Electric Current ไฟฟ้ากระแส

1. Electric Currentไฟฟ้ากระแส By : Mr.Taywan Deejaras Satreesamutprakarn School

2. กระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า คือ กระแสของอนุภาคไฟฟ้า ไอออน หรืออิเล็กตรอน ที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้า By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

3. ขนาดของกระแสไฟฟ้า คือ ปริมาณของประจุไฟฟ้าที่ไหลต่อหนึ่งหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ในระบบเอสไอ กระแสไฟฟ้า (I) มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ต่อวินาที หรือ แอมแปร์ (A) กระแสไฟฟ้าเฉลี่ย กระแสไฟฟ้าขณะใดๆ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

4. การนำกระแสไฟฟ้า การนำกระแสไฟฟ้าในโลหะ เมื่อเราทำให้ปลายโลหะทั้งสองมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยต่อปลายทั้งสองข้างของโลหะกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยมีความ เร็วเฉลี่ยไม่เท่ากับ 0 เรียกว่าความเร็วลอยเลื่อน (Drift velocity) ดังนั้นการนำไฟฟ้าในโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน อิสระเคลื่อนที่ A x E By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

5. การนำกระแสไฟฟ้า การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ ถ้าเราต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่เข้ากับ ขั้วอาโนด และขั้วลบที่ขั้วแคโทดของหลอดไดโอด และทำให้แคโทดร้อน อิเล็กตรอนบางตัวจะหลุดออกจากแคโทด เป็นอิเล็กตรอนอิสระ สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะทำให้อิเล็กตรอน อิสระเคลื่อนที่ ไปยังแอโนด จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ในวงจร ดังนั้นการนำไฟฟ้าในไดโอดเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

6. การนำกระแสไฟฟ้า การนำไฟฟ้าในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ กระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนที่เกิดจากการแตกตัวของกรด เบส หรือ เกลือ ส่งผลให้ ไอออนบวก เคลื่อนที่ไปยังขั้วลบ ไอออนลบ เคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ จึงเกิดจากการเคลื่อนที่ ของทั้งประจุบวก และประจุลบ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

7. การนำกระแสไฟฟ้า การนำกระแสไฟฟ้าในหลอดบรรจุแก๊ส เมื่อเราให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วมากๆ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า โมเลกุลของแก็ส ในหลอดจะแตกตัว เป็นไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ โดยไอออนบวกจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าลบอิเล็กตรอน อิสระ จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าบวก ดังนั้นจะเห็นว่าการนำไฟฟ้าของหลอดบรรจุแก๊สเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

8. การนำกระแสไฟฟ้า การนำกระแสไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ ถ้าใส่สนามไฟฟ้าข้าไป หรือ ให้ความร้อนมากพอ Valence Electron สามารถหลุดเป็นอิสระได้ ทำให้เกิดช่องว่างเรียกว่า โฮล ซึ่งมีลักษณะคล้ายประจุไฟฟ้าบวก แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าที่กระทำต่ออิเล็กตรอนอิสระและโฮลจะมีทิศตรงข้ามกัน ทำให้มันเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกัน โดยเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ตรงข้ามกับสนาม โฮลเคลื่อนที่ทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าขึ้น ดังนั้นการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำเกิดจากการเคลื่อนที่ของ โฮล และอิเล็กตรอนอิสระ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

9. การนำกระแสไฟฟ้า การนำกระแสไฟฟ้าในไดโอด กระแสไฟฟ้าจะผ่านไดโอดจาก พี ไป เอ็น เมื่อศักย์ไฟฟ้าที่ พี สูงกว่าที่ เอ็น เรียกว่าไบแอสตรง By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

10. กระแสไฟฟ้าในตัวนำไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าในตัวนำไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าผ่านภาคตัดขวางของตัวกลาง By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

11. การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า และทิศของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

12. กระแสไฟฟ้าในโลหะตัวนำ มีทิศตรงข้ามกับทิศการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระซึ่งเรียกว่ากระแสอิเล็กตรอน By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

13. กระแสไฟฟ้าในโลหะ กรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าในโลหะ อิเล็กตรอนอิสระ (Free electron) จะเคลื่อนที่โดยมีทิศทางไม่แน่นอน(random) By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

14. กระแสไฟฟ้าในโลหะ กรณีที่มีกระแสไฟฟ้าในโลหะ อิเล็กตรอนอิสระ (Free electron) จะเคลื่อนที่โดยมีทิศทางที่แน่นอน A By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

15. กระแสไฟฟ้าในโลหะ • อนุภาคไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดA • n แทนจำนวนอนุภาคที่พาประจุไปต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร n = Q/V =Q/A x • จำนวนอนุภาคที่พาประจุทั้งหมด Q = nAx By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

16. กระแสไฟฟ้าในโลหะ จาก จะได้ นอกจากนี้เราเรียกปริมาณกระแสไฟฟ้าต่อพื้นที่ภาคตัดขวางที่กระแสไฟฟ้าผ่านว่าความหนาแน่นของ กระแสไฟฟ้า (Current density, J ) ดั้งนั้นสามารถเขียนได้ว่า By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

17. โจทย์ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านเส้นลวดหนึ่งในเวลา 8 วินาที พบว่าเกิดกระแสไฟฟ้า 4 A จงหาว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านไปว่ามีกี่อนุภาค By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

18. โจทย์ ลวดทองแดงมีอิเล็กตรอนอิสระ 1029อนุภาค / m3 มีพื้นที่หน้าตัด 4 mm2ถ้ามีกระแสไหลในตัวนำนี้ขนาด 6 แอมแปร์ จงหาความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนในโลหะนี้ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

19. โจทย์ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดหนึ่งเปลี่ยนแปลงตามเวลา ดังกราฟ จงหาจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านพื้นที่ หน้าตัดหนึ่งในช่วงเวลาวินาทีที่ 10 ถึงวินาทีที่ 20 By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

20. สภาพต้านทาน (Resistivity) ความต้านทาน (Resistance) และ กฎของโอห์ม (Ohm’s law) วัสดุบางชนิดโดยเฉพาะโลหะที่อุณหภูมิค่าหนึ่งความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า J แปรผันโดยตรงกับ สนามไฟฟ้าในตัวนำที่ทำให้มีกระแสไฟฟ้าโดยมีค่าคงที่ของการแปรผันตรงเป็น σ ตามสมการ By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

21. สภาพต้านทาน (Resistivity) ความต้านทาน (Resistance) และ กฎของโอห์ม (Ohm’s law) By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

22. หน่วยของความต้านทานในระบบ SI คือ โอห์ม (ohms : ) 1  = 1 V / A • ความต้านทานในตัวนำเกิดขึ้นเนื่องจากการชนกันของอิเล็กตรอนที่เป็นตัวพากระแสไฟฟ้ากับอะตอมที่อยู่กับที่ในตัวนำนั่นเอง By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

23. กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ถ้าอุณหภูมิคงที่ อัตราส่วนความต่างศักย์ ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของโลหะตัวนำ ต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีค่าคงที่ และค่าคงที่นี้เรียกว่า ความต้านทานของโลหะตัวนำนั้น ๆ (R) ในกรณีที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทาน R By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

24. By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

25. กฎของโอห์ม( Ohm’s Law) Click Here By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

26. สภาพต้านทานและอุณหภูมิสภาพต้านทานและอุณหภูมิ • ภายใต้ขอบเขตอุณหภูมิช่วงหนึ่ง สภาพต้านทานของตัวนำแปรผันตามอุณหภูมิอย่างเป็นเส้นตรง(โดยประมาณ) • oแทนสภาพต้านทานที่อุณหภูมิTo • To นั้น โดยทั่วไปจะใช้ที่ 20° C • แทนสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ-สภาพต้านทาน(temperature coefficient of resistivity) มีหน่วยในระบบ SI เป็นoC-1

27. การเปลี่ยนแปลงความต้านทานไปตามอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไปตามอุณหภูมิ • เนื่องจากความต้านทานของตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดสม่ำเสมอนั้น เป็นสัดส่วนโดยตรงกับสภาพต้านทาน จึงสามารถแสดงผลของอุณหภูมิที่มีต่อความต้านทานได้เป็น

28. กราฟระหว่างสภาพต้านทานกับอุณหภูมิกราฟระหว่างสภาพต้านทานกับอุณหภูมิ • สำหรับโลหะ สภาพต้านทานเกือบจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ • ช่วงที่กราฟไม่เป็นเส้นตรงมักเป็นช่วงที่อุณหภูมิต่ำมาก • สภาพต้านทานจะมีค่าเข้าสู่ค่าที่แน่นอนค่าหนึ่งในขณะที่อุณหภูมิเข้าสู่ศูนย์สัมบูรณ์

29. สภาพต้านทานที่หลงเหลืออยู่สภาพต้านทานที่หลงเหลืออยู่ • ในขณะที่อุณหภูมิลดลงสู่ศูนย์สัมบูรณ์ยังมีสภาพต้านทานเหลืออยู่เพราะอิเล็กตรอนมีการชนกันกับสารแปลกปลอมที่ปนอยู่ในเนื้อโลหะและความไม่สมบูรณ์ในโลหะ • เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สภาพต้านทานได้รับอิทธิพลหลักมาจากการชนระหว่างอิเล็กตรอนกับอะตอมของโลหะนั้นเอง • ซึ่งเป็นช่วงที่กราฟเป็นเส้นตรง

30. ตัวนำยิ่งยวด(Superconductors) • เป็นสถานะของโลหะและสารประกอบที่ความต้านทานมีค่าเข้าสู่ศูนย์ในขณะที่อุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่แน่นอน, TC • TCถูกเรียกว่าอุณหภูมิวิกฤติ(critical temperature) • ตอนที่อุณหภูมิสูงกว่า TC, กราฟเหมือนกับโลหะทั่วไป แต่จะตกลงสู่ศูนย์อย่างทันใดเมื่ออุณหภูมิถึงTC

31. Resistance and Resistivity, Summary • สภาพต้านทานเป็นสมบัติอย่างหนึ่งของสสาร • ความต้านทานเป็นสมบัติอย่างหนึ่งของวัตถุ • ความต้านทานของวัสดุขึ้นกับรูปร่างและสภาพต้านทาน • ตัวนำอุดมคติ(สมบูรณ์)จะมีความต้านทานเป็นศูนย์ • ฉนวนอุดมคติจะมีความต้านทานเป็นอนันต์

32. โจทย์ ลวดเส้นหนึ่งมีความต้านทาน 5 โอห์ม ถูกยืดออกอย่างสม่ำเสมอจนมีความยาว 3 เท่าของความยาวเดิม ค่าความต้านทานลวดที่ยืดแล้วเปลี่ยนแปลงอย่างไร By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

33. โจทย์ ลวดตัวนำเส้นหนึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้น 2 เท่าของเดิม ความต้านทานของลวดตัวนำจะเป็นกี่เท่าของเดิม By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

34. โจทย์ ลวด A ยาวเป็น 2 เท่าของลวด B มีสภาพต้านทานเป็น 3 เท่าของลวด B ถ้าลวด B มีพื้นที่ภาคตัดขวางเป็น 1/4 เท่าของลวด A จงหาอัตราส่วนความต้านทานของลวด A ต่อลวด B By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

35. โจทย์ วัสดุชิ้นหนึ่งมีขนาดกว้าง x ยาว y หนา z มีสภาพต้านทาน ความต้านในระนาบ yz มีค่าเท่าไร By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

36. ตัวต้านทาน

37. ตัวต้านทาน • องค์ประกอบของวงจรไฟฟ้าส่วนใหญ่ เรียกว่า ตัวต้านทาน • ตัวต้านทานมีหน้าที่ควบคุมระดับของกระแสไฟฟ้าในส่วนของวงจร • ตัวต้านทานอาจจะทำด้วยสารประกอบ หรือเอาลวดมาพันกัน

38. ความต้านทานจากตัวต้านทานแถบสี(resistor)ความต้านทานจากตัวต้านทานแถบสี(resistor) • บนตัวต้านทานจะมีแถบสีอย่างน้อย 3 แถบ และมากสุด 4 แถบ แถบที่อยู่ชิดปลายด้านใดด้านหนึ่งเป็นแถบที่ 1 และ 2, 3, 4 ตามลำดับ ในการอ่านค่าความต้านทานมีหลักการดังนี้ • แถบที่ 1 บอกเลขตัวแรกของความต้านทาน • แถบที่ 2 บอกเลขตัวที่สองของความต้านทาน • แถบที่ 3 บอกตัวคูณยกกำลังกับเลข 2 ตัวแรก • แถบที่ 4 บอกค่าคลาดเคลื่อน By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

39. แถบสีและตัวเลขที่ใช้กับ 3 แถบแรก แถบสีเงินทอง ดำ น้ำตาลแดงส้ม เหลือง ตัวเลข-2 -1 0 123 4 แถบสีเขียว น้ำเงิน ม่วงเทา ขาว ตัวเลข56 7 8 9 แถบสีและตัวเลขคลาดเคลื่อน ใช้กับแถบที่ 4 แถบสีน้ำตาล แดงทองเงิน ไม่มีสี คลาดเคลื่อน1%2% 5%10% 20% By : Mr.TaywanDeejaras ; Satreesamutprakarn School

41. ต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรมต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรม • เมื่อตัวต้านทานตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเอาปลายมาต่อปลายเรียกว่าเป็นการต่ออย่างอนุกรม(series )

42. ต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรมต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรม • การรวมกันของตัวต้านทานอย่างอนุกรม กระแสไฟฟ้าเป็นค่าเดียวกันทุกตัว เพราะปริมาณประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนผ่านตัวต้านทานตัวหนึ่งจะต้องเคลื่อนที่ผ่านตัวต้านทานตัวถัดไปในช่วงเวลาเดียวกัน

43. ต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรมต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรม • ความต่างศักย์จะถูกแบ่งไปตามตัวต้านทาน ซึ่งทำให้ผลบวกของความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน เท่ากับความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทานทั้งหมดที่ต่ออนุกรมกัน

44. ต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรมต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรม ศักย์ไฟฟ้าในวงจร

45. Resistors in Series, count • ศักย์ไฟฟ้าบวกกัน • V = IR1 + IR2 = I (R1+R2) • เป็นไปตามหลักอนุรักษ์พลังงาน • ความต้านทานสมมูลมีผลต่อวงจรไฟฟ้าเช่นเดียวกับความต้านทานเดิมที่ต่อรวมกัน

46. ความต้านทานสมมูลย์ของการต่ออย่างอนุกรมความต้านทานสมมูลย์ของการต่ออย่างอนุกรม • Req = R1 + R2 + R3 + … • ความต้านทานสมมูลย์ของการต่อตัวต้านทานอย่างอนุกรม เท่ากับผลบวกทางคณิตศาสตร์ของความต้านทานแต่ละตัว และมีค่ามากกว่าความต้านทานของแต่ละตัวเสมอ • หากอุปกรณ์ตัวใดที่อนุกรมกันอยู่ในสภาวะที่ทำให้วงจรเปิด อุปกรณ์ทุกชิ้นในวงจรจะไม่ทำงาน

47. การต่อตัวต้านทานแบบขนานการต่อตัวต้านทานแบบขนาน • ความต่างศักย์คร่อมความต้านทานแต่ละตัวที่ขนานกันมีค่าเดียวกันเพราะทุกตัวต่อกับขั้วแบตเตอรี่โดยตรงเหมือนกัน

48. การต่อตัวต้านทานแบบขนานการต่อตัวต้านทานแบบขนาน • กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าที่จุดใดต้องเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากจุดนั้น • I = I1 + I2 • โดยทั่วไป กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวไม่เท่ากัน • เป็นไปตามกฎอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

49. การต่อตัวต้านทานแบบขนานการต่อตัวต้านทานแบบขนาน

50. ความต้านทานสมมูลย์เมื่อต่ออย่างขนานความต้านทานสมมูลย์เมื่อต่ออย่างขนาน • หาความต้านทานสมมูลย์ Req ได้จาก • ส่วนกลับของความต้านทานสมมูลย์ของตัวต้านทานที่ต่อขนานกันหลายตัว มีค่าเท่ากับผลบวกทางเลขคณิตของส่วนกลับของความต้านทานแต่ละตัว • ความต้านทานสมมูลย์มีค่าน้อยกว่าความต้านทานตัว ที่มีค่าน้อยที่สุดในกลุ่มที่นำมาต่อขนานกัน