กระแสไฟฟ้าน่ารู้

กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า คือ การไหลของอิเล็กตรอนภายในตัวนำไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งเช่น ไหลจาก แหล่งกำเนิดไฟฟ้าไปสู่แหล่งที่ต้องการใช้กระแสไฟฟ้า ซึ่งก่อให้เกิดแสงสว่างเมื่อกระแส ไฟฟ้าไหลผ่านลวดที่มี ความต้านทานสูงจะก่อให้เกิดความร้อน เราใช้หลักการเกิดความร้อนเช่นนี้มาประดิษฐ์อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น เตาหุงต้ม เตารีดไฟฟ้า เป็นต้น

กระแสไฟฟ้าถูกแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1) ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current)         2) ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current)

     ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current)

            เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปทางเดียวตลอดระยะเวลาที่วงจรไฟฟ้าปิดกล่าวคือกระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วบวก ภายในแหล่งกำเนิด ผ่านจากขั้วบวกจะไหลผ่านตัวต้านหรือโหลดผ่านตัวนำไฟฟ้าแล้ว ย้อนกลับเข้าแหล่งกำเนิดที่ขั้วลบ วนเวียนเป็นทางเดียวเช่นนี้ตลอดเวลา การไหลของไฟฟ้ากระแสตรงเช่นนี้ แหล่งกำเนิดที่เรารู้จักกันดีคือ ถ่าน-ไฟฉาย ไดนาโม ดีซี เจนเนอเรเตอร์ เป็นต้น

กราฟไฟฟ้ากระแสตรง

    ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

            ไฟฟ้ากระแสตรงประเภทสม่ำเสมอ (Steady D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง อันแท้จริง คือ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ที่ไหลอย่างสม่ำเสมอตลอดไปไฟฟ้ากระแสตรงประเภทนี้ได้มาจากแบตเตอรี่หรือ ถ่านไฟฉายไฟฟ้ากระแสตรงประเภทไม่สม่ำเสมอ ( Pulsating D.C) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นช่วงคลื่นไม่สม่ำเสมอ ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดนี้ได้มาจากเครื่องไดนาโมหรือ วงจรเรียงกระแส 

    คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสตรง

ไฟฟ้ากระแสตรงจะมีทิศทางในการไหลทิศเดียวกันเสมอ มีค่าแรงดันไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นบวกอยู่เสมอ และสารถเก็บประจุไว้ในเซลล์หรือแบตเตอรี่ได้

วงจรกระแสตรงต่อกับหลอดไฟ

    ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสตรง

จะนำไปใช้กับการชุบโละต่างๆ ในการปฏิบัติทดลองเคมี ถ้าเป็นพวกงานช่างจะนำไปใช้เชื่อมโลหะและตัดแผ่นเหล็ก ทำให้เหล็กมีอำนาจแม่เหล็ก ใช้ในการประจุกระแสไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่  ใช้เป็นไฟฟ้าเดินทาง เช่น ไฟฉาย

    ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current)

            เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลกลับไป กลับมา ทั้งขนาดของกระแสและแรงดันไม่คงที่ จะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คือ กระแสจะไหลไปทางหนึ่งก่อน ต่อมาก็จะไหลสวนกลับแล้ว ก็เริ่มไหลเหมือนครั้งแรก

กราฟไฟฟ้ากระแสสลับ

            ครั้งแรกกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นหนัก เริ่มต้นจากศูนย์ แล้วค่อยๆเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนถึงขีดสุด แล้วมันจะค่อยๆลดลงมาเป็นศูนย์อีกต่อจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปตามลูกศรเส้นปะลดลงเรื่อยๆจนถึงขีด ต่ำสุด แล้วค่อยๆ เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงศูนย์ตามเดิมอีก เมื่อเป็นศูนย์แล้วกระแสไฟฟ้าจะไหลไปทางลูกศรเส้นหนักอีกเป็นดังนี้ เรื่อยๆไปการที่กระแสไฟฟ้าไหลไปตามลูกศร เส้นหนักด้านบนครั้งหนึ่งและไหลไปตามเส้นประด้านล่างอีกครั้งหนึ่ง เวียน กว่า 1 รอบ  

            ความถี่ หมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับที่มีการเปลี่ยนแปลงใน 1 วินาที กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยใช้ไฟฟ้าจะมีความถี่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งหมายถึง จำนวนลูกคลื่นไฟฟ้าสลับที่เปลี่ยนแปลง 50 รอบ ในเวลา 1 วินาที

การส่งไฟฟ้าแรงดันสูง

    คุณสมบัติของไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับสามารถส่งไปในที่พื้นที่ไกลๆได้ดี กำลังไม่ตก สามารถแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงได้ตามต้องการโดยการใช้หม้อแปลง

    ประโยชน์ของไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลลับสามารถนำไปใช้กับระบบแสงสว่างได้ดี เพราะประหยัดค่าใช้จ่าย และผลิตได้ง่าย สามารถ ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการกำลังมากๆ  หรือจะใช้กับเครื่องเชื่อม ใช้กับเครื่องอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เกือบทุกชนิด

ไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current)

 ⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡

เสาไฟฟ้าสายส่ง

           ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current) หมายถึง “กระแสไฟฟ้าที่มีการสลับสับเปลี่ยนขั้วอยู่ตลอดเวลาอย่างสม่ำเสมอ ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนสลับ ไปมาจากบวก-ลบ และจากลบ-บวก อยู่ตลอดเวลา” ซึ่งไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรือนและโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป  รูปคลื่นเป็น sine wave ดังรูปคลื่นสีเขียวในภาพด้านล่าง ในบางกรณี รูปคลื่นอาจเป็นสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม

ประวัติ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรก

                เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกเป็นครั้งแรกมีพื้นฐานมาจากหลักการของ ไมเคิล ฟาราเดย์ สร้างขึ้น โดยช่างชาวฝรั่งเศสชื่อ Hippolyte Pixiiในปี (ค.ศ.1832) หลังจากนั้น Pixii เพิ่มสายไฟกระแสสลับเข้าไปในอุปกรณ์ของเขา ซึ่งในขณะนั้นยังใช้ไฟ dc กันอย่างแพร่หลายอยู่ กระแสสลับที่เก่าแก่ที่สุดที่มีการถูกบันทึกไว้ว่าประยุกต์ใช้จริงโดย Duchenne นักประดิษฐ์และพัฒนาไฟฟ้าบำบัด ในปี ค.ศ.1855 เขาประกาศว่า AC ใช้รักษาการหดตัวของกล้ามเนื้อได้ดีกว่า DC

          ไมเคิล ฟาราเดย์ เกิดเมื่อวันที่ 22 กันยายน ในปี ค.ศ.1791 เป็นบุตรของช่างเหล็กชาวอังกฤษ เนื่องจากฐานะไม่สู้ดี เขาจึงได้รับการศึกษาน้อยยังไม่ทันเรียนสำเร็จก็ต้องออกจากโรงเรียนกลางคัน และใช้ชีวิตอยู่ในสลัมแห่งหนึ่งไม่มีแววว่าจะเติบโตขึ้นเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงไปได้ เมื่อมีอายุ 13 ปี ไมเคิลก็ได้ไปทำงานเป็นเด็กส่งหนังสือพิมพ์ และทำงานเย็บปกหนังสือในร้านขายหนังสือ จากการทำงานนี้ทำให้เขามีใจรักหนังสือและหาโอกาสอ่านหนังสืออยู่เสมอ โดยเฉพาะหนังสือที่เกี่ยวกับวิชาไฟฟ้าที่ไมเคิลได้สนใจมากที่สุด ซึ่งก็ได้ทำการทดลองดูด้วยตัวของเขาเอง และหาโอกาสไปฟังการบรรยายของเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวี ซึ่งเขาจะไปฟังทุกครั้ง

ไมเคิล ฟาราเดย์

และได้ส่งจดหมายแสดงความประสงค์ที่จะขอไปเป็นเด็กรับใช้ของเชอร์ฮัมฟรีย์อีกด้วยเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ เห็นชายหนุ่มมีความสนใจอย่างแรงกล้า จึงรับเข้าทำงานเป็นคนล้างเครื่องมือวิทยาศาสตร์ในห้องเครื่องมือ ทำให้เขามีโอกาสศึกษาวิชาทางวิทยาศาสตร์จากเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ จนเกิดความชำนาญ จนได้รับหน้าที่เป็นช่วยและติดตามท่านเชอร์ไปในการเดินทางไปบรรยายทุกครั้ง ในปี ค.ศ.1876 วิศวกรชาวรัสเซียชื่อPavel Yablochkov คิดค้นระบบไฟส่องสว่างขึ้นโดยมีรากฐานจากชุดของขดลวดเหนี่ยวนำโดยที่ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งไฟ AC ลวดทุติยภูมิสามารถเชื่อมต่อไปยังเทียนไฟฟ้า (โคมประกายไฟ) ได้หลายดวง ขดลวด Yablochkov ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้านั่นเอง

          Hippodrome ของกรุงปารีส ให้แสงสว่างโดยใช้เทียนของ Yablochkov 128 ดวง โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าที่ถูกพัฒนาขึ้นโดย Gaulard และจอห์น ดิกสัน กิ๊บส์ได้แสดงให้เห็นในลอนดอนในปี ค.ศ.1881 และดึงดูดความสนใจของเวสติงเฮ้าส์ พวกเขายังแสดงสิ่งประดิษฐ์ใน Turin ในปี ค.ศ.1884 ที่ๆมันถูกนำมาใช้สำหรับระบบไฟฟ้าแสงสว่าง งานออกแบบของพวกเขาหลายชิ้นถูกนำไปปรับใช้เป็นกฎหมายควบคุมการกระจายไฟฟ้าในสหราชอาณาจักร

          วิลเลียม สแตนลี่ย์ จูเนียร์ได้ออกแบบหนึ่งในอุปกรณ์จริงครั้งแรกในการถ่ายโอนไฟ AC อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างวงจรที่แยกออกมา การใช้คู่ของขดลวดพันบนแกนเหล็กเดียวกัน เรียกว่าขดลวดเหนี่ยวนำเป็นหม้อแปลงยุคแรก ระบบไฟ AC ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วหลังปี ค.ศ. 1886 

สงครามแห่งกระแส

และรวมทั้งการอุดหนุนโดยนิโคลา เทสลา และคาร์ล วิลเฮล์ม ซีเมนส์ ระบบ AC เอาชนะข้อจำกัด ของระบบ DC ที่ใช้โดยโทมัส เอดิสัน ในการแจกจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางไกล ถึงแม้ว่าเอดิสันพยายามที่จะทำลายชื่อเสียงของกระแสสลับว่าเป็นอันตรายเกินไปในสงครามแห่งกระแส

การใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในสายส่ง

            

โครงสร้างเสาในระบบสายส่งที่ระดับแรงดันต่างๆ

         แรงดันไฟฟ้า AC อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงด้วยหม้อแปลงไฟฟ้า การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงจะมีประสิทธิภาพในการส่งพลังงานมาก เนื่องจากการสูญเสียพลังงานในตัวนำเป็นผลคูณของกระแสยกกำลังสองกับค่าความต้านทานของตัวนำ ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่งไฟฟ้าด้วยพลังงานคงที่บนลวดใดๆ ถ้ากระแสลดลงสองเท่าทำให้การสูญเสียพลังงานจะลดลงสี่เท่า

กระแสสลับ

        ดังนั้น ถ้าต้องการส่งพลังงานเท่าเดิม แต่ให้การสูญเสียน้อยที่สุด คือลดกระแสที่ส่งลง แต่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้น (มักจะหลายร้อยกิโลโวลต์) เพราะการที่ใช้กระแสที่ต่ำ ทำให้เกิดพลังงานสูญเสียน้อยลง

อย่างไรก็ตาม การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงยังมีข้อเสียเหมือนกัน อย่างแรกคือฉนวนไฟฟ้าต้องเพิ่มขึ้นและอย่างที่สองเรื่องความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ในโรงไฟฟ้าพลังงานจะถูกสร้างขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งและจากนั้นก็เพิ่มแรงดันสำหรับการส่ง ใกล้โหลดแรงดันจะถูกปรับลงเหลือไม่กี่ร้อยโวลต์ ระบบสายส่งแบบกระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ทำงานตรงกันข้ามกับระบบ AC ในการส่งพลังงานระยะทางไกลๆ แต่ระบบ HVDC มีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าถ้าระยะทางที่ส่งสั้นๆ  ระบบ HVDC ยังเป็นไปไม่ได้เมื่อครั้งที่ เอดิสัน, เวสติงเฮ้าส์และเทสลาแข่งกันออกแบบระบบไฟฟ้า เพราะยังไม่มีวิธีแปลงไฟ AC เป็น DC แล้วแปลงกลับเป็น AC ใหม่ได้ด้วยเทคโนโลยีสมัยนั้น

ความถี่ของไฟ AC

 ความถี่ของระบบไฟฟ้า

         ความถี่ของระบบไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามประเทศ ส่วนใหญ่จะถูกสร้างขึ้นที่ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ บางประเทศก็มีทั้งความถี่ 50 Hz และ 60 Hz เช่น ในประเทศญี่ปุ่น ประเทศไทยใช้ความถี่ 50 Hz หรือ 50 รอบต่อวินาที

 
ระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)

1. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)

         ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้า ทำให้กระแสไหลไปยังวงจร ภายนอก โดยผ่านวงแหวน และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุนลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวดนำหลายชุดไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าหากออกแบบขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase)

2. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase)

         เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส โดยการออกแบบจัดวางขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (SinglePhase) ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้ สายไฟฟ้า 2 สายคือ สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่งอาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสียลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น

🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏