การผลิตกระแสไฟฟ้า

การผลิตกระแสไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้า
    การผลิตกระแสไฟฟ้า ในชีวิตประจำวันเราใช้พลังงานหรือกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นกระแสไฟฟ้าจากสถานีไฟฟ้าที่ส่งมาตามสายไฟ เข้าสู่อาคารบ้านเรือน หรือจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งในสภาวการณ์ปัจจุบันที่ปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าทวีมากขึ้นเรื่อย ๆ จึงมีกาคิดค้นวิธีการต่าง ๆ ที่จะนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าให้เพียงพอกับความต้องการและมีต้นทุนต่ำ
    อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะประกอบด้วยโปรตอนที่เป็นประจุไฟฟ้าบวกและอิเล็กตรอนที่เป็นประจุฟ้าลบในจำนวนที่เท่ากัน ซึ่งทำให้ธาตุชนิดนั้นมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าวัตถุทุกชนิดเมื่ออยู่สภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าจะไม่แสดงอำนาจประจำไฟฟ้าออกมา
สัญลักษณ์ของประจุไฟฟ้าบวก
สัญลักษณ์ของประจุไฟฟ้าลบ

    การนำวัตถุ 2 ชนิดมาเสียดสีกัน (ถูกัน) จะเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้า ทำให้วัตถุ 2 ชนิด แสดงอำนาจไฟฟ้าออกมาได้ เช่น การนำแท่งพลาสติกกับผ้าขนสัตว์ อิเล็กตรอนจากผ้าขนสัตว์จะถ่ายเทไปยังแท่งพลาสติก ทำให้แท่งพลาสติกมีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าจำนวนโปรตอน จึงแสดงอำนาจไฟฟ้าลบ (ประจุไฟฟ้าลบ) ส่วนผ้าขนสัตว์ที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะมีจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอน จึงแสดงอำนาจไฟฟ้าบวก


เซลล์ไฟฟ้าเคมี
เซลล์ไฟฟ้าเคมี เป็นแหล่งกำเนิไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1. เซลล์ไฟฟ้าปฐมภูมิ เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่ใช้แล้วไม่สามารถนำมาประจุไฟฟ้า (ชาร์จไฟ) ใหม่ได้ เช่น ถ่านไฟฉาย ถ่านใส่นาฬิกาข้อมือ
2. เซลล์ไฟฟ้าทุติยภูมิ เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่ใช้แล้วสามารถนำมาประจุไฟฟ้า (ชาร์จไฟ) ใหม่ได้ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ แบตเตอรี่ในโทรศัพท์มือถือ


    จากรูป สังกะสีจะแตกตัวเป็นอิออนและให้อิเล็กตรอนมากกว่าทองแดง ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากสังกะสีไปสู่ทองแดง ขณะเดียวกันก็จะเกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าทิศทางตรงกันข้ามกับการไหลของอิเล็กตรอนจากทองแดงไปสู่สังกะสีจนกระทั่งขั้วไฟฟ้าทั้งสองขั้วมีประจุไฟฟ้าเท่ากัน จึงหยุดการเคลื่อนที่ ตัวอย่างเซลล์ไฟฟ้าเคมี ได้แก่ ถ่านไฟฉาย ถ่านใส่นาฬิกา ถ่านลิเทียม แบตเตอรี่เป็นต้น
    ถ่านไฟฉาย (Dry cell) เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมี ที่มีลักษณะเป็นก้อน เมื่อใช้ไปเรื่อย ๆ กระแสไฟฟ้าจะลดลง จนกระทั่งหมดกระแสไฟฟ้า (ความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่างขั้วเป็นศูนย์) ในที่สุด ถ่านไฟฉายมีทั้งประเภทใช้แล้วทิ้ง และประเภทที่นำมาประจุ หรือชาร์จไฟฟ้าได้ใหม่
    ถ่านอัลคาไลน์ (Alkaline cell) มีรูปลักษณะคล้ายกับถ่านไฟฉาย มี่อายุการใช้งานยาวนานกว่า ถ่านไฟฉายธรรมดาและมีราคาแพงกว่า
    ถ่านลิเทียม (Lithium Cell) ส่วนใหญ่จะมีขนาดเล็กคล้ายกับเม็ดกระดุมมักใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กคล้ายกับเม็ดกระดุมมักใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก เช่น เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ โทรศัพท์มือถือ เป็นต้น ข้อดีของถ่านลิเทียมก็คือ สามารถรักษาระดับพลังงานไฟฟ้าในเซลล์ให้มีค่าคงที่ตลอดอายุการใช้งาน
    แบตเตอรี่ (Battery) เป็นการนำเซลล์ไฟฟ้าเคมีตั้งแต่ 2 เซลล์ขึ้นไปมาต่อพ่วงเข้าด้วยกัน เพื่อให้มีพลังงานไฟฟ้า มากขึ้น แบตเตอรี่ที่ใช้ปัจจุบันสามารถประจุไฟฟ้า (ชาร์จไฟ) ใหม่ได้ประมาณ 700 ครั้ง จึงมีราคาแพงแต่อายุการใช้งานที่ยาวนานเช่น แบตเตอรี่พาหนะ แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ เป็นต้น สำหรับแบตเตอรี่ที่ใช้กับยานพาหนะจะมีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถประจุไฟฟ้า (ชาร์จไฟ) สะสมไว้อย่างต่อเนื่อง เมื่อเครื่องยนต์ทำงานโดยจะต่อสายพานเครื่องยนต์ไปเชื่อมกับไดนาโมทำงานสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าสู่แบตเตอรี่ได้

ไดนาโม


   ไดนาโม (Dynamo) เป็นเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าโดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เปลี่ยนลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า หลักการทำงานของไดนาโมก็คือการหมุนขดลวดตัดสนามแม่เหล็กหรือเคลื่อนแท่งแม่เหล็กผ่านขดลวดอย่างรวดเร็ว ฟลักแม่เหล็กจะเปลี่ยนแปลงและเหนี่ยวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเรียกว่า กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
    ไดนาโม มีส่วนประกอบที่สำคัญ คือ ขั้วแม่เหล็ก 2 ขั้ว (ขั้ว N และS ) สำหรับทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ขดลวดไฟฟ้าพันรอบแกนเหล็กอ่อนสำหรับหมุนตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กวงแหวนจะเชื่อมอยู่ที่ปลายขดลวดเพื่อหมุนแปรงขดลวดแปรงจะครูดกับวงแหวนซึ่งจะนำกระแสไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นได้ให้ไหลออกไปใช้ประโยชน์
    
แหล่งผลิตกระแสไฟฟ้า
    การผลิตกระแสไฟฟ้าในปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้พลังงานน้ำเป้นแรงดัน ไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพราะระบบมีความซับซ้อนน้อยกว่า รวมไปถึงมีราคาถูกและจัดหาได้ง่าย ทำให้เกิดมลพิษต่ำกว่าการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีอื่น ๆ


    กังหันลม เป็นแหล่งพลังงานที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าที่มีต้นทุนต่ำประหยัด ต้นทุนต่ำ โดยการใช้พลังงานลมหมุนกังหัน แล้วต่อสายพานเข้ากับแกนไดนาโมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การใช้กังหันลมผลิตกระแสไฟฟ้าต้องใช้ในแหล่งที่มีลมพัดแรงตลอดเวลา เช่น ชายทะเล บนที่สูง เป็นต้น
    พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นแหล่งงานในการผลิตกระแสไฟฟ้าในปัจจุบันนิยมใช้กันมากขึ้น เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานที่มีอยู่ไม่จำกัด ประหยัด ต้นทุนในการผลิตต่ำซึ่งต่างจากแก๊ส และน้ำมันเชื้อเพลงที่มีต้นทุนในการผลิตสูงและมีโอกาสหมดไปจากโลก
    เซลล์สุริยะเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า แล้วเก็บพลังงานสะสมไว้ในแบตเตอรี่ เพื่อนำมาใช้งานต่อไป
    พลังงานไอน้ำ เป็นแหล่งพลังงานในการผลิตกระแสไฟฟ้าวิธีหนึ่งโดยใช้น้ำมัน แก๊ส หรือ ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในการต้มน้ำให้เดือดจนกลายเป็นไอน้ำที่มีแรงดันสูงแล้วนำพลังงานไอน้ำไปหมุนไดนาโมเพื่อเกิดกระแสไฟฟ้า


    พลังงานนิวเคลียร์ เป็นแหล่งพลังงานในการผลิตกระแสไฟฟ้าอีกวิธีหนึ่งโดยการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการจุดเตาปฏิกรณ์เพื่อต้มน้ำในหม้อขนาดใหญ่ให้กลายเป็นไอ แล้วนำไปหมุนไดนาโมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเช่นเดียวกับการใช้พลังงานไอน้ำ

ข้อสอบที่เกี่ยวข้อง