แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

การกำเนิดไฟฟ้า และ แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

 

1. ธรรมชาติของไฟฟ้า
สสารที่มีในโลกนี้ประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ซึ่งเราเรียกว่า อะตอมหรือ ปรมาณู
Atoms)ภายในอะตอมจะประกอบไปด้วยอนุภาคไฟฟ้าเล็กๆ 3 ชนิด คือ
- อิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ
- โปรตอน มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก
- นิวตรอน มีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง
การอยู่ร่วม กันของอนุภาคทั้งสามในอะตอมเป็นลักษณะที่โปรตอนและนิวตรอน
ร่วมกันอยู่ตรงกลาง เรียกว่า นิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบ ๆ

2.การไหลของอิเล็กตรอนภายในอะตอมจะมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส เป็นวง ๆ ซึ่งอิเล็กตรอน
ที่อยู่วงนอกสุดเรียกว่า อิเล็กตรอนอิสระ และถ้าอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกนี้ได้รับ
พลังงานก็จะทำให้อิเล็กตรอน เคลื่อนที่ไปอยู่ในอะตอมที่ ถัดไปทำให้เกิดการ
ไหลของอิเล็กตรอน พลังงานที่จะทำให้อิเล็กตรอน ในวัตถุตัวนำไหลได้ คือ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งจะทำหน้าที่ทั้งการรับและจ่ายอิเล็กตรอน ซึ่งเราเรียกว่า
ขั้วไฟฟ้า โดยกำหนดไว้ว่าขั้วที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้วบวก
ขั้วที่จ่ายอิเล็กตรอน เรียกว่า ขั้วลบ

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการเสียดสีของวัตถุผู้ค้นพบไฟฟ้าสถิตครั้งแรก คือ นักปราชญ์กรีกโบราณ ท่านหนึ่งชื่อเทลิส
(Philosopher Thales) แต่ยังไม่ทราบ อะไรเกี่ยวกับไฟฟ้ามากนัก
จนถึงสมัยเซอร์วิลเลี่ยมกิลเบอร์ค(Sir William Gilbert)
ได้ทดลองนำเอาแท่งอำพันถูกับ ผ้าขนสัตว์ปรากฏว่าแท่งอำพันและผ้าขนสัตว์
สามารถดูด ผงเล็ก ๆ ได้ปรากฏการณ์นี้คือการเกิดไฟฟ้าสถิตบน วัตถุทั้งสอง

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานทางเคมี เป็นไฟฟ้าชนิดกระแสตรง

สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบ คือ

- เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่ให้กระแสไฟฟ้าตรง
- ผู้คิดค้น:เคานต์อาเลสซันโดรยูเซปเปอันโตนีโออานัสตาซีโอวอลตา
- ใช้แผ่นสังกะสี และแผ่นทองแดงจุ่มลงในสารละลายของกรดกำมะถัน
อย่างเจือจาง มีแผ่นทองแดงเป็นขั้วบวกแผ่นสังกะสีเป็นขั้วลบ เรียกว่า
เซลล์วอลเทอิก เมื่อต่อเซลล์กับวงจรภายนอก ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลจาก
แผ่นทองแดงไปยังแผ่นสังกะสี ขณะที่เซลล์วอลเทอิกจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับ
หลอดไฟแผ่นสังกะสี จะค่อย ๆ กร่อนไปทีละน้อยซึ่งจะเป็นผลทำให้กำลังใน
การจ่ายกระแสไฟฟ้าลดลงด้วย และเมื่อใช้ไปจนกระทั่งแผ่นสังกะสีกร่อนมากก็
ต้องเปลี่ยนสังกะสีใหม่ จึงจะทำให้การจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ต่อไปเท่าเดิม

- ข้อดีของเซลล์ปฐมภูมินี้ คือ เมื่อสร้างเสร็จสามารถนำไปใช้ได้ทันที
- ข้อเสียของเซลล์แบบนี้ คือ ผู้ใช้จะต้องคอยเปลี่ยนแผ่นสังกะสี
ทุกครั้งที่เซลล์จ่ายกระแสไฟฟ้าลดลง

เซลล์วอลเทอิกนี้ ..ถือว่าเป็นต้นแบบของการประดิษฐ์เซลล์แห้ง
(Dry Cell) หรือถ่านไฟฉาย ในปัจจุบัน ทั้งเซลล์เปียกและ
เซลล์แห้งนี้เรียกว่า เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell)

2) เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary Cell)

- เป็นเซลล์ไฟฟ้าสร้างขึ้นแล้วต้องนำไปประจุไฟเสียก่อนจึงจะนำมาใช้
- เมื่อใช้ไฟหมดแล้วก็สามารถนำไปประจุไฟใช้ได้อีก โดยไม่ต้องเปลี่ยน
ส่วนประกอบภายใน และเพื่อให้มีกระแสไฟฟ้ามากจะต้องใช้เซลล์
หลายแผ่นต่อกันแบบขนานแต่ถ้าต้องการให้แรงดันกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นก็ต้อง
ใช้เซลล์หลาย ๆแผ่นแบบอนุกรม เซลล์ไฟฟ้าแบบนี้มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า
สตอเรจเซลล์ หรือ สตอเรจแบตเตอรี่(Storage Battery)

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าที่ได้มาจากพลังงานแม่เหล็กโดยวิธีการใช้ลวดตัวนำไฟฟ้า
ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก หรือ การนำสนามแม่เหล็กวิ่งตัดผ่านลวดตัวนำอย่างใด
อย่างหนึ่ง ทั้งสองวิธีนี้จะทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหล ในตัวนำนั้น
กระแสที่ผลิตได้มีทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ

1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
หลักการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง อาศัยหลักการที่ตัวนำเคลื่อนที่
ตัดสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงเคลื่อนที่ไฟฟ้าขึ้นในลวดตัวนำนั้น

โครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง มีดังนี้
ก. ส่วนที่อยู่กับที่
ประกอบด้วย
โครงและขั้วแม่เหล็ก
- สร้างสนามแม่เหล็ก
หรือเส้นแรงแม่เหล็กและ
ส่วนที่รับกระแสไฟออก

ข. ส่วนที่เคลื่อนที่/ส่วนที่หมุน
เรียกว่า อาร์มาเจอร์ (Armature)
ประกอบด้วย
1. แกนเพลา
2. แกนเหล็ก
3. คอมมิวเตเตอร์

2) เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
มีโครงสร้างเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แต่ที่อาร์มาเจอร์
มีวงแหวนแทนคอมมิวเตเตอร์ (Commutature) หลักการทำงานของ
การเกิดมีขั้นตอนโครงสร้าง 9 ขั้นตอน

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานแสง

เกิดจากการที่แสงผ่านกระแสไฟฟ้า จากพลังงานสารกึ่งตัวนำ เพราะว่า
เมื่อสารกึ่งตัวนำได้รับแสง อิเล็กตรอนภายในสารหลุดออกมา และเคลื่อนที่ได้
แหล่งกำเนิดไฟฟ้านี้ที่ใช้อยู่ปัจจุบันเรียกว่า โฟโตเซลล์ (Photo Cell)ใช้
ในเครื่องวัดแสงของกล้องถ่ายรูป การปิดเปิดประตูลิฟต์และระบบนิรภัย เป็นต้น

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานความร้อน

กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นจากพลังงานความร้อนโดยการนำโลหะ 2 ชนิดมายึด
ติดกัน แล้วให้ความร้อน จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในแท่งโลหะทั้งสอง เช่น
ใช้ทองคำขาวกับคอนสแตนตันยึดปลายข้างหนึ่งให้ติดกัน และปลายอีก
ด้านหนึ่งของโลหะ ทั้งสองต่อเข้ากับเครื่องวัดไฟฟ้า กัลวานอร์มิเตอร์
เมื่อใช้ความร้อนเผาปลาย ของโลหะที่ยึดติดกันนั้น พลังงานความร้อนจะ
ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าขึ้น เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเครื่องวัดไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากแรงกด

กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากแรงกด สารที่ถูกแรงกด หรือดึง จะเกิดกระแสไฟฟ้า
ผลึก ของ ควอตซ์ ทัวร์มาไลท์และเกลือโรเซลล์ เมื่อนำเอาผลึกดังกล่าวมา
วางไว้ระหว่าง โลหะทั้งสองแผ่น แล้วออกแรงกด สารนี้จะมีไฟฟ้าออกมา
ที่ปลายโลหะทั้งสอง พลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้ต่ำมาก นำไปใช้ทำไมโครโฟน
หูฟัง โทรศัพท์ หัวปิคอัพของเครื่องเล่นจานเสียง เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current)

เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น
ในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ
- ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว
- ไฟฟ้ากระแสสลับ สองเฟส
- ไฟฟ้ากระแสสลับ สามเฟส
ในปัจจุบันนิยมใช้เพียง 2 ชนิดเท่านั้น คือ
- ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว
- ไฟฟ้ากระแสสลับ สามเฟส

ก. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)
ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้า
ทำให้กระแสไหลไปยังวงจรภายนอก โดยผ่านวงแหวน
และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุน
ลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น

ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวด ตัวนำหลายชุด
ไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
กระแสสลับถ้าหากออกแบบ ชุดขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด
แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น


ข. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase)
เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส
โดยการออกแบบจัดวาง ขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น
เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า


ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว
(SinglePhase)ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้ สายไฟฟ้า 2 สายคือ
สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า
สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่ง

อาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส
ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสีย
ลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น
1) เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell)