ที่มาhttp://www.blogger.com/post-edit.g?blogID=1111307456585616800&postID=7897707287859724769

บทที่ 12
ไฟฟ้ากระแส
12.1 กระแสไฟฟ้า
- ในเรื่องไฟฟ้าสถิต เราพิจารณาแต่เพียงประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง
-ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่แล้วจะเป็นไฟฟ้ากระแส,ปัจจุบันเราทราบแน่นอนแล้วว่า โลหะบางชนิด เช่น ทองแดง จะมีอิเล็กตรอนบางตัวที่ไม่ได้ติดกับอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ ซึ่งเราเรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระ (free electron) เมื่อได้รับพลังงานเพิ่มขึ้น จะเคลื่อนที่ทันที
- กระแสไฟฟ้าที่แท้จริง เป็นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ, และจะเคลื่อนที่จากศักย์ไฟฟ้าต่ำไปหาศักย์ไฟฟ้าสูง (กระแสไฟฟ้าที่เรียนกันอยู่นี้ เป็น กระแสสมมติ ซึ่งมีทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ, โดยเคลื่อนจากศักย์ไฟฟ้าสูง ไปหาศักย์ไฟฟ้าต่ำ)

12.2 แหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1. เซลไฟฟ้าปฐมถูมิ (Primary cell)จะให้กระแสไฟฟ้าจากการปฏิกริยาเคมี เมื่อสารเคมีถูกใช้หมดแล้ว จะไม่สามารถนำมาอัดไฟได้อีก เช่น เซลแห้ง หรือถ่านไฟฉาย
- ถ่านไฟฉายทั่วไป จะใช้สังกะสีเป็นขั้วลบ มีแท่งคาร์บอนเป็นขั้วบวก ของผสมลักษณะเปียกเป็นผงถ่าน, มังกานีสไดออกไซด์และอัมโมเนียมคลอไรด์ผสมกัน, จะให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ ไม่ว่าจะเป็นถ่านไฟฉายขนาดเล็ก หรือขนาดใหญ่ เพราะเกิดจากปฏิกริยาเคมีอย่างเดียวกัน
2. เซลไฟฟ้าทุติยภูมิ จะให้ไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี เช่นเดียวกัน แต่เมื่อสารเคมีถูกใช้หมดไปแล้วเราสามารถนำมาอัดไฟใหม่ได้ จะใช้ได้อีกต่อไป เช่น แบตเตอรี่รถยนต์
- แบตเตอรี่รถยนต์ ประกอบด้วยแผ่นตะกั่วพรุน ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ, แผ่นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ทำหน้าที่เป็นขั้วบวกโดยมีสารละลายประกอบด้วยกรดกำมะถันและน้ำกลั่น, ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า เซลละ 2 โวลต์
- เมื่อจ่ายไฟฟ้าออกมานานๆ แผ่นตะกั่วพรุนและตะกั่วเปอร์ออกไซด์จะกลายเป็นตะกั่วซัลเฟต, ปฏิกิริยาเคมีจะลดลงและจ่ายไฟฟ้าน้อยลง เมื่อเรานำไปอัดไฟฟ้า โดยเอาขั้วบวกจากภายนอกต่อกับขั้วของแบตเตอรี่, จะทำให้ขั้วลบกกลายเป็นตะกั่วพรุน, ขั้วบวกกลายเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ตามเดิม และสามารถจ่ายไฟฟ้าได้อีกครั้งหนึ่ง
นอกจากใช้แผ่นตะกั่วเป็นขั้ว ยังอาจใช้ นิเกิล แคดเมียม แทนตะกั่วเรียกว่า Nikel cadmium cell, cell แบบนี้ให้ความต่างศักย์เซลล์ละประมาณ 1.25 โวลต์
3. โฟโตเซล (Photoelectric cell)
ประกอบด้วยหลอดสูญญากาศ ผิวด้านในข้างหนึ่งฉาบด้วยสารไวแสง เช่น เซลลิเนียม มีขาหลอดต่อวงจรกับขั้วลบของแบตเตอรี่ ส่วนขั้วโลหะอีกข้างหนึ่งต่อวงจรกับขั้วบวก ถ้าหลอดโฟโตเซลล์ได้รับแสงจะมีอิเล็กตรอนหลุดมาสู่ขั้วบวกทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรได้ และกระแสไฟฟ้านี้จะแปรผันตามความเข้มของแสง ใช้ประโยชน์ในการฉายภาพยนต์เสียงในฟิล์ม หรือทำสวิตซ์อัตโนมัติและป้องกันการโจรกรรมตู้นิรภัย
4. คู่ควบความร้อน
ทองแดงมี Free electron ที่พร้อมจะเคลื่อนที่ออกมากกว่าเหล็ก ดังนั้น ถ้าดูที่รอยต่อ (Junction)ดังรูป เมื่อถูกกระตุ้นด้วยความร้อนอุณหภูมิสูงๆ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่แบบทวนเข็มนาฬิกา ดังนั้น กระแสไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา
ถ้าต่อกับแอมมิเตอร์ ให้กระแสไฟฟ้าเข้าทางบวก ออกทางลบ เข็มจะเบนไปในแนวการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า ตามรูป





รูป แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า

5. เซลสุริยะ (Solar cell)
คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง โดยอาศัยคุณสมบัติความไวแสงของโลหะกึ่งตัวนำ คือ เมื่อมีแสงตกกระทบแผ่นโลหะนี้จะทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าออกมาได้
ใช้โลหะ Silicon โดยใส่สารบางชนิดลงไปเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างภายใน แต่ยังอยู่ในสภาพเป็นกลาง โดยมี Free electron มากขึ้น (ของจริงด้านนี้จะฉาบด้วยสารโปร่งใสป้องกันการสะท้อนแสงคือให้ดูดแสงมาใช้งานมากที่สุด)
ใช้โลหะ Silicon แต่เติมสารอีกชนิดหนึ่งลงไป ทำให้พร้อมจะรับ electron เรียกว่า Hole






เมื่อต่อกันครบวงจร ดังรูป จะดูดอิเล็กตรอนเข้ามาทางขวา (ดังรูป) มีอยู่ตรงรอยต่อ (Junction) ทำให้ด้านขวามือเป็น -
เมื่อโฟตอนจากแสงมากระบท จะทำให้ + , ซึ่งเป็นกลางแยกออกจากกัน เรียกว่า Hole-Pair ทำให้ประจุ – จากขวาวิ่งผ่าน Junction ไปทางซ้ายเป็นการเคลื่อนที่ของประจุ - , (ทวนเข็มนาฬิกา) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปในทิศทางสวนกลับ คือ ตามเข็มนาฬิกา
6. ไดนาโม เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ โดยใช้ขดลวดตัวนำ ตัดเส้นแรงของสนามแม่เหล็ก ซึ่งการหมุนของขดลวดตัวนำนี้ อาจใช้พลังงานจากน้ำตกหรือเขื่อนน้ำก็ได้ จึงเป็นแหล่งกำเนิดที่สำคัญอย่างยิ่งในปัจจุบัน

12.3 กระแสไฟฟ้าในโลหะตัวนำ
ปริมาณของกระแสไฟฟ้า วัดได้ด้วย ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ผ่านพื้นที่ภาคตัดขวางของตัวนำไปในเวลา 1 วินาที
สมมติว่ามีประจุ Q คูลอมบ์ผ่านจุด X ไปในเวลา t วินาที
เวลา t วินาที มีประจุไฟฟ้าผ่านไป Q คูลอมบ์