More Related Content Similar to หน่วยที่1 (20) 2. หน่วยที่ 1
ไฟฟ้ าทั่วไปและแหล่งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง
สาระการเรียนรู้
ทฤษฎีอิเล็กตรอน
1.1.1 ธรรมชาติของอะตอม
1.1.2 วงอิเล็กตรอน (Electron Shell)
1.1.3 วงเลนซ์อิเล็กตรอน (Valence Electron)
1.1.4 อิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron)
1.1.5 วิธีการเบื้องต้นในการทาให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ า
4. สาระสาคัญ
สสารต่าง ๆ มีอยู่ 3 สถานะคือ ของแข็ง ของเหลวและ ก๊าช ต่างก็
ประกอบด้วยส่วนเล็ก ๆ เรียกว่า โมเลกุล (Molecule) และ ใน 1
โมเลกุลเมื่อแบ่งลงไปเรื่อย ๆ จนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด เรียกว่า อะตอม
(Atom)แหล่งกาเนิดไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง คือ แหล่งที่จ่าย
พลังงานศักย์ไฟฟ้า หรืออาจเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาใช้งานกับอุปกรณ์
ไฟฟ้าทั่วๆไปในบทนี้จะกล่าวถึง แหล่งกาเนิดไฟฟ้าที่พบเห็นกันบ่อย ๆ เช่น
แบตเตอรี่ เซลล์แสงอาทิตย์เจอเนอเรเตอร์ และแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบ
อิเล็กทรอนิกส์
6. 1.1 ทฤษฎีอิเล็กตรอน
สสารต่าง ๆ มี 3 สถานะ คือ
-ของแข็ง
-ของเหลว
-ก๊าช
สถานะทั้ง 3 สถานะ นั้น อาจอยู่ในรูปของ ธาตุ สารประกอบ และของผสม อย่างใดอย่างหนึ่ง
โดย ธาตุ สารประกอบ และของผสม นี้ต่างก็ประกอบด้วยส่วนเล็ก ๆ เรียกว่า โมเลกุล (Molecule)
และ ใน 1 โมเลกุลเมื่อแบ่งลงไปเรื่อย ๆ จนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด เรียกว่า อะตอม (Atom)โมเลกุล
ของสารที่ประกอบขึ้นด้วยอะตอมชนิดเดียวกันเรียกว่า ธาตุ (Element) สารที่โมเลกุลประกอบขึ้น
ด้วยอะตอมชนิดต่างชนิดกัน เรียกว่า สารประกอบ (Compound)
9. โดยมีโปรตอน และนิวตรอน อยู่ภายใน นิวเคลียส (Nucleus) ที่บริเวณรอบ ๆ
โปรตอน และนิวตรอน จะมีอิเล็กตรอนที่มีอานาจไฟฟ้าเป็นลบวิ่งอยู่รอบ ๆ ด้วย
ความเร็วสูง อิเล็กตรอน เบากว่าโปรตอนประมาณ 1850 เท่า เพราะอิเล็กตรอน
เบามาก จึงถูกแรงไฟฟ้าทาให้เคลื่อนที่ไป โดยทั่วไปแล้ว อะตอมของธาตุที่มี
คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นกลาง ในอะตอมหนึ่ง ๆ จะมีจานวนโปรตอน ที่
เท่ากับจานวนอิเล็กตรอนเสมอ เช่น อะตอมของไฮโดรเจน ที่นิวเคลียส จะมี
โปรตอน 1 ตัว และมีอิเล็กตรอน เบาๆ 1 ตัว หรือ อะตอมของฮีเลียม ที่นิวเคลียส
จะมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอนโคจร รอบ ๆ 2 ตัว
11. วงอิเล็กตรอน (ELECTRON SHELL)
ภายในอะตอมของสารที่มีอิเล็กตรอนวิ่งเคลื่อนที่อยู่โดยรอบ อิเล็กตรอนแต่ละ
ตัวจะมีพลังงานที่ขึ้นอยู่กับค่า N โดยกาหนดให้ระดับพลังงานต่าสุด คือ n = 1
ระดับสูงขึ้นไป คือ n = 2 ,3 ,4 … เพิ่มขึ้นตามลาดับ ระดับพลังงานนี้จะถูก
แบ่งเป็นวง (Shell) ซึ่งแทนด้วยอักษร K L M O P Q จานวนอิเล็กตรอนที่มี
ได้มากที่สุด ในระดับพลังงานระดับใดระดับหนึ่งมีค่าเท่ากับ 2n2 เช่น ในชั้น K
จะมีอิเล็กตรอนได้อย่างมากสุดเท่ากับ 2(1)2 = 2 ตัว นอกจากนี้อิเล็กตรอนวง
นอกสุดต้องมีได้ ไม่เกิน 8 ตัว เช่น อะตอมของทองแดง มีอิเล็กตรอน 29 ตัว
แบ่งตามวงได้ดังนี้
12. วง K มีอิเล็กตรอนได้ 2(1)2 = 2 ตัว เมื่อ N = 1
วง L มีอิเล็กตรอนได้ 2(2)2 = 8 ตัว เมื่อ N = 2
วง M มีอิเล็กตรอนได้ 2(3)2 = 18 ตัว เมื่อ N = 3
วง N มีอิเล็กตรอนได้ 1 ตัว
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
--
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
+29
N
M
L
K
K
L
M
N
โครงสร้างของอะตอมทองแดง
14. อิเล็กตรอนอิสระ (FREE ELECTRON)
เมื่อให้พลังงานแก่อิเล็กตรอน หรือเมื่อจ่ายแรงดันให้กับตัวนาไฟฟ้า เช่น
ให้ความร้อน แสง รังสี หรือ พลังงานรูปอื่น ๆ จะทาให้อิเล็กตรอนที่อยู่
วงนอกสุดของอะตอม หรือเรียกว่า Valence Electron ถูกกระทาให้หลุด
จากวงโคตร กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ Free Electron ซึ่ง
อิเล็กตรอนอิสระนี้เองเป็นตัวที่ทาให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในตัวนา
16. วิธีการเบื้องต้นในการทาให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ า มีด้วยกัน 6 วิธี
1.1.5.1 การขัดสี แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นโดยการนาวัตถุสองชนิดมาถูกัน
1.1.5.2 แรงกดดัน แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยการบีบตัวของผลึก (Crystal) ของสารชนิดหนึ่ง
1.1.5.3 ความร้อน แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้โดยให้ความร้อนที่จุดต่อของโลหะที่ต่างชนิดกัน
1.1.5.4 แสงสว่าง แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้ต่อเมื่อแสงสว่างกระทบกันกับสารที่มีความไวต่อแสง
1.1.5.5 กิริยาเคมี แรงเคลื่อนไฟฟ้ าจะเกิดขึ้นโดยปฏิกิริยาเคมี เช่น แบตเตอรี่
1.1.5.6 อานาจแม่เหล็ก แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนาไฟฟ้าได้เมื่อตัวนาเคลื่อนที่ผ่าน
สนามแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ผ่านตัวนา ซึ่งมีลักษณะเช่นนี้ ตัวนาจะตัดเส้นแรงของ
สนามแม่เหล็ก
17. แหล่งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง
แหล่งกาเนิดไฟฟ้ าหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้ า คือ แหล่งที่จ่ายพลังงานศักย์ไฟฟ้ า หรืออาจ
เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้ า ออกมาใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้ าทั่วๆไปสามารถแบ่งออกเป็น 4
ชนิดใหญ่ๆคือ
1.2.1 แบตเตอรี่
1.2 2 เซลล์แสงอาทิตย์
1.2.3 เครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง
1.2.4 แหล่งจ่ายไฟฟ้ าแบบอิเล็กทรอนิกส์
21. เซลล์แสงอาทิตย์ ( SOLAR CELL )
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์สิ่งประดิษฐ์ทางวิศวกรรม โดยประยุกต์ให้มีคุณสมบัติทางด้าน
สารกึ่งตัวนา เมื่อมีแสงมากระทบจะทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็น
พลังงานไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันทามาจากธาตุซิลิกอน (Silicon) ซึ่งเป็นธาตุที่พบ
มากที่สุดบนโลก การสร้างจะทาได้โดยใช้ P-N Junction ประกอบขึ้นเป็นพื้นฐานโดยให้
แรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.5 โวลต์ ส่วนกระแสจะแปรผันตามแสงบนพื้นที่ของเซลล์ ในการรับ
แสงของซิลิกอนแบบผลึกเดี่ยว ให้กระแสได้ประมาณ 2 แอมแปร์ต่อพื้นที่ 1 ตารางเมตร เมื่อ
ต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น ต้องนาเซลล์แสงอาทิตย์มาต่อเพิ่มแบบอนุกรมเพื่อให้ได้แรงดัน
ตามต้องการ ถ้าต้องการกระแสเพิ่มสูงขึ้น ให้นาเซลล์แสงอาทิตย์มาต่อขนานกัน การต่อแบบนี้
มีลักษณะเป็นโมดูล เมื่อนาโมดูลมาประกอบเพื่อติดตั้งใช้งานจะเรียกว่าแผง (Array) แผงที่
ติดตั้งในปัจจุบันจะมีอายุการใช้งานประมาณ 20-25 ปี แต่ในขณะนี้ได้มีการพยายามคิดค้นและ
พัฒนา เพื่อให้มีอายุการใช้งานมากกว่า 30 ปี
22. เซลล์แสงอาทิตย์คือ สิ่งประดิษฐ์ที่ทาจากสารกึ่งตัวนา เช่น ซิลิคอน (Silicon), แกลเลี่ยม
อาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide), อินเดียม ฟอสไฟด์ (Indium Phosphide), แคดเมียม เทลเลอ
ไรด์ (Cadmium Telluride) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (Copper Indium Diselenide)
เป็นต้น ซึ่งเมื่อได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเปลี่ยนเป็นพาหะนาไฟฟ้า และจะถูกแยกเป็น
ประจุไฟฟ้าบวกและลบเพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อนา
ขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่
อุปกรณ์เหล่านั้น ทาให้สามารถทางานได้
23. จุดเด่นของไฟฟ้ าจากเซลล์แสงอาทิตย์
1 แหล่งพลังงานคือดวงอาทิตย์เพราะฉะนั้นจะใช้ได้ตลอดไปและไม่เสียค่าใช้จ่าย แหล่งพลังงาน
อื่น ๆ ที่เอามาใช้กันเช่น น้ามัน, ถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติ ซึ่งแหล่งพลังงานเหล่านี้จะหมดไปได้
2 ไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ไม่
ใช้น้ามัน, ถ่านหิน หรือก๊าซเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งทาให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
3 สามารถสร้างไฟฟ้าได้ทุกขนาด ตั้งแต่ขนาดเล็กที่สามารถนาไปใช้กับเครื่องคิดเลขจนถึงระบบ
โรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ระดับ 100 KW ซึ่งเซลล์แสงอาทิตย์สามารถให้ประสิทธิภาพเท่ากัน
ปัจจุบันนาไปใช้กับเครื่องคิดเลข, ปั๊มน้า, รถยนต์ไฟฟ้า, เรือไฟฟ้า, ระบบไฟฟ้าตามบ้าน เป็นต้น
4. มีการประยุกต์นาเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสาหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าบางประเภท
เช่น เครื่องหมายสัญญาณจราจร, ไฟฟ้าบริเวณถนนต่าง ๆ, เครื่องทวนสัญญาณวิทยุและโทรศัพท์
และใช้ติดบนหลังคารถยนต์
24. เครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง (DC GENERATOR)
เครื่องกาเนิดไฟฟ้า(Generator) คือ เครื่องกลไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า
เครื่องกาเนิดไฟฟ้าแบ่งตามกระแสไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง(DC
Generator) กับ เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ(AC Generator)
หลักการกาเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ า มี 2 วิธี
1.3.1 หลักการขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก
กาเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยวิธีขดลวดตัวนาเคลื่อนที่ตัดกับสนามแม่เหล็ก
หลักการกาเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยวิธีการของขดลวดตัดผ่าน
สนามแม่เหล็ก มีหลักการดังนี้ให้ขั้วแม่เหล็กอยู่กับที่แล้วนา
ขดลวดตัวนามาวางระหว่างขั้วแม่เหล็กแล้วหาพลังงานมาหมุน
ขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ทาให้ได้แรงเคลื่อนไฟฟ้า
เหนี่ยวนาเกิดขึ้นที่ขดลวดตัวนานี้
28. แหล่งจ่ายไฟแบบอิเล็กทรอนิกส์ ( Electronic Power Supplies )เป็นแหล่งจ่ายที่ไม่ได้
เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานในรูปแบบใดให้เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่เป็นการ
เปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากระบบไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้าน ขนาด 220
โวลท์ ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่า ที่มีค่าความคงที่ การต่อออกไปใช้งาน
เพียงต่อออกจากขั้วไฟที่เตรียมไว้มีทั้งที่สามารถปรับค่าได้ ทั้งค่าของแรงดัน และค่า
ของกระแส เพื่อจ่ายให้แก่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ให้สามารถทางานได้
