1. ใบความรู้ที่ 10<br />เรื่องกระแสไฟฟ้า ใช้เวลา 30 นาที<br /> …………………………………………………………………………………………………………..<br />กระแสไฟฟ้าในตัวนำ เกิดขึ้นเมื่อมีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในตัวนำนั้น ๆ เนื่องจากปลายทั้งสองของตัวนำมีความต่างศักย์<br /> <br /> <br /> A B A B<br /> ก่อนต่อกัน ขณะต่อกันด้วยลวดตัวนำ<br />1. ก่อนต่อกัน แผ่นโลหะของอิเล็กโทรสโคบ A กางออก แสดงว่า อิเล็กโทรสโคบ A มีประจุไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรสโคบ A ไม่เท่ากับศูนย์ แผ่นโลหะของอิเล็กโทรสโคบ B หุบแสดงว่าอิเล็กโทรสโคบ B ไม่มีประจุไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรสโคบ B เท่ากับศูนย์<br />2. ขณะที่ต่อจานโลหะของอิเล็กโทรสโคบ A และอิเล็กโทรสโคบ B ด้วยลวดตัวนำ แผ่นโลหะอิเล็กโทรสโคบ A กางออกแต่กางน้อยกว่าเดิมแสดงว่าโลหะอิเล็กโทรสโคบ A มีประจุไฟฟ้าลดลง และแผ่นโลหะของอิเล็กโทรสโคบ B ก็กางออกเท่ากับการกางของแผ่นโลหะอิเล็กโทรสโคบ A แสดงว่าอิเล็กโทรสโคบ B มีประจุไฟฟ้า ดังนั้น<br /> 2.1 ถ้าอิเล็กโทรสโคบ A และอิเล็กโทรสโคบ B มีความต่างศักย์ เมื่อต่ออิเล็กโทรสโคบ <br />A และอิเล็กโทรสโคบ B ด้วยลวดตัวนำประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ระหว่างอิเล็กโทรสโคบทั้งสอง <br /> 2. 2 ประจุไฟฟ้าจะหยุดเคลื่อนที่เมื่อศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ( ถ้าอิเล็กโทรสโคบทั้งสองทำจากวัสดุชนิดเดียวกันขนาดเท่ากันความจุย่อมเท่ากัน เมื่อแผ่นโลหะกางออกเท่ากันจึงมีประจุไฟฟ้าเท่ากัน ) <br />แหล่งกำเนิดไฟฟ้า คือเครื่องมือที่เปลี่ยนพลังงานรูปอื่นเป็นพลังงานไฟฟ้า แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องในชีวิตประจำวันได้แก่ เซลล์ไฟฟ้าเคมี , เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ( Dynamo ) เซลล์สุริยะ <br />( Solar cell ) , คู่ควบความร้อน ( Thermo couple ) , แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากสิ่งมีชีวิต ฯ<br />1. เซลล์ไฟฟ้าเคมี เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า มีขั้วบวกและขั้วลบ กระแสไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์แบ่งเป็น 2 ชนิด<br /> 1.1 เซลล์ปฐมภูมิ เมื่อใช้ไปนาน ๆ ความต่างศักย์<br />จะลดลงจนใช้ไม่ได้และต้องทิ้งไปได้แก่ <br /> 1.1.1 เซลล์แบบ สังกะสี-คาร์บอน มีความต่างศักย์<br />ระหว่างขั้วเซลล์ 1.5 , 9 โวลต์ มีรูปร่างทรงกระบอก , สี่เหลี่ยม <br />ใช้กับ ไฟฉาย วิทยุ นาฬิกา เป็นชนิดที่ใช้กันทั่วไป ราคาถูก<br />อายุใช้งานสั้น <br /> <br /> รูป 10.3<br /> <br /> <br /> 1.1.2 เซลล์แบบอัลคาไลน์ มีความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์ 1.5 โวลต์ , 9 โวลต์ มีรูปร่างทรงกระบอก , สี่เหลี่ยม , กลมแบน ใช้กับ วิทยุกล้องถ่ายรูป เครื่องคิดเลข อายุการใช้งานยาวนานกว่า แบบเซลล์แบบ สังกะสี-คาร์บอน 2-7 เท่า<br /> 1.1.3 เซลล์แบบลิเธียม มีความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์ 2.9 โวลต์ , 3.7 โวลต์ มีรูปร่าง กลมแบน ใช้กับกล้องถ่ายรูป นาฬิกาข้อมือ เครื่องกระตุ้นหัวใจ อายุยาวนานหลายปีถึงมากกว่า 10 ปี <br /> <br /> 1.2 เซลล์ทุติยภูมิ เมื่อใช้ไประยะหนึ่ง สามารถ<br />ทำให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์เพิ่มขึ้นดังเดิม โดยการอัดไฟ <br /> ได้แก่<br /> 1.2.1 เซลล์แบบ Ni - Cd ( นิกเกิล-แคดเมียม ) <br />มีความต่างศักย์ประมาณเซลล์ละ 1.2 โวลต์ , 9 โวลต์ มีรูปร่าง<br />ทรงกระบอก , สี่เหลี่ยม ใช้กับไขควงไฟฟ้า , เครื่องคิดเลข <br />วิทยุ ของเล่น<br /> 1.2.2 เซลล์แบบ Ni - Mh ( นิกเกิล-มีทัลไฮไดร ) <br />มีความต่างศักย์ประมาณเซลล์ละ 1.2 โวลต์ , 9 โวลต์ มีรูปร่างทรงกระบอก , สี่เหลี่ยม ใช้กับกล้องถ่ายรูปดิจิตอล แฟลช ของเล่น <br /> 1.2.3 เซลล์แบบ Li-ion ( ลิเทียม- ไอออน ) มีความต่างศักย์ประมาณเซลล์ละ 1.2 โวลต์ <br />ใช้กับ กล้องถ่ายรูป โทรศัพท์มือถือ กล้องโทรทัศน์<br /> 1.2.4 เซลล์แบบ ตะกั่ว-กรดกำมะถัน มีความต่างศักย์ 2 , 6 , 12 , 24 โวลต์ ใช้กับ<br />รถจักรยานยนต์ รถยนต์ รถไฟ เรือดำน้ำ เครื่องยนต์ทั่วไป อายุการใช้งานประมาณ 1-5 ปี<br />ขั้วบวกทำด้วย PbO2 ขั้วลบทำด้วย Pb <br />ขั้วลบจะเป็นร่องพรุน ๆ เพื่อให้ทำปฏิกิริยากับ<br />สารละลายกรดได้มากขึ้นแผ่น PbO2 และ Pb ทำ<br />ซ้อนกันหลายแผ่นและมีฉนวนขั้นอยู่ทั้งหมด<br />จุ่มอยู่ในสารละลาย H2SO4เจือจางดังรูป 10.5 รูป 10.5ก การใช้ไฟ รูป 10.5ข การอัดไฟ<br />1. สารละลาย H2SO4 แตกตัวเป็นอิออน 2H+ และ SO4- - <br />2. ตะกั่วละลายในสารละลายได้ Pb++ ทิ้งอิเล็กตรอนไว้ในแผ่นตะกั่ว แผ่นตะกั่วจึงได้รับ<br /> อิเล็กตรอนจากการละลายกลายเป็น Pb++ จึงเป็นขั้วลบ<br />3. SO4- -ที่เกิดจากการแยกตัวของกรด เคลื่อนที่มาที่แผ่นตะกั่ว Pb++ทำปฏิกิริยากับ Pb++ ได้<br /> ตะกั่ว PbSO4 <br /> 2Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2 <br />4. เมื่อต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าเข้ากับขั้วทั้งสองของแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนจากแผ่นตะกั่วจะเคลื่อนที่<br /> ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้ามายังแผ่น PbO2 ดังนั้น PbO2จึงเป็นขั้วบวกทำให้ อิออน H+ ไปรวมกันที่<br /> แผ่น PbO2 รับอิเล็กตรอนจาก PbO2 กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยาดังสมการ <br /> PbO2 + H2SO4 + 2H2 PbSO4 + 2H2O <br />จะเห็นว่าเมื่อเซลล์จ่ายกระแสไปนาน ๆ แผ่นทั้งสองจะกลายเป็นตะกั่ว PbSO4 เกาะแข็งที่ขั้วเป็นคราบสีขาว และความถ่วงจำเพาะของกรดจะลดลงจนถึงประมาณ 1.17 จึงควรอัดไฟใหม่ <br />การอัดไฟ คือการนำเซลล์ทุติยภูมิไปต่อ<br />กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่มีแรงเคลื่อน<br />สูงกว่า โดยขั้วบวกต่อกับบวกขั้วลบต่อกับลบ<br />การอัดไฟเซลล์แบบ ตะกั่ว-กรดมะถันรูป 10.5ข <br />คือการปล่อยกระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเข้าทางขั้วบวกและออกทางขั้วลบ<br /> แผ่นขั้วบวก O2 ที่เกิดจากการที่กระแสไฟฟ้าผ่าน H2SO4 ทำปฏิกิริยากับ PbSO4 <br /> PbSO4 + O2 + H2O PbO2+ H2SO4<br /> แผ่นขั้วลบ H2 ที่เกิดจากการที่กระแสไฟฟ้าผ่าน H2SO4 ทำปฏิกิริยากับ PbSO4 <br /> PbSO4 + H2 Pb + H2SO4<br />แผ่นขั้วบวกและขั้วลบจะเปลี่ยนเป็น PbO2 และ Pb ดังเดิม ความถ่วงจำเพาะของกรดจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ1.21 เซลล์จะจ่ายไฟได้ดังเดิมเมื่อใช้แบตเตอรี่ระดับของสารละลายในแบตเตอรี่จะลดต่ำลงเนื่องจากน้ำกลายเป็นไอหรือเปลี่ยนเป็นก๊าซทำให้สารละลายมีความเข้มข้นสูงขึ้นจึงควรเติมน้ำกลั่น <br />รักษาความเข้มข้นให้พอดี <br />2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ( Dynamo ) เป็นเครื่องมือที่<br />เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าอาศัยหลักการเหนี่ยวนำ<br />แม่เหล็กไฟฟ้า โดยหมุนขดลวดตัวนำตัดกับสนามแม่เหล็ก<br />หรือหมุนแม่เหล็กให้สนามแม่เหล็กตัดขดลวดตัวนำ ปริมาณ<br />พลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นกับปริมาณ<br />ของพลังงานกลที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับ<br />3. เซลล์สุริยะ เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่<br />เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าใช้สมบัติ<br />ของสารกึ่งตัวนำเช่นซิลิคอน หรือ เซเลเนียม <br />ธาตุเหล่านี้เมื่อถูกแสงจะเกิดศักย์ไฟฟ้าขึ้นทำให้<br />สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า <br />ปริมาณไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากเซลล์สุริยะขึ้นกับ<br />ปริมาณของแสงที่ตกกระทบ รูป 10.7<br />4. แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากสิ่งมีชีวิต เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เช่นปลาไหล หัวปลาไหลมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก หางมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ นอกจากนี้ทุกทุกครั้ง<br />ที่หัวใจเต้นจะมีความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดในร่างกาย<br />5. คู่ควบความร้อน เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เปลี่ยน<br />พลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า ทำจากโลหะสองชนิด<br />ที่ต่างกันอาศัยผลต่างของอุณหภูมิของปลายทั้งสองที่ต่อกัน<br />เช่น ทองแดงและเหล็กและทำให้อุณหภูมิของปลายทั้งสอง<br />ต่างกันดังรูป 10.8 จะพบว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเล็กน้อย<br />โดยสังเกตได้จากการเบนของเข็มแอมมิเตอร์ แสดงว่า รูป 10.8<br />ความต่างของอุณหภูมิทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้แหล่งกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวเรียกว่า คู่ควบความร้อน <br /> ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างทองแดงและเหล็กมีค่าประมาณ 7 ไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส<br />ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างพลวงและบิสมัธมีค่าประมาณ 100 ไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส<br /> ถ้าเพิ่มความต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสองของคู่ควบความร้อนให้มากขึ้น พบว่ามีความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงขึ้น จึงสามารถนำคู่ควบความร้อนทำเทอร์มอมิเตอร์ได้ <br />