ฟิสิกส์ ไฟฟ้ากระแสสลับ

สรุปเนื้อหา ไฟฟ้ากระแสสลับ คืออะไร

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) คือ ไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว สองเฟส และสามเฟส

เครื่องกำเนิดกระแสสลับ (alterating current generator หรือ alternato) คือ เครื่องมือที่ก่อกำเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ ประกอบด้วยขดลวดหมุนอยู่ในสนามแม่เหล็ก ปลายทั้งสองของขดลวดนี้ต่อกับวงแหวนปลายละอัน วงแหวนแต่ละอันมีแปรงแตะและมีสายไฟฟ้าต่อจากแปรงเพื่อนำเอาไฟฟ้าไปใช้

ส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น ประกอบด้วยส่วนนอกซึ่งอยู่กับที่เรียกว่า ตัวนิ่ง (stator) มีขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าติดอยู่กับตัวนิ่งนี้ ขั้วแม่เหล็กนี้อาจติดไว้1 คู่ คือ ขั้ว N ขั้วหนึ่งและขั้ว S อีกขั้วหนึ่ง หรือ 2 คู่หรือ 3 ก็ได้ ขั้วแม่เหล็กเหล่านี้จะเรียงสลับกันไป ส่วนขดลวดนั้นพันอยู่รอบๆตัวหมุน (rotor) ซึ่งหมุนอยู่ตรงกลาง

ไฟฟ้า 1 รอบนั้นเกิดจากการที่ขดลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็ก N และ S หนึ่งคู่ เมื่อลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กของขั้ว N1S1 จะได้ไฟฟ้าออกมา 1 รอบ และเมื่อผ่านสนามแม่เหล็กของคู่ N2S2 จะได้ไฟฟ้าออกมาอีก 1 รอบ

ดังนั้น ถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขั้วแม่เหล็ก NS เพียงคู่เดียว เมื่อขดลวดหรือตัวหมุนไป 1รอบ จะได้ไฟฟ้าออกมา 1 รอบ และถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขั้วแม่เหล็กสองคู่ เมื่อขดลวดหรือตัวหมุนไปครบ1 รอบ จะได้ไฟฟ้าออกมา 2 รอบ

 

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ประกอบด้วย เครื่องกำเนิดกระแสสลับ และส่วนประกอบอีก 3 อย่างคือ

• ตัวต้านทาน (resistor)
• ตัวจุ (capacitor)
• ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor)

 

ค่ายังผลของกระแส คืออะไร

ในการวัดค่าไฟฟ้าของกระแสสลับถ้าใช้เครื่องวัดไฟฟ้า(แอมมิเตอร์)กระแสตรงมาวัด เข็มชี้ของแอมมิเตอร์จะเบนกลับไปกลับมาทั้งนี้เนื่องจากกระแสไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงขึ้นๆ ลงๆ และไหลกลับไปกลับมาตลอดเวลา การวัดค่ากระแสไฟฟ้าของกระแสสลับจึงทำได้ดังต่อไปนี้

จากรูปให้กระแสสลับ i เคลื่อนที่ผ่านความต้านทาน R และกระแสตรง I เคลื่อนที่ผ่านความต้านทาน R เช่นกัน ถ้าในเวลาที่เท่ากัน กระแสสลับ i ทำให้ความต้านทาน R เกิดพลังงานความร้อนเท่ากับพลังงานความร้อนที่กระแสตรง I ทำให้เกิดกับความต้านทาน R เช่นเดียวกัน ค่าของกระแสตรง I จะใช้แทนค่าของกระแสสลับ i ในทำนองเดียวกันค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของกระแสตรง(V) จะนำมาใช้เป็นค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของกระแสสลับได้เช่นเดียวกัน ซึ่งจะเรียกค่าที่นำมาใช้แทนกันนี้ว่า ค่ายังผล หรือค่ามิเตอร์ ทั้งนี้เพราะมิเตอร์ของกระแสสลับจะปรับค่าที่วัดได้ให้เป็นค่ายังผลเพื่อสะดวกในการอ่านค่านั่นเอง

 

ความต่างศักย์

สำหรับเรื่องไฟฟ้ากระแสสลับ ความต่างศักย์ระหว่างสองจุดใดๆ มีวิธีคิดคล้ายกับกระแสตรง ซึ่งยังคงใช้กฎของโอห์ม คือ ความต่างศักย์ = กระแส x ความต้านทาน

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งมี R L และ C

สรุปสูตรไฟฟ้ากระแสสลับ

ตัวอย่างข้อสอบ ไฟฟ้ากระแสสลับ

1. ตัวต้านทานและขดลวดเหนี่ยวนำต่ออนุกรมกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความต่างศักย์ขณะใดขณะหนึ่งเป็น V = 100 sin(1000t) โวลท์ เมื่อใช้โวลท์มิเตอร์วัดความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทานอ่านได้ 70 โวลท์ ถ้านาไปวัดคร่อมขดลวดเหนี่ยวนำจะอ่านได้กี่โวลท์

ก. 10 V
ข. 30 V
ค. 42.4 V
ง. 71.4 V

2. จากรูปวงจรต่อไปนี้ กำหนดให้ V = 2sin500t จงหาความต่างเฟสระหว่างกระแสไฟฟ้ารวม I กับความต่างศักย์ไฟฟ้ารวม V

ก. 60 องศา
ข. 90 องศา
ค. 45 องศา
ง. 30 องศา

3. ตัวเหนี่ยวนำและตัวต้านทานต่ออนุกรมกัน และต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่มีกระแสไฟฟ้าที่เวลา tใด ๆ i = 4 sin(100πt) ถ้าวงจรมีความต้านทานเชิงความเหนี่ยวนำ 20โอห์ม และมีความต้านทานเชิงซ้อนของวงจร 25 โอห์ม กำลังเฉลี่ยของวงจรเป็นกี่วัตต์

ก. 123 วัตต์
ข. 200 วัตต์
ค. 240 วัตต์
ง. 160 วัตต์

4. จากข้อความต่อไปนี้ ข้อใดถูกต้อง
A. ค่ากระแสและค่าความต่างศักย์ของไฟฟ้ากระแสสลับที่เรียกค่ายังผลเป็นค่าเดียวกับค่าที่มิเตอร์อ่านได้
B. ค่ากระแสสลับที่อ่านได้จากมิเตอร์ หมายถึง ค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยของกำลังสองของกระแสสลับ
C. ค่ายังผลของค่าต่างศักย์ของไฟฟ้าในบ้าน คือ 220 โวลท์

ก. A, B และ C
ข. A และ C
ค. C เท่านั้น
ง. ไม่มีข้อถูก

5. เมื่อนำตัวต้านทานและขดลวดเหนี่ยวนำอย่างละตัวมาต่ออนุกรมกัน และต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความต่างศักย์เปลี่ยนตามเวลา V = 100 sin(2000t) โวลท์ เมื่อนำโวลต์มิเตอร์มาวัดความต่างศักย์คร่อมขดลวดเหนี่ยวนำ อ่านค่าได้ 10 โวลท์ อยากทราบว่าถ้านำไปวัดคร่อมตัวต้านทานจะอ่านได้กี่โวลท์

ก. 10 V
ข. 30 V
ค. 70 V
ง. 90 V

 

 

ไฟฟ้ากระแสสลับ