เครื่องกําเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ สัญลักษณ์

ไฟฟ้ากระแสสลับ (อังกฤษ: Alternating Current Electricity: AC หรือ ac) หมายถึงกระแสที่มีทิศทางไปและกลับตลอดระยะเวลา มีการสลับขั้วบวกและลบกันอยู่ตลอดเวลา ไม่เหมือนกระแสตรง (Direct Current, DC หรือ dc) ที่ไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางเดียวและไม่ไหลกลับ เช่น ไฟฟ้าที่ได้จากถ่ายไฟฉาย แบตเตอรี่ของรถยนต์ เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสสลับจึงเป็นไฟฟ้าที่เหมาะสำหรับบ้านเรือนหรือธุรกิจอุตสาหกรรมที่ใช้ไฟฟ้าปริมาณมากๆ รูปคลื่นเป็น sine wave ในบางกรณี รูปคลื่นอาจเป็นสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม

แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current) เป็นกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากแหล่งจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆโดยมีการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาตลอดเวลา สำหรับแหล่งจ่ายไฟนั้นมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดหนึ่งเฟสหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสามเฟส

1. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)

ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้า ทำให้กระแสไหลไปยังวงจร ภายนอก โดยผ่านวงแหวน และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุนลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวดวนำหลายชุดไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าหากออกแบบดขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

2. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase)

เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส โดยการออกแบบจัดวางขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (SinglePhase) ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้ สายไฟฟ้า 2 สายคือ สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่งอาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสียลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น

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

ฟิสิกส์ ม. ปลาย ต้องเรียนเรื่องอะไรบ้าง

การเรียนฟิสิกส์ ม.ปลาย ตั้งแต่ฟิสิกส์ ม.4 ฟิสิกส์ ม.5 หรือ ฟิสิกส์ ม.6 นอกจากเรื่องไฟฟ้ากระแสสลับที่จะต้องเจอแล้ว การเรียนวิชานี้ยังครอบคลุมไปถึงเรื่องอื่น ๆ ด้วย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องกฎนิวตัน, การเคลื่อนที่แนวตรง, การเคลื่อนที่แบบต่าง ๆ, โมเมนตัม, งานและพลังงาน, การหมุน, แรงและกฏการเคลื่อนที่, การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย, การเคลื่อนที่แนวโค้ง, สมดุลกล, คลื่นกล, คลื่นเสียง, แสง, ของไหล, ความร้อน, ของแข็งและของไหล, ไฟฟ้าสถิต, ไฟฟ้ากระแสตรง, สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า, ฟิสิกส์อะตอม, ฟิสิกส์นิวเคลียร์ และอื่น ๆ ดังนั้น ใครที่กำลังเตรียมตัวจะเลือกเรียนสายวิทย์ หรือกำลังเรียนสายวิทย์อยู่ ก็จะต้องเจอกับการเรียนเรื่องต่าง ๆ เหล่านี้อย่างแน่นอน

คอร์สเรียน Private ตัวต่อตัว

เป็นคอร์สเรียนที่ผู้เรียนสามารถออกแบบการเรียนให้เหมาะกับตัวเองได้เป็นอย่างดี ไม่ว่าจะเรียนเพื่อติวสอบปลายภาค, ติวเพิ่มเกรด, กวดวิชาเข้ามหาวิทยาลัย ก็สามารถเลือกได้ตามแบบที่เราต้องการได้ด้วยหลักสูตรจำนวน 10 ชม. แต่หากใครที่พื้นฐานอ่อนหรืออยากมาเรียนเนื้อหาล่วงหน้าก็สามารถเพิ่มชั่วโมงเรียนให้เหมาะสมกับเราได้