ส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้า

ตั้งกระทู้ใหม่

ส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้า
วงจรไฟฟ้ามีส่วนประกอบ (component) ที่สำคัญ 2 ส่วน คือ แหล่งกำเนิด หรือแหล่งจ่ายไฟฟ้า (sources) และตัวรับพลังงาน ซึ่งมักเรียกว่า โหลด (load) หลอดไฟฟ้า ก็เป็นตัวอย่างหนึ่ง ของโหลด

แหล่งจ่ายไฟฟ้า
แหล่งจ่ายไฟฟ้า จะจ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าเข้าสู่วงจร พร้อมกันรวมทั้งมีความต้านทานภายในจำนวนหนึ่งด้วย หากนำแหล่งจ่ายไฟฟ้าจริงมาใช้ในการวิเคราะห์วงจรจะทำให้เข้าใจ ยาก ดังนั้นในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้า จึงสมมติให้แหล่งจ่ายไฟฟ้า จ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าเป็นค่าคงที่และเป็นอิสระต่อกัน แหล่งจ่ายไฟฟ้า ประเภทนี้เรียกว่า แหล่งจ่ายไฟฟ้าในอุดมคติ

ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ
1. แหล่งจ่ายไฟฟ้าอิสระ (Independent Sources) เช่น แบตเตอรี ถ่านไฟฮาย เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ เป็นต้น แบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า (Voltage Sources) และ แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า (Current Sources)
2. แหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ถูกควบคุม (Controlled Sources) อาจเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ ต้องอาศัยแหล่งจ่ายไฟฟ้าอื่น ตัวอย่างเช่น amplifier

ทิศทางของกระแสไฟฟ้า เราทราบว่าการไฟลของกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อเกิดการเคลื่อนตัวของ electron ในตัวนำ electron จะเคลื่อนตัวจากขั้วลบมายังขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟฟ้า การกำหนดทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าจากขั้วลบมายังขั้วบวก เรียกว่า การหนดทิศทาง กระแสไฟฟ้า ตามทิศทางการไหลของ electron

รูปซ้าย ทิศทางกระแสไฟฟ้าตามการไหลของอิเล็คตรอน
รูปขวา ทิศทางกระแสไฟฟ้าตามการไหลของกระแสสมมติ (นิยมกว่า)

เบนจามิน แฟรงคลิน เชื่อว่ากระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนตัวของประจุไฟฟ้าบวกมากกว่า การเคลื่อนตัวของประจุลบ ดังนั้นทฤษฎีทางไฟฟ้าส่วนใหญ่ในยุคแรกๆ จึงสมมติกระแสไฟฟ้าให้ไหลจากขั้วบวกของแหล่งจ่ายมายังขั้วลบ (รูป

ขวา) ซึ่งวิธีแบบนี้เองก็ยัง ได้รับความนิยมและยอมรับกัน จึงมักเห็นว่าตำราส่วนใหญ่ใช้ทิศทางกระแสไฟฟ้าแบบดั้งเดิมไม่ใช้ ตามการเคลื่อนที่ของ electron

การต่อ Cell ไฟฟ้า

1. การต่อเซลไฟฟ้าแบบอนุกรม เป็นการนำเซลไฟฟ้ามาต่อเรียงแถวเดียวโดยนำเอาขั้วบวกต่อกับขั้วลบ และขั้วลบต่อกับขั้วบวกไป เรื่อยๆดังรูป

ผลของการต่อ คือ
1. กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านทุกเซลเท่ากันหมด และเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรภายนอก
2. แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวม = ผลบวกของแรงเคลื่อนไฟฟ้าแต่ละเซลล์ E รวม = E₁ + E₂ +..
3. ความต้านทานภายในรวม = ผลบวกความต้านทานภายในแต่ละตัว
จาก ผล 3 ข้อ นี้เราจึงสรุปได้ว่า ถ้ามีเซลไฟฟ้า n เซล

I = nE / (R+nr)

2. การต่อเซลไฟฟ้าแบบขนาน เป็นการต่อ เซลไฟฟ้าโดยนำเอาปลายขั้วบวกมาต่อรวมกันที่จุดๆหนึ่ง และปลายขั้วลบมาต่อรวมกันที่ อีกจุดหนึ่ง ดังรูป

ผลของการต่อเซลแบบขนาน คือ
1. แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวม = แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลเพียงเซลเดียว E _รวม = E _{เซลเดียว}
2. กระแสไฟฟ้ารวมในวงจร = ผลบวกของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซลแต่ละเซล I = I₁ + I₂ + I₃+..
3. ความต้านทานภายในรวมมีค่าลดลง 1/r รวม = 1/r₁ + 1/r₂ + 1/r₃ + ...
จากผล 3 ข้อนี้จึงหา I ได้จาก

I = E / (R+ R/n)

3. การต่อเซลไฟฟ้าแบบผสม เป็นการต่อเซลไฟฟ้าแบบอนุกรมและขนานรวมกัน โดยเซลแต่ละ แถวต่อแบบอนุกรมกัน และทุกแถวนำมาต่อแบบขนาน ในการต่อเซลแบบนี้จำนวนเซล ในแต่ละแถวต้องมีค่าเท่ากัน ดังรูป

ผลของการต่อเซลแบบผสม คือ
1. แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวม = ผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าแต่ละแถว
2. กระแสไฟฟ้ารวมในวงจร = ผลบวกของกระแสไฟฟ้าในแต่ละแถว
3. ความต้านทานภายในรวม = ความต้านทานภายในของทุกแถวต่อขนานกัน
ถ้า ให้ x = จำนวนเซลในแต่ละแถว y = จำนวนแถว จะได้

I = E / (R/x + r/y)

หม้อแปลงไฟฟ้า

คือ เครื่องมือสำหรับเพิ่ม หรือลดความต่างศักย์ไฟฟ้าหระแสสลับ ให้สูงขึ้นหรือต่ำลง โดยอาศัยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าระหว่างขดลวด มีส่วน ประกอบง่ายๆ คือแกนเหล็กอ่อน ตัดเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสกลางกลวง โดยมากมัดจะใช้แผ่นเหล็กอ่อนบางๆ หลายๆ แผ่นอันซ้อนกัน แกนเหล็กอ่อน มีหน้าที่รวมเส้นแรงแม่เหล็กจากขดลวดที่ 1 ไปเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในขดลวดที่ 2, ทั้ง 2 ข้างของแกนเหล็ก มีขดลวดหุ้มฉนวนบางพันไว้ ข้างหนึ่งมีจำนวนรอบมาก อีกข้างหนึ่งมีจำนวนรอบน้อย

ขดลวดต้านที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า A.C. เรียกว่า ขดลวดปฐมภูมิ (Primary Coil) ขดลวดอีกขดหนึ่งเรียกว่า ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Coil)

หม้อแปลงนี้ เราจะใช้แปลงไฟขึ้นหรือแปลงไฟลงก็ได้ แล้วแต่เราจะต่อกระแสสลับเข้าทางไหน

ก. หม้อแปลงขึ้น (Step-up Transformer) ต้องต่อกระแสไฟสลับเข้าทางขดลวดน้อย รอบ ในกรณีนี้ ขดลวดน้อยรอบ จะเป็นขดลวดที่ 1 (Primary Coil, ขดลวดปฐมภูมิ) จะมีกระแสไฟฟ้าสลับเกิดขึ้นในขดลวดที่ 2 หรือขดลวด ทุติยภูมิ (Secondary Coil) โดยการเหนี่ยวนำและมีความต่างศักย์สูงขึ้น เพราะขดลวดที่ 2 มีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดที่ 1

ข. หม้อแปลงลง (Step-down Transformer) ต้องต่อกระแสไฟฟ้าสลับให้ขดลวด มากรอบ เป็นขดลวดที่ 1 ดังนั้น ขดลวดน้อยรอบ จะเป็นขดลวดที่ 2, ขดลวดที่ 2 จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่ำลง เพราะมีจำนวนรอบขดลวดน้อยกว่า