ไฟฟ าและการใช ประโยชน

Transcription

1 ไฟฟ าและการใช ประโยชน ผ ช วยศาสตราจารย ส จ ตต ศร ช ย ว ตถ ประสงค 1. ร จ กประจ ไฟฟ า สมบ ต ของประจ ไฟฟ า 2. ร จ กความส มพ นธ แรงไฟฟ า สนามไฟฟ า ศ กย ไฟฟ า ต วเก บประจ ก บ ประจ ไฟฟ า 3. ไฟฟ ากระแส สมบ ต ทางไฟฟ าและกฎของโอห ม 4. ก าล งไฟฟ าและพล งงานไฟฟ า 5. ความส มพ นธ ระหว างอ ปกรณ ไฟฟ าในช ว ตประจ าว นและการส นเปล อง พล งงานไฟฟ า

2 1. ประจ ไฟฟ าและสมบ ต ประจ ไฟฟ า เม อน าแท งอ าพ นถ ด วยผ าขนส ตว แล วน ามาใกล เศษกระดาษเล กๆ จะม แรงด งด ดระหว างแท งอ าพ นก บเศษกระดาษเล กๆ ซ งแรงน ไม ใช แรงระหว างมวล แต ม ขนาดมากกว า เพราะเป นแรงระหว างประจ สมบ ต ของประจ 1. ประจ ม 2 ชน ดค อประจ บวกและประจ ลบม แรงกระท าเม อประจ อย ใกล ก นค อ - ประจ ชน ดเด ยวก นเม ออย ใกล ก นจะผล กก น - ประจ ต างชน ดก นเม ออย ใกล ก นจะด ดก น 2. ปร มาณประจ ไฟฟ าไม ม ความต อเน อง แต เป นจ านวนเต มเท าของ อ เล กตรอน ( 1e = c ) = ±, N = จ านวนของอ เล กตรอน N=1,1,3 3. ประจ ไฟฟ าอ สระเป นปร มาณอน ร กษ 4. ต วน าไฟฟ า เป นต วกลางท ประกอบด วยอ เล กตรอนอ สระท สามารถ เคล อนท ได อย างอ สระเม ออย ในสนามไฟฟ า และน าไฟฟ าได ด เช นโลหะ ต างๆ ถ าน าประจ อ สระมาใส ต วน า ประจ จะกระจายสม าเสมอ 5. ฉนวน ค อต วกลางท ประกอบด วยอะตอมท ย ดแน นก บอะตอม จ งไม ยอมให ม ประจ อ สระท น าไฟฟ าได ถ าน าประจ มาวางในฉนวนประจ จะอย ในบร เวณเด ยว

3 2. แรงไฟฟ า และสนามไฟฟ า ประจ ม 2 ชน ดค อประจ บวกและประจ ลบ ม แรงกระท าเม อ ประจ อย ใกล ก นตามสมการ = เน องจากสนามไฟฟ าอาจแสดงในร ปเส นแรงไฟฟ า โดยม ท ศทางท ต าแหน งใดๆหาได จากท ศของแรงท กระท าต อประจ บวกเล กๆท วางท จ ดน นตาม ร ปท 1.1 ร ปท 1.1 แสดงสนามไฟฟ าจาก ประจ เด ยว และประจ ท อย ใกล ก น

4 ความส มพ นธ แรงไฟฟ า สนามไฟฟ า ศ กย ไฟฟ า 1 ร ปท 2 สนามไฟฟ า ศ กย ไฟฟ า ความต างศ กย ไฟฟ า

5 ร ปท 2 1. อธ บายเส นแรงไฟฟ าจากน าประจ เล กๆ + 1C วางแสดงท ศ 2. อธ บายสนามไฟฟ าศ กย ไฟฟ า 3. อธ บาย ความต างศ กย ไฟฟ า ความจ ไฟฟ าและต วเก บประจ ต วเก บประจ ประกอบด วยโลหะ 2 ช นท ม ร ปร างเหม อนก น ส วนมากเป นแผ น ขนานก นและอย ช ดก น และม สารไดอ เล กตร กค นอย ระหว างแผ นโลหะท งสองม ส ญล กษณ เป น พล งงานจะสะสมในต วเก บประจ โดยการชาร จประจ จนกระท งม ประจ เก บในต วเก บ ประจ Q ค ลอมบ และม ความต างศ กย V ท าใหเก ดพล งงานสะสมในการเก บประจ เป น W จ ล

6

7 ไฟฟ ากระแส และกฎของโอห ม กระแสไฟฟ าเก ดจาการท อ เล กตรอนอ สระในโลหะเคล อนท ผ านปลาย ท งสองของโลหะท ต อก บแหล งท ม ความต างศ กย ไฟฟ า ซ งการเคล อนท ของ อ เล กตรอนอ สระจะท าใหเก ดกระแสไฟฟ าข น ถ าเราต องการให กระแสไฟฟ าไหล จะต องสร างแหล งก าเน ดให ม ความต างศ กย ไฟฟ าตลอดเวลา เร ยกว า แหล งก าเน ด เช น ถ านไฟฉาย แบตเตอร เคร องก าเน ดไฟฟ า เป นต น ชน ดของกระแสไฟฟ า 1. ไฟฟ าจากปฏ ก ร ยาเคม 2. ไฟฟ าจากเคร องก าเน ดไฟฟ าหร อไดนาโม 3. กระแสไฟฟ าจากแรงกดอ ด(current from piezoelectric stress) 4. กระแสไฟฟ าจากความร อน 5. กระแสไฟฟ าจากแสง(Photoemission,Photovoltaic and Photoconduction)

8 องค ประกอบของวงจรไฟฟ า 1. กระแสไฟฟ า 2. ความต านทานไฟฟ าและกฎของโอห ม เม อ V ค อ ความต างศ กย (โวลต,V) I ค อ กระแสไฟฟ า (แอมแปร,A) และ R ค อ ความต านทานไฟฟ า (โอห ม,Ω)

9 การต อความต านทานแบบต างๆ การต อความต านทานแบบอน กรม

10 การต อความต านทานแบบขนาน

11 ก าล งไฟฟ าและพล งงานไฟฟ า ก าล งไฟฟ า(Electric Power) บนฉลากท ต ดเคร องใช ไฟฟ าท กชน ดจะม ต วเลขก าก บไว เสมอ เก ยวก บก าล งไฟฟ า และแรงด นไฟฟ า ท ใช ก บเคร องใช ไฟฟ าชน ดน นๆ เช น หม อห งข าว ขนาด "220 V 800 W" 220 V หมายถ ง หม อห งข าวน ใช ก บไฟท ม แรงด นไฟฟ า 220 โวลต ส วน 800 W หมายถ ง ค าพล งงานท หม อห งข าวน ใช ใน เวลา 1 ว นาท หร อ เร ยกว าก าล งไฟฟ า ด งน นพล งงานไฟฟ าท เคร องใช ไฟฟ าใช ไปในเวลา 1 ว นาท เช น เตาร ด 1,000 ว ตต ค อ เม อใช เตาร ดน จะส นเปล องพล งงานไฟฟ า 1,000 จ ลต อว นาท หร อว ตต ก าล งไฟฟ า ข นอย ก บปร มาณกระแสไฟฟ าท ไหลผ านเคร องใช ไฟฟ าโดยก าล งไฟฟ าม ค าเท าก บผล ค ณระหว างแรงด นไฟฟ าก บกระแสไฟฟ า เข ยนสมการได ด งน P = VI เม อก าหนดให P แทน ก าล งไฟฟ า ม หน วยเป น ว ตต V แทน แรงด นไฟฟ าท ต อก บเคร องใช ไฟฟ าม หน วยเป นโวลต I แทนกระแสไฟฟ าท ไหลผ านเคร องใช ไฟฟ าม หน วยเป นแอมแปร พล งงานไฟฟ า(W) = ก าล งไฟฟ า(P) x เวลา(t) เม อก าหนดให P แทน ก าล งไฟฟ า ม หน วยเป น ว ตต W แทน พล งงานไฟฟ า ม หน วยเป นจ ล t แทน เวลา ม หน วยเป น ว นาท

12 ต วอย างการค านวณ ต วอย าง จากวงจรให ค านวณหาค าความต านทานรวมของวงจร, กระแสไฟฟ า, แรงด นไฟฟ า ตกคร อมต วต านทานแต ละต ว, ก าล งไฟฟ าของต วต านทาน แต ละต วและก าล งไฟฟ าท งหมด ของวงจร ว ธ ท า ค านวณหาค าความต านทานรวมของวงจร

13 ค านวณหาค ากระแสไฟฟ าของวงจร E R I = = = T 1 A ค านวณหาค าแรงด นไฟฟ าตก ค อมต วต านทานแต ละต ว V 1 = IR 1 = 1 4 = 4 V V = IR = 1 2 = V V = IR = 1 6 = V ค านวณหาค าก าล งไฟฟ าของต ว ต านทานแต ละต ว P = IV = 1 4 = 1 1 P = IV = 1 2 = W W P = IV = 1 6 = W P = IE = 1 12 = T 12 W หร อ P = P + P + P = = T W

14 พล งงานไฟฟ าและการค ดค าไฟฟ า พล งงานไฟฟ าค อพล งงานท ส ญเส ยใน อ ปกรณ หร อจ านวนว ตต ของ อ ปกรณ ไฟฟ าน นๆ ม ค าเป น พล งงานไฟฟ าท อ ปกรณ ท ม พล งงานไฟฟ าเป น P ว ตต ในเวลา t ว นาท = = R t = หน วยของพล งงานไฟฟ าท ใช ในการค านวณเป นจ ล (ว ตต -ว นาท ) แต ในทางปฏ บ ต น ยมใช เป นหน วย ก โลว ตต -ช วโมง(kW-h) หร อ หน วย (unit) 1 Unit = ( W) (h) / 1000 = t (hour)

15

16

17 เตาไมโครเวฟขนาด 23 ล ตร 220 V / 850 W ถ าใช งานรวมว นละ 12 ช วโมง 45 นาท จะค ดเป นจ านวน หน วยพล งงานเท าไร ว ธ ท า จ านวนหน วย = = = 7.65 หน วย