ครูวัฒนา พุ่มมะลิ (ครูเจ๋ง) ไฟฟ้ากระแสตรง ครูวัฒนา พุ่มมะลิ (ครูเจ๋ง)

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแรงธรรมชาติพื้นฐาน แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม แรงโน้มถ่วง

แรงแม่เหล็กไฟฟ้า คือ แรงที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก+สนามไฟฟ้า ผู้ค้นพบทฤษฎีการเหนี่ยวนำสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก คือ ไมเคิล ฟาราเดย์ ผู้ที่รวมสมการสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเข้าด้วยกันคือ แมกซ์เวลล์

พลังงานไฟฟ้า คืออะไร? คือ พลังงานรูปแบบหนึ่งที่ถ่ายทอดให้กับอนุภาคที่มีประจุ เพื่อทำให้เกิดการการถ่ายโอนประจุ หรือการเคลื่อนที่ของประจุ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า จะสร้างสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดแรงไฟฟ้าขึ้น แรงนี้ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต และทำให้เกิดการไหลของประจุไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำ ขณะเดียวกัน ประจุ ไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ จะสร้างสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดแรงแม่เหล็กต่อวัตถุที่เป็นแม่เหล็ก

ความรู้พื้นฐานเรื่องอนุภาคมูลฐานภายในอะตอม อะตอมของธาตุใดๆ จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิด คือ โปรตอน และนิวตรอน อยู่ใน นิวเคลียสของอะตอม (โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และนิวตรอนไม่มีประจุ ไฟฟ้า) และมีอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เคลื่อนที่อยู่รอบนิวเคลียส อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มี ประจุไฟฟ้าเป็นลบ ดังรูป

โดยปกติ อะตอมจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า (โปรตอนมีจำนวนเท่ากับอิเล็กตรอน ) แต่ เมื่อใดที่อะตอมเกิดการสูญเสียอิเล็กตรอน หรือได้รับอิเล็กตรอนเกินเข้ามา ทำให้จำนวน โปรตอนกับอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน อะตอมนั้นๆจะเปลี่ยนสภาพกลายเป็น ไอออน ซึ่งอะตอมที่ มีการสูญเสียอิเล็กตรอน จะเป็น ไอออนบวก และอะตอมที่มีการรับอิเล็กตรอนเกินมา จะเป็น ไอออนลบ การทำให้อะตอมกลายสภาพเป็นไอออน ขึ้นอยู่กับความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของ อะตอมนั้นๆ ในกรณีอะตอมโลหะ นิวเคลียสของอะตอมโลหะมีความสามารถในการดึงดูด อิเล็กตรอนน้อยมาก ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมได้ง่าย ในเนื้อโลหะจึงมีอิเล็กตรอน ที่หลุดออกจากอะตอมแทรกตัวอยู่มากมาย เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้เคลื่อนที่เนื่องจากความ แตกต่างของความต่างศักย์ จะทำให้เกิด ไฟฟ้ากระแส

ในกรณีอะตอมของอโลหะ นิวเคลียสของอะตอมอโลหะมีความสามารถในการดึงดูด อิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองมาก ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมได้ยาก เมื่ออิเล็กตรอน หลุดออกจากอะตอมได้ก็มีแนวโน้มที่จะถูกดูดกลับเข้าไปในอะตอมเหมือนเดิม การเกิด อิเล็กตรอนอิสระในเนื้อของอโลหะจึงแทบเป็นไปไม่ได้ แต่ถ้านำอโลหะสองชนิดมาขัดถูกัน บริเวณผิวที่เกิดการเสียดสีของอโลหะจะมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม อะตอมที่อยู่ที่ ผิวหน้าจึงกลายสภาพเป็นไอออนชั่วคราว และสามารถเกิดแรงดึงดูดกับวัตถุที่เป็นกลางทาง ไฟฟ้าได้ เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การเกิดไฟฟ้าสถิต ดังนั้น ไฟฟ้ากระแส เกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ ส่วนไฟฟ้าสถิต เกิดจากไอออนออกแรงดึงดูด กับวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแส จะเกิดขึ้นจนกว่าสองบริเวณจะมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ไฟฟ้าสถิต จะ เกิดขึ้นจนเมื่อมีการถ่ายเทประจุเสร็จสิ้น

สภาพนำไฟฟ้าของวัสดุ ตัวนำ กึ่งตัวนำ และฉนวน สภาพนำไฟฟ้าของวัสดุ (Conductance) หมายถึง ความสามารถในการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนภายในเนื้อวัสดุนั้นๆ ตัวนำ (Conductor) หมายถึง วัสดุที่สามารถนำไฟฟ้าได้ (อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ใน เนื้อวัสดุนั้นได้โดยสะดวก แสดงว่าอะตอมที่อยู่ในเนื้อวัสดุนั้นจะต้องไม่ดึงดูดอิเล็กตรอนไว้) ได้แก่ โลหะชนิดต่างๆ กึ่งตัวนำ (Semiconductor) หมายถึง วัสดุที่สภาพปกติไม่นำไฟฟ้า หรือนำได้น้อย แต่ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สามารถนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น ได้แก่ ธาตุกึ่งโลหะต่างๆ ฉนวน (Insulator) หมายถึง วัสดุที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ ได้แก่ อโลหะ ตัวนำกับสารกึ่งตัวนำ ต่างกันตรงความสัมพันธ์กับอุณหภูมิ ตัวนำ นำไฟฟ้าได้น้อยลงเมื่อ อุณหภูมิสูงขึ้น แต่กึ่งตัวนำ นำไฟฟ้าได้ดีขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

ความต่างศักย์ กระแส ความต้านทาน ความต่างศักย์ไฟฟ้า (Voltage) จะเกิดขึ้นเมื่อสองบริเวณมีจำนวนอิเล็กตรอนอิสระ หรืออนุภาคที่มี ประจุอยู่ไม่เท่ากัน ทำให้เกิดการถ่ายเทอิเล็กตรอนอิสระจากบริเวณหนึ่ง ไปยังอีกบริเวณหนึ่ง เมื่อเกิดความ แตกต่างของจำนวนอิเล็กตรอนอิสระในสองบริเวณ เราเรียกว่า เกิดความต่างศักย์ กระแส (Current/Electric Intencity) จะเกิดขึ้นเมื่อมีความต่างศักย์เกิดขึ้นในตัวนำ จะมีจำนวน อิเล็กตรอนอิสระที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำ ภายในระยะเวลาหนึ่งๆ เราเรียกว่า กระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความต่างศักย์สูง ไปยังบริเวณที่มีความต่างศักย์ต่ำ เสมอ และจะหยุด ไหลเมื่อความต่างศักย์สองบริเวณนั้นเท่ากัน ความต้านทาน (Resistance) เป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุหนึ่งๆ ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของวัสดุ นั้นๆ และสภาพต้านทานของวัสดุนั้นๆ ความต้านทานเป็นสมบัติต้านการเคลื่อนที่ของกระแส

ความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ กระแส และความต้านทาน ตามกฎของโอห์ม ความต่างศักย์ กระแส และความต้านทานมีความสัมพันธ์กันดังนี้ V= Voltage I= Electric Intensity R= Resistance V I R

ความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ กระแส และความต้านทาน จากกฎของโอห์ม เมื่อ ความต่างศักย์ไฟฟ้าคงที่ กระแสจะแปรผันแบบผกผันกับความต้านทานไฟฟ้า (กระแสมากความต้านทานต้องน้อย) เมื่อ กระแสไฟฟ้าคงที่ ความต้านทานจะแปรผันตรงกับความต่างศักย์ (ความต้านทาน มากความต่างศักย์จะมากตาม) เมื่อ ความต้านทานไฟฟ้าคงที่ กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตรงกับความต่างศักย์ (กระแสมาก ความต่างศักย์จะมาก) ให้นักเรียนลองวาดกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง I และ V เมื่อ R คงที่ และ I กับ R เมื่อ V คงที่

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง วงจรไฟฟ้ากระแสตรง ประกอบไปด้วยองค์ประกอบหลัก คือ แหล่งจ่ายไฟ กระแสไฟ และ ความต้านทาน เราจะใช้สัญลักษณ์ต่อไปนี้แทนแหล่งจ่ายไฟ และความต้านทาน

แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง (Direct current source) แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง มีหลายประเภท เช่น แหล่งจ่ายไฟประเภทเซลล์ไฟฟ้าเคมี แบ่งออกเป็น เซลล์ปฐมภูมิ และเซลล์ทุตติยภูมิ เซลล์ปฐมภูมิ คือ แหล่งจ่ายไฟที่เมื่อความต่างศักย์ระหว่างขั้วเป็นศูนย์ เซลล์นั้นจะหมดอายุการใช้งาน เซลล์ทุตติยภูมิ คือ แหล่งจ่ายไฟที่เมื่อความต่างศักย์ระหว่างขั้วเป็นศูนย์

การต่อตัวต้านทานภายในวงจรไฟฟ้า ตัวต้านทาน (Resistor) มีหน้าที่ในการปรับกระแสภายในวงจร ยิ่งตัวต้านทานมีค่ามาก กระแสไฟที่ไหลผ่านจะมีค่าน้อยลง ตัวต้านทานมีสองแบบ คือ ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ (variable resistor) และตัวต้านทานค่าคงที่ (fixed resistor) (รายละเอียดจะ อธิบายในโอกาสต่อไป) การต่อตัวต้านทาน ในระดับนี้ต่อเป็นสองแบบ คือ ต่อแบบอนุกรม (series) และต่อแบบ ขนาน (parallel) การต่อทั้งสองแบบมีความแตกต่างกันคือ การต่อแบบอนุกรม ต่อเพื่อเพิ่มความต้านทาน ในวงจร (ทำให้กระแสไหลผ่านน้อยลง) การต่อแบบขนาน ต่อเพื่อลดความต้านทานใน วงจร (ทำให้กระแสไหลผ่านมากขึ้น)

ต่อแบบอนุกรม ต่อแบบขนาน Rtotal= R1+R2+….. 1/Rtotal=1/R1+1/R2+……

การคำนวณเกี่ยวกับการต่อตัวต้านทานภายในวงจร หน่วยของความต้านทาน มีหน่วยเป็น โอห์ม (ohm, Ω) การรวมความต้านทานขึ้นอยู่กับ การต่อความต้านทานภายในวงจร ถ้าต่อแบบอนุกรม ใช้สูตร ถ้าต่อแบบขนาน ใช้สูตร Rtotal= R1+R2+….. 1/Rtotal=1/R1+1/R2+……

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับการต่อความต้านทาน ต่อตัวต้านทานสามตัว คือ 100 Ω, 200 Ω, 300 Ω แบบอนุกรม ความต้านทานรวม เป็นเท่าใด วิธีทำ ต่อแบบอนุกรม ใช้สูตร ดังนั้น ความต้านทานรวมเท่ากับ 100+200+300 = 600 Ω Rtotal= R1+R2+…..

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับการต่อตัวต้านทาน ต่อตัวต้านทานสามตัว คือ 100 Ω, 200 Ω, 300 Ω แบบขนาน ความต้านทานรวมเป็น เท่าใด วิธีทำ ต่อแบบขนาน ใช้สูตร ดังนั้น ความต้านทานรวมเท่ากับ 1/100+1/200+1/300=11/600 ****แล้วกลับเศษส่วน =600/11 = 54.54545 Ω 1/Rtotal=1/R1+1/R2+……

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับการต่อตัวต้านทาน สังเกตว่า ถ้าต่อแบบอนุกรม ความต้านทานรวมมีค่ามากขึ้น (600 Ω) ถ้าต่อแบบขนาน ความต้านทานรวมเหลือน้อยลง (54.545 Ω)

การคำนวณเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า การคำนวณเกี่ยวกับค่าคงที่ต่างๆในวงจรไฟฟ้า ใช้สูตร V=IR และสูตรหาความต้านทานรวม ควบคู่กันไป โดยมีหลักการว่า ในวงจรแบบอนุกรม กระแสที่ไหลในวงจรเท่ากันตลอด แต่ความต่างศักย์แต่ละจุดไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับค่าความต้านทาน ในวงจรแบบขนาน ความต่างศักย์ในช่วงที่ขนานกันจะเท่ากันตลอด แต่กระแสที่ไหลในแต่ละ ช่วงจะไม่เท่ากัน แต่จะเป็นอัตราส่วนกัน

ให้นักเรียนหาความต้านทานรวมในวงจร กระแสที่ไหลผ่านความต้านทานแต่ละตัว และความต่างศักย์ระหว่างจุด A, B ดังรูป B 200 V

A B

A B

กำลังไฟฟ้า (Electric power) และพลังงานไฟฟ้า (electric energy) กำลังไฟฟ้า หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้ไปในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็นวัตต์ หรือจูลต่อ วินาที สามารถคำนวณกำลังไฟฟ้าได้จากสูตร P=IV เมื่อ P คือ กำลังไฟฟ้า I คือ กระแสไฟฟ้า V คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า ดังนั้น สามารถคำนวณกำลังไฟฟ้าได้จากสูตร P=I2R

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับกำลังไฟฟ้า จงหากำลังไฟฟ้าทั้งหมด จากวงจรไฟฟ้าต่อไปนี้ 120 V

จากรูป จงหากำลังไฟฟ้าที่สะสมในความต้านทาน 20 Ω 70 V 80 Ω 40 Ω

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับพลังงานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า มีความหมายเช่นเดียวกับพลังงานที่สะสมเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ แต่พลังงาน ไฟฟ้าจะถูกสะสมเพื่อขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็น จูล พลังงานไฟฟ้า มีค่าเท่ากับ กำลังไฟฟ้าหน่วยเป็นวัตต์ คูณด้วย เวลาที่ใช้ หน่วยเป็นวินาที W=Pt พลังงานไฟฟ้า 1 unit หมายถึง พลังงานไฟฟ้าหน่วยกิโลวัตต์ ที่อุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆใช้ไป ภายในเวลา 1 ชั่วโมง เราใช้พลังงานไฟฟ้าในหน่วย unit เพื่อคำนวณค่าไฟ เช่น พัดลมกินไฟ 2 กิโลวัตต์ เปิดใช้งาน 2 ชั่วโมง ภายในหนึ่งเดือนคิดเป็น =2×2×30=120 unit ถ้าค่าไฟ unit ละ 6 บาท จะต้องเสียค่าไฟเท่ากับ 720 บาท

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับการคิดค่าไฟ จงคำนวณค่าไฟฟ้าของบ้านหลังหนึ่ง ในเดือนเมษายน ซึ่งมีเครื่องใช้ไฟฟ้าดังนี้ หลอดไฟฟ้าขนาด 36 W จำนวน 5 หลอด ใช้วันละ 6 ชั่วโมง พัดลมขนาด 150 W ใช้วันละ 4 ชั่วโมง เครื่องปรับอากาศ ขนาด 2,200 W จำนวน 2 เครื่อง ใช้วันละ 6 ชั่วโมง เครื่องทำน้ำอุ่นขนาด 3500 W ใช้วันละ 1 ชั่วโมง ถ้าค่าไฟ unit ละ 5 บาท จะเสียค่าไฟเดือนเมษายนกี่บาท ถ้าคิดค่าไฟตามอัตราค่าไฟฟ้า ในหนังสือเรียนหน้า 78 จะเสียค่าไฟกี่บาท

อุปกรณ์สำหรับวงจรไฟฟ้า สายไฟ (wire) เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าในวงจร มีส่วนประกอบหลักสองส่วนคือ ส่วนตัวนำ ไฟฟ้า และส่วนฉนวนหุ้ม สายไฟแบ่งออกเป็นสองชนิดที่สำคัญ คือ สายตัน (solid conductor) เป็นสายไฟที่มีลวดตัวนำเส้นเดียว สายไฟนี้มีความ เหนียวแข็งเป็นพิเศษทำให้ขาดหรือหักได้ยาก สายเกลียว (stranded conductor) เป็นสายไฟที่มีลวดตัวนำหลายเส้นพันเป็น เกลียว จึงมีความอ่อนตัวและดัดได้ง่าย

การเลือกใช้งานสายไฟฟ้า การเลือกใช้งานสายไฟฟ้าต้องคำนึงข้อมูลเบื้องต้น ดังนี้ ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าได้สูงสุด โดยไม่ทำให้ฉนวนของสายได้รับความเสียหาย ซึ่งสามารถดูเปรียบเทียบ ได้จากตารางสำเร็จรูปโดยที่ข้อกำหนดการใช้งานของสายไฟฟ้าขนาดต่างๆ ดังกล่าวเป็นไปตามมาตรฐานการติดตั้ง ไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่สายไฟฟ้าทนได้ โดยปกติผู้ผลิตจะพิมพ์ติดไว้ที่ผิวฉนวนด้านนอกของสายไฟฟ้า เช่น 300V หรือ 750V เป็นต้น อุณหภูมิแวดล้อมขณะใช้งาน เช่น 60 องศาเซลเซียส 70 องศาเซลเซียส เป็นต้น ชนิดของฉนวน เช่น ฉนวนพีวีซี เหมาะสำหรับการเดินสายไฟฟ้าในอาคารทั่วไป เนื่องจากพลาสติกพีวีซีมีความอ่อนตัว ดัดโค้งงอได้ ทนต่อความร้อน เหนียวและไม่เปื่อยง่าย ฉนวนพลาสติกอีกชนิดหนึ่งคือ ครอสลิงก์พอลิเอทิลีน (XLPE) ซึ่งเป็นสายอะลูมิเนียมหุ้มฉนวนหนาพิเศษ จึงสามารถรับแรงกระแทกได้มากขึ้น ลักษณะการนำไปใช้งาน โดยพิจารณาจากการติดตั้ง สถานที่ใช้งานสภาพความแข็งแรงของสายไฟฟ้าทั้งนี้จะต้อง พิจารณาให้เหมาะสมกับสายไฟฟ้าแต่ละชนิดด้วย

ข้อกำหนดทั่วไปเกี่ยวกับสายไฟฟ้าที่ควรทราบ สีของฉนวนหุ้มสายไฟฟ้า code สีมาตรฐาน มีดังนี้ สายหุ้มฉนวนแกนเดียว ใช้ได้ทุกสี สายหุ้มฉนวน 2 แกน ใช้สีเทาอ่อน ดำ สายหุ้มฉนวน 3 แกน ใช้สีเทาอ่อน ดำ แดง สายหุ้มฉนวน 4 แกน ใช้สีเทาอ่อน ดำ แดง น้ำเงิน สายหุ้มฉนวน 5 แกน ใช้สีเทาอ่อน ดำ แดง น้ำเงิน เหลือง สำหรับสายดิน มีสีเขียว หรือสีเขียวสลับเหลือง ชนิดของสายหุ้มฉนวนมีหลายแบบ ได้แก่ สาย VAF, VFF, VSF, THW, VCT และ NYY

สะพานไฟหรือคัตเอาท์ (cut out) (Circuit breaker) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้เปิด-ปิด วงจรไฟฟ้าในบ้าน สะพานไฟที่ใช้ตามบ้านมีหลายขนาด ขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหล ผ่านได้สูงสุด

ฟิวส์ (fuse) ทำจากโลหะผสมระหว่าง ตะกั่ว ดีบุก และบิสมัท มีจุดหลอมเหลวต่ำ เป็น อุปกรณ์ป้องกันอันตรายที่จะเกิดจากการใช้กระแสไฟฟ้า ถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลเกินกำหนด กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านฟิวส์ปริมาณมากทำให้เกิดความร้อนสูงจนกระทั่งฟิวส์หลอมละลาย ทำให้วงจรเปิด

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับการเลือกขนาดของฟิวส์ บ้านหลังหนึ่งใช้ไฟ 220 V มีอุปกรณ์ไฟฟ้าได้แก่ พัดลม 500 W หลอดไฟ 50 W 3 ดวง เตารีด 1500 W อุปกรณ์ทั้งสามประเภทต่ออนุกรมกันหมด ควรใช้ฟิวส์อย่างต่ำเท่าใด เพื่อป้องกันกระแสเกินหรือเกิดการลัดวงจร

สวิตซ์ (switch) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าที่จะผ่านเข้า ไปในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆภายในบ้าน ให้เปิด-ปิดได้ตามต้องการ มีทั้งสวิตซ์แบบทางเดียว และสวิตซ์สองทาง

เต้ารับและเต้าเสียบ เครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิดนอกจากจะมีสวิตซ์สำหรับปิด-เปิดติดอยู่ที่ ตัวเครื่องแล้ว ยังมีสายไฟติดมากับเครื่องใช้ไฟฟ้าด้วย ที่ปลายสายจะมีเต้าเสียบ เมื่อนำไป เสียบกับเต้ารับ จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลสู่เครื่องใช้ไฟฟ้า

หลักการใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าอย่างประหยัดและปลอดภัย ให้นักเรียนค้นคว้าข้อมูลเกี่ยวกับหลักการใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าอย่างประหยัดและปลอดภัย พร้อม ทั้งร่วมกันอภิปรายหน้าชั้นเรียน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมปริมาณและทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าใน วงจรไฟฟ้า มีทั้งกลุ่มที่ใช้สารที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ฉนวนไฟฟ้า และสารกึ่งตัวนำ ในระดับนี้ จะเรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังนี้ ตัวต้านทานไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ซิลิคอนชิป

ตัวต้านทานไฟฟ้า (resistor) ตัวต้านทานไฟฟ้า แบ่งออกเป็นสี่ประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ ตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ (fixed resistor) ตัวต้านทานปรับค่าได้ (variable resistor) ตัวต้านทานไวความร้อน (thermistor) ตัวต้านทานไวแสง (light dependent resistor)

ตัวต้านทานไฟฟ้าชนิดค่าคงที่ เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่ลดหรือเพิ่มปริมาณกระแสไฟฟ้าในวงจร มีหลายชนิด เช่น ตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม ตัวต้านทานชนิดฟิล์มโลหะ ตัวต้านทานชนิดฟิล์มคาร์บอน ตัวต้านทานแบบ wire wound เป็นต้น ในระดับนี้จะศึกษาตัวต้านทานแบบคาร์บอนผสม ซึ่งมีลักษณะเป็นทุ่นทรงกระบอกคอดตรง กลาง มีแถบสีต่างๆแสดงค่าความต้านทานของตัวต้านทานนั้นๆ แถบสีนี้มีทั้งหมด 4 แถบ ซึ่ง แต่ละสีจะแทนตัวเลขต่างๆ เพื่อบอกค่าความต้านทานของตัวต้านทานนั้นๆ แถบสีต่างๆ แสดง ดังตาราง

ตารางแสดงค่าของแถบสีต่างๆบนตัวต้านทาน

ตัวอย่างการอ่านค่าความต้านทานบนตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ ความต้านทานของตัวต้านทานนี้มีค่าเท่ากับ 26×105 ±5% Ω

สามารถต่อตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ในวงจรได้หลายแบบ เช่นแบบ star-delta

ตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ ตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ มีหลายแบบด้วยกัน เช่น แบบหมุนแกน (potentiometer) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า โวลลุ่ม (volume) เนื่องจากส่วนใหญ่พบเจอในเครื่องขยายเสียง

แบบทริม (trimmer) การปรับตัวต้านทานนี้จะต้องใช้ไขควงในการปรับ เพื่อป้องกันการ เปลี่ยนค่าความต้านทานโดยไม่ตั้งใจ แบบแท็บ (tap) ตัวต้านทานชนิดนี้จะปรับค่าโดยการเลื่อนแท็บตรงกลางเพื่อเลือกค่า แต่ ส่วนใหญ่จะเป็นการตั้งค่าครั้งเดียวในการใช้งาน หรือการตั้งค่าแบบตายตัว

ตัวต้านทานไวความร้อน มีสองประเภทคือ แบบแปรผันตรงกับอุณหภูมิ และแปรผกผันกับ อุณหภูมิ นิยมนำมาใช้กับอุปกรณ์และเครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องเตือนอัคคีภัย ตู้อบอาหาร เป็นต้น ตัวต้านทานไวแสง LDR เป็นตัวต้านทานที่ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามความเข้มของ แสงที่มาตกกระทบ ทำจากสารกึ่งตัวนำซึ่งเป็นสารที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ เมื่อแสง ตกกระทบจะเกิดการไหลของอิเล็กตรอนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะ เปลี่ยนแปลงไปตามความเข้มแสงที่มาตกกระทบ ถ้าความเข้มแสงน้อย ความต้านทานของ LDR จะมีค่ามาก แต่ถ้าความเข้มแสงมาก ความต้านทานของ LDR จะมีค่าน้อย

สัญลักษณ์ของตัวต้านทานแบบต่างๆ

ตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุเป็นที่เก็บพลังงานไฟฟ้า และปล่อยออกมาเมื่อต้องการใช้ประจุไฟฟ้าในตัวเก็บ ประจุ มีหน่วยวัดเป็นไมโครฟารัด (microfarad: μF) การคำนวณเกี่ยวกับการต่อตัวเก็บประจุ จะตรงกันข้ามกับการต่อตัวต้านทาน คือ สูตรการต่อ ความต้านทานแบบอนุกรม จะใช้กับการต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน สูตรการต่อความต้านทาน แบบขนาน จะใช้กับการต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม

ไดโอด ไดโอด เป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ ทำหน้าที่ควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหล ผ่านทิศทางเดียว ไดโอดมีหลายชนิด ดังนี้ ไดโอดธรรมดา ทำจากสารกึ่งตัวนำสองชนิดคือ ชนิด P และชนิด N ซึ่งต่อขั้วกับ ขั้วแอโนด(ขั้วบวก) และขั้วแคโทด(ขั้วลบ) ของแหล่งจ่ายไฟ ตามลำดับ ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็นไดโอดที่เปล่งแสงออกมาเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เนื่องจากพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากอะตอมของสารที่ใช้ทำไดโอด ไดโอดเปล่งแสง ได้เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้น ทำให้อิเล็กตรอนอยู่ในสถานะ กระตุ้น อิเล็กตรอนจะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปพลังงานแสงเพื่อกลับไปอยู่ใน สถานะพื้นดังเดิม

ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีความแข็งแรงทนทาน ทำจากสารกึ่ง ตัวนำ 3 ชั้น ส่วนใหญ่ทำด้วยซิลิคอน แต่ละชั้นจะต่อลวดตัวนำออกจากเนื้อสารกึ่งตัวนำ ซึ่ง ลวดตัวนำมีทั้งสิ้น 3 ขา เรียกว่า เบส base : b คอลเลกเตอร์ collector : c และ อิมิตเตอร์ emitter : e สารกึ่งตัวนำที่นำมาประกอบเป็นทรานซิสเตอร์มี 2 ชนิด คือ ชนิด พี ทำจากซิลิคอนผสมกับโบรอน และชนิด เอ็น ทำจากซิลิคอนผสมกับฟอสฟอรัส เชื่อมต่อกัน โดยเติมสารเจือปนจำนวน 3 ชั้น ทำให้เกิดรอยต่อขึ้น 2 รอยต่อ ทรานซิสเตอร์ที่มีสารกึ่ง ตัวนำชนิดเอ็น 2 ชั้น เรียกว่า ทรานซิสเตอร์เอ็นพีเอ็น และทรานซิสเตอร์มีสารกึ่งตัวนำชนิดพี 2 ชั้น เรียกว่า ทรานซิสเตอร์พีเอ็นพี

transistor Silicon chip

ซิลิคอนชิป ซิลิคอนชิป (IC) เป็นการลดขนาดทรานซิสเตอร์ให้มีขนาดเล็กลงแต่มีประสิทธิภาพการ ทำงานสูงกว่าทรานซิสเตอร์โดยทั่วไป แบ่งตามการใช้งานได้เป็น 3 ประเภท ดังนี้ ซิลิคอนชิปสำหรับบันทึกข้อมูล ซิลิคอนชิปสำหรับบันทึกข้อมูลและสั่งงาน ซิลิคอนชิปสำหรับบันทึกข้อมูลและประมวลผล