การหา กระแสไฟฟ้า ม.5

การหา กระแสไฟฟ้า ม.5

กระแสไฟฟ้า 

ในบทไฟฟ้ากระแสนี้ พื้นฐานที่สำคัญที่สุดก่อนที่จะไปยังกฎของโอห์ม คือเรื่องของ กระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่เรารู้จักอยู่ในทุกวันนี้เป็นเหมือนสิ่งที่เราสมมติขึ้นมาเท่านั้น เพราะว่าเราไม่สามารถมองเห็น กระแสไฟฟ้านั้นได้จริงๆ เพราะฉะนั้นการนิยามกระแสไฟฟ้าจากหลักการหรือวิธีการต่างๆนั้นเป็นสิ่งที่เราควรทราบก่อนที่จะมาประยุกต์ใช้กระแสไฟฟ้าในชีวิตประจำวันซึ่งจะถูกพูดในบทความอื่นต่อไป

ความหมายของกระแสไฟฟ้า

คือ การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า หรือ การถ่ายโอนตัวนำ กล่าวคือ การที่ประจุเคลื่อนที่จากศักย์ไฟฟ้าหนึ่งไปอีกศักย์ไฟฟ้าหนึ่ง

การนำไฟฟ้าของตัวนำ

ขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวกลางใด ๆ เท่ากับปริมาณประจุไฟฟ้าที่ผ่านพื้นที่ภาคตัดของตัวกลางในหนึ่งหน่วยต่อเวลา เขียนได้เป็นสูตรว่า

I = Q / t

 

โดยที่

I  = กระแสไฟฟ้าในตัวกลาง (A)

Q =  ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ผ่านภาคตัด  ( C )

t = เวลาที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านภาคตัด (s)

ทิศทางของกระแสไฟฟ้า

ทิศทางของกระแสไฟฟ้า จะมีทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของประจุบวก และตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของประจุลบ

การหากระแสไฟฟ้าในกรณีที่ทราบพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ

 

สามารถหากระแสไฟฟ้าได้จากสมการ

 

I = evAn

 

โดยที่

I = กระแสไฟฟ้าในตัวกลาง (A)

e = ประจุของอิเล็กทรอน = 1.6 x 10-19 C

v = ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กทรอน ( m/s )

A = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ (m2)

n = จำนวนอิเล็กทรอนใน 1 หน่วยปริมาตร (อนุภาค / m3)

 

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและเวลา

I=Q/t

เพราะฉะนั้น

Q=It

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง  กระแสไฟฟ้า I(A) และ เวลา t(s) จากสูตรจะสรุปได้ว่า พื้นที่ใต้กราฟ คือ ประจุไฟฟ้า Q(C)

ความนำไฟฟ้า(G)

คือ สมบัติที่ตรงข้ามกับความต้านทานไฟฟ้าของวัตถุ โดยจะแปรผกผันกับความต้านทานไฟฟ้า กล่าวคือ ถ้าความนำไฟฟ้ามากความต้านทานไฟฟ้าจะน้อย แต่ถ้าความนำไฟฟ้าน้อยความต้านทานไฟฟ้าจะมาก

ตัวอย่าง ถ้ามีกระแสไฟฟ้า 1.25 แอมแปร์ ในเส้นลวดโลหะเส้นหนึ่ง ประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของเส้นลวดโลหะเส้นนั้นในเวลา 5.0 นาที จะมีค่าเท่าไหร่

วิธีทำ จากสูตร

I= Q/t 

เราสามารถย้ายฝั่งสมการได้เป็น Q = It

โดยจากโจทย์สิ่งที่เราทราบก็คือ 

I = 1.25 A 

t = 5 นาที = 5 x 60 = 300 วินาที

เพราะฉะนั้นเราจะหาประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของเส้นลวดโลหะได้ เท่ากับ Q = 375 C 

ตัวอย่าง กระแสไฟฟ้าไหลผ่าเส้นลวดเส้นหนึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ดังแสดงในกราฟ

วิธีทำ ในโจทย์ที่ลักษณะกราฟ เราจะต้องใช้หลักการที่ว่า

ปริมาณไฟฟ้า = พื้นที่ใต้กราฟ

จากรูปเราสามารถหาพื้นที่ใต้กราฟจากพื้นที่สี่เหลี่ยมคางหมู = 80 C

ตัวอย่าง ลวดโลหะเส้นหนึ่งมีอิเล็กตรอนอิสระ 5.0 x 1028 ตัวต่อลูกบาศก์เมตร ลวดมีพื้นที่หน้าตัด 2.5 ตารางมิลลิเมตร ถ้าอิเล็กตรอนแต่ละตัวเคลื่อนที่ด้วยขนาดความเร็วลอยเลื่อน 0.30 มิลลิเมตรต่อวินาที จะมีกระแสไฟฟ้าเท่าใดในเส้นลวดนี้

วิธีทำ สิ่งที่เราทราบคือ

n = 5 x 1028 m3

e = 1.6 x 1019 C

v = 0.3 x 10-3  ms-1

A = 2.5 x 10-6 m-2

จากสูตร

I = nevA

จะได้ว่า

I = (5 x 1028)(1.6 x 1019)( 0.3 x 10-3 )(2.5 x 10-6)

I = 6 A

เนื้อหาอื่นๆ

กระแสไฟฟ้า
การต่อตัวต้านทาน
การแบ่งความต่างศักย์ และกระแสไฟฟ้า
มิเตอร์และการต่อมิเตอร์
การคิดค่าไฟฟ้า
ตัวต้านทาน
กฎของโอห์ม
แบตเตอรี่
กำลังไฟฟ้า