ไฟฟ้า การเดินทางของพลังงาน

กระแสไฟฟ้า (Electric current) คือปริมาณประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านจุดหนึ่งในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

• กระแส 1 A หมายถึงประจุ 1 คูลอมบ์ (C) ไหลผ่านจุดนั้นทุกวินาที
• อิเล็กตรอนมีอยู่ในสายไฟตลอดเวลาแม้ไม่มีกระแส พอเปิดสวิตช์ มันจึงเริ่มเคลื่อนพร้อมกันทั้งวงจร ไฟเลยติดทันที
• ทิศของกระแสที่ใช้คำนวณ (Conventional current) กำหนดให้ไหลจากขั้วบวกไปขั้วลบ ส่วนอิเล็กตรอนจริงๆ เคลื่อนสวนทาง

แรงดันไฟฟ้า หรือความต่างศักย์ (Potential difference) คือพลังงานที่ประจุ 1 คูลอมบ์ได้รับหรือสูญเสียไประหว่างสองจุด มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)

• 1 V = 1 จูลต่อคูลอมบ์ (J/C)
• สีของสายไฟบอกระดับศักย์ไฟฟ้า สายเส้นเดียวกันมีศักย์เท่ากันตลอดทั้งเส้น
• ศักย์ไฟฟ้าลดลงเฉพาะเมื่อผ่านอุปกรณ์ที่ใช้พลังงาน เช่น ตัวต้านทาน
• เปิดสวิตช์แล้วกระแสจะหยุด แต่แบตเตอรี่ยังมีแรงดันอยู่เท่าเดิม

กฎของโอห์ม (Ohm's law): กระแสไฟฟ้าแปรผันตรงกับแรงดัน และแปรผกผันกับความต้านทาน

• เพิ่ม V เป็น 2 เท่า กระแสจะเพิ่มเป็น 2 เท่า
• เพิ่ม R เป็น 2 เท่า กระแสจะลดเหลือครึ่งหนึ่ง
• กราฟ I กับ V ของตัวต้านทานเป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ความชันของกราฟคือ 1/R

ในวงจรอนุกรม กระแสไฟฟ้าเท่ากันทุกจุด แต่แรงดันไฟฟ้าถูกแบ่งให้แต่ละอุปกรณ์ตามความต้านทานของอุปกรณ์นั้น

• ผลรวมแรงดันที่ตกคร่อมทุกชิ้น = แรงดันของแบตเตอรี่
• อุปกรณ์ที่ความต้านทานมาก จะมีแรงดันตกคร่อมมาก (V = IR)
• เพิ่มตัวต้านทาน → R_รวมเพิ่ม → กระแสทั้งวงจรลด

ในวงจรขนาน แรงดันคร่อมทุกสาขาเท่ากัน แต่กระแสแบ่งไปตามแต่ละสาขา สาขาที่ความต้านทานน้อยจะได้กระแสมากกว่า

• กระแสรวม = ผลรวมกระแสทุกสาขา
• ต่อสาขาเพิ่ม → R_รวมลดลง → กระแสรวมจากแบตเตอรี่มากขึ้น
• R_รวมของวงจรขนานน้อยกว่าความต้านทานของสาขาที่น้อยที่สุดเสมอ

กำลังไฟฟ้าคือพลังงานไฟฟ้าที่ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นในหนึ่งวินาที 1 W = 1 J/s

• เมื่อแทน V = IR จะได้ P = I²R และ P = V²/R ทั้งสามสูตรให้ค่าเดียวกันเสมอ
• หลอด "6 V 3 W" หมายความว่า ถ้าได้แรงดัน 6 V จะใช้กำลัง 3 W และสว่างตามปกติ
• หลอดไส้เปลี่ยนพลังงานเป็นแสงได้เพียงประมาณ 5% ที่เหลือกลายเป็นความร้อน

พลังงานไฟฟ้า = กำลังไฟฟ้า × เวลา กำลังเป็นอัตรา ส่วนพลังงานเป็นปริมาณที่สะสมเพิ่มขึ้นตามเวลา

• หน่วย SI ของพลังงานคือจูล (J) = W × s
• การไฟฟ้าใช้หน่วยกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) เพราะตัวเลขจูลใหญ่เกินไป 1 kWh = 3,600,000 J
• ค่าไฟ ≈ จำนวนหน่วย × ราคาต่อหน่วย

โรงไฟฟ้า → สายส่งแรงสูง → สถานีไฟฟ้าย่อย → สายจำหน่าย → บ้าน → เครื่องใช้ไฟฟ้า พลังงานถูกถ่ายโอนต่อกันเป็นทอดๆ และบางส่วนกลายเป็นความร้อนระหว่างทาง

• ส่งไฟด้วยแรงดันสูงเพื่อให้กระแสน้อยลง ความร้อนที่สูญเสียในสาย (I²R) จึงน้อยลง
• ไฟบ้านในไทยเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 230 V 50 Hz
• ห้ามทดลองกับไฟบ้านจริง งานเดินสายไฟต้องให้ช่างไฟฟ้าที่มีใบอนุญาตทำ