Рет қаралды 181,927
สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง Zimzim DIY
วันนี้ ผมจะมาอธิบายพื้นฐานของไฟฟ้าเบื้องต้น ศึกษาไปกันถึงจุดเริ่มต้นกันเลยทีเดียว ครับ
แล้วไฟฟ้าทำงานอย่างไร ก่อนอื่น
ผมจะขอเจาะลึกเข้าไป ในจุดที่เล็กที่สุดในระบบไฟฟ้ากันก่อน นั้นก็คือ อะตอม นั้นเอง
อะตอมคืออะไร
อะตอมก็คือ ชื่อเรียก อนุภาคที่เล็กมากๆ ของสสารต่างๆ ที่มันมีทั้งมวลและปริมาตร ก็อย่าง เช่นวัสดุรอบๆตัวเรา โต๊ะ เก้าอี้ รวมไปถึงตัวเราเองด้วยครับ ซึ่งอะตอมเป็นสิ่งที่เล็กที่สุดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้
แต่การมองเห็นมันต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ในการส่องเข้าไปนะครับ จึงจะเห็นเป็นแบบขุ่นๆมัวอย่างงี้ ตาเปล่านี้ที่จะไม่มีทางมองไม่เห็นได้เลยครับ
ในอะตอม ที่ใจกลางของมัน ก็จะมีนิวเคียส ภายในนิวเคลียส มันจะมีสองอนุภาคเล็กๆอาศัยอยู่ในนั่น นั้นก็คือ นิวตรอนและก็โปรตอน นิวตรอนจะเป็นค่ากลางทางไฟฟ้า ส่วนเจ้าตัวโปรตอนจะมีค่าเป็นประจุบวก
และเขยิบออกมานอกนิวเคลียส มันก็จะมีอีก 1 อนุภาค จะอาศัยอยู่ข้างนอก นั้นก็คืออิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนสิงที่มันแตกต่างออกไปจาก ก็คือ มัน มีหลายชั้น
แต่ละชั้น มันก็มีระดับวงโคจรของตัวเอง และ แต่ละวงโคจรก็มีจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่เท่ากัน อีกต่างหาก มันดูคล้ายกับ ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกของเรายังไงยังงั้น
แต่อิเล็กตรอน จะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าดาวเทียมมากครับ เร็วมากซะจนเกือบเท่าความเร็วแสง ครับ
การค้นพบของอะตอม นักวิทยาศาตร์ นักฟิกส์ ก็เลยสามารถระบุได้ ว่าวัสดุนั้น เป็นวัสดุอะไร ทำมาจากธาตุอะไร
จากการ นับอิเล็กตรอนในแต่ละชั้นวงโคจรที่มันวิ่งอยู่ ครับ
เพื่อนๆหลายท่าน อาจจะสงสัยว่า ทำไมอิเล็กตรอน มันถึงโคจรรอบๆนิวเคลียส
มันอย่างงี้ครับ อิเล็กตรอน มันจะมีค่าเป็นประจุลบ
อย่างที่ผมเคยบอกไปในคลิปก่อน
แม่เหล็กขั้วเดียวกัน จะวิ่งหนีกัน ส่วน แม่เหล็กที่ต่างขั้วกั้น มันก็จะดึงดูดเข้าหากัน
ในเมื่อโปรตรอนเป็นประจุบวก มันก็เลยดึงดูดอิเล็กตรอนที่เป็นประจุลบ เอาไว้
เพราะฉะนั้นในอะตอม อิเล็คตรอนมันจะชอบอยู่กับโปรตอน ติดกันอย่างแน่นหนามากๆครับ
ถ้าเป็นอย่างงี้ กระแสไฟฟ้าก็จะไม่ไหลนะครับ เพราะว่าไม่มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
เพราะปกติ กระแสไฟฟ้าจะเกิดจากอิเล็กตรอนเหล่านี้แหละครับ ที่มันไหลไปมา
แล้วเราจะทำยังไง ให้กระแสไฟไหล
เราจะอาศัยช่องโหว่ของ อะตอม ในธาตุโลหะบางชนิด
ช่องโหว่ที่ว่ามันคืออะไร มันก็คือวงโคจรชั้นนอกสุดที่อิเล็กตรอนโคจรอยู่ เพราะชั้นนี้ อิเล็กตรอนมันโคจรอยู่ก็จริงนะครับ แต่มันกลับ ถูกเหมือนมีแรงดึงดูด ดึงเอาไว้อย่างหลวมๆ
พอแรงดึงดูดมันถึงมั้งไม่ถึงมั้ง อิเล็กตรอนมันก็สามารถไหลไปยังอะตอมตัวอื่นได้ เช่นกัน
เราจะเรียกระดับชั้นวงโคจรนอกสุดนี้ว่า ชั้นวาเลนซ์ แล้วเราจะเรียก อิเล็กตรอนที่มันสามารถเคลื่อนที่ไปไหนก็ได้ตัวนี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ
และนี่ก็เลยกลายเป็นปัจจัยสำคัญเพราะการเคลื่อนที่ อิสระแบบนี้ของมันทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
อย่างที่ผมบอกไป
ธาตุบางตัว อะตอม สามารถอนุญาตให้อิเล็กตรอนอิสระ เคลื่อนที่ไปไหนมาไหนได้ ส่วนใหญ่จะเป็นโลหะนั้นแหละครับ และเราจึงเรียกโลหะพวกนี้ว่า เป็นตัวนำ อย่างเช่นสายทองแดงครับ สายเงิน
ในทางตรงกันข้ามอะตอมที่ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนมันก็จะไม่สามารถผ่านไปอะตอมอื่นได้ เช่นกัน
เราเลยเรียกมันว่าฉนวน อย่างเข่นพวกยาง เซรามิก
เราสามารถเอาวัสดุทั้งสองอย่าง ที่มันคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงพวกนี้ มารวมกันทำเป็นสายไฟให้เราใช้ ตามบ้านเรือนครับ
สายไฟ ก็คือข้างในจะเป็นโลหะที่เป็นทองแดง นำไฟฟ้าได้
ส่วนวัสดุที่หุ้มมันก็จะเป็นฉนวน ฉนวนใส่มาก็เพื่อ ป้องกัน ไฟดูด
ถ้าเรามาซูมดูสายทองแดงข้างในกันครับ เราจะเห็นอิเล็กตรอนอิสระ อย่างที่ผมบอกจะล้อมรอบนิวเคียส
และมันก็สามารถเคลื่อนย้ายตัวเองไปยังอะตอมอื่นได้เช่นกัน แต่ตอนที่มันเคลิ่อนที่ มันไม่ค่อยจะเป็นทิศเป็นทางสักเท่าไหร่นัก มันจะสุ่มๆ ไม่มีจุดหมายปลายทาง
แต่ถ้าเราเชื่อมต่อ สายทองแดงนี้ เข้ากับแหล่งจ่ายที่มีแรงดันสักตัวหนึ่ง
เช่นแบตเตอรรี่ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรรี่มันจะบังคับอิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้ ไหลออกมา
มุ่งหน้าไปในทิศทางเดียวกัน มีเป้าหมายเดียวกัน นั้นก็คือพุ่งตรงเข้าขั้วบวก
ถ้าให้ยกตัวอย่าง มันจะมีลักษณะคล้ายๆ กับลูกแก้วไหลผ่านสายยาง ยังไงยังงั้นครับ
อิเล็กตรอนก็คือลูกแก้วนะครับ เพื่อนๆอาจจะคิดว่า มันจะเคลื่อนที่ผ่านตัวนำ ตั้งแต่ต้นทางจนไปถึงสุดทาง แบบนี้นะครับ ใช่ไหมครับ
แต่แท้ที่จริงมันจะเคลื่อนที่ คล้ายๆกับ แรงผลักดันกัยมากกว่า ถ้าเราผลักลูกแก้วจากด้านหนึ่งลูกแก้วทั้งหมดก็จะเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องจนไปโผล่อีกด้านหนึ่ง ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
และนี้ก็คือวิธีการเดินทางของมันครับ
อะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า มันจะ เฉลี่ย อิเล็กตรอน กับ โปรตรอน ให้ใกล้เคียงกันเท่าๆกัน ซึ่งจะทำให้ประจุไฟฟ้าเป็น 0
อย่างเช่น อะตอมมี โปรตรอน 1ตัว มันก็จะไปหา อิเล็กตรอนมาอีก 1ตัว
ซึ่งอะตอมดังกล่าวจะมีพลังงานต่ำสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เราจะเรียกสถานะนี้ว่า Ground state
อย่างไรก็ตาม เราสามารถเปลี่ยนประจุของอะตอมได้ หรือ ระดับ พลังงาน
จากการเพิ่ม อิเล็กตรอนเข้าไป หรือ เอาอิเล็กตรอนออกไป
ถ้าอิเล็กตรอนน้อยกว่า โปรตอน มันจะมีค่าเป็นประจุบวก
แต่ถ้าอิเล็กตรอน มีค่ามากกว่า โปรตรอน มันจะเป้นค่าประจุลบ
พูดง่ายๆก็คือ การลดหรือเพิ่มขึ้นของ อิเล็กตรอนมันจะเปลี่ยนประจุไฟฟ้าของอะตอม โดยที่เขาไม่ต้องไม่ยุ่งกับโปรตอน
และแทนที่เราก็จะเรียกอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าพวกนี้ว่าอะตอม+หรือ+ เราก็จะเรียกว่า ไอออน+ หรือ ไอออน- แทนครับ
ขอบคุณข้อมูล จากอินเทอร์เน็ต:
The Engineering Mindset