลล์ไฟฟ้าปฐมภูมิ เรียกว่า ไพมารี่เซลล์ ( Primary Cell)  เป็นเซลล์ที่เมื่อใช้งานจนหมดประจุไฟฟ้าแล้วไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีก เช่น ถ่านไฟฉายที่ใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วๆไป

               2.เซลล์ไฟฟ้าทุติยภูมิ เรียกว่า เซคคั่นดารี่เซลล์ (Secondary Cell) เซลล์ไฟฟ้าแบบทุติยภูมิ เมื่อมีการประจุไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์ไฟฟ้าเต็มอัตราที่ระบุไว้ในเซลล์ไฟฟ้าแล้ว เมื่อนำมาใช้งานประจุไฟฟ้าจะลดลงจนหมดไป แต่เราสามารถที่จะนำไปประจุไฟฟ้าใหม่ได้ เพื่อนำไปใช้งานได้อีก ลักษณะนี้คือ แบตเตอรี่รถยนต์ ถ่านนิเกิลแคดเมี่ยม ( Nickel Cadmium) เป็นต้น

 ถ่านไฟฉาย

               ถ่านไฟฉาย มีโครงสร้างคือ ตัวถังภายนอกจะเป็นสังกะสี ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ ภายในจะมีแท่งคาร์บอน (Carbon) ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก โดยมีสารเคมีเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีและก่อให้เกิดประจุไฟฟ้า สารเคมีที่ใช้จะเป็นพวกแอมโมเนียร์คลอไรด์ และแมงกานีสไดอ็อกไซด์ โดยจะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 1.5 โวลต์เป็นมาตรฐาน

       ถ่านไฟฉายที่นิยมใช้งานโดยทั่วไป จะมี 3 ขนาด คือ ขนาดใหญ่ กลาง เล็ก การจ่ายไฟดีซี แต่ละขนาดจะให้แรงดันไฟ 1.5 V (ยกเว้นกรณีขนาดพิเศษ) และแต่ละขนาดจะมีขั้วบวกและขั้วลบที่แน่นอน

รูปที่ 4 ตัวอย่างถ่านไฟฉายที่ใช้งานทั่วไป

                ถ่านไฟฉาย UM-1^ST เป็นถ่านไฟฉายขนาดใหญ่ มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 โวลต์ 5 แอมแปร์

                ถ่านไฟฉาย UM-2SP เป็นถ่านไฟฉายขนาดกลาง มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 โวลต์ 3 แอมแปร์

                ถ่านไฟฉาย UM-3SP เป็นถ่านไฟฉายขนาดเล็ก มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 โวลต์ 2 แอมแปร์

รูปที่ 5 ถ่านไฟฉายชนิด 9 โวลต์ 2 แอมแปร์

  ถ่านไฟฉายชนิดพิเศษ

        ถ่านไฟฉายชนิดพิเศษ ผลิตออกมาเพื่อสะดวกกับอุปกรณ์ที่ใช้ตลอด เหมาะสมกับการพัฒนาเทคโนโลยีสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆและเก็บประจุไว้ได้นาน เช่นถ่านไฟฉาย “เฮฟวี่ดิวตี้”  ( Heavy Duty) และ “ ซูเปอร์ เฮฟวี่ดิวตี้”  ( Super  Heavy Duty) เซลล์ไฟฟ้าแบบนี้ สร้างมาจากสารอัลคาร์ไลน์ หรือเรียกว่าถ่านไฟฉายแบบ “อัลคาร์ไลน์” ลักษณะจะเหมือนกับถ่านไฟฉายทั่วๆไป คือส่วนเปลือกนอกจะเป็นขั้วลบ(ด้านล่าง) และขั้วด้านบนจะเป็นขั้วบวก อายุการใช้งานจะนานกว่าถ่านไฟฉายธรรมดา

รูปที่ 6 ถ่านไฟฉายแบบควอทซ์

                 ยังมีถ่านไฟฉายแบบใช้งานกับนาฬิกา “ ควอทซ์,กล้องถ่ายรูป,เครื่องคิดเลข,เกมกด ภาษาชาวบ้านเรียกว่า ถ่านแบบ “ กระดุม” ถ่านไฟฉายแบบนี้จะมีชนิด เมอร์คิงรี่อ๊อกไซด์,ชนิดลิเทียม ชนิดแคดเมียม,ชนิดนิเกิลแคดเมียม เป็นต้น 

แบตเตอรี่(Battery)

         แบตเตอรี่  เป็นเซลล์ไฟฟ้าแบบเปียกเรียกว่า แบบทุติยภูมิ เซลล์ไฟฟ้าแบบนี้ เมื่อทำการประจุ หรือชาร์จ ( Charge) จนเต็มแล้ว เมื่อนำไปใช้งานประจุไฟฟ้าที่เก็บไว้จะค่อยๆลดลง แต่จะสามารถนำมาชาร์จใหม่ได้

                ส่วนประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่น คือ แผ่นบวก ( Positive Plate) และแผ่นลบ (Negative Plate)  มีสารเคมี คือ กรดซัลฟูริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาภายในประกอบด้วยช่องเซลล์ไฟฟ้า แต่ละช่องมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า2 โวลต์ และที่สำคัญจะมีน้ำกลั่นเป็นน้ำยาทำปฏิกิริยาเคมี

รูปที่ 7 แสดงโครงสร้างแบตเตอรี่

ส่วนประกอบของแบตเตอรี่

1. ขั้วแบตเตอรี่ (Pole)
2.  แผ่นธาตุลบ (Negative Plate)
3.  แผ่นกั้น (Separator & Glass mat)
4.  แผ่นธาตุบวก (Positive Plate)
5.  จุกปิด (Vent Plug)
6.  เปลือกหม้อและฝาหม้อ (Container & Lid)
7.  ขั้ว (Terminal )

 ตัวแปร

        ตัวแปรหมายถึงปริมาณซึ่งสามารถที่จะกระทำการเปลี่ยนค่าได้อย่างง่ายดายและมีหน่วยเสมอ  ในวงจรไฟฟ้าจากสมการกฎของโอห์มคือ  แรงดันเท่ากับกระแสคูณด้วยความต้านทาน  หรือ V = IR  จากกฎนี้จะเห็นได้ว่าปริมาณที่เป็นตัวแปรคือ  แรงดันและกระแสไฟฟ้า   ส่วนความต้านทานมีค่าคงที่      

              

พารามิเตอร์

         พารามิเตอร์เป็นค่าคงที่  ซึ่งมีลักษณะคุณสมบัติที่ได้มาจากความสัมพันธ์ระหว่างสองตัวแปร  ปกติในวงจรไฟฟ้าค่าพารามิเตอร์แสดงให้เห็นถึงลักษณะสมบัติของวงจรซึ่งขึ้นอยู่กับพฤติการณ์ของวงจรนั้น ๆ   ค่าที่หมายถึงปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง  และใช้เป็นตัวอ้างอิงเปรียบเทียบกับตัวแปรอื่น ๆ  แต่ค่าพารามิเตอร์ในวงจรไฟฟ้านั้นบางครั้งสามารถที่จะเปลี่ยนแปลงไปได้เช่นกันโดยขึ้นอยู่กับสภาวการณ์การทำงานของวงจร

 หน่วย

        หน่วยหรือยูนิตบอกให้ทราบถึงขนาดหรือจำนวนของปริมาณ  ปริมาณที่เป็นตัวเลขทั้งหมดที่มีอยู่ในวงจรไฟฟ้าจะไม่มีความหมายใด ๆ ทั้งสิ้น  ถ้าหากว่าไม่เขียนค่ากำหนดเอาไว้

     หน่วยบ่งให้ทราบถึงค่าของปริมาณที่ระบุไว้อย่างชัดแจ้ง  และสามารถนำไปเปรียบเทียบกับปริมาณอื่น ๆ  ได้  ตัวอย่างของปริมาณทางไฟฟ้า  เช่น  แรงดันมีหน่วยเป็นโวลต์  กระแสมีหน่วยเป็นแอมแปร์  กำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์  เป็นต้น

 ระบบหน่วย  SI

        ในการประชุมนานาชาติทั่วไปครั้งที่  11 เกี่ยวกับน้ำหนักและการวัดในปี ค.ศ. 1960  ได้ตกลงให้นำเอาระบบหน่วย SI  ( International  System of   Units ) นี้มาใช้

หน่วย SI ประกอบด้วยหน่วยพื้นฐาน 6 หน่วย  ดังแสดงในตาราง 

ปริมาณ	ชื่อย่อหน่วยพื้นฐาน	สัญลักษณ์
ความยาว มวล เวลา กระแสไฟฟ้า อุณหภูมิ ความเข้มของแสงสว่าง	เมตร กิโลกรัม วินาที แอมแปร์ เคลวิน เคนเดลต้า	m Kg s A K cd

     ปกติอุณหภูมิที่เป็นตัวแปรเสมอ  และมีผลต่อคุณสมบัติของวัสดุทางไฟฟ้าเป็นอย่างมาก   หน่วยของอุณหภูมิอีกหน่วยหนึ่งที่เรามักจะพบเสมอคือ  องศาเซลเซียส  การเปลี่ยนองศาเซลเซียสให้เป็นองศาเคลวินสามารถทำได้โดการบวก 273.15  เข้าไป หรืออุณหภูมิ  0  องศาเซลเซียสมีค่าเท่ากับ  273.15  -องศาเคลวิน

 ตัวอย่าง   ความสัมพันธ์ระหว่างองศาเซลเซียสกับองศาฟาเรนไฮต์

                                องศาเซลเซียส = (องศาเฟาเรนไฮต์ - 32) 

กำหนดให้อุณหภูมิของห้องเท่ากับ 86 องศาฟาเรนไฮต์ จงเปลี่ยนให้เป็นองศาเซลเซียสและเคลวิน

วิธีทำ      อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส =            องศาเซลเซียส

อุณหภูมิเป็นองศาเคลวิน  = องศาเซลเซียส + 273.15

                                                = 30 + 273.15 =303.15 องศาเคลวิน

สัญลักษณ์

        การเขียนคำหรือข้อความที่มีความยาว ๆ นั้น  ถ้าหากว่าเป็นการเขียนที่ซ้ำๆ กันหลายครั้ง  แล้วจะทำให้ยุ่งยากมาก  ฉะนั้นเราจึงใช้สัญลักษณ์เขียนแทน  ซึ่งจะทำให้ง่ายต่อการเขียนและสั้นด้วย

     การเขียนสัญลักษณ์แทนปริมาณและหน่วยนั้นจะเห็นได้ว่ามีจำนวนมากและสลับซับซ้อนด้วย  ฉะนั้นเพื่อที่จะลดความยุ่งยากและสลับซับซ้อนดังกล่าวข้างต้นเราจึงแบ่งการเขียนตัวอักษรออก เป็น  2  ลักษณะ  กล่าวคือ  ถ้าเขียนตัวตรงก็หมายถึงสัญลักษณ์ที่ใช้แทนหน่วย  และถ้าแบบตัวเอนก็หมายถึงสัญลักษณ์ที่ใช้แทนปริมาณ ดังตัวอย่างเช่นVหมายถึง โวลต์ (หน่วย)และ V  หมายถึงแรงดัน ( ปริมาณ ) หรือ P หมายถึงความดัน( ปริมาณ )และ Pหมายถึงพาสคาล ( หน่วย )