ฟิสิกส ์4 ว30204 - Direct Current - มัธยมศึกษา 6

Weerawatyothin School WORRACHET BOONYONG

- 1 -

กระแสไฟฟ้า (Electric current : I) คือ อัตราการเคลื่อนที่ของ

ประจุไฟฟ้า โดยกระแสไฟฟ้าไหลจากที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง ไปยังที่มี

ศักย์ไฟฟ้าต่่า มีทิศตามการเคลื่อนที่ของประจุบวก หรือ ทิศตรง

ข้ามกับการเคลื่อนที่ของประจุลบ

หมายเหตุ กระแสไฟฟ้าที่เรียนกันอยู่เป็น ส่วน เป็นกระแสสมมติ กระแสอิเล็กตรอน

เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระจากกระแสไฟฟ้าแท้จริง

ศักย์ไฟฟ้าต่่าไปหาศักย์ไฟฟ้าสูง

ถ้าเราน่าตัวน่าที่มีประจุและมีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน มาวางติดกัน หรือใช้ลวดโลหะตัวน่าเชื่อมต่อกัน

ตัวน่าที่มีประจุทั้งสองก็จะเกิดการถ่ายเทประจุระหว่างตัวน่าทั้งสองผ่านลวดโลหะตัวน่า เรากล่าวว่ามี

ในลวดตัวน่านัน้ จนกระทั่งศักย์ไฟฟ้าบนตัวน่าทั้งสองเท่ากัน ประจุหยุดถ่ายเท กระแสไฟฟ้ากระแสไฟฟ้า

ก็หมดไป เพื่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าในลวดตัวน่านัน้อย่างตอ่เนื่องต้องใช้ แหล่งก าเนิดไฟฟ้า

แหล่งก าเนิดไฟฟ้า (Source of electromotive force) คือ แหล่งก่าเนิดที่ท่าให้เกิดความต่าง

ศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวน่าอยู่ตลอดเวลา เช่น ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่ เครื่องก่าเนิดไฟฟ้า เป็นต้น

1. เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical) ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าบวก ขั้วไฟฟ้าลบ และสารเคมี

ภายในเซลล์ เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1.1 เซลล์ไฟฟ้าปฐมภูมิ (primary cell) เช่น เซลล์แห้ง หรือถ่านไฟฉาย เมื่อสารเคมีถูกใช้

หมดแล้วจะไม่สามารถน่ามาอัดไฟได้อกี

ส่วนประกอบของถ่านไฟฉายทั่วไป

สังกะส ี แท่งคาร์บอน ขั้วลบ ขั้วบวก

มังกานีสไดออกไซด์ และแอมโมเนียคลอไรด์ ลักษณะเปียก ของผสม

เป็นผงถ่าน ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า ประมาณ 1.5 โวลต์

กระแสไฟฟ้า (Electric current) 1

ฟิสิกส ์4 ว30204 - Direct Current - มัธยมศึกษา 6

Weerawatyothin School WORRACHET BOONYONG

- 2 -

1.2 เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary cell) เช่น พวกแบตเตอรี่รถยนต์ เมื่อสารเคมีถูกใช้หมดแล้ว

สามารถน่ามาอัดไฟใหมไ่ด้ ส่วนประกอบของแบตเตอรี่รถยนต์

ส่วนประกอบของถ่านไฟฉายทั่วไป

แผ่นตะกั่วพรุน แผ่นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ ขั้วลบ ขั้วบวก

กรดก่ามะถันและน้่ากลั่น ของผสม

ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า เซลล์ละ 2 โวลต์

หมายเหตุ อาจใชน้ิเกิล แคดเมียม แทนตะกั่ว

2. เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า เครื่องก าเนิดไฟฟ้า (Generator)

โดยอาศัยหลักการ เหนี่ยวน่าแม่เหล็กไฟฟ้า

3. ประกอบด้วยโลหะ 2 ชนิด ซึ่งโลหะหนึ่งพร้อมที่จะให้คู่ควบความร้อน (Thermocouple)

อิเล็กตรอนอิสระมากกว่าอีกโลหะหนึ่งความต่างอุณหภูมิระหว่างรอยต่อ ท่าให้เกิดความต่าง

ศักย์ไฟฟ้าระหว่างโลหะ ทั้งสอง

4. เซลล์สุริยะ (solar cell) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัย

คุณสมบัติความไวแสงของโลหะกึ่งตัวน่า

5. แหล่งก าเนิดจากสิ่งมีชีวิต เช่น ปลาไหลไฟฟ้า สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เมื่อมีนตกใจ

ต่อศัตรู โดยมีเซลล์พิเศษสามารถท่าให้เกิดความต่างศักย์ ระหว่างหัวกับหางของมัน

ค าถาม

1. เซลล์ไฟฟ้าชนิดใด ใช้แล้วไม่สามารถน่ามาใช้ได้อกี

___________________________________________________________________________________

2. แบตเตอรี่รถยนต์เป็นเซลล์ไฟฟ้าประเภทใด

___________________________________________________________________________________

3. ไดนาโม เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานจากอะไรเป็นอะไร

___________________________________________________________________________________

4. เซลล์สุริยะเป็นเครื่องก่าเนิดไฟฟ้ากระแสตรงหรอืไฟฟ้ากระแสสลับ

___________________________________________________________________________________

5. เครื่องก่าเนิดไฟฟ้าเป็นไฟฟ้าชนิดใด

___________________________________________________________________________________

6. หัวปลาไหลไฟฟ้ามีศักย์ไฟฟ้าชนิดใด

___________________________________________________________________________________

ฟิสิกส ์4 ว30204 - Direct Current - มัธยมศึกษา 6

Weerawatyothin School WORRACHET BOONYONG

- 3 -

กระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าซึ่งประจุไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้ใน ตัวกลาง

หลายๆ ชนิด และเรียกสมบัติของตัวกลางที่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านได้ว่า ตัวน าไฟฟ้า ขณะที่มี

กระแสไฟฟ้าในตัวน่า เรากล่าวว่ามี ปัจจุบันทราบแน่นอนแล้วว่า โลหะบางชนิด เช่น การน าไฟฟ้า

ทองแดง จะมีอิเล็กตรอนบางตัวที่ไม่ได้ติดกับอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ ซึ่งเราเรียกว่า อิเล็กตรอนอิสระ

ซึ่งจะเคลื่อนที่อย่างไร้ทิศทาง (free electron)

แต่เมื่อท่าให้มีสนามไฟฟ้า ⃑ ภายในโลหะนั้น แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าจะท่าให้อิเล็กตรอนอิสระมี

การเคลื่อนที่ลัพธ์ในทิศทางตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า เรียกว่า ความเร็วลอยเลื่อน (Drift Velocity)

การ เคลื่ อนที่ ข องอิ เ ล็ กตรอนอิสระ ซึ่ ง จ ะ

ตลอดเวลา ความเร็วเฉลี่ยเคลื่อนท่ีแบบบราวน์

ของอิเล็กตรอนอิสระทุกตัวเท่ากับศูนย์ เนื่องจาก

การเคลื่อนที่มีทิศทางไม่แน่นอน แต่ถ้าปลายทั้ง

สอ งข อ ง โ ล หะมี ศั ก ย์ ไ ฟ ฟ้ า ต่ า ง กั น จ ะ เ กิ ด

สนามไฟฟ้าในแท่งโลหะ แรงจากสนามไฟฟ้าท่าให้

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่แบบลอยเลื่อน ซึ่งจะเคลื่อนที่

เป็นระเบียบในทิศทางเดียวกัน และเป็นไปตามกฎ

ของโอหม ์

การน าไฟฟ้า (Conductivity) 2

กระแสไฟฟ้าในตัวน าไฟฟ้า 3

ฟิสิกส ์4 ว30204 - Direct Current - มัธยมศึกษา 6

Weerawatyothin School WORRACHET BOONYONG

- 4 -

กระแสไฟฟ้า (Electric current : I กระแสไฟฟ้าในตัวกลาง)

ใดๆ คือประจุที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ภาคตัดขวางของตัวกลางนั้น

ในหนึ่งหนว่ยเวลา

คือ กระแสไฟฟ้า หนว่ย แอมแปร์ (A)

คือ จ่านวนประจุไฟฟ้า (ตัว)

คือ ประจขุองประจุแตล่ะตัว หนว่ย คูลอมบ์ (C)

คือ ปริมาณประจุไฟฟ้าทั้งหมด หนว่ย คูลอมบ์ (C)

คือ เวลา หนว่ย วินาที (s)

เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านตัวน่าที่มีพื้นที่หน้าตัด A โดย N แทนความหนาแน่นของ

อิเล็กตรอนอิสระ หรอืจ่านวนอิเล็กตรอนอิสระในหนึ่งหน่วยปริมาตรของตัวน่า

ดังนั้ น กระแสไฟฟ้าในตัวน าโลหะจึงมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ ของ

อิเล็กตรอนอิสระหรอืทศิทางของกระแสอิเล็กตรอน ซึ่งสามารถหาค่ากระแสได้จาก(electron current)

ความสัมพันธ์ (1) และ (2)

ค าถาม

1. กระแสไฟฟ้าเกิดขึน้ได้อย่างไร

___________________________________________________________________________________

2. การน่าไฟฟ้าในโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคชนิดใด

___________________________________________________________________________________

3. นักวิทยาศาสตร์ก่าหนดทิศทางของกระแสอย่างไร

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

4. กระแสไฟฟ้าและกระแสอิเล็กตรอนต่างกันอย่างไร

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

ฟิสิกส ์4 ว30204 - Direct Current - มัธยมศึกษา 6

Weerawatyothin School WORRACHET BOONYONG

- 5 -

1. ถ้าประจุไฟฟ้าทีไ่หลผา่นลวดตัวน่าหน่ึงในเวลา 2 นาที เท่ากับ 600 ไมโครคูลอมบ์ กระแสไฟฟ้าที่ไหล

ผา่นลวดตัวน่านี้จะมีคา่กี่แอมแปร์

วิธีท า

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

2. ถ้าปริมาณประจุไฟฟ้าที่ผ่านหลอดไฟใน 1 นาที เท่ากับ 120 ไมโครคูลอมบ์ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน

หลอดไฟมีคา่กี่แอมแปร์

วิธีท า

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

3. ถ้ามีกระแสไฟฟ้า1.25 แอมแปร์ ในเส้นลวดโลหะเส้นหนึ่ง ประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของ

เส้นลวดโลหะนั้นในเวลา 5 นาที จะมีคา่เท่าไร

วิธีท า

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

โจทย์ปัญหา กระแสไฟฟ้า

ฟิสิกส ์4 ว30204 - Direct Current - มัธยมศึกษา 6

Weerawatyothin School WORRACHET BOONYONG

- 6 -

4. ถ้าต่อเส้นลวดโลหะกับแบตเตอรี่ปรากฏว่ามีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดนี้ 3.20 แอมแปร์ จงหา

จ่านวนอิเล็กตรอนอิสระที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของลวดโลหะนี้ในเวลา 5 วินาที (อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้า

1.6 X 10-19 คูลอมบ์)

วิธีท า

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

5. ถ้าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนอิสระในลวดทองแดง เป็น 5.0 X 1028 m-3 โดยลวดทองแดง

พื้นที่หน้าตัด 2.0 ตารางมิลลิเมตร มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 1.5 แอมแปร์ อัตราเร็วลอยเลื่อนของ

อิเล็กตรอนในลวดนั้นจะเป็นเท่าใด (อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้า 1.6 X 10-19 คูลอมบ์)

วิธีท า

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

6. ในการทดลองครั้งหนึ่งสามารถเขียนกราฟระหว่างกระแสไฟฟ้า กับ

เวลา ดังรูป ถามว่าตั้งแต่เริ่มต้นจนกระแสไฟฟ้าเท่ากับ 0 แอมแปร์

มีประจุเคลื่อนที่ผ่านเครื่องวัดเฉลี่ยวินาทีละกี่คูลอมบ์

วิธีท า

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________