logo IPST4 IPST4
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • learning space
  • ระบบอบรมครู
  • ระบบการสอบออนไลน์
  • ระบบคลังความรู้
  • สสวท.
  • สำนักงานสลากกินแบ่ง
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • E-Books อื่นๆ
  • Apps
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • คำถามที่พบบ่อย
  • สมัครสมาชิก
  • Forgot your password?
ค้นหา
    
ค้นหาบทเรียน
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
เลือกหมวดหมู่
    
  • บทเรียนทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ

ประจุไฟฟ้า

โดย :
ณัฐวิญญ์ สิรเดชธราทิพย์
เมื่อ :
วันศุกร์, 11 สิงหาคม 2560
Hits
217782
  • 1. Introduction
  • 2. สนามไฟฟ้ากับฉลามหัวค้อน
  • 3. วานเดอร์กราฟ
  • - All pages -

 ประจุไฟฟ้าอิสระ

7435 1

ภาพที่ 1 หมู่บินธันเดอร์เบิร์ด 
ที่มา ไทยรัฐ

         เมื่อหลายปีก่อนมี หมู่บินผาดแผลงชื่อ "ธันเดอร์เบิร์ด Thunderbirds" หรือ "วิหคสายฟ้า" ซึ่งเป็นฝูงบินสาธิตของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกามาแสดงที่ประเทศไทย ชื่อของหมู่บินมาจากชื่อของนกยักษ์ในตำนานของอินเดียแดง เชื่อว่า มีปีกกว้างถึง 8 เมตร เวลากระพือปีกจะทำให้เกิดฟ้าร้อง ฟ้าแลบได้ และจะแกะสลักเป็นรูปนกธันเดอร์ที่หัวเสาอินเดียแดง

7435 2

ภาพที่ 2 นกธันเดอร์ที่หัวเสาอินเดียแดง
ที่มา https://th.wikipedia.org/wiki/ธันเดอร์เบิร์ด_(เทพปกรณัม)

        ซึ่งนกธันเดอร์เบิร์ดถูกนำมาสร้างในภาพยนตร์เรื่อง AVATAR ชื่อ โทรุค มัคโต ซึ่งมีขนาดลำตัวและปีกใกล้เคียงกับ ธันเดอร์เบิร์ด แต่แตกต่างตรงที่ไม่ทำให้เกิดฟ้าแลบเวลากระพือปีก แต่ทำสามารถพ่นไฟได้แทน

        จริงๆ แล้วการเกิดฟ้าแลบ เป็นปรากฏการณ์ที่พบในธรรมชาติ ซึ่งเกิดจากการที่ประจุไฟฟ้าอิสระที่เกิดขึ้นในอากาศเกิดการเคลื่อนที่อากาศ

ประจุไฟฟ้ามาจากไหน

          โดยปกติอะตอมจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นคือ มีประจุบวกและประจุลบในอะตอมเท่ากันจึงไม่แสดงอำนาจทางไฟฟ้า เมื่อวัตถุได้รับพลังงานจะทำให้อิเล็กตรอนหรือไอออนอิสระเกิดการเคลื่อนที่ ส่งผลให้จำนวนประจุลบและประจุบวกไม่เท่ากัน เรียกว่า วัตถุมีประจุ  (charge  body) วัตถุที่มีประจุจะแสดงอำนาจไฟฟ้าตามชนิดของประจุที่มากกว่า เรียกว่า ประจุอิสระ  (Free charge) โดยประจุอิสระจะเท่ากับผลต่างของจำนวนประจุบวกกับประจุลบที่มีอยู่จริง

การเกิดประจุอิสระทำได้อย่างไร

            การทำให้วัตถุมีประจุสามารถทำได้หลายวิธีแต่ในที่นี้จะนำเสนอเพียง 3 แบบ คือ

  1. การเกิดประจุโดยการขัดถู (charging  by  friction)  คือ การนำวัตถุต่างชนิดถูกัน เช่น นำผ้าสักหลาดมาถูกับแผ่นพีวีซี งานของแรงที่ใช้ถู ทำให้อิเล็กตรอนจะถ่ายโอนไปยังอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุที่รับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้าไปจะมีประจุลบส่วนวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุบวก อาจจะทดลองอย่างง่ายด้วยการนำลูกโป่งมาถูกับศีรษะ  สังเกตเส้นผมจะติดไปกับลูกโป่งดังภาพ  

7435 3

ภาพที่ 3 การเกิดประจุโดยการนำลูกโป่งถูกับเส้นผม
ที่มา  https://www.youtube.com/watch?v=zzg4Z2Bwdws

  1. การเกิดประจุโดยการสัมผัส  (charging by conduction) คือ การนำวัตถุตัวนำที่มีประจุอิสระอยู่ มาสัมผัสกับตัวนำที่เราต้องการ จะให้เกิดมีประจุอิสระ โดยการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างตัวนำทั้งสอง และในที่สุดตัวนำทั้งสองต่างจะมีประจุอิสระ เราอาจจะทดลองง่ายๆ ด้วยการนำคอนเฟล็กวางบนโต๊ะพยายามกระจายคอนเฟล็กให้ไม่ซ้อนทับกันใช้แผ่นพลาสติกใสวางบนคอนเฟล็กให้ห่างจากคอนเฟล็ก ประมาณ 1 นิ้ว ใช้ผ้าขนสัตว์ถูบนแผ่นพลาสติกใส คอนเฟล็กจะดูดติดขึ้นมาติดกับแผ่นพลาสติก

7435 4

ภาพที่ 4 การทำให้วัตถุตัวนำเกิดประจุไฟฟ้าอิสระโดยการแตะหรือสัมผัส
ที่มา  ณัฐวิญญ์   สิรเดชธราทิพย์

7435 5

ภาพที่ 5  การเกิดประจุโดยการขัดถูบนแผ่นพลาสติก
ที่มา https://www.youtube.com/watch?v=zzg4Z2Bwdws

  1. การเกิดประจุโดยการเหนี่ยวนำ (charge by induction) คือ การนำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่งไปใกล้วัตถุที่เป็นกลาง แล้วทำให้เกิดประจุชนิดตรงข้ามบนวัตถุนี้ ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า ประจุเหนี่ยวนำ (induced charge) การทดลองที่เรามักจะพบเห็นคือการนำหวีพลาสติกมาถูกับผ้าสักหลาด แล้วนำไปใกล้กับกระดาษชิ้นเล็กๆ พบว่า กระดาษชิ้นเล็กๆ ดูดติดขึ้นมากับหวี7435 6

    ภาพที่ 6 อธิบายการเกิดประจุโดยการเหนี่ยวนำ
    ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

7435 7

ภาพที่ 7 อธิบายการทดลองหวีดูดกระดาษชิ้นเล็กๆ
ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

ประจุบวกและประจุลบเกิดขึ้นอย่างไร

         เป็นที่ทราบกันดีอยู่ว่าอะตอมนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า คือ มีประจุบวกและประจุลบเท่ากัน ถ้าอะตอมนั้นสูญเสียประจุลบไปทำให้ประจุบวกเกินมาอะตอมจึงแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป็นบวก ลองคิดย้อนไปถึงวิชาเคมีเมื่อสูญเสียประจุไปก็จะแสดงไอออนบวก ในทำนองเดียวกันถ้าอะตอมรับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นมา ทำให้อะตอมนั้นขาดความเป็นกลางทางไฟฟ้าจึงแสดงอำนาจทางไฟฟ้าเป็นลบ

         จากการทดลองจับคู่วัตถุมาถูกัน พบว่าวัตถุแต่ละชนิดมีความยากง่ายในการสูญเสียอิเล็กตรอนต่างกันและยังขึ้นอยู่กับคู่ของวัตถุที่นำมาถูกันด้วย จากการทดลองนำวัตถุต่างชนิดที่เป็นคู่ที่เหมาะสมกันมาถูกันแล้วจัดเรียงลำดับตามความยากง่ายในการสูญเสียอิเล็กตรอน ดังตารางโดยวัตถุในลำดับสูงกว่าจะสูญเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเมื่อจับคู่มาถูกัน วัตถุในลำดับสูงกว่าจึงมีประจุไฟฟ้าเป็นประจุบวก ขณะที่วัตถุในลำดับต่ำกว่าจะมีประจุไฟฟ้าเป็นประจุลบ เช่น เมื่อถูแก้วผิวเกลี้ยง (ลำดับ 7) ด้วยขนสัตว์ (ลำดับ1) ผ้าขนสัตว์มีลำดับสูงกว่าแก้วผิวเกลี้ยง ผ้าขนสัตว์จึงมีประจุบวก ส่วนแก้วผิวเกลี้ยงมีประจุลบ นั่นแสดงว่าผ้าขนสัตว์เสียอิเล็กตรอนไปให้กับแก้วผิวเกลี้ยง ประจุบวกจึงเกินมาในผ้าขนสัตว์ ส่วนประจุลบถูกถ่ายเทไปยังแก้วผิเกลี้ยง

        แต่ถ้าถูแก้วผิวเกลี้ยง  (ลำดับ7) ด้วยผ้าแพร (ลำดับ 10) แก้วผิวเกลี้ยงมีลำดับสูงกว่าผ้าแพร แก้วผิวเกลี้ยงจึงมีประจุไฟฟ้าบวกส่วนผ้าแพรจะมีประจุไฟฟ้าลบ เป็นเพราะรับอิเล็กตรอนมาจากแก้วผิวเกลี้ยงนั่นเอง   

         ตารางแสดงการเรียงลำดับวัตถุที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตโดยการถู

           7435 8

        การถ่ายโอนประจุระหว่างคู่วัตถุที่นำมาถูกันเป็นผลจากเปลี่ยนรูปจากงานหรือพลังงานกลจากการ    ถูไปเป็นความร้อนแล้วถ่ายโอนให้กับอิเล็กตรอนของอะตอมบริเวณที่ถูกัน ทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนสูงขึ้นจนหลุดเป็นอิสระจากอะตอมและถ่ายโอนไปยังอีกวัตถุหนึ่ง อะตอมของวัตถุที่ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นจึงมีประจุเป็นลบ ส่วนอะตอมของวัตถุที่เสียอิเล็กตรอนจะมีประจุบวก การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าจึงไม่ใช่การสร้างประจุขึ้นใหม่ แต่เป็นเพียงการถ่ายโอนประจุจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง โดยที่ผลรวมของปริมาณประจุทั้งหมดของระบบยังคงเท่าเดิมซึ่งเรียกว่า กฎการอนุรักษ์ของประจุไฟฟ้า (Law of Conservation of Charge)


Return to contents

สนามไฟฟ้ากับฉลามหัวค้อน 

          หลายคนอาจจะสงสัยว่า สนามไฟฟ้าเกี่ยวข้องอะไรกับฉลามหัวค้อน ต้องทำความเข้าใจกันในส่วนของเส้นแรงไฟฟ้าและสนามไฟฟ้าก่อน

เส้นแรงไฟฟ้า

          เส้นแรงไฟฟ้า (Lines of Force) หมายถึง เส้นสมมติที่ใช้แสดงทิศทางของสนามไฟฟ้า โดยในการทดลองจะใช้ผงของด่างทับทิมโรยบนแผ่นกระดาษกรอง ที่วางระหว่างขั้วไฟฟ้าพบว่าผงด่างทับทิมจะเคลื่อนที่เป็นเส้น เส้นที่ปรากฏคือเส้นแรงไฟฟ้า 

 7435 9

ภาพที่ 1 การทดลองการหาเส้นแรงไฟฟ้า
ที่มา จากการทดลองในห้องปฏิบัติการ ณัฐวิญญ์   สิรเดชธราทิพย์

           ซึ่งมีคุณสมบัติของเส้นแรงไฟฟ้า จะพุ่งออกจากประจุบวก เข้าประจุลบ ในการเขียนเส้นแรงไฟฟ้า ให้ถือเกณฑ์ว่า เส้นแรงไฟฟ้าพุ่งออกจากประจุไฟฟ้าบวก เข้าสู่ประจุไฟฟ้าลบ ให้หัวลูกศร ออกจากประจุไฟฟ้าบวก และ หัวลูกศรเข้าสู่ประจุไฟฟ้าลบ

7435 10

ภาพที่ 2 แสดงเส้นแรงทางไฟฟ้าของประจุบวกและประจุลบ

ที่มา https://sites.google.com/site/poppyhellophysics/_/rsrc/1329370985276/home/snam-fifa/sen-raeng-fifa/elec-21.jpg

         จากแผนภาพแสดงจะพบว่าเมื่อใช้ขั้วไฟฟ้าต่างกัน จะเห็นเส้นแรงไฟฟ้า พุ่งออกจากขั้วไฟฟ้าบวก เข้าหาขั้วไฟฟ้าลบ จากภาพถ้าประจุทั้ง 2 มีขนาดเท่ากัน เราจะได้ภาพที่เป็น 2 ข้างสมมาตรกันทิศทางของสนามไฟฟ้ามีทิศเดียวกับแรงซึ่งอยู่ในแนวเส้นรัศมีจากประจุ จากภาพประจุ q เป็นบวกสนามไฟฟ้าจึงมีทิศทางพุงออก เหมือนกับเส้นแรงไฟฟ้า

7435 18

ภาพที่ 3 แสดงทิศทางของสนามไฟฟ้าบนประจุบวก
ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

7435 11

ภาพที่ 4  เปรียบเทียบเส้นแรงของสนามไฟฟ้าของประจุต่างชนิดที่มีขนาดเท่ากัน
ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

 

7435 12

 ภาพที่ 5  เส้นแรงของสนามไฟฟ้าของประจุชนิดชนิดเดียวกันที่มีขนาดเท่ากัน
ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

สนามไฟฟ้า

          สนามไฟฟ้าคือแนวของเส้นสัมผัสกับเส้นแรงไฟฟ้า ดังนั้น สนามไฟฟ้าจะออกจากประจุบวกและเข้าหาประจุลบเหมือนเส้นแรงไฟฟ้า การหาสนามไฟฟ้ารอบๆ จุดประจุที่ตำแหน่งใด ทำได้โดยนำประจุทดสอบ +q ไปวางไว้ที่ตำแหน่งนั้น นอกจากจะมีแรงจากจุดประจุกระทำต่อประจุทดสอบนั้นแล้ว ยังมีแรงที่ประจุทดสอบกระทำต่อจุดประจุด้วย

7435 13

ภาพที่ 6 เปลวเทียนในสนามไฟฟ้า
ที่มา ภาพจากการทดลองในห้องปฏิบัติการ ณัฐวิญญ์   สิรเดชธราทิพย์

       จากภาพการทดลองเราจะเห็นว่าเปลวเทียนเอียงไปอีกด้านหนึ่ง นั่นเป็นเพราะเส้นแรงสนามไฟฟ้าผ่านบริเวณที่จุดเทียนไว้ เมื่อนำไปวางในบริเวณที่มีเส้นแรงไฟฟ้าทำให้เกิดสนามไฟฟ้าผ่านเปลวเทียน จึงมีผลการทดลองดังในภาพ

          เราอาจจะลองตอบคำถามสั้น ๆ 2 ข้อ ดังนี้

  1. สนามไฟฟ้าของประจุไฟฟ้ามีทิศทางเป็นอย่างไร
  2. สนามไฟฟ้าของประจุไฟฟ้ากับแผ่นคู่ขนานมีทิศทางเหมือนหรือต่างกันอย่างไร

       จากความรู้เรื่องเส้นแรงไฟฟ้าเราสามารถตอบได้ว่า สนามไฟฟ้าของจุดประจุไฟฟ้ามีทิศทางตั้งฉากกับผิวตัวนำ มีทั้งที่เข้าสู่จุดประจุและพุ่งออกจากจุดประจุแต่เส้นแรงไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกับผิวตัวนำเสมอ และเส้นแรงไฟฟ้าออกจากขั้วบวก ซึ่งเป็นทิศทางเดียวกับสนามไฟฟ้าดังนั้น สนามไฟฟ้าของจุดประจุไฟฟ้ากับสนามไฟฟ้าบนแผ่นคู่ขนานมีทิศทางเหมือนกันโดยเส้นแรงของสนามไฟฟ้าจะต้องตั้งฉากกับผิวของตัวนำเสมอ ทั้งแผ่นคู่ขนานและประจุทรงกลม  ดังแสดงในภาพ

7435 14

ภาพที่ 7 สนามไฟฟ้าบนแผ่นคู่ขนาน
ที่มา หนังสือ Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics

 

รู้จักฉลามหัวค้อน

         ฉลามถือได้ว่าเป็นนักล่าแห่งท้องทะเล แต่ไม่ใช่ว่าฉลามจะล่าปลาในท้องทะเลทุกชนิด แต่ฉลามจะเลือกเหยี่อที่ดูเหมือนว่าจะอ่อนแอก่อนที่จะเข้าจู่โจม ฉลามเป็นสัตว์ที่มีมาแต่ในยุคดึกดำบรรพ์เพราะมีการพบซากของฉลาม ซึ่งขนาดของฉลามไม่เท่ากัน มีตั้งแต่ฉลามขนาดเล็กยาวเพียงไม่ถึงเมตร จนถึงฉลามวาฬที่มีขนาดใหญ่ความยาวเฉลี่ยถึง 14 เมตร

7435 15

ภาพที่ 8 เปรียบเทียบฉลามสายพันธุ์ต่างๆ
ที่มา https://th.wikipedia.org

         สำหรับฉลามหัวค้อนมีขนาดเฉลี่ย 2.5 ถึง 4 เมตร ถือว่าเป็นฉลามที่มีความรวดเร็วในการล่าเหยื่อได้ดี เพราะฉลามหัวค้อนมีส่วนหัวที่แบนราบและแผ่ออกข้างคล้ายปีกหรือคล้ายค้อนทั้งสองข้าง ที่ปลายของทั้งสองข้างในส่วนหัวที่แบนราบนั้นจะมีดวงตาอยู่สุดปลาย  

7435 16

ภาพที่ 9 ตาของฉลามหัวค้อน
ที่มา https://th.wikipedia.org/wiki/Sphyrna_lewini_aquarium.jpg

          ปัจจุบันยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่ามีไว้เพื่ออะไร แต่วิทยาศาสตร์ได้ตั้งข้อสันนิษฐานกันว่า เป็นส่วนช่วยให้การหาว่ายน้ำ และช่วยส่งแรงยกตัวขึ้นหน้าด้าน ทำให้พุ่งตัวขึ้นในแนวดิ่งได้ดีขึ้นและว่ายน้ำได้เร็ว  อีกทั้งยังใช้เป็นประสาทสัมผัสรับรู้และช่วยลดแรงต้านน้ำให้เหลือน้อยลงในการไล่งับอาหาร และในเวลาเอี้ยวหัวในเวลาว่ายน้ำ ซึ่งจากตำแหน่งของตาที่อยู่สุดปลายปีกสองข้างนั้น ทำให้ปลาฉลามหัวค้อนมีประสาทสายตาดีกว่าปลาฉลามจำพวกอื่น ๆ โดยสามารถมองเห็นภาพในมุมกว้างได้มากกว่าและสามารถทำให้มองเห็นเป็นภาพ 3 มิติ มีรูจมูกที่แยกจากกันเพื่อประสิทธิภาพในการดมกลิ่นและยังสามารถปล่อยกระแสไฟฟ้าแบบอ่อน ๆ เพื่อจับหาที่อยู่ของอาหารได้ด้วย 

          การที่ปลายจมูกนอกจากปล่อยกระแสไฟฟ้าแบบอ่อนๆ มาแล้ว ยังมีกล้ามเนื้อที่ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับสนามไฟฟ้าอย่างอ่อนได้ ขณะที่มันว่ายใกล้ๆ กับพื้นทรายที่เหยื่อซ่อนตัวอยู่ สนามไฟฟ้าอย่างอ่อนๆ ที่เหยื่อสร้างขึ้นมาจะทำให้ฉลามหัวค้อนสามารถรู้ตำแหน่งที่เหยื่อซ่อนตัวอยู่ ซึ่งได้ทำการทดลองโดยการนำเหยื่อไปซ่อนในทราย แล้วนำเครื่องตรวจสนามไฟฟ้าซ่อนในบริเวณใกล้เคียง ฉลามหัวค้อนจะสามารถจับเหยื่อได้พร้อมกับการปล่อยสนามไฟฟ้าอย่างอ่อน ๆ มาด้วย


Return to contents

วานเดอร์กราฟ

7435 19

ภาพที่ 1 วานเดอร์กราฟ

ที่มา https://th.wikipedia.org/

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แวนเดอกราฟ

          สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวนเดอร์กราฟเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต เป็นอุปกรณ์เครื่องจักรกลที่ผลิตกระแสไฟฟ้าที่อยู่กับที่หรือไฟฟ้าที่สร้างแรงดันสูงและกระแสต่อเนื่องอย่างต่ำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวนเดอกราฟ เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตที่ใช้สายพานเคลื่อนที่เพื่อสะสม แรงดันไฟฟ้าที่สูงมากบนลูกกลมโลหะกลวงบนยอดของของขาตั้ง  พัฒนาขึ้นจากแนวคิดของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน โรเบิร์ต เจ แวนเดอ กราฟ ในปี ค.ศ. 1929 ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แวนเดอ กราฟ สามารถทำได้ถึง 5 MV หรือประมาณ 2,272 เท่าของแรงดันไฟฟ้าใมบ้าน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แวนเดอ กราฟ สามารถคิดว่าเป็นแหล่งจ่ายกระแสคงที่ที่ต่อขนานกับตัวเก็บประจุอันหนึ่งและตัวต้านทานไฟฟ้าขนาดใหญ่มากอีกตัวหนึ่ง ดังนั้นมันจึงสามารถสร้างการปล่อยประจุไฟฟ้าที่มองเห็นได้ไปที่พื้นผิวดินในบริเวณใกล้เคียงซึ่งอาจจะทำให้เกิด "ประกายไฟ" ที่ขึ้นอยู่กับขนาดแรงดันไฟฟ้า วานเดอร์กราฟจัดเป็นเครื่องสร้างประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่ง หรือ เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็ได้ เรามาทำความรู้จักเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอื่น ๆ กันดูบ้าง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

          เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าให้ไหลผ่านวงจร โดยให้พลังงานงานกล ในยุคแรก ๆ เปลี่ยนพลังงานกลจากการทำงานของลูกสูบในเครื่องยนต์ไอน้ำ  ในบางประเทศใช้กังหันน้ำที่ไหลในลำธาร หรือแรงน้ำตกผ่านกังหันน้ำหรือล้อน้ำ

7435 20

ภาพที่ 2 กังหันน้ำอุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า จ.พิษณุโลก

ที่มา http://www.chillpainai.com/src/wewakeup/scoop/img_scoop/scoop/Travel_Am/GreenSeasonTrip/2Phuhin/Phuhinrongkla-20.jpg

         เครื่องยนต์ที่มีการสันดาปภายใน หรือใช้กังหันลม หรือการใช้ข้อเหวี่ยงมือ จากแหล่งพลังงานกลอื่นๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะจ่ายพลังงานไฟฟ้าเกือบทั้งหมดให้กับกริดพลังงานไฟฟ้า

7435 21

ภาพที่ 3 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของ Ganz รุ่นแรกๆ ใน Zwevegem, West Flanders, Belgium

ที่มา  Wikipedia

        ไดนาโมเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ไดนาโมอย่างง่ายที่เราคุ้นเคยคือ ไดนาโมที่ล้อรถจักรยาน จะเห็นได้ชัดว่าเมื่อเราปั่นจักรยานล้อรถจะหมุนไดนาโมทำให้ไฟรถจักรยานติด

7435 22

ภาพที่ 4 ไดนาโมรถจักรยาน
ที่มา https://f.ptcdn.info/675/030/000/1429879621-01-o.jpg

         ส่วนการแปลงย้อนกลับจากพลังงานไฟฟ้า ให้กลายเป็นพลังงานกลจะจะใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโมที่มีความคล้ายคลึงกันมาก เวลาพิจารณาต้องดูการใช้งาน ถ้าเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าคือไดนาโม ส่วนเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลคือมอเตอร์ ถ้าเราใช้มอเตอร์หลายตัวก็จะทำให้สามารถสร้างพลังงานกลได้มาก สามารถขับเคลื่อนเครื่องจักรเพื่อผลิตไฟฟ้า

         ก่อนที่จะมีการศึกษาเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างจริงจัง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในอดีตจะใช้อุปกรณ์ที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต ไม่ว่าจะการใช้จานหรือแผ่นดิสก์ชาร์จประจุไฟฟ้าแล้วให้ประจุเคลื่อนที่โดยการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้า ซึ่งนักศาสนวิทยาและนักวิทยาศาสตร์นำมาอธิบายหีบบรรจุบัญญัติสิบประการของโมเสท หรือ หีบแห่งพันธสัญญา ซึ่งจะอธิบายในเรื่องตัวเก็บประจุต่อไป

         เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิตนี้สร้างประจุไฟฟ้าได้ไม่สม่ำเสมอ บางครั้งได้ประจุไฟฟ้ามากบ้างน้อยบ้างจึงทำให้ขาดประสิทธิภาพและความคงที่ของประจุไฟฟ้าและควบคุมได้ยาก  อีกทั้งประจุไฟฟ้าที่สร้างขึ้นมีพลังงานไฟฟ้าที่ต่ำไม่สามารถนำมาใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าได้

         ในปี ค.ศ. 1827 Anyos Jedlik ชาวฮังการีได้ทดลองใช้แม่เหล็กไฟฟ้าหมุน ซึ่งเขาเรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้าใบพัดหมุนเอง แต่หลายคนเรียกว่า ไดนาโมของ Jedlik ซึ่งมีส่วนอยู่กับที่และส่วนที่หมุนทำให้ผ่านแม่เหล็กไฟฟ้า แต่น่าเสียเขาไม่ได้จดสิทธิบัตรเพราะเขาคิดว่าเขาไม่ใช่คนแรกในการสร้างไดนาโม แต่ความคิดของเขาก่อนที่ ซีเมนส์ และ วิทสโตน จะคิดประดิษฐ์ไดนาโมถึง 6 ปี

7435 23

ภาพที่ 5 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของ Anyos Jedlik
ที่มา http://blogs.toolbarn.com/wp-content/uploads/2014/07/Jedlik_motor.jpg

          ในระหว่างปี ค.ศ. 1831-1832  ไมเคิล ฟาราเดย์ ได้นำเสนอหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งต่อมาเรียกว่า กฎของฟาราเดย์ นั่นคือการสร้างกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ที่เกิดขึ้นจากขดลวดซึ่งตัดกับสนามแม่เหล็ก ฟาราเดย์ยังพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเครื่องแรก เรียกว่าจานฟาราเดย์ เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขั้วเดียวกัน  (homopolar) โดยใช้แผ่นจานทองแดงหมุนระหว่างขั้วของแม่เหล็กเกือกม้า ซึ่งสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก

 7435 24

ภาพที่ 6 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของฟาราเดย์
ที่มา https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/19/Faraday_disk_generator.jpg/440px-Faraday_disk_generator.jpg

          แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของฟาราเดย์ สร้างแรงดันไฟฟ้าออกมาต่ำมาก และสร้างไฟฟ้ากระแสตรง ถ้ามีการเพิ่มขดลวดที่พันให้มีหลายๆ รอบๆ สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นได้สามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้า ไดนาโมในยุคแรกเป็นไดนาโมที่ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง ในไดนาโมขนาดเล็ก มีสนามแม่เหล็กคงที่โดยใช้ขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็กถาวร สำหรับไดนาโมขนาดใหญ่มีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงโดยมีชุดแม่เหล็กตัดขดลวด ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าการสร้างกระแสไฟฟ้าจากไดนาโมแม่เหล็กผ่านขดลวด หรือ ขวดผ่านสนามแม่เหล็ก คือ มีการรบกวนสนามแม่เหล็กให้มีการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

ปัจจุบันมีการจำแนกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามพลังงานที่ใช้ดังนี้

          เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้กังหันไอน้ำ  โดยการนำเอาไอน้ำที่มีความดันสูงและอุณหภูมิสูง (Supper heat)  จากหม้อไอน้ำ  (Boiler) ผลักการหมุนของไดนาโมโดยความเร็วในการไหลของไอน้ำไปปะทะกับใบพัดที่อยู่ติดกับเพลาซึ่งมีอยู่หลายใบพัด ทำให้เพลาของกังหันหมุนก่อให้เกิดกำลังกลและไปหมุนขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟออกมา

 7435 25

ภาพที่ 7  กังหันไอน้ำผลิตไฟฟ้า

ที่มา https://powerplant2.files.wordpress.com/2015/01/steam-turbine-1.jpg

         เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใช้กังหันน้ำ  กังหันในการหมุนให้เกิดกระแสไฟฟ้ามากจากการไหลของน้ำผ่านกังหันต้นกำลัง ซึ่งน้ำจะต้องมีพลังงานมากโดยการกับเก็บไว้ในเขื่อนซึ่งสร้างขวางแม่น้ำไว้ เช่น เขื่อนภูมิพล  เขื่อนสิริกิตติ์  เขื่อนวชิรลงกรณ์  เขื่อนอุบลรัตน์ ฯลฯ การทำงานอาศัยพลังงานจลน์ของแรงดันน้ำที่เกิดจากความต่างระดับของน้ำเหนือเขื่อนและท้ายเขื่อน ไปหมุนใบพัดของกังหันน้ำ ทำให้เกิดการหมุนในแนวแกน เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดผลิตไฟฟ้า 

7435 26

ภาพที่ 8 กังหันน้ำผลิตไฟฟ้า
ที่มา http://www.tfd.chalmers.se/~hani/phdproject/francispicture.gif

         เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใช้กังหันก๊าซ  ในประเทศไทยใช้ก๊าซธรรมชาติในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการนำเข้าก๊าซจากประเทศพม่า การทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ โดยมีเครื่องอัดอากาศซึ่งอยู่บนเพลาเดียวกับชุดกังหันและต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อเริ่มเดินเครื่องก๊าซจะถูกอัดจนมีความดันและอุณหภูมิสูงประมาณ 8-10 เท่า แล้วถูกส่งไปเผาไหม้ ให้เป็นก๊าซร้อนที่ออกจากห้องเผาไหม้จะถูกส่งไปยังกังหัน ทำให้กังหันหมุนเกิดพลังงานขึ้น

                                                7435 27

ภาพที่ 9 กังหันก๊าซผลิตไฟฟ้า
ที่มา https://sc01.alicdn.com/kf/HTB1bzQeJVXXXXXdXVXXq6xXFXXXE/gas-turbine-power-plant.jpg

          เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใช้กังหันลม  ใช้ลมเป็นแหล่งพลังงาน เมื่อมีลมพัดมาปะทะกับใบพัดของกังหันลม  กังหันลมจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานลมที่อยู่ในรูปของพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานกล โดยการหมุนของใบพัด  แรงจากการหมุนของใบพัดนี้ จะถูกส่งผ่านแกนหมุนทำให้เพลาที่ติดอยู่กับแกนหมุนของเครื่องกำเนิดเพื่อผลิตไฟฟ้า

7435 28

 ภาพที่ 10  กังหันลมผลิตไฟฟ้า
ที่มา http://www.africa-ontherise.com/wp-content/uploads/2017/01/wind_farms.jpg

แหล่งที่มา

ประธาน บุรณศิริ,กีรยุทธ์ ศรีนวลจันทร์. ฟิสิกส์ 1 - Physics For Scientists and Engineers I. กรุงเทพฯ:
        Cengage Learning Asia Pte Ltd 

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. ไฟฟ้าสถิต คือ...??.  สืบค้นเมื่อ 12 มิถุุนายน 2560. จาก https://sites.google.com/site/poppyhellophysics/fifasthit-khux

ธันเดอร์เบิร์ด (เทพปกรณัม). สืบค้นเมื่อ 12 มิถุุนายน 2560. จาก https://th.wikipedia.org/wiki/ธันเดอร์เบิร์ด_(เทพปกรณัม)

John W. Jewett . Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics . Amazon:


Return to contents
Previous Page 1 / 3 Next Page
หัวเรื่อง และคำสำคัญ
ประจุไฟฟ้า,สภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า, วัตถุมีประจุ,ประจุอิสระ
ประเภท
Text
รูปแบบการนำเสนอ แบ่งตามผลผลิต สสวท.
สื่อสิ่งพิมพ์ในรูปแบบดิจิทัล
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
วันที่เสร็จ
วันศุกร์, 11 สิงหาคม 2560
ผู้แต่ง หรือ เจ้าของผลงาน
ณัฐวิญญ์ สิรเดชธราทิพย์
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
ฟิสิกส์
ระดับชั้น
ม.4
ม.5
ม.6
ช่วงชั้น
มัธยมศึกษาตอนปลาย
กลุ่มเป้าหมาย
ครู
นักเรียน
  • 7435 ประจุไฟฟ้า /lesson-physics/item/7435-2017-08-11-04-18-55
    เพิ่มในรายการโปรด
  • ให้คะแนน
    Average rating
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • Share
    • Tweet
    • Share

ค้นหาบทเรียน
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
  • บทเรียนทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ
  • เกี่ยวกับ SciMath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
  • คำถามที่พบบ่อย
Scimath คลังความรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด

The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.

Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved. 
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)