กระแสไฟฟ้า

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

กระแสไฟฟ้า หรือ ไฟฟ้ากระแส คือ คือการไหลของประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าไหลเมื่อมีแรงดันเกิดขึ้นในสารตัวนำ

ในวงจรไฟฟ้า ประจุไฟฟ้านี้จะถูกนำพาไปโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็คตรอนในเส้นลวด หรืออาจถูกนำพาไปด้วยไอออนในสารอิเล็คโทรไลท์ หรือทั้งไอออนและอิเล็คตรอนในสารพลาสมา

กระแสไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์ ซึ่งเป็นจำนวนของประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านจุดใดจุดหนึ่งต่อวินาที กระแสไฟฟ้าสามารถวัดได้โดยใช้แอมป์มิเตอร์

กระแสไฟฟ้าก่อให้เกิดผลหลายอย่าง เช่นความร้อน และยังก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กอีกด้วย ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในมอเตอร์เหนี่ยวนำ, และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ตัวอย่างของกระแสไฟฟ้า ได้แก่ ปรากฏการณ์ฟ้าผ่า, ลมสุริยะ (ทำให้เกิดแสงเหนือ-แสงใต้) ในวิชาอิเล็กทรอนิกส์นั้น กระแสไฟฟ้าหมายถึงการไหลของอิเล็กตรอนผ่านตัวนำและอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตัวต้านทาน และยังหมายถึงการไหลของไอออนในแบตเตอรี่ และการไหลของโฮลภายในสารกึ่งตัวนำด้วย

ความเข้าใจโดยทั่วไป[แก้]

ทิศทางการไหลโดยทั่วไปให้คิดจาก + ไปหา - ตามเส้นสีแดง

การไหลของประจุบวกจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหมือนกันและมีผลเช่นเดียวกันกับกระแสที่เกิดจากประจุลบที่ไหลในทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากกระแสไฟฟ้าอาจเกิดจากการไหลของประจุบวกหรือประจุลบ หรือทั้งสองอย่าง ความเข้าใจในทิศทางการไหลของกระแสจึงขึ้นอยู่ว่าประจุชนิดไหนที่ทำให้เกิดกระแส ทิศทางของกระแสด้วยความเข้าใจทั่วไปถูกกำหนดให้เป็นทิศทางของการไหลของประจุบวก[1]

ในโลหะที่ใช้ทำสายไฟหรือตัวนำอื่น ๆ ประจุบวกเคลื่อนที่ไม่ได้ ตัวที่เคลื่อนที่ได้คืออิเล็กตรอน ดังนั้น การเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนในตัวนำโลหะที่อยู่ในทิศทางที่ตรงข้ามกับกระแสไฟฟ้าตามความเข้าใจโดยทั่วไป

กฎของโอห์ม[แก้]

ภาพแสดงวงจรโดยทั่วไป แสดงความสัมพันธ์ของ ความต่างศ้กย์ (V) กระแส (I) และความต้านทาน (R) นั่นคือ I=V/R ตามรูป แหล่งผลิตไฟฟ้าเป็นรูปวงกลม กระแสและค่าความต่างศักย์เป็นภาษาอังกฤษตัวเล็ก มักจะหมายถึง วงจร AC ถ้าเป็นวงจร DC แหล่งผลิตไฟฟ้าเป็นรูปแบตเตอรี และตัวอักษรเป็นตัวพิมพ์ใหญ่

กฏของโอห์มกล่าวว่า กระแสที่ไหลผ่านตัวนำระหว่างจุดสองจุดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต่างศักย์ระหว่างสองจุดนั้น นั่นคือ ความต่างศักย์มาก กระแสก็มากด้วย แต่เป็นสัดส่วนผกผันกับค่าความต้านทานระหว่างจุดสองจุดนั้น นั่นคือ ความต้านทานมาก กระแสยิ่งน้อย

I = \frac{V}{R}

เมื่อ I เป็นกระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์, V คือค่าความต่างศักย์มีหน่วยของโวลต์และ R คือความต้านทานของตัวนำมีหน่วยของโอห์ม

DC และ AC[แก้]

กระแสแบ่งออกเป็นกระแสตรง (Direct Current) และกระแสสลับ (Alternating Current)

กระแสตรง[แก้]

แสดงความแตกต่างของกระแสตรงกับกระแสสลับ โดยให้แนวตั้งเป็นปริมาณกระแส แนวนอนเป็นเวลา ถ้าเป็นกระแสตรง เมื่อเวลาผ่านไป กระแสไม่เปลี่ยนทิศ แต่กระแสสลับ บางครั้งก็เป็นบวก บางครั้งก็เป็นลบ แสดงว่ากระแสเปลี่ยนทิศทาง

กระแสตรง (DC) คือการไหลทิศทางเดียวของประจุไฟฟ้า กระแสตรงเกิดจากแหล่งที่มาเช่นแบตเตอรี่, เทอร์โมคัปเปิล, เซลล์แสงอาทิตย์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงอื่นๆ กระแสตรงอาจไหลในตัวนำเช่นลวด แต่ยังสามารถไหลผ่านเซมิคอนดักเตอร์, ฉนวนหรือแม้กระทั่งผ่านสุญญากาศเช่นในลำแสงไอออน ประจุไฟฟ้าไหลในทิศทางที่คงที่แตกต่างไปจากกระแสสลับ (AC) กระแสตรงแทบไม่มีอันตราย ส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็คโทรนิคส์ขนาดเล็ก ใช้กระแสต่ำ สามารถผลิตได้จากการนำกระแสสลับมาเปลี่ยนเป็นกระแสตรง เช่นที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ

กระแสสลับ[แก้]

ในกระแสสลับ (AC หรือ ac), เป็นกระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้ากลับไป-กลับมาอย่างรวดเร็ว เช่นไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้านหรืออาคารทั่วไป รูปร่างเป็น sine wave ในบางอย่างอาจเป็นรูปสามเหลี่ยมหรือรูปสี่เหลี่ยม ส่วนใหญ่มีกระแสสูง อันตรายมาก สามารถผลิตจากไฟ DC ได้ แต่ในขนาดเล็ก เช่นเปลี่ยนจากไฟเซลล์แสงอาทิตย์มาเป็น AC เพื่อให้แสงสว่างหรือเปิดทีวีในพื้นที่ห่างไกล

แม่เหล็กไฟฟ้า[แก้]

ตามกฎหมายของแอมแปร์, กระแสไฟฟ้าสามารถผลิตสนามแม่เหล็กได้ เมื่อมีกระแสไหลในเส้นลวด จะเกิดสนามแม่เหล็กที่แสดงให้เห็นเป็นรูปวงกลมรอบเส้นลวด

ตามรูป กระแสไฟฟ้าสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้ ในทางกลับกัน ถ้าสนามแม่เหล็กถูกรบกวน ก็สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าบนเส้นลวดได้เช่นเดียวกัน

กระแสไฟฟ้าสามารถวัดได้โดยตรงด้วยกัลวาโนมิเตอร์ แต่จะต้องตัดวงจรแล้วแทรกมิเตอร์เข้าไปเป็นส่วนหนึ่งของวงจร ซึ่งไม่สะดวกในการปฏิบัติ ปัจจุบันสามารถวัดได้โดยไม่ต้องตัดวงจรโดยการตรวจสอบสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการนี้รวมถึงเซ็นเซอร์แบบฮอลล์เอฟเฟค หรือใช้ที่หนีบ (current clamp) หรือใช้หม้อแปลงกระแส หรือใช้ขดลวดของ Rogowski


นิยามของกระแสไฟฟ้า[แก้]

กระแสไฟฟ้าคือ ปริมาณประจุไฟฟ้าที่เลื่อนไหลในวงจรไฟฟ้าต่อหน่วยวินาที เรียกว่า ปริมาณกระแสไฟฟ้าไหล แอมแปร์ คือประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของขดลวดในเวลา 1 วินาที และหน่วยของกระแสไฟฟ้าเป็นแอมแปร์ เพื่อให้เป็นเกียรติแก่ อองเดร เอ็ม.แอมแปร์ (Andre Marie Ampere) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้า กับประจุไฟฟ้า[แก้]

สัญลักษณ์ที่ใช้แทนปริมาณกระแสไฟฟ้า (ปริมาณประจุไฟฟ้า Q ที่ไหลต่อหน่วยเวลา T) คือ I ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ผ่านพื้นที่ภาคตัดขวางใดๆ (เช่น ภาคตัดขวางในลวดทองแดง) นิยามจาก ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ผ่านพื้นที่ผิวในหน่วยเวลา[2]

I = {Q \over T}

โดยที่Qเป็นปริมาณประจุที่ผ่านพื้นที่ผิวหนึ่งในช่วงเวลาTในสมการข้างบนเป็นค่ากระแสไฟฟ้าเฉลี่ยIถ้าเวลาTเข้าใกล้ศูนย์ สามารถเขียนความสัมพันธ์อีกแบบในรูปกระแสไฟฟ้าขณะใดขณะหนึ่ง (instantaneous current)

i (t) = {dq (t) \over dt} หรือผันกลับได้ q (t) = \int_{-\infty}^{t} i (x) \, dx

หน่วยของกระแสไฟฟ้าในระบบ SI คือ แอมแปร์ (ampere, A)

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. [1], กระแสไฟฟ้าในตัวนำ ม.เกษตร
  2. [2], กระแสไฟฟ้า ม.สุรนารี