กระแสสลับ


กระแสสลับ คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลกลับไปกลับมาที่ช่วงเวลาที่สม่ำเสมอในวงจรไฟฟ้าเมื่อกระแสไหลจากค่าต่ำสุดไปถึงค่าสูงสุด และกลับมาที่ค่าต่ำสุด จากนั้นก็เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุด ในทิศทางที่ตรงข้ามกัน จากนั้นจึงไหลกลับมาที่จุดต่ำสุดอีกครั้งหนึ่ง เรียกว่า หนึ่งไซเคิล (Cycle) โดยทั่วไปไซเคิล เท่ากับ 360 องศา ดังภาพ ซึ่งแสดงรูปคลื่นหรือไซเคิลที่เรียกว่า รูปคลื่นซายน์ (Sine Wave) ซึ่งเกิดมาจากการหมุนของเครื่องกำเนิดกระแสสลับ (A.C. Gennerator)

แสดงรูปคลื่นซายน์ที่เกิดจากการหมุนเครื่อง กำเนิดกระแสสลับ

จำนวนครั้งของไซเคิล ที่เกิดซ้ำ ๆ กันใน 1 วินาที เรียกว่า ความถี่ (Frequency) มีหน่วยเป็น เฮิทซ์ (Hz) ตัวอย่าง เช่น เมื่อกระแสไหลกลับไปกลับมาเป็นจำนวน 50 ครั้ง ในเวลา 1 วินาที นั่นคือความถี่ 50 เฮิทซ์ ความถี่สูงมีผลให้อาร์คมีความต่อเนื่องและสม่ำเสมอ กระแสและแรงดันสลับมีค่าเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอเมื่อเทียบกับเวลา ดังนั้นการบอกค่ากระแสและแรงดันสลับจึงบอกเป็นค่ารากเฉลี่ยกำลังสอง (RMS : Root Mean Square) โดยมีสมการ ดังนี้

เมื่อ Irns และ Erms คือค่ากระแสและแรงดันสลับที่ทำให้เกิดปริมาณความร้อนในตัวต้านทานที่ต่ออยู่ในวงจร เทียบเท่ากับ เมื่อป้อนกระแสและแรงดันไฟตรงค่าเดียวกัน

เมื่อ Irns และ Erms คือค่ากระแสและแรงดัน สูงสุดในหนึ่งไซเคิล กระแสและแรงดันสลับสามารถวัดได้ด้วย เอซี-แอมป์-โวลท์มิเตอร์ (Ac Amp-Volt Meter) ซึ่งค่าที่วัดได้เป็น ค่าเฉลี่ยกำลังสอง (R.M.S Value) เช่นกัน ดังนั้นเครื่องเชื่อมกระแสตรงขนาด 100 แอมป์ เทียบเคียงได้เท่ากับเครื่องเชื่อมกระแสสลับขนาด 707 แอมป์ (0.707 x 100) ในวงจรไฟสลับความต้านทานที่เกิดขึ้นต้านการไหลของกระแส เรียกว่า รีแอกแตนซ์ (Reactance) ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ รีแอกแตนซ์จากขดลวด (Inductive Reactance) และรีแอกแตนซ์จากขดลวด (Inductive Reactance) และรีแอกแตนซ์จากตัวเก็บประจุ (Capacitive Reactance) โดยรีแอกแตนซ์ทั้งสองนี้มีผลกับวงจรไฟสลับ

แม่เหล็กไฟฟ้า

อองเดร-มารี อองแปร์
ผู้ค้นพบแม่เหล็กไฟฟ้า ไมเคิล ฟาราเดย์ : Micheal Faraday
- ค้นพบสมบัติของแม่เหล็กที่ทำให้เกิดไฟฟ้า

- ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโม (Dynamo)

ประจุไฟฟ้ามีทั้งประจุบวกและประจุลบโดยเส้นแรงไฟฟ้าของประจุบวกจะพุ่งออกและของประจุลบจะพุ่งเข้าหา แสดงดังรูปด้านบน ในที่ที่มีเส้นแรงไฟฟ้าเราเรียกว่ามีสนามไฟฟ้า ทิศทางของเส้นแรงไฟฟ้าคือทิศทางของสนามไฟฟ้าที่จุดนั้นๆ
เส้นแรงแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก
เมื่อนำกระดาษแข็งวางบนแท่งแม่เหล็กโรยเศษผงเหล็กละเอียดบนกระดาษแล้วค่อยๆเคาะด้วยนิ้วเบาๆ ผงเหล็กจะเรียงตัวตามเส้นแรงแม่เหล็กจากขั้ว N ไปขั้ว S อย่างสวยงามดังรูปด้านบน โดยในที่ที่มีเส้นแรงแม่เหล็ก เราเรียกว่ามี สนามแม่เหล็ก
เส้นแรงแม่เหล็กรอบตัวนำ
รูปด้านบนแสดงเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ซึ่งมีลักษณะเป็นรูปวงกลม โดยเส้นแรงแม่เหล็กมีทิศทางไปในทิศของการขันสกรูเกลียวขวาเมื่อกระแสมีทิศทางพุ่งเข้าและจะไปในทิศการขันสกรูเกลียวซ้ายเมื่อกระแสพุ่งออก

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (Electric and Magnetic Field: EMFs) จะหมายถึงเส้นสมมุติที่เขียนขึ้นเพื่อแสดงอาณาเขตและความเข้มของเส้นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่มีความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า (เรียกว่า สนามไฟฟ้า) และที่เกิดขึ้นโดยรอบวัตถุที่มีกระแสไฟฟ้าไหล (เรียกว่า สนามแม่เหล็ก) ในกรณีกล่าวถึงทั้ง สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กพร้อมกันมักจะเรียกรวมว่า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Field: EMF)หรือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสามารถเกิดขึ้นได้ 2 ลักษณะคือ

1) เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ได้แก่ สนามแม่เหล็กโลก คลื่นรังสีจากแสงอาทิตย์ คลื่นฟ้าผ่า คลื่นรังสีแกมมา เป็นต้น
2) เกิดขึ้นจากการสร้างของมนุษย์ แบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ

- แบบจงใจ คือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่จงใจสร้างให้เกิดขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์หลักที่จะใช้ประโยชน์โดยตรงจากคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนี้ เช่น ให้สามารถส่งไปได้ในระยะไกลๆ ด้วยการส่งสัญญาณของระบบสื่อสารสัญญาณเรดาร์ คลื่นโทรศัพท์ คลื่นโทรทัศน์และ คลื่นวิทยุ และการใช้คลื่นไมโครเวฟในการให้ความร้อน เป็นต้น

- แบบไม่จงใจ คือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการใช้งานอุปกรณ์ โดยไม่ได้มีวัตถุประสงค์หลักที่จะใช้ประโยชน์โดยตรงจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเช่น ระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า (สายส่งไฟฟ้า)รวมถึงอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น

ฟลักซ์ที่ชี้ไปทางขวาลดลงวงปิดชดเชยด้วยเส้นสนามไปทางขวา(เส้นสนามจากขั้วเหนือกำลังลดลง
วงปิดต้านโดยการเพิ่มขั้วใต้)

ฟลักซ์ที่ไปทางขวาเพิ่มขึ้นวงปิดต้านด้วยเส้นสนามไปทางซ้าย(เส้นสนามจากขั้วเหนือกำลังเพิ่มขึ้น
วงปิดต้านโดยการเพิ่มขั้วเหนือ)

เราอาจเข้าใจสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจะสร้างสนามไฟฟ้า และทำให้เกิดแรงไฟฟ้าขึ้น แรงนี้ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต และทำให้เกิดการไหลของประจุไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า) ในตัวนำขึ้น ขณะเดียวกัน อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ จะสร้างสนามแม่เหล็ก และทำให้เกิดแรงแม่เหล็กต่อวัตถุที่เป็นแม่เหล็ก

คำว่า "แม่เหล็กไฟฟ้า" มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ถ้ากฏของฟิสิกส์จะเหมือนกันใน ทุก กรอบเฉื่อย การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า (เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้เป็นพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้านั่นเอง) ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า ก็ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก
เนื่องจาก สนามทั้งสองไม่สามารถแยกจากกันได้ จึงควรรวมให้เป็นอันเดียวกัน เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ เป็นผู้รวมสนามไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็กเข้าด้วยกันด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ เพียงสี่สมการ ที่เรียกว่า สมการของแมกซ์เวลล์ ทำให้เกิดการพัฒนาฟิสิกส์ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 19เป็นอย่างมาก และนำไปสู่ความเข้าใจในเรื่องต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น แสงนั้น อธิบายได้ว่าเป็นการสั่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่กระจายออกไป หรือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั่นเอง ความถี่ของการสั่นที่แตกต่างกันทำให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกัน เช่น คลื่นวิทยุเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ แสงที่มองเห็นได้เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ปานกลาง รังสีแกมมาเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง
ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิด ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี ค.ศ. 1905

ตุ๊กตา