เซลล์ไฟฟ้า
- เซลล์ไฟฟ้าเคมี คือ แหล่งจ่ายไฟที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี
- สารละลายอิเล็กโทรไลต์ คือ สารละลายที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
- ขั้วไฟฟ้า คือ แผ่นตัวนำไฟฟ้า2แผ่น ที่จุ่มลงในสารละลายที่สามารถนำไฟฟ้าได้
- วงจรไฟฟ้า คือ ทางเดินของกระแสไฟฟ้าจากขั้วหนึ่งไปอีกขั้วหนึ่งโดยกระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วที่มีพลังงานสูงไปยังขั้วที่มีพลังงานไฟฟ้าต่ำกว่า
• เรียกขั้วที่มีพลังงานไฟฟ้าสูงว่า 'ขั้วบวก'
• เรียกขั้วที่มีพลังงานไฟฟ้าต่ำกว่าว่า 'ขั้วลบ'
- ความต่างศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานในการย้ายประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดภายใต้
สนามไฟฟ้าสถิต มีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์
- แรงเคลื่อนไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิด (เซลล์ไฟฟ้า) ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์ ครบวงจรพอดี จากขั้วบวกไปยังขั้วลบผ่านตัวต้านทาน (R) ภายนอกเซลล์และจากขั้วลบไปยังขั้วบวก ผ่านเซลล์ไฟฟ้าภายใน มีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์
หลักการของเซลล์ไฟฟ้า
คือ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า แต่สารเคมีที่ใช้อาจแตกต่างกันไปดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าก็จะแตกต่างกันด้วย
เซลล์กัลวานิก
เมื่อนำแผ่นสังกะสีจุ่มลงในสารละลายของทองแดง หรือตัวรีดิวซ์จุ่มลงในตัวออกซิไดซ์โดยตรงแล้ว ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นทำให้เกิดพลังงานในรูปของความร้อน แต่ถ้าแยกตัวรีดิวซ์ออกจากตัวออกซิไดซ์ แล้วเชื่อมต่อวงจรภายนอกและสะพานเกลือ (salt bridge) อิเล็กตรอนก็จะถูกถ่ายโอนผ่านตัวกลางภายนอกจากขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไปยังขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน จึงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้ เซลล์ไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีนี้เรียกว่า เซลล์กัลวานิก หรือเซลล์โวลตาอิก (galvanic cell or voltaic cell)
ถ่านไฟฉาย
ถ่านไฟฉาย หรือ เซลล์แห้ง ใช้แท่งคาร์บอนเป็นขั้วบวก และสังกะสีเป็นขั้วลบ มีสารแอมโมเนียมคลอไรด์และแมงกานีสไดออกไซด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ เมื่อใช้ไปนานๆกระแสไฟฟ้าจะลดลงและมีน้ำออกมาทำให้เกิดสนิมได้ และถ่านไฟฉายนี้ก็มีกระแสไฟฟ้าไหลเพียงทิศทางเดียว(บวกไปลบ) หรือ ไฟฟ้ากระแสตรงนั่นเอง
ใช้สารตะกั่วเป็นขั้วลบและตะกั่วออกไซด์เป็นขั้วบวก มีสารละลายกรดซัลฟูริกเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ สามารถนำไปชาร์ตเติมประจุได้ แต่ต้องหมั่นเติมน้ำกลั่นให้ความเข้มข้นของกรดซัลฟูริกเท่าเดิม
- เซลล์ปฐมภูมิ คือ เซลล์ไฟฟ้าที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
- เซลล์ไฟฟ้าทุติยภูมิ คือ เซลล์ไฟฟ้าที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
ไดนาโม
ไมเคิล ฟาราเดย์ได้ตั้งกฎว่า 'ถ้าให้ลวดตัวนำไฟฟ้าและเส้นแรงแม่เหล็กเคลื่อนที่ตัดกัน ขณะที่เคลื่อนที่นั้นจะเกิดมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในลวดตัวนำไฟฟ้านั้น และถ้าต่อลวดไฟฟ้านั้นให้ครบวงจรก็จะมีไฟฟ้าไหลในวงจรนั้น'
กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น เรียกว่า กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และนำหลักการนี้มาสร้างเป็น ไดนาโม ซึ่งไดนาโมสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 2 ชนิด คือ
1)ไดนาโมกระแสสลับ : มีขดลวดอาร์เมเจอร์(ขดลวดที่ติดไว้ระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้ของแม่เหล็ก)
ไว้หมุนให้ตัดกับเส้นแรงแม่เหล็ก ที่ปลายของขดลวดมีวงแหวนลื่นเชื่อมติดอยู่วงแหวนนี้จะหมุนครูดสัมผัส
อยู่กับแปรงซึ่งต่อไปที่วงจรภายนอก
- ไฟฟ้ากระแสสลับ คือ กระแสไฟฟ้าที่มีการเคลื่อนที่กลับไปกลับมา
2) ไดนาโมกระแสตรง : ปลายของขดลวดติดกับแหวนแยก หรือ คอมมิวเตเตอร์ ครึ่งวงแหวนแต่ละซีกแตะอยู่กับแปร
และแปรงแต่ละซีกติดกับวงจรภายนอก
การวัดกระแสไฟฟ้า
การวัดกระแสไฟฟ้าด้วยแอมมิเตอร์
เครื่องมือที่ใช้วัดเป็นมาตราฐาน คือ แอมมิเตอร์ มีทั้งวัดกระแสตรงและกระแสสลับโดยถ้าวัดกระแสตรงต้องดูขั้วบวกขั้วลบด้วยแต่กระแสสลับไม่ต้อง เมื่อจะวัดกระแสไฟฟ้าทั้งตรงและสลับ ให้ต่อแอมมิเตอร์แบบอนุกรมกับวงจร
โดย 1 แอมแปร์(A) = 1000 มิลลิแอมแปร์(mA)
1 มิลลิแอมแปร์(mA) = 0.001 แอมแปร์(A)
การวัดความต่างศักย์ด้วยโวลต์มิเตอร์
นิยมใช้โวลต์มิเตอร์วัดความต่างศักย์ มีหน่วยเป็น โวลต์(V:Volt) โดยในการวัดให้ต่อโวลต์มิเตอร์แบบขนานกับวงจร และถ้าวัดในวงจรกระแสตรงให้คำนึงถึงขั้วบวกและลบด้วย
กระแสไฟฟ้ากับความต้านทาน
ถ้าตัวนำชนิดเดียวกัน ความต้านทานไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับ
1.ขนาด : พื้นที่หน้าตัดใหญ่กว่าความต้านทานน้อยกว่า
2.ความยาว : ยิ่งยาวยิ่งความต้านทานมาก
3.ชนิดของวัสดุ
4.อุณหภูมิ : อุณหภูมิสูงความต้านทานสูง ยกเว้น คาร์บอนและซิลิกอนรวมถึงสารละลายอิเล็กโทรไลต์และฉนวน ที่อุณหภูมิสูงความต้านทานจะต่ำลง
ยอร์ช ไซมอน โอห์ม พบความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้ากับความต้านทานได้ดังนี้
R = V/I ; V=IR
เมื่อ R= ความต้านทาน(โอห์ม : Ω )
V= ความต่างศักย์(โวลต์ : V)
I= กระแสไฟฟ้า(แอมแปร์ : A)
ตัวต้านทาน ใช้เพิ่มเข้าไปในวงจรเพื่อลดปริมาณกระแสไฟฟ้าตามต้องการ
1.แบบค่าคงที่ ที่นิยมคือแบบถ่านโดยใช้รหัสสีแบบคาดเป็นแถบ
การเบี่ยงเบนจากค่าที่ระบุไว้ โดยการใช้แถบสีแถบสุดท้าย
สีเงิน ±10%
สีทอง ±5%
สีแดง ±2%
สีน้ำตาล ±1%
2.แบบเปลี่ยนค่าได้ ส่วนมากเป็นรูปโค้งกลมมีแขนปรับ เมื่อหมุนแขนปรับจะทำให้ความต้านทานระหว่างขั้วที่ต่อกับแขนปรับกับปลายแต่ละข้างของตัวต้านทานเปลี่ยน
กฎของโอห์ม
ยอร์ช ไซมอน โอห์ม พบความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้ากับความต้านทานได้ดังนี้
เมื่อ R= ความต้านทาน(โอห์ม : Ω )
V= ความต่างศักย์(โวลต์ : V)
I= กระแสไฟฟ้า(แอมแปร์ : A)
การต่อวงจรแบบอนุกรม
เป็นการต่อจากอุปกรณ์หนึ่งไปอีกอุปกรณ์อย่างตรงๆ ดังนั้นหากอุปกรณ์ใดเสียจะทำให้กระแสหยุดไหล
Vรวม = V1 + V2 + V3 +…+ Vn
Iรวม = I1 = I2 = I3 = In
การต่อวงจรแบบขนาน
แยกอุปกรณ์แต่ละชนิดในการเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ดังนั้นถ้าอุปกรณ์ใดเสียก็ยังสามารถไหลผ่านอีกอุปกรณ์ได้
Iรวม = I1 + I2 + I3 +…+ In
Vรวม = V1 = V2 = V3 = Vn
เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านมักต่อวงจรแบบนี้เนื่องจากได้ความต่างศักย์เท่ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและสามารถเลือกเปิดหลอดใดหลอดหนึ่งได้โดยใช้สวิตช์
ระบบไฟฟ้าในบ้าน
พลังงานไฟฟ้า -> พลังงานรูปอื่น -> งาน
ไฟฟ้าที่ผลิตจากโรงไฟฟ้ามีแรงดันสูงมาก จึงเรียกว่าไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งสายไฟฟ้าแรงสูงเป็นสายไม่มีปลอกหุ้มเพราะถ้ามีต้องใช้ฉนวนลักษณะพิเศษที่มีราคาแพง ตามชานเมืองจะมีสถานีย่อยสำหรับลดแรงดันโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแต่ก็ยังเป็นไฟฟ้าแรงสูงดังนั้นก่อนที่ไฟฟ้าจะเข้าสู่ที่อยู่อาศัยจะถูกลดแรงดันลงอีกโดยหม้อแปลงที่ติดอยู่ที่เสาไฟฟ้าให้มีความดัน220V
ปลั๊กไฟในบ้านจะมี3รู สายหนึ่งเป็นสายดินหรือสายกลางใช้ป้องกันอันตรายถ้าหากไฟฟ้าแรงสูงรั่วผ่านหม้อแปลงเข้ามา ส่วนอีก2สายมีกระแสไฟฟ้า เรียกว่า สายมีไฟ โดยจำนวนพลังงานไฟฟ้ามีหน่วยเป็นยูนิต(unit)
วงจรไฟฟ้าภายในบ้านประกอบด้วย..
1.อุปกรณ์ไฟฟ้า
2.เครื่องใช้ไฟฟ้า
1.อุปกรณ์ไฟฟ้า
สายไฟ
ทำด้วยตัวนำไฟฟ้า ซึ่งปัจจุบันใช้ทองแดง มีหน้าที่ส่งพลังงานไฟฟ้าจากจากที่หนึ่งไปอีกที่
- ความนำไฟฟ้า คือ การที่ลวดตัวนำยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในปริมาณที่ต่างกัน
- I α V เมื่ออุณหภูมิคงที่
โดย V = ความต่างศักย์
I = กระแสไฟฟ้า
R = VI
โดย R = ความต้านทานไฟฟ้า(โอห์ม:Ω )
1/R = ความนำไฟฟ้า(ต่อโอห์ม : Ω-1 หรือ ซีเมนส์)
- ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด = ตัวนำไฟฟ้าที่มีสภาพต้านทานเป็นศูนย์(นำไฟฟ้าดีสุด)
- สายไฟขนาดเล็กนำไฟฟ้าได้น้อย(ความต้านทานมาก)
ประเภทของสายไฟ
1.สายเปลือย : ไม่มีฉนวนหุ้มสายเกลียว แต่อาจอาบด้วยสารเคมีที่เป็นฉนวนไฟฟ้า เช่น น้ำยาวานิช
2.สายหุ้มฉนวน : ทำด้วยทองแดงหรืออะลูมิเนียมและหุ้มด้วยฉนวนไฟฟ้า
- ไฟฟ้าลัดวงจร/ไฟช็อต คือ การที่กระแสไฟฟ้าปริมาณมากผ่านลวดตัวนำที่สัมผัสกันกลับเข้าเซลล์ไฟฟ้า
- นกที่เกาะบนสายไฟที่ไม่มีฉนวนหุ้มแต่ไม่เป็นไรเพราะนกไม่ได้สัมผัสกับพื้นดินจึงไม่เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงไม่ผ่านตัวนกลงดิน
- การป้องกันไฟฟ้าดูด ทำได้โดยใช้ปลายข้างหนึ่งของสายไฟต่อกับโครงโลหะของเครื่องใช้ไฟฟ้า ปลายอีกข้างต่อกับแท่งโลหะแล้วเอาไปฝังดินที่มีความชื้น ซึ่งเรียกว่า สายดิน
ฟิวส์
ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในวงจรไฟฟ้าภายในบ้านมากเกินไปซึ่งจะทำให้เกิดอันตรายจากการที่ไฟฟ้าลัดวงจรได้ เนื่องจากขณะที่ไฟฟ้าลัดวงจรกระแสไฟฟ้าจะไม่ไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้าใดๆแต่จะไหลผ่านสายไฟบริเวณที่เกิดการลัดวงจรเพราะมีความต้านทานน้อยกว่าจึงทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านฟิวส์มากขึ้น ฟิวส์ก็จะขาดและตัดวงจรไฟฟ้าไปโดยอัตโนมัติ เนื่องจากฟิวส์มีจุดหลอมเหลวต่ำเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านฟิวส์พลังงานไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนเล็กน้อย เมื่อมีไฟฟ้าไหลผ่านฟิวส์มากขึ้นพลังงานความร้อนก็จะมากขึ้นจนทำให้ฟิวส์หลอมละลายและขาดในที่สุด
การเลือกขนาดของฟิวส์ ให้เลือกโดยนำกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านมารวมกันแล้วหารด้วย220Vจะได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าออกมา แล้วจึงเลือกใช้ฟิวส์ที่ทนกระแสไฟฟ้าสูงสุดได้มากกว่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้ในบ้านเล็กน้อย
ประเภทของฟิวส์
1.ฟิวส์เส้น : ใช้กับสะพานไฟตามอาคารบ้านเรือน ดัดเป็นรูปต่างๆได้ง่าย2.ปลั๊กฟิวส์(ฟิวส์กระเบื้อง) : บรรจุอยู่ในกระบอกที่ทำด้วยกระเบื้องกลวงปิด แบ่งเป็นแบบที่ขาดทันทีเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลเกินขนาด ใช้ตามบ้านที่อยู่อาศัยทั่วไป อีกแบบหนึ่งคือแบบขาดช้าเหมาะใช้สำหรับวงจรมอเตอร์มากกว่าวงจรแสงสว่างธรรมดา 3.คาร์ทริดจ์ฟิวส์ : ใช้ร่วมกับเซฟตี้สวิตช์ มีหลายแบบ เช่น แบบเฟอร์รูล(ฟิวส์หลอด)ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า แบบใบมีด(ฟิวส์แผ่น)ทำด้วยโลหะผสม
ปัจจุบันมีฟิวส์อัตโนมัติที่มีสวิตช์ตัดวงจรไฟฟ้าเมื่อมีปริมาณมากเกินกำหนดหรือเกิดไฟฟ้าลัดวงจรเมื่อแก้ไขแล้วสามารถปิดสวิตช์ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ดังเดิมโดยไม่ต้องเปลี่ยนฟิวส์ใหม่ เช่น เซอร์กิตเบรคเกอร์(circuit breaker) ซึ่งนิยมต่อกับสายไฟใหญ่ที่เข้าบ้านหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กระแสไฟฟ้ามากๆ
สะพานไฟ
เชื่อมโยงสายไฟที่ต่อมาจากมาตรไฟฟ้าเข้ากับวงจรไฟฟ้าภายในบ้าน ทั่วไปเรียกว่า คัตเอาต์(cut-out) ทำหน้าที่ตัดวงจรไฟฟ้าทั้งหมด มักต่อฟิวส์ไว้ในสะพานไฟด้วย และเมื่อยก(ปิด)สะพานไฟกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านไม่ได้ เรียกว่า ตัดวงจร ซึ่งสะพานไฟเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตัดวงจรทั้งหมด
สวิตช์
ใช้ในการเปิดปิดวงจรไฟฟ้าเฉพาะส่วนที่ต้องการ ประกอบด้วยโลหะ2ชิ้นโดยโลหะทั้งสองชิ้นถูกจัดให้แตะหรือแยกกันได้ง่ายซึ่งเรียกโลหะทั้งสองชิ้นว่า คอนแทค(contact) เมื่อแตะกันจะครบวงจรถ้าแยกกันไฟฟ้าก็จะหยุดไหล
1.สวิตช์ทางเดียว : ปิดเปิดวงจรทางเดียว
2.สวิตช์สองทาง : สวิตช์สองอันต่อหลอดไฟ1ดวง เพื่ออำนวยความสะดวกในการเปิดปิด นิยมใช้บริเวณบันได
3.สวิตช์อัตโนมัติ : เมื่อมีกระแสไหลผ่านเกินขนาดหรือเกิดไฟฟ้าลัดวงจรสวิตช์จะตัดวงจรอัตโนมัติโดยสวิตช์ไม่หลอมละลาย หลังจากแก้ไขแล้วก็ปุ่มที่สวิตช์ต่อวงจรใหม่
เต้ารับและเต้าเสียบ
การใช้เต้าเสียบ3ขาดีกว่า2ขา เนื่องจากถ้ากระแสไฟฟ้ารั่ว กระแสไฟฟ้าจะไหลลงดินผ่านทางสายดินช่วยไม่ให้เกิดอันตราย นอกจากนี้ยังไม่ควรต่อเต้าเสียบจากเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายๆชนิดกับเต้ารับอันเดียวเพราะจะเกิดอันตรายจากการที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากไปจนเกิดความร้อนสูงในสายไฟและอาจเกิดไฟไหม้ได้
2.เครื่องใช้ไฟฟ้า
1.ให้พลังงานแสงสว่าง
- หลอดไฟฟ้า ผู้ประดิษฐ์คนแรก คือ โทมัส แอลวา เอดิสัน เมื่อพ.ศ.2422 โดยขณะนั้นใช้คาร์บอนเป็นไส้หลอดเมื่อไส้คาร์บอนร้อนจัดจะเปล่งแสงออกมาแต่ก็มีปัญหาว่าเมื่อคาร์บอนได้รับความร้อนแล้วบางส่วนกลายเป็นไอหรือเขม่าไปจับกับบหลอดแก้ว แสงสว่างก็จะลดลงนอกจากนี้ไส้คาร์บอนก็เปราะหักได้ง่าย จึงมีการพัฒนาใช้ทังสเตนเป็นไส้หลอดแทนพร้อมทั้งสูบอากาศออกแล้วบรรจุแก๊สเฉื่อย เช่น แก๊สอาร์กอนเข้าไปซึ่งสามารถใช้ไอโอดีนแทนได้เช่นกัน
แต่ในปัจจุบันไม่นิยมใช้หลอดไฟฟ้าชนิดไส้แล้วเพราะมีความร้อนมากและกินไฟมาก
หลอดฟลูออเรสเซนต์
ทำด้วยแก้วบางใสกลมยาว ภายในสูบอากาศออกและใส่แก๊สอาร์กอนกับปรอทไว้เล็กน้อย ที่ผิวด้านในของหลอดฉาบสารเรืองแสงไว้ซึ่งสามารถเปล่งแสงเมื่อได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต มีไส้หลอดอยู่ที่ปลายหลอดทั้งสองข้าง ขั้วโลหะเป็นขั้วไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า อิเล็กโทรดทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อกระแสไฟฟ้าจากวงจรภายนอกเข้าหลอด การต่อเข้าสู่วงจรไฟฟ้าภายในบ้านต้องต่อร่วมกับอุปกรณ์อื่นอีกเพื่อไม่ให้หลอดไฟขาด อุปกรณ์นั้นเช่น
-สตาร์ตเตอร์ : ภายในมีแผ่นโลหะคู่และแผ่นโลหะตัวนำ แต่ละแผ่นต่อกับขั้วไฟฟ้าซึ่งอยู่ห่างกันเล็กน้อย และบรรจุด้วยแก๊สอาร์กอน-แบลลัสต์ : ภายในพันด้วยขดลวดรอบแกนแม่เหล็กและใช้ลวดทองแดงอาบน้ำยากันไฟรั่วระหว่างเส้นลงแกนเหล็กด้วย มีความต้านทานต่อไฟฟ้ากระแสสลับสูง
ปัจจุบันมีการพัฒนาหลอดฟลูออเรสเซนต์ 2 แบบ คือ
1.หลอดฟลูออเรสเซนต์ประสิทธิภาพสูง : เส้นผ่านศูนย์กลางสั้นกว่าแบบธรรมดาแต่ยาวเท่าเดิมจึงมักเรียกว่า หลอดผอม เป็นหลอดประหยัดพลังงาน
2.หลอดฟลูออเรสเซนต์คอมแพค : มีขั้วเกลียวใช้แทนหลอดธรรมดาชนิดไส้ได้ มีราคาแพงแต่ประหยัดพลังงานและอายุการใช้งานนาน
หลอดฟลูออเรสเซนต์จะให้แสงสว่างมากกว่าและประสิทธิภาพมากกว่าหลอดธรรมดาเนื่องจากพลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนน้อยมาก แต่หลอดธรรมดาต้องเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนแล้วค่อยเปลี่ยนเป็นพลังงานแสง ดังนั้นพลังงานความร้อนจึงสูญเสียไปบ้าง
2.ให้พลังงานความร้อน
อาศัยการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดความต้านทานแล้วจะเกิดความร้อนในลวดนั้น โดยลวดควรจะมีความต้านทานสูงเพื่อให้มีความร้อนมาก
ขดลวดที่ใช้คือ นิโครมซึ่งเป็นการผสมกันระหว่างนิกเกิล โครเมียมและเหล็ก ส่วนใหญ่มักขดอยู่ในที่รองรับที่เป็นฉนวนในเครื่องใช้ไฟฟ้า
เตาไฟฟ้า
1.แบบเปิด : ไม่มีเครื่องควบคุมอุณภูมิ มีลวดนิโครมขดอยู่ตามร่องปูนปลาสเตอร์หรือปูนซีเมนต์หรือกระเบื้องเคลือบเพื่อไม่ให้เกิดการลัดวงจรและไม่ให้ความร้อนไปอยู่ส่วนล่างของเตา แต่แบบนี้จะสูญเสียพลังงานมากกว่าแบบปิด
2.แบบปิด : มีลวดนิโครมอยู่ในท่อเหล็กไร้สนิมและบรรจุแมกนีเซียมออกไซด์ซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้าแต่นำความร้อนไว้ภายในท่อด้วย ปลอดภัยกว่าแบบเปิดแต่ก็มีราคาแพงกว่า สามารถปรับอุณหภูมิได้
เตารีดไฟฟ้า
เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแถบนโครมหรือแผ่นขดลวดความร้อนแล้ว จะถ่ายเทต่อไปยังแผ่นทับผ้าทำให้แผ่นทับผ้าร้อน ส่วนอุณหภูมิที่ใช้ก็จะขึ้นอยู่กับเนื้อผ้าที่เรารีด เตารีดไฟฟ้ามี3ชนิด คือ
1.แบบธรรมดา : ไม่สามารถปรับอุณหภูมิได้ ถ้าต้องการให้อุณภูมิสูงขึ้นก็เสียบปลั๊กอีกครั้งถ้าต้องการให้อุณหภูมิต่ำลงก็ถอดปลั๊กออก ไม่นิยมใช้เพราะอาจเกิดอันตรายได้
2.แบบอัตโนมัติ : ตั้งอุณหภูมิได้โดยใช้เครื่องปรับอุณหภูมิหรือเทอร์มอสตัท
3.แบบไอน้ำ : มีที่เก็บน้ำอยู่ในตัวเตารีด เมื่อเตารีดร้อนน้ำก็จะเดือดเป็นไอเมื่อต้องการใช้ก็กดปุ่มให้ไอน้ำพุ่งออกมา แต่น้ำที่เก็บไว้ต้องเป็นน้ำสะอาด
หม้อหุงข้าวไฟฟ้า ประกอบด้วย1.แผ่นความร้อน : มีขดลวดความร้อนฝังอยู่ ให้ความร้อนแก่หม้อชั้นใน
2.หลอดไฟบอกสภาวะการทำงาน : มีหลอดไฟที่ใช้กับวงจรหุงข้าวและอุ่นข้าว
3.หม้อข้าวชั้นใน : ทำด้วยอลูมิเนียมหรือโลหะผสม ต้องไม่บุบเบี้ยวง่ายไม่อย่างนั้นก้นหม้อจะสัมผัสกับแผ่นความร้อนได้ไม่ดี
4.หม้อข้าวชั้นนอก : ทำด้วยโลหะ มีหูจับสองด้าน มีเต้ารับเต้าเสียบ
5.เทอร์มอสตัท : ควบคุมความร้อนอัตโนมัติ
3.ให้พลังงานกล
มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็พลังงานกล โดยเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดตัวนำแล้วจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กและเกิดแรงกระทำกับขดลวดตัวนำซึ่งเป็นแรงคู่ควบจึงทำให้ขดลวดตัวนำหมุนได้
พัดลมไฟฟ้า
ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า3ชนิดคือ ยูนิเวอร์ซัลมอเตอร์ใช้ได้ทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ มอเตอร์แบบบังขั้วและมอเตอร์แบบขั้วซึ่งทั้งสองมอเตอร์นี้ใช้กับไฟฟ้ากระแสสลับ
เครื่องดูดฝุ่น
- แบบถุง : ขณะที่มอเตอร์ทำงานแปรงจะช่วยปัดฝุ่นขึ้นมาจากพื้น พัดลมช่วยดูดอากาศที่มีฝุ่นผ่านไปยังถุงเก็บฝุ่นแล้วอากาศก็จะออกจากถุงโดยที่ฝุ่นออกไม่ได้แต่ถ้าใช้งานจนมีฝุ่นมาอุดที่ผนังถุงมากๆอากาศก็จะออกจากถุงได้ยาก กำลังการดูดของมอเตอร์ก็ลดลง จึงควรทำความสะอาดถุงเก็บฝุ่นอยู่เสมอ
- แบบทรงกระบอก : มีถุงเก็บฝุ่นอยู่ด้านหน้า มีมอเตอร์ดูดอากาศอยู่ด้านหลังทำให้บริเวณหน้าเครื่องมีความกดดันน้อยและอากาศด้านหน้าของหัวดูดก็จะพัดเข้ามาตลอดเวลา เป็นแบบที่สะดวกมากเนื่องจากเปลี่ยนหัวดูดได้ด้วย
4.ให้พลังงานเสียง
เครื่องบันทึกเสียง
เมื่อพูดใส่ไมโครโฟนแล้วแผ่นไดอะเฟรมในไมโครโฟนก็จะสั่นตามคลื่นเสียงแล้วเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้าก็จะถูกบันทึกลงในแถบบันทึกเสียงที่ฉาบไว้ด้วยสารแม่เหล็กในรูปของสัญญาณแม่เหล็ก เมื่อจะฟังเสียงก็ทำกลับกันจากการบันทึกเสียง
เครื่องขยายเสียง มี4ภาค คือ
1.ภาคพรีแอมป์ : ขยายสัญญาณจากเสียงที่มีกำลังของสัญญาณต่ำมากให้มีกำลังสูงพอจะผ่านไปยังภาคต่อไป
2.ภาคโทนปรับเสียง : ปรับแต่งเสียงที่มีความถี่ 20-20000 เฮิรตซ์ให้มากน้อยตามต้องการ และช่วยขยายสัญญาณให้สูงขึ้นก่อนผ่านไปในภาคต่อไป
3.ภาคไดรเวอร์หรือภาคขยายขับ : ขยายสัญญาณให้มีกำลังสูงขึ้นเพื่อส่งผ่านไปภาคถัดไป
4.ภาคเมนแอมป์ : ขยายสัญญาณครั้งสุดท้ายก่อนส่งไปที่ลำโพง
วงจรไฟฟ้าในบ้าน
วงจรไฟฟ้าเป็นเส้นทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระที่ผ่านไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆแล้ววกกลับมาที่จุดเริ่มต้นเหมือนเดิม วงจรไฟฟ้าประกอบด้วย
1.แหล่งกำเนิดไฟฟ้า : มีทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ
2.สายตัวนำเชื่อมโยง : สายไฟที่มำจากลวดทองแดงมีฉนวนหุ้ม
3.อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าให้เกิดประโยชน์ตามที่ต้องการ : โหลด(load) เช่น ตู้เย็น โทรทัศน์
- ถ้าใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิดพร้อมกันจนโรงไฟฟ้าจ่ายไฟให้ได้ไม่พอจะเกิดไฟตก คือ ความสว่างของไฟลดลง
- วงจรไฟฟ้าที่มีไฟฟ้าไหลครบวงจร เรียกว่า วงจรปิด
- วงจรที่มีส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าหายไป จะไม่มีกระแสไหลในวงจร เรียกว่า วงจรเปิด
- การเปิดสวิตช์ไฟคือการทำให้มีไฟฟ้าไหลในวงจร เป็นวงจรปิด ตรงข้ามกับการปิดสวิตช์ไฟ
กำลังไฟฟ้า
คือ ค่าพลังงานไฟฟ้าที่เครื่องใช้ไฟฟ้าให้พลังงานใน1วินาที มีหน่วยเป็นจูลต่อวินาที หรือ วัตต์
การคิดกำลังไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสตรง
เมื่อ P = กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า (วัตต์)
V = ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้า (โวลต์)
I = กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า (แอมแปร์)
* สมการนี้สามารถใช้ได้กับทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ
การคิดกำลังไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสสลับ
ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าทำงานแยกกัน
P = VI × เพาเวอร์แฟคเตอร์
ตัวอย่าง มอเตอร์ไฟฟ้าตัวหนึ่งมีค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ 0.6ใช้กับไฟฟ้ากระแสสลับ220โวลต์ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน2แอมแปร์ จะใช้กำลังไฟฟ้าเท่าใด
วิธีทำ จากสูตร P = VI × เพาเวอร์แฟคเตอร์
กำหนดให้ V = 220 โวลต์
I = 2 แอมแปร์
เพาเวอร์แฟคเตอร์ = 0.6
แทนค่า P = 220 × 2 × 0.6 = 264 วัตต์
พลังงานไฟฟ้า
หมายถึง งานที่ต้องทำในการเคลื่อนประจุไฟฟ้าผ่านจุดใดจุดหนึ่งในวงจรไฟฟ้า
W = QV หรือ VIt (Q = It)
W = Pt (P = VI)
เมื่อ W = พลังงานไฟฟ้า (จูล)
P = กำลังไฟฟ้า (วัตต์)
t = เวลา (วินาที)
** 1,000 วัตต์ = 1 กิโลวัตต์
W (หน่วย) = P (กิโลวัตต์) × t (ชั่วโมง)
การคำนวณหาค่าพลังงานไฟฟ้า
ตัวอย่าง ในบ้านหลังหนึ่งมีหลอดไฟฟ้า100วัตต์ จำนวน5ดวงถ้าเปิดพร้อมกันจะใช้กำลังไฟฟ้ารวมกี่กิโลวัตต์ และถ้าเปิดหลอดไฟทุกดวงไว้นาน 10 ชั่วโมง จะสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าเท่าใด
วิธีทำ เปิดหลอดไฟ 100 วัตต์ 5 ดวง จะใช้กำลังไฟฟ้า
รวม = 100 × 5 วัตต์
= 500 วัตต์
จาก 1,000 วัตต์ = 1 กิโลวัตต์
500 วัตต์ = 500/1000 = 0.5 กิโลวัตต์
นั่นคือหลอดไฟทั้ง 5 ดวง ใช้กำลังไฟฟ้า = 0.5 กิโลวัตต์
จากสมการ W (หน่วย) = P (กิโลวัตต์) × t (ชั่วโมง)
แทนค่า พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ = 0.5 กิโลวัตต์ × 10 ชั่วโมง
= 5 กิโลวัตต์-ชั่วโมง
= 5 หน่วย
เปิดหลอดไฟฟ้า 5ดวง เป็นเวลานาน10 ชั่วโมง สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า5 กิโลวัตต์-ชั่วโมงหรือ5หน่วย
ตัวอย่าง โทรทัศน์เครื่องหนึ่งมีตัวเลขกำกับกำลังงานไฟฟ้า600วัตต์ ถ้าเปิดโทรทัศน์วันละ6ชั่วโมง ในเวลา1เดือนจะสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าเท่าใด
วิธีทำ ในเวลา1ชั่วโมง เปิดโทรทัศน์สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า
= 600/1000 = 0.6 กิโลวัตต์
ถ้าในเวลา6ชั่วโมง เปิดโทรทัศน์สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า
= 0.6 × 6 = 3.6 กิโลวัตต์
ในเวลา1วัน เปิดโทรทัศน์สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า
= 3.6 กิโลวัตต์-ชั่วโมง
ในเวลา30วัน เปิดโทรทัศน์สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า
= 3.6 x 30 = 108 กิโลวัตต์-ชั่วโมง
ในเวลา1เดือนเปิดโทรทัศน์สิ้นเปลืองพลังงาน 108 กิโลวัตต์-ชั่วโมง หรือ 108หน่วย
การใช้พลังงานไฟฟ้า จะคิดเงินโดยใช้ มาตรไฟฟ้า หรือ กิโลวัตต์-ชั่วโมงมิเตอร์ โดยคิดจากปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านใน1วินาที
การคำนวณค่าไฟฟ้า
ค่าไฟฟ้าที่ผู้ใช้ไฟฟ้าต้องชำระในแต่ละเดือนประกอบด้วย
* ค่าพลังงานไฟฟ้า (Energy Charge)
* ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิตหรือค่า Ft (Energy Adjustment Charge)
* และภาษีมูลค่าเพิ่มหรือ VAT ซึ่งสามารถเขียนให้อยู่ในรูปของสมการได้ดังนี้
ค่าไฟฟ้าที่ต้องชำระ = ค่าพลังงานไฟฟ้า + ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต + ภาษีมูลค่าเพิ่ม
คิดค่าไฟฟ้าในอัตราก้าวหน้า หรือตามจำนวนการใช้ไฟฟ้า ถ้าใช้มากขึ้นหน่วยคิดจะสูงขึ้น
ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต (Ft) = จำนวนหน่วยที่ใช้ X ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิตต่อหน่วย
สำหรับค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิตต่อหน่วยนี้จะเปลี่ยนแปลงตามสภาพเศรษฐกิจ ซึ่งในปัจจุบันนี้เท่ากับ 64.52 สตางค์ต่อหน่วย
ภาษีมูลค่าเพิ่มหรือ VAT
ภาษีมูลค่าเพิ่ม = ร้อยละ 7 ของผลรวมระหว่างค่าพลังงานไฟฟ้ากับค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต
ตัวอย่าง การคำนวณค่าไฟฟ้า บ้านหลังหนึ่งใช้พลังงานไฟฟ้าในระยะเวลา 1 เดือน เท่ากับ 85 หน่วย จะต้องชำระค่า ไฟฟ้าเท่าไร ( คิดค่าพลังงานไฟฟ้าในอัตราก้าวหน้า )
ค่าพลังงานไฟฟ้าในอัตราก้าวหน้า
* 5 หน่วยแรกหรือน้อยกว่า เป็นเงิน 5.00 บาท
* 10 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 6 – 15) หน่วยละ 0.70 บาท
* 10 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 16 – 25) หน่วยละ 0.90 บาท
* 10 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 26 – 35) หน่วยละ 1.17 บาท
* 65 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 36 – 100) หน่วยละ 1.58 บาท
* 50 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 101 – 150) หน่วยละ 1.68 บาท
* 250 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 151 – 400) หน่วยละ 2.22 บาท
* เกินกว่า 400 หน่วย ( หน่วยที่ 401 เป็นต้นไป ) หน่วยละ 2.53 บาท
* ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต (Ft) หน่วยละ 0.6452 บาท
* ค่าภาษีมูลค่าเพิ่ม (VAT) 7 %
วิธีทำ คิดค่าพลังงานไฟฟ้าได้ดังนี้
5 หน่วยแรก เป็นเงิน = 5.00 บาท
10 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 6 – 15) เป็นเงิน 0.70 x 10 = 7.00 บาท
10 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 16 – 25) เป็นเงิน 0.90 x 10 = 9.00 บาท
10 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 26 – 35) เป็นเงิน 1.17 x 10 = 11.70 บาท
50 หน่วยต่อไป ( หน่วยที่ 36 – 85) เป็นเงิน 1.58 x 50 = 79.00 บาท
ค่าพลังงานไฟฟ้ารวมทั้งสิ้น = 5.00 + 7.00 + 9.00 + 11.70 + 79.00 = 111.70 บาท
ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต (Ft) = จำนวนหน่วยที่ใช้ X ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิตต่อหน่วย
= 85 X 0.6452 = 54.84 บาท
ค่าพลังงานไฟฟ้า + ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต = 111.70 + 54.84 = 166.54 บาท
ภาษีมูลค่าเพิ่ม (VAT) = ( ค่าพลังงานไฟฟ้า + ค่าปรับปรุงต้นทุนการผลิต ) x 7/100
ภาษีมูลค่าเพิ่ม (VAT) = ( 111.70 + 54.84 ) x 7/100 = 11.66 บาท
ตอบ บ้านหลังนี้ต้องชำระค่าไฟฟ้า = 111.70 + 54.84 + 11.66 = 178.20 บาท
-ค่า FT ไม่สามารถคำนวณได้ ขึ้นอยู่ค่าใช้จ่าย ยิ่งมีการสร้างหรือใช้วัตถุดิบมากก็ยิ่งทำให้ค่า FT สูง
มากเลย มีการเพิ่มเสา เดินสายไฟฟ้า ก็มีผลกับค่า FT
