วันพฤหัสบดีที่ 2 มิถุนายน พ.ศ. 2559

ความต้านทานและกฎของโอห์ม


ความต้านทาน

    นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน George Simon Ohm ได้ตั้งกฎของโอห์มขึ้นมา โดยมีใจความว่า “ ในโลหะตัวนำที่มีอุณหภูมิคงที่อัตราส่วนของความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง 2 จุดใดๆ ในตัวนำต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านนั้นมีค่าคงที่ “นั่นคือ V / I = ค่าคงที่ ซึ่งแทนด้วยตัว R จะได้ว่า V / I = R  หรือ


ความต้านทานไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโอห์ม 
หากมี V ต้องมี I 
V มาก ก็ I มาก
V น้อย ก็ I น้อย
I วิ่งศักย์สูงไปศักย์ต่ำ ( + ศักย์สูง , - ศักย์ต่ำ )
R มาก นำไฟฟ้าน้อย
R น้อย นำไฟฟ้าได้ดี
   ( ให้เราสมมติว่า แหล่งกำเนิดไฟ อาจจะเป็นถ่านไฟฉาย เปรียบเสมือนหัวใจ และสายไฟก็เปรียบเสมือนเส้นเลือด ความต้านทานเปรียบเสมือนไขมันในเส้นเลือด ถ้าหัวใจปล่อยเลือดมาเยอะ แต่ไขมันในเส้นเลือดสูงก็ทำให้เลือดไหลได้ไม่ค่อยดี แต่ถ้าไขมันในเส้นเลือดมีน้อย เลือดก็จะไหลได้แบบสบาย )


     ความต้านทานขึ้นอยู่กับรูปร่างของวัตถุที่กระแสไหลผ่าน รวมไปถึงชนิดของวัตถุด้วย ลองนึกภาพดู ถ้ามีวัตถุ 2 ชิ้นที่เป็นสารชนิดเดียวกัน พื้นที่หน้าตัด ( A ) เท่ากัน แต่ความยาว ( l ) ต่างกัน เส้นที่ยาวกว่าจะเดินทางได้ลำบากกว่าเส้นสั้น เนื่องจากยิ่งยาวอิเล็กตรอนก็โดนขวางมากขึ้น สรุปคือ ยิ่งยาวความต้านทานก็ยิ่งมาก ความยาวกับความต้านทานมันผันตงกัน ลองนึกภาพดูใหม่ ถ้ามีความยาวเท่ากัน ( l ) พื้นที่หน้าตัด ( A ) ต่างกัน เส้นที่หน้าตัดกว้างกว่ามากกว่ามันก็มีช่องทางทำให้อิเล็กตรอนวิ่งได้เยอะกว่าเส้นเล็ก ซึ่งพื้นที่หน้าตัดน้อยช่องทางมันคับแคบกว่า สรุปคือ ยิ่งพื้นที่หน้าตัดมากประจุยิ่งเคลื่อนที่ได้ง่าย ความต้านทานก็น้อย แต่ถ้าพื้นที่หน้าตัดยิ่งน้อย ประจุยิ่งเคลื่อนที่ลำบาก ความต้านทานก็มากตาม ความต้านทานกับพื้นที่หน้าตัดมันแปรผกผันกัน
ดังนั้น จึงสรุปได้สูตรออกมาว่า


โดยที่     : ค่าคงที่ สภาพต้านทานขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ
           l  : ความยาว
          A : พื้นที่หน้าตัด
   ค่าคงที่นี้เค้าเรียกว่าสภาพต้านทาน ซึ่งมีหน่วยเป็นโอห์มเมตร เป็นค่าที่บ่งบอกว่าสารชนิดนั้นต้านทานหรือนำไฟฟ้าได้ดีแค่ไหน สารที่เป็รตัวนำ ก็จะมีค่าสภาพต้านทานน้อยมาก ส่วนฉนวน ก็จะมีสภาพต้านทานมากๆ ถึงแม้จะเป็นตัวนำเหมือนกัน แต่ถ้าเป็นสารคนละชนิดกัน เช่น ทองแดง กับ เงิน มันก็มีโครงสร้างภายในไม่เหมือนกัน จึงนำไฟฟ้าได้ดีมากน้ยต่างกัน ค่าสภาพความต้านทานจึงมีค่าต่างกัน
   ระวัง!! สภาพต้านทานเป็นค่าที่ขึ้นอยู่กับชนิดของสาร เป็นคุณสมบัติของสารชนิดนั้นๆ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่าง ความยาว พื้นที่หย้าตัดของวัตถุ แต่ถ้าเป็น"ความต้านทาน" อันนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของสาร ความยาว และพื้นที่หน้าตัด ของวัตถุชิ้นนั้นๆ 

ความต่างศักย์ไฟฟ้า

ความต่างศักย์ (Potential difference)  คือ ปริมาณในฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับปริมาณพลังงานในการย้าย
  วัตถุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุด     โดยต้านแรงที่มากระทำ    คำนี้มักใช้เป็นคำย่อของคำว่า   ความต่างศักย์ไฟฟ้า  

วันพุธที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2559

กระแสไฟฟ้า


ไฟฟ้ากระแส

เป็นเรื่องราวเกี่ยวกับประจุ แต่เป็นประจุที่เคลื่อนที่ไปหลายๆตัว ไปด้วยกัน เหมือนกับน้ำที่ไหลเป็นกระแส เราเลยเรียกกันว่า “ไฟฟ้ากระแส” อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เราใช้ในชีวิตประจำวันทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็น ทีวี แอร์ หลอดไฟ รถยนต์ และอีกมากมาย เราจะเห็นได้ว่าเรื่องนี้เป็นเรื่องสำคัญ เป็นเรื่องใกล้ตัว และมีประโยชน์กับชีวิตเรามากๆ การที่ประจุมันไหลเป็นกระแส มีลักษณะอยู่ 2 แบบ คือ แบบที่ไหลทิศทางเดียว เรียกว่า ไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งจะเป็นเรื่องที่เราจะมาทำความเข้าใจกัน อีกแบบคือ แบบที่ไหลไปไหลกลับ เปลี่ยนทิศทางสลับไปมา เรียกว่า กระแสไฟฟ้าสลับ ซึ่งมันจะอยู่อีกบทนึง ดังนั้น เรามาเข้าสู่การสรุปกระแสไฟฟ้ากัน

กระแสไฟฟ้า 

ประจุบวกที่วิ่งได้ในเวลา 1 วินาที เอาจริงๆ คือ เป็นอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่แต่เนื่องมาจากนักฟิสิกส์สมัยก่อนคิดว่าประจุที่เป็นตัวเคลื่อนที่คือประจุบวก เลยทำให้นักฟิสิกส์สรุปตกลงกันว่าจะให้เอาประจุบวกมาคิด อิเล็กตรอนก็จะวิ่งวนไปวนมาอิสระตามมัน แต่ถ้าเราทำให้ศักย์ไฟฟ้าที่วัตถุตัวนำต่างกัน ศักย์ต่างกันก็แสดงว่ามีสนามไฟฟ้ามากระทำกับอิเล็กตรอนอิสระ ทำให้อิเล็กตรอนพร้อมใจกันเคลื่อนที่ไปในทางทิศเดียวกัน เป็นกระแส  ในเมื่อประจุมันไหลเป็นกระแส ก็เลยต้องมีปริมาณขึ้นมาใหม่ เพื่อบอกว่าประจุมันไหลมากหรือน้อยอย่างไร ซึ่งมีชื่อเรียกว่า กระแสไฟฟ้า : I 


ถ้าประจุเคลื่อนที่ผ่านไปมากโดยใช้เวลานิดเดียว ก็แสดงว่ามันไหลมาก มีกระแสมาก จึงสามารถเขียนสมการได้ดังนี้

   จะเห็นได้ว่า กระแสไฟฟ้ามีหน่วยคูลอมบ์ต่อวินาที ซึ่งชื่อมันยาวไป เค้าเลยนิยมเรียกชื่อหน่วยกระแสไฟฟ้าใหม่เป็นชื่อสั้นๆว่า แอมแปร์ หรืออาจจะเรียกว่า แอมป์ก็ได้ ทิศของกระแสไฟฟ้า นิยามตามการไหลของประจุบวกไม่ใช่ประจุลบ เช่น ประจุลบเคลื่อนที่ไปทางซ้าย แสดงว่าประจุบวกเคลื่อนที่ไปทางขวา ดังนั้น ทิศของกระแสไฟฟ้าไปทางขวา ให้เราสมมติไปเลยว่า ตัวที่เคลื่อนที่คือประจุบวกอย่างที่บอกไปข้างบน คือ กระแสจะเคลื่อนที่ทิศตรงข้ามกับอิเล็กตรอน


  • ประจุบวกวิ่งตามทิศทางของสนามไฟฟ้า
  • ทิศทางกระแสไฟฟ้าอ้างอิงจากประจุบวก 
  • ทิศทางประจุลบวิ่งสวนทิศทางสนามไฟฟ้า