กระแสไฟฟ้า ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 วิชาวิทยาศาสตร์

กระแสไฟฟ้า-ม3-ฟิสิกส์

เพื่อน ๆ เคยสงสัยกันไหมว่ากระแสไฟฟ้าที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้คืออะไรและเกิดจากอะไรกันแน่ บทเรียนจาก StartDee วันนี้จะพาเพื่อน ๆ ไปหาคำตอบเหล่านี้พร้อม ๆ กัน (หรือจะดาวน์โหลดแอป StartDee แล้วไปเรียนกันได้เลย)

กระแสไฟฟ้ากับอิเล็กตรอน

ก่อนอื่นมาดูกันว่ากระแสไฟฟ้าคืออะไร กระแสไฟฟ้า คือ ปริมาณประจุที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดต่อหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (ampere) และมีทิศตามการไหลของประจุบวก กระแสไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์ (scalar) โดยเราสามารถเขียนสมการสำหรับหาขนาดของกระแสไฟฟ้าได้ว่า

I = q / t

เมื่อ I คือ กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

q คือ ปริมาณของประจุที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัด มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C)

t คือ ช่วงเวลาที่ประจุดังกล่าวใช้ในการไหลผ่านพื้นที่หน้าตัด มีหน่วยเป็นวินาที (s)

ถึงจะมีทิศตามการไหลของประจุบวก แต่สิ่งที่น่าสังเกตเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าก็คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่ในสายไฟภายในบ้านของเรานั้นไม่ได้เกิดจากการไหลของประจุบวก แต่เป็นการไหลของประจุลบอย่างอิเล็กตรอนต่างหาก โดยประจุลบจะเคลื่อนที่ในทิศทางที่ตรงกันข้ามกับประจุบวก แต่ถึงจะเป็นอย่างนั้น เราก็ยังคงนิยามให้ทิศของกระแสไฟฟ้าเป็นทิศทางเดียวกับการไหลของประจุบวกอยู่ดี

กระแสไฟฟ้า-อิเล็กตรอน-ม3-ฟิสิกส์

รูปที่ 1 แสดงทิศการไหลของอิเล็กตรอนที่ตรงข้ามกับทิศการไหลของกระแสไฟฟ้า

พอเป็นแบบนี้เลยเหมือนว่าการไหลของอิเล็กตรอนได้ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่ในทิศที่ตรงกันข้ามกับทิศที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ โดยกระแสไฟฟ้านี้จะมีขนาดเท่ากับปริมาณประจุของอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดต่อหนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งเราสามารถหาประจุที่ไหลผ่านตัวนําไฟฟ้าหรือพื้นที่หน้าตัดใด ๆ ได้จากสมการนี้

q = Ne

เมื่อ N คือ จํานวนอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดภายในสายไฟหรือตัวนําไฟฟ้า

e คือ ขนาดประจุของอิเล็กตรอน (1.60210-19 C)

วิ่งสิอิเล็กตรอน! วิ่งงงงง

อีกสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าก็คือความเร็วในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและกระแสไฟฟ้า เพื่อน ๆ บางคนอาจจะทราบว่าอิเล็กตรอนนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่สูงมาก แต่เอ๊ะ! ทําไม กระแสไฟฟ้ากลับเคลื่อนที่ได้ช้ากว่ามาก เป็นเพราะอะไรกันนะ?

สาเหตุที่เป็นแบบนี้ก็เพราะว่า ถึงแม้ตัวอิเล็กตรอนเองจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่สูง แต่อิเล็กตรอนมีลักษณะการเคลื่อนที่แบบสะเปะสะปะ ไม่มีระเบียบ ทําให้โดยภาพรวมแล้วอิเล็กตรอนเหล่านี้เคลื่อนที่ไปได้ระยะไม่มากนัก ส่งผลให้ความเร็วโดยภาพรวมมีขนาดน้อยกว่าความเร็วปกติของอิเล็กตรอนมาก ซึ่งเราเรียกความเร็วโดยภาพรวมหรือความเร็วโดยเฉลี่ยที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปได้ว่า “ความเร็วลอยเลื่อน (drift velocity)” ซึ่งมีขนาดเท่ากับขนาดความเร็วที่กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่แต่อยู่ในทิศตรงกันข้าม

ม3-ฟิสิกส์-ความเร็ว-กระแสไฟฟ้า

รูปที่ 2 แสดงการเคลื่อนที่แบบไม่มีทิศทางที่แน่นอนของอิเล็กตรอน

ทีนี้เราก็รู้แล้วว่ากระแสไฟฟ้าคืออะไร แต่สำหรับกระแสไฟฟ้าที่เราใช้กันในบ้านน่ะไม่ได้ปล่อยให้ใช้ฟรี ๆ หรอกนะ ถ้าใช้แบบไม่ประหยัดตอนคิดค่าไฟจะปวดหัวเอานะ เราขอเตือนไว้ก่อน อิอิ

Banner_N-Dunk_Blue

 

แสดงความคิดเห็น