1. รายงานเล่มนี้เ

2. กระแสไฟฟ้า ค่าของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะเกิดขึ้น
มากหรือน้อยนั้น ขึ้นอยู่กับตำาแหน่งของขดลวดตัวนำาขณะหมุนตัด
กับเส้นแรงแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กนั้น ถ้าทิศทางการเคลื่อนที่
ของขดลวดตัวนำาตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้น
จะมีค่าสูงสุดและจะมีค่าน้อยลง เมื่อทิศทางการเคลื่อนที่ของขด
ลวดตัวนำาตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กในมุมน้อยกว่า 90 ๐ และจะมีค่า
เป็นศูนย์เมื่อขดลวดตัวนำาวางขนานกับเส้นแรงแม่เหล็ก
จะเห็นว่าใน 1 วัฎจักรของการหมุนขดลวดตัวนำา คือ หมุนไป
360 ๐ ทางกลนำ้าจะเกิดรูปคลื่นไซน์ 1 ลูกคลื่น หรือ 1 วัฎจักร ถ้า
ขดลวดตัวนำานี้หมุนด้วยความเร็วคงที่และสภาพของเส้นแรงแม่
เหล็กมีความหนาแน่นเท่ากันตลอด รอบพื้นที่ของการตัดแรงดัน
ไฟฟ้าสลับรูปคลื่นไซน์ที่จะมีค่าคงทีและถ้ามีการหมุนของขดลวด
่
ต่อเนื่องตลอดไป จะทำาให้เกิดจำานวนรอบของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยว
นำาต่อเนื่องกันไป นั่นคือการเกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

3. ค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับชั่วขณะ คือ ค่าของแรง
ไฟฟ้ากระแสสลับรูปคลื่นไซน์ ทีเราวัดได้ในแต่ละมุมของการหมุน
่
ของขดลวดตัวนำาในเครื่องกำาเนิดไฟฟ้า โดยมุมของการเคลื่อนที่นี้
วันเป็นองศา ซึงค่าของแรงดันชั่วขณะสามารถหาได้จากสมการ
่
เมื่อแบ่งการหมุนของขดลวดตัวนำาใน 1 วัฎจักร (360 ๐) เมื่อ
คำานวณค่าแรงดันชั่วขณะที่เกิดขึ้น ณ มุมต่างๆ ตั้งแต่ตำาแหน่ง 0
( 0 องศา) ตำาแหน่ง 1 (30 องศา) และตำาแหน่ง 2, 3, 4 จนถึง
ตำาแหน่งที่ 12 โดยเพิ่มค่ามุมทีละ 30 ๐ เราจะได้รูปคลื่นไซน์ของ
แรงดันไฟฟ้าสลับที่เกิดขึ้นมีขนดดังรูป
ความถี่ของกระแสสลับ (Frequency ตัวย่อ f) หมายถึง
จำานวนวัฏจักรของการเกิดรูปคลื่นไซน์ต่อเวลา 1 วินาที
ถ้าเกิดรูปคลื่นไซน์ 2 วัฏจักรต่อเวลา 1 วินาที ก็แสดงว่า
ไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิดขึ้นมีความถี่ 2 วัฏจักรต่อเวลา 1 วินาที หรือ
เรียกแทนในหน่วยเฮิรตซ์ (Hz) หรือความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับ 50
เฮิรตซ์ ก็คือการเกิดรูปคลื่นไซน์จำานวน 50 วัฏจักรต่อเวลา 1 วินาที
และจากรูป 4.2 รูปคลื่นไซน์นี้มีความถี่เท่ากับ 1 เฮิรตซ์ เป็นต้น

4. ค่าต่างๆ ทีสำาคัญของรูปคลื่นไซน์ นอกจากความถี่และคาบ
่
เวลานั้นมีอีก 4 ค่า คือ ค่าสูงสุด(Maximum) ค่ายอดถึงยอด(Peak-
to-Peak) ค่าเฉลี่ย(Average) และค่าใช้งาน(Effective)
ค่ายอดถึงยอด วัตถุจากจุดยอดของรูปคลื่นไซน์ด้านบวก
จนถึงจุดยอดของรูปคลื่นไซน์ด้านลบ นั่นคือ ค่ายอดถึงยอดเท่ากับ
2 เท่าของค่าสูงสุด
ค่าเฉลี่ย ค่าเฉลี่ยของรูปคลื่นไซน์นั้นเราพิจารณาเฉพาะด้าน
ใดด้านหนึ่ง คือด้านบวกหรือด้านลบเพียงด้านเดียว เพราะถ้า
พิจารณาทั้งวัฏจักรจะได้ค่าเฉลี่ยเท่ากับศูนย์ ดังนั้นค่าเฉลี่ยจึงเป็น
ปริมาณทางไฟตรง พิจารณาตั้งแต่ 0 องศา ถึง 180 องศา
ค่าแรงดันใช้งาน (Effective Voltage) ปกติเมื่อนำามิเตอร์
ไฟฟ้ากระแสสลับ เช่น AC.Voltmeter หรือ RMS. Voltmeter ไป
วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เต้ารับในบ้านจะอ่านค่าได้ 220 V เมื่อ
นำาเครื่องมือวัดรูปร่างของรูปคลื่นไฟสลับ (ไซน์) ดังกล่าว เช่น นำา
ออสซิลโลสโคปไปวัดจะได้รูปคลื่นไซน์

5. ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current)
การศึกษาไฟฟ้ าสถิต (Electrostatic) ในบทที่ผานมาเป็นการ
่
ศึกษากรณีที่ประจุไฟฟ้ าทีเกิดขึ้นไม่
่
เคลื่อนที่ หรือเคลื่อนที่แบบระยะสั้นชั่วขณะเวลาหนึ่ง ต่อไปนี้
เป็นการศึกษาประจุที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องซึ่ง
เราเรียกว่า กระแสไฟฟ้ าและ ถ้ากระแสไฟฟ้ าเคลื่อนที่ครบรอบวง
ปิดเราจะเรียกว่า วงจรไฟฟ้ า (Electric
circuit) วงจรไฟฟ้ าเป็นพื้นฐานสำาคัญของการส่งพลังงานจากที่
หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในรูปแบบพลังงานไฟฟ้ า
เพื่อนำาไปเปลียนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นให้เราใช้ประโยชน์กันทุก
่
วันนี้

6. การนำาไฟฟ้าของตัวกลางต่างๆ
การนำาไฟฟ้าในโลหะ
ในโลหะประกอบด้วย Valence electron ทีถูกยึดไว้อย่างหลอม ๆ
่
อิเล็กตรอนเหล่านี้จะหลุดจาก
อิเล็กตรอนได้ง่าย เมื่อหลุดแล้วจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระสามารถ
ไปได้ทวโลหะทั้งก้อน เรียกอิเล็กตรอน
ั่
เหล่านีว่า อิเล็กตรอนอิสระ (free electron) ซึ่งอิเล็กตรอน
้
เหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างไร้ระเบียบไม่มีทิศทาง
แน่นอน การเคลื่อนที่แบบนี้เรียกว่า การเคลื่อนทีแบบบราวน์
่
ความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนเป็น 0
เมื่อเราทำาให้ปลายโลหะทั้งสองมีความต่างศักย์ไฟฟ้ าเกิดขึ้น โดย
ต่อปลายทั้งสองข้างของโลหะกับ
แหล่งกำาเนิดไฟฟ้ าจะทำาให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยมีความเร็ว
เฉลี่ยไม่เท่ากับ 0 เรียกว่าความเร็วลอยเลื่อน
(Drift velocity) ดังนั้นการนำาไฟฟ้ าในโลหะเกิดจากการ
เคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ
การนำาไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศเป็นหลอดแก้วที่สูบอากาศออกหมด ส่วน
ประกอบหลักภายในจะมีขวสำาหรับให้
ั้
อิเล็กตรอนเรียกว่า ขัว แคโทด (Cathode) และขั้วสำาหรับรับ
้
อิเล็กตรอนเรียกว่า ขัว อาโนด (Anode) หรือเพลต
้
หลอดสุญญากาศ ทีมีเฉพาะ ขั้วแคโทดและ อาโนด เรียกว่าหลอด
่
ไดโอด (Diode) หลอดประเภทอื่น
ก็จะมีส่วนประกอบที่มากกว่านี้ต่างกันไปตามลักษณะการใช้งาน
สาขาฟิสิกส์ โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
กระแสในหลอดสุญญากาศเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ถ้าเราตอขัวบวกของแบตเตอรี่เข้ากบ ่ ั ้ ขั้วอาโนด และขัวลบที่ขั้ว
้
แคโทดของหลอดไดโอด และทำาให้
แคโทดร้อน อิเล็กตรอนบางตัวจะหลุดออกจากแคโทด เป็น
อิเล็กตรอนอิสระ ดังนั้นถ้าเราต่อแหล่งกำาเนิด
ไฟฟ้ ากับแคโทดและแอโนด โดยให้โดยศักย์ไฟฟ้ าทีแอโนดสูง
่
กว่า (ขั้วบวกต่อกับแอดโนด ขัวลบต่อกับ
้
แคโทด) สนามไฟฟ้ าที่เกิดขึ้นจะทำาให้อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่
ไปยังแอโนด จึงทำาให้มีกระแสไฟฟ้ าเกิดขึ้น
ในวงจร ดังนั้นการนำาไฟฟ้ าในไดโอดเกิดจากการเคลื่อนที่
ของอิเล็กตรอนอิสระ แล้วถ้าเราต่อสลับขั้วจะนำา

7. ไฟฟ้าได้หรือไม่?
นอกจากนี้ยังมีหลอดสุญญากาศที่ใช้ความร้อนจากแสงทำาให้
อิเล็กตรอนหลุดจากแคโทดอีกด้วยเรียกหลอด
ประเภทนี้ว่า หลอดโฟโตอิเล็กตริก นอกจากนี้สมบัติของหลอดได
โอดเรานำามาใช้ประกอบเป็นอุปกรณ์
เปลียนไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง
่
การนำาไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์
สารอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายทีนำาไฟฟ้ าได้ เช่น สารละลาย
่
ของกรด เบส หรือเกลือ ไม่ว่าจะเป็น
สารละลายเกลือกำามะถัน สารละลายเบสโซเดียมไฮดรอกไซด์
เกลือซัลเฟตเป็นต้น โดย
กระแสไฟฟ้ าเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนที่เกิดจากการแตก
ตัวของกรด เบส หรือ เกลือ การนำาไฟฟ้ าในอิ
เล็กโทไลต์ ทำาให้เกิดขึ้นโดยจุ่มแผ่นโลหะ 2 แผ่น แผ่นหนึงต่อเข้า
่
กับขั้วบวก และอีกแผ่นต่อกับขั้วลบ ลงไป
ในอิเล็กโทรไลต์ แท่งแผ่นโลหะ จะทำาหน้าที่เป็นขัวบวก และ
้
ขั้วลบ ทำาให้เกิดสนามไฟฟ้ า ผ่านอิเล็กโทรไลต์
ซึ่งส่งผลให้ ไอออนบวก เคลื่อนทีไปยังขัวลบ ไอออนลบ เคลื่อนที่
่ ้
ไปยังขั้วบวก จึงทำาให้มีกระแสไฟฟ้ า
เกิดขึ้น ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ จึงเกิดจากการ
เคลื่อนที่ ของทังประจุบวก และประจุลบ
้
หลักการนี้การนำาไปใช้ประโยชน์ในการชุบโลหะ และการแยกธาตุ
บริสทธ์ิ เมื่อต้องการชุบวัตถุด้วย
ุ
โลหะชนิดใดก็ต้องใช้อิเล็กโทไลต์ที่มไอออนชนิดนั้น เพื่อให้
ี
ไอออนมาเกาะ
สาขาฟิสิกส์ โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
3
การนำาไฟฟ้ าในหลอดสุญญากาศ
หลอดบรรจุแก็สเป็นหลอดสุญญากาศที่บรรจุแก็สบางชนิดลงไป
เป็นปริมาณน้อย เช่น ไฮโดรเจน
นีออน อาร์กอน หรือ ไอปรอท ความดันภายในหลอดจะตำ่ากว่า
ความดันบรรยากาศมาก ที่ปลายขั้วหลอดทั้
สองข้างจะต่อกับขั้วไฟฟ้ า ถ้าความต่างศักย์ สูงพอจะทำาให้มี
กระแสไฟฟ้ าเกิดขึ้นและมีแสงสีต่างๆ ตาม
คุณสมบัติแก็สที่ใส่ในหลอด เช่นหลอดไฟโฆษณาต่างๆ

8. กระแสเกิดขึ้นจาก เมื่อเราให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วมากๆ ทำาให้
เกิดสนามไฟฟ้ า โมเลกุลของแก็ส
จะแตกตัว เป็นไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ โดยไอออนบวก
จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้ าลบ
อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้ าบวก ดังนั้นจะเห็น
ว่าการนำาไฟฟ้าของหลอดบรรจุแก๊สเกิดจาก
การเคลื่อนที่ของไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ
การนำาไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำา (Semiconductor)
สารกึ่งตัวนำาเป็นสารที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้ าอยูระหว่างตัวนำาและ
่
ฉนวน พิจารณาโครงสร้างของสาร
กึ่งตัวนำาเช่น ซิลิกอน พบว่า Valence Electron ของแต่ละตัวจะมี
พันธะกับ Valence Electron ข้างเคียง ดังรูป
1.1 และ 1.2 จึงไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่จะนำาไฟฟ้ าได้
ถ้าใส่สนามไฟฟ้ าข้าไป หรือ ให้ความร้อนมากพอ Valence
Electron สามารถหลุดเป็นอิสระได้ ทำาให้เกิด
ช่องว่างเรียกว่า โฮล ซึ่งมีลักษณะคล้ายประจุไฟฟ้ าบวก แรง
เนื่องจากสนามไฟฟ้ าทีกระทำาต่อ
่
สาขาฟิสิกส์ โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
4
อิเล็กตรอนอิสระและโฮลจะมีทิศตรงข้ามกัน ทำาให้มันเคลื่อนทีใน ่
ทิศตรงข้ามกัน โดยอิเล็กตรอนอิสระ
เคลื่อนที่ตรงข้ามกับสนาม โฮลเคลื่อนที่ทิศเดียวกับสนามไฟฟ้ า
ทำาให้เกิดการนำาไฟฟ้ าขึ้น ดังนั้นการนำาไฟฟ้า
ของสารกึ่งตัวนำาเกิดจากการเคลื่อนที่ของ โฮล และอิเล็กตรอน
อิสระ
1. กระแสไฟฟ้า (Electric current)
กระแสไฟฟ้ าคือ การเคลื่อนที่ของประจุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
กรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้ าในวัสดุ
ตัวนำา ไม่ได้แปลว่าไม่มีประจุไฟฟ้ าในวัสดุนั้น ตัวอย่างเช่นวัสดุ
ตัวนำาพวกลวดโลหะ พาหะในการถ่ายเท
ประจุไฟฟ้ าคืออิเล็กตรอนอิสระ (Free electron) อิเล็กตรอนอิสระ
เหล่านี้จะเคลื่อนที่โดยไม่มทิศทางแน่นอน
ี
(random) ดังรูปที่ 2.1 ทำาให้ไม่เกิดการไหลของประจุไฟฟ้ าไป
ทางใดทางหนึ่งอย่างแน่นอน จึงถือว่าไม่มี
กระแสไฟฟ้ า แต่ถ้าต่อปลายทั้งสองข้างของลวดตัวนำากับขั้วของ
เซลล์ไฟฟ้ า หรือ แบตเตอรี่ จะทำาให้เกิด

9. สนามไฟฟ้า E
v
ทีทุกจุดในเส้นลวดนั้น และทำาให้เกิดแรงกระทำาต่ออิเล็กตรอน
่
ทำาให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไป
ในทิศเดียวกันตามแรง F qE
vv
= และเนื่องจากประจุของอิเล็กตรอนเป็น –e ทำาให้ประจุลบ
เคลื่อนที่ในทิศตรง
ข้ามกับทิศของสนามไฟฟ้ า การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้ านีทำาให้
้
เกิดกระแสไฟฟ้ าขึ้น เรากำาหนดขนาดของ
กระแสไฟฟ้ าทีผ่านพื้นที่หน้าตัดใดๆ ด้วยอัตราการถ่ายเท
่
ประจุไฟฟ้ า q ผ่านพื้นที่หน้าตัดนั้น ๆ นั่นคือถ้ามี
ประจุเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดใดๆ ในเวลา t วินาที กระแสไฟฟ้ า
มีค่า เท่ากับ
t
I = q (2.1)
ในระบบเอสไอ (SI Unit) I มีหน่วยเป็น C/s หรือ แอมแปร์
(ampere) ใช้อักษรย่อ A เพื่อเป็นเกียรติ
แก่ อองเดร-มารี อองแปร์ (André Marie Ampére) นักฟิสิกส์ชาว
ฝรั่งเศสผู้ค้นพบ
-