ไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ (อังกฤษ: alternating current electricity: AC หรือ ac) หมายถึงกระแสที่มีทิศทางไปและกลับตลอดระยะเวลา มีการสลับขั้วบวกและลบกันอยู่ตลอดเวลา ไม่เหมือนกระแสตรง (direct current, DC หรือ dc) ที่ไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางเดียวและไม่ไหลกลับ เช่น ไฟฟ้าที่ได้จากถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่ของรถยนต์ เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสสลับจึงเป็นไฟฟ้าที่เหมาะสำหรับบ้านเรือนหรือธุรกิจอุตสาหกรรมึที่ใช้ไฟฟ้าปริมาณมาก ๆ รูปคลื่นเป็น sine wave ในบางกรณี รูปคลื่นอาจเป็นสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมแบตเตอรี่

ถ่านไฟฉาย

2-level-animation
ภาพจำลองการส่งคลื่น AC จาก generator ซึ่งส่งพลังงานกลับทิศทางตลอดเวลา
Types of current
ภาพแสดงความแตกต่างระหว่างไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสตรงอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้อย่างใดอย่างหนึ่ง ไม่ไปก็กลับ แต่กระแสสลับ วิ่งไปวิ่งกลับตลอดเวลา จำนวนรอบของไทยคือ 50 รอบต่อวินาที หรือ 50 Hz

ประวัติ

Guillaume Duchenne de Boulogne performing facial electrostimulus experiments
การทดลองกระตุ้นด้วยไฟฟ้าที่หน้าโดย Duchenne

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกเป็นครั้งแรกมีพื้นฐานมาจากหลักการของไมเคิล ฟาราเดย์สร้างขึ้นโดยช่างชาวฝรั่งเศสชื่อ Hippolyte Pixii ในปี ค.ศ.1832 หลังจากนั้น Pixii เพิ่มตัวสลับสายเข้าไปในอุปกรณ์ของเขา ซึ่งในขณะนั้นยังใช้ไฟ dc กันอย่างแพร่หลายอยู่ กระแสสลับที่เก่าแก่ที่สุดที่มีการถูกบันทึกไว้ว่าประยุกต์ใช้จริงโดย Duchenne de Boulogne นักประดิษฐ์และพัฒนาไฟฟ้าบำบัด ในปี ค.ศ.1855 เขาประกาศว่า AC ใช้รักษาการหดตัวของกล้ามเนื้อได้ดีกว่า DC

[1]ไมเคิล ฟาราเดย์ เกิดเมื่อวันที่ 22 กันยายน ในปี ค.ศ.1791 เป็นบุตรของช่างเหล็กชาวอังกฤษ เนื่องจากฐานะไม่สู้ดี เขาจึงได้รับการศึกษาน้อยยังไม่ทันเรียนสำเร็จก็ต้องออกจากโรงเรียนกลางคัน และใช้ชีวิตอยู่ในสลัมแห่งหนึ่งไม่มีแววว่าจะเติบโตขึ้นเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงไปได้ [2]เมื่อมีอายุ 13 ปี ไมเคิลก็ได้ไปทำงานเป็นเด็กส่งหนังสือพิมพ์ และทำงานเย็บปกหนังสือในร้านขายหนังสือ จากการทำงานนี้ทำให้เขามีใจรักหนังสือและหาโอกาสอ่านหนังสืออยู่เสมอ โดยเฉพาะหนังสือที่เกี่ยวกับวิชาไฟฟ้าที่ไมเคิลได้สนใจมากที่สุด ซึ่งก็ได้ทำการทดลองดูด้วยตัวของเขาเอง และหาโอกาสไปฟังการบรรยายของเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวี ซึ่งเขาจะไปฟังทุกครั้ง และได้ส่งจดหมายแสดงความประสงค์ที่จะขอไปเป็นเด็กรับใช้ของเชอร์ฮัมฟรีย์อีกด้วย[3] เชอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ เห็นชายหนุ่มมีความสนใจอย่างแรงกล้า จึงรับเข้าทำงานเป็นคนล้างเครื่องมือวิทยาศาสตร์ในห้องเครื่องมือ ทำให้เขามีโอกาสศึกษาวิชาทางวิทยาศาสตร์จากเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ จนเกิดความชำนาญ จนได้รับหน้าที่เป็นผู้ช่วยและผู้ติดตามท่านเชอร์ไปในการเดินทางไปบรรยายทุกครั้ง ในปี ค.ศ.1876 วิศวกรชาวรัสเซียชื่อ Pavel Yablochkov คิดค้นระบบไฟส่องสว่างขึ้นโดยมีรากฐานจากชุดของขดลวดเหนี่ยวนำโดยที่ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งไฟ AC ลวดทุติยภูมิสามารถเชื่อมต่อไปยังเทียนไฟฟ้า (โคมประกายไฟ) ได้หลายดวง ขดลวด Yablochkov ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้านั่นเอง

Hippodrome shined with Yablochkov candles
Hippodrome กรุงปารีส ให้แสงสว่างโดยใช้เทียนของ Yablochkov 128 ดวง โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้​​าที่ถูกพัฒนาขึ้นโดยลูเชียน Gaulard และจอห์น ดิกสัน กิ๊บส์ได้แสดงให้เห็นในลอนดอนในปี ค.ศ.1881 และดึงดูดความสนใจของเวสติงเฮ้าส์ พวกเขายังแสดงสิ่งประดิษฐ์ใน Turin ในปี ค.ศ.1884 ที่ ๆ มันถูกนำมาใช้สำหรับระบบไฟฟ้​​าแสงสว่าง งานออกแบบของพวกเขาหลายชิ้นถูกนำไปปรับใช้เป็นกฎหมายควบคุมการกระจายไฟฟ้าในสหราชอาณาจักร

วิลเลียม สแตนลี่ย์ จูเนียร์ได้ออกแบบหนึ่งในอุปกรณ์จริงครั้งแรกในการถ่ายโอนไฟ AC อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างวงจรที่แยกออกมา การใช้คู่ของขดลวดพันบนแกนเหล็กเดียวกัน เรียกว่าขดลวดเหนี่ยวนำเป็นหม้อแปลงยุคแรก ระบบไฟ AC ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วหลังปี ค.ศ. 1886 และรวมทั้งการอุดหนุนโดยนิโคลา เทสลา (สิทธิบัตรให้จอร์จ เวสติงเฮ้าส์) และคาร์ล วิลเฮล์ม ซีเมนส์ ระบบ AC เอาชนะข้อจำกัด ของระบบ DC ที่ใช้โดยโทมัส เอดิสัน ในการแจกจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางไกล ถึงแม้ว่าเอดิสันพยายามที่จะทำลายชื่อเสียงของกระแสสลับว่าเป็นอันตรายเกินไปในสงครามแห่งกระแส

Westinghouse row of dynamos 1893
ภาพแสดง AC ไดนาโมของ Westinghouse ที่ให้แสงสว่างสำหรับงาน world expo ที่ชิคาโก ในปี 1893

สายส่ง, การจำหน่าย

Ligne haute-tension
ตัวอย่างสายส่งไฟฟ้าแรงสุง ประเทศไทยใช้สุงสุดที่ 500kV จากแม่เมาะ-กท.[4]

แรงดันไฟฟ้า AC อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงด้วยหม้อแปลงไฟฟ้​​า การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงจะมีประสิทธิภาพในการส่งพลังงานมากอย่างมีนัยสำคัญ การสูญเสียพลังงานในตัวนำเป็นผลคูณของกระแสยกกำลังสองกับค่าความต้านทานของตัวนำ ตามสูตร

ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่งไฟฟ้​​าด้วยพลังงานคงที่บนลวดใด ๆ ถ้ากระแสลดลงสองเท่า, การสูญเสียพลังงานจะลดลงสี่เท่า

ดังนั้น ถ้าต้องการส่งพลังงานเท่าเดิม แต่ให้การสูญเสียน้อยที่สุด คือลดกระแสที่ส่งลง แต่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้น (มักจะหลายร้อยกิโลโวลต์) เพราะการที่ใช้กระแสที่ต่ำ ทำให้เกิดพลังงานสูญเสียน้อยลง

อย่างไรก็ตาม การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงยังมีข้อเสียเหมือนกัน อย่างแรกคือฉนวนไฟฟ้าต้องเพิ่มขึ้นและอย่างที่สองเรื่องความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ในโรงไฟฟ้​​าพลังงานจะถูกสร้างขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งและจากนั้นก็เพิ่มแรงดันสำหรับการส่ง ใกล้โหลดแรงดันจะถูกปรับลงเหลือไม่กี่ร้อยโวลต์

ระบบสายส่งแบบกระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ทำงานตรงกันข้ามกับระบบ AC ในการส่งพลังงานระยะทางไกล ๆ แต่ระบบ HVDC มีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าถ้าระยะทางที่ส่งสั้น ๆ ระบบ HVDC ยังเป็นไปไม่ได้เมื่อครั้งที่ เอดิสัน, เวสติงเฮ้าส์และเทสลาแข่งกันออกแบบระบบไฟฟ้า เพราะยังไม่มีวิธีแปลงไฟ AC เป็น DC แล้วแปลงกลับเป็น AC ใหม่ได้ด้วยเทคโนโลยีสมัยนั้น

3phase-rmf-320x240-180fc
ภาพแสดงการทำงานของระบบไฟ 3 phase ซึ่งประกอบด้วยขดลวดพันรอบแกนเหล็ก 3 ชุดห่างกัน 120°

ระบบไฟฟ้าสามเฟสเป็นเรื่องธรรมดามาก วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแยกขดลวดสเตเตอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกเป็น 3 ชุด แต่ละชุดทำมุม 120°ซึ่งกันและกัน รูปคลื่นของกระแสจะถูกสร้างขึ้นโดยมีขนาดเท่ากันแต่เฟสต่างกัน 120° ถ้าเพิ่มขดลวดตรงข้ามกับชุดเหล่านี้ (ระยะห่าง 60 °) พวกมันจะสร้างเฟสเดียวกันแต่กระแสไฟฟ้าตรงข้ามกันและสามารถต่อสายเข้าด้วยกันได้

3phase AC wave
ภาพแสดงรูปคลื่น 3 เฟส

ในทางปฏิบัติ จะใช้ "ลำดับของ pole"ที่สูงกว่า ตัวอย่างเช่นเครื่อง 12-pole จะมีขดลวด 36 ชุด (ระยะห่าง 10°) ข้อดีคือสามารถใช้ความเร็วต่ำได้ ตัวอย่างเช่นเครื่อง 2-pole ทำงานที่ 3600 รอบต่อนาทีแต่เครื่อง 12-pole ทำงานที่ 600 รอบต่อนาทีเพื่อผลิตความถี่เดียวกัน วิธีนี้ทำได้สำหรับเครื่องขนาดใหญ่

ถ้าโหลดในระบบสามเฟสจะมีความสมดุลกันทุกเฟส จะไม่มีการไหลของกระแสที่นิวทรอล แม้จะอยู่ในสภาวะโหลดไม่สมดุล (เชิงเส้น) ที่เลวร้ายที่สุด กระแสนิวทรอลก็จะไม่เกินกว่ากระแสสูงสุดของเฟส โหลดไม่เชิงเส้น (เช่นคอมพิวเตอร์) อาจต้องใช้สายนิวทรอลขนาดใหญ่ในแผงกระจายไฟเพื่อจัดการกับ Harmonics ที่เกิดขึ้น ฮาโมนิคส์สามารถทำให้กระแสในนิวทรอลสูงกว่ากระแสเฟสได้

AC delta connection
แสดงการ wiring แบบ delta 3 phase 3 wire

ระบบสามเฟส สี่เส้น จะถูกใช้ที่ปลายทาง ในการลดแรงดันจากสายส่ง ด้าน primary จะเป็นเดลต้า (3 สาย) ด้าน secondary เป็นดาว (4-wire,center เป็น สายดิน)

AC star connection
แสดงการ wiring แบบ star 3 phase 4 wire

สำหรับลูกค้าขนาดเล็ก อาจใช้เพียงเฟสเดียวกับนิวทรอล หรือสองเฟสกับนิวทรอล สำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่ใช้สามเฟสกับนิวทรอล จากแผงหลักทั้งไฟสามเฟสและเฟสเดียวจะถูกจ่ายออกไป

สายนิวทรอลหรือสายดิน จะต่อระหว่างโลหะที่เป็นฝาตู้ใส่อุปกรณ์กับสายดิน ตัวนำนี้จะป้องกันไฟฟ้าดูด ในกรณีที่มีกระแสไฟฟ้ารั่วมาที่ฝาตู้โลหะนี้ การเชื่อมฝาตู้ที่เป็นโลหะทั้งหมดมาที่สายดินเพียงจุดเดียว จะทำให้แน่ใจได้ว่า จะมีเส้นทางของกระแสรั่วไปลงดินที่สั้นที่สุด กระแสที่รั่วนี้ จะต้องทำให้อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้ารั่ว (เบรกเกอร์, ฟิวส์)ทำงานเช่นเบรกเกอร์ตก หรือฟิวส์ละลายให้เร็วที่สุด สายที่เชื่อมตู้ทุกเส้นต้องมาลงดินที่ตู้กระจายไฟหลักหรือที่เดียวกับที่สายนิวทรอลต่อลงดิน

ความถี่ของไฟ AC

ความถี่ของระบบไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามประเทศ; พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่จะถูกสร้างขึ้นที่ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ บางประเทศมีส่วนผสมของความถี่ 50 Hz และ 60 Hz เช่นพลังงานไฟฟ้าในประเทศญี่ปุ่น ประเทศไทยใช้ความถี่ 50 Hz หรือ 50 รอบต่อวินาที หรือ ไฟฟ้าวิ่งจากโรงไฟฟ้ามาบ้านผู้ใช้ ไปกลับ 50 ครั้งต่อวินาที

ความถี่ต่ำทำให้ง่ายในการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการยก การบดและการกลิ้ง และมอเตอร์ชนิดฉุดสำหรับการขนส่งเช่นรถไฟ อย่างไรก็ตาม ความถี่ต่ำยังทำให้เกิดการกระพริบที่เห็นได้ชัดเจนในหลอดไฟอาร์คและหลอดไส้ การใช้ความถี่ที่ต่ำ ๆ ยังให้ประโยชน์จากการลดการสูญเสียความต้านทานซึ่งเป็นสัดส่วนกับความถี่ แต่เดิมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่น้ำตกไนแอการาผลิตไฟฟ้า 25 Hz, เพื่อประนีประนอมระหว่างมอเตอร์เหนี่ยวนำเพื่อการลากความถี่ต่ำในขณะที่ยังช่วยให้หลอดไฟในการทำงาน (แม้ว่าจะมีการกระพริบที่เห็นได้ชัด) ส่วนใหญ่ของลูกค้าที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ที่ใช้ 25 Hz ถูกแปลงเป็น 60 Hz ในปลายปี 1950 ไฟฟ้าความถี่16.7 เฮิรตซ์ (เดิม 16 2/3 Hz) ก็ยังคงใช้ในบางระบบของรถไฟในยุโรปเช่นในประเทศออสเตรีย, เยอรมนี, นอร์เวย์, สวีเดนและสวิส

การใช้งานนอกชายฝั่ง, การทหาร, อุตสาหกรรมสิ่งทอ, ในทะเล, คอมพิวเตอร์เมนเฟรม, เครื่องบินและยานอวกาศบางครั้งใช้ 400 Hz เพื่อประโยชน์ของน้ำหนักที่ลดลงของอุปกรณ์หรือเพิ่มความเร็วของมอเตอร์

ผลกระทบที่ความถี่สูง

ระแสตรงไหลอย่างสม่ำเสมอตลอดหน้าตัดของลวด กระแสสลับที่ความถี่ใด ๆ ถูกบังคับให้ไหลห่างจากใจกลางลวด ให้ไปอยู่ผิวนอก เป็นเพราะการเร่งความเร็วของประจุไฟฟ้าในกระแสสลับสร้างคลื่นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ลบล้างการแพร่กระจายของกระแสไฟฟ้าให้ออกไปจากกึ่งกลางของวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า skin effect

ที่ความถี่สูงมาก ๆ กระแสจะไม่ไหลในเส้นลวด แต่ไหลบนพื้นผิวของลวดภายในความหนาของผิวเล็กน้อย ความลึกของผิวจะมีความหนาที่ทำให้ความหนาแน่นกระแสลดลง 63% แม้ที่ความถี่ค่อนข้างต่ำที่ใช้ในการส่งกำลังไฟฟ้​​า (50-60 Hz), การกระจายไม่สม่ำเสมอของกระแสไฟฟ้ายังคงเกิดขึ้นในตัวนำที่หนาพอ ตัวอย่างเช่นความลึกของผิวของตัวนำทองแดงจะอยู่ที่ประมาณ 8.57 มม. ที่ 60 Hz, ดังนั้น ตัวนำที่กระแสสูงมักจะกลวงเพื่อลดมวลและค่าใช้จ่าย

เนื่องจากกระแสไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะไหลในผิวรอบตัวนำ, พื้นที่หน้าตัดของตัวนำจะลดลง ทำให้ความต้านทานของตัวนำในระบบไฟฟ้ากระแสสลับสูงขึ้น เพราะความต้านทานจะแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัด ความต้านทาน AC มักจะสูงกว่าความต้านทาน DC มาก ก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานที่สูงขึ้นมากเนื่องจากปรากฏการณ์ ohmic heating (หรือเรียกว่าการสูญเสีย I2R)

เทคนิคการลดความต้านทาน AC

สำหรับความถี่ต่ำถึงความถี่กลาง ตัวนำสามารถถักเป็นสายเกลียว แต่ละเส้นเคลือบฉนวน สายไฟที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคนี้เรียกว่า Litz wire วิธีนี้จะช่วยบรรเทาผลกระทบจาก skin effect ด้วยการบังคับให้กระแสกระจายเท่าเทียมกันตลอดหน้าตัดของสายเกลียว Litz wire ถูกนำมาใช้ทำ ตัวเหนี่ยวนำคุณภาพสูง ลดการสูญเสียในตัวนำกระแสสูงแต่ความถี่ต่ำ และขดลวดของอุปกรณ์ที่ใช้คลื่นวิทยุความถี่สูงขึ้น (ถึงหลายร้อยกิโลเฮิร์ตซ์) เช่นเพาเวอร์ซัพพลายแบบสลับโหมด และหม้อแปลงไฟฟ้​​าคลื่นความถี่วิทยุ

เทคนิคในการลดการสูญเสียรังสี

ตามที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น กระแสสลับเกิดจากประจุไฟฟ้าภายใต้ความเร่งเป็นระยะ ๆ ซึ่งทำให้เกิดการแผ่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานที่แผ่ออกมาจะหายไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ การใช้เทคนิคหลายอย่างจะสามารถลดการสูญเสียอันเนื่องมาจากการแผ่กระจายนั้น

สายบิดเป็นคู่

ที่ความถี่สูงถึงประมาณ 1 GHz, สายแต่ละคู่จะถูกบิดเป็นเกลียวเข้าด้วยกัน เรียกว่า twisted pair ซึ่งจะช่วยลดความสูญเสียที่เกิดจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและเหนี่ยวนำต่าง ๆ คู่บิดที่ต้องใช้กับระบบการส่งสัญญาณที่มีความสมดุลเพื่อให้ทั้งสองสายพกพากระแสเท่ากัน แต่ทิศทางตรงข้ามกัน ลวดแต่ละในคู่บิดจะแผ่กระจายสัญญาณออกมา แต่มันจะถูกหักล้างอย่างมีประสิทธิภาพโดยรังสีจากสายอื่น ๆ มีผลทำให้เกิอบจะไม่มีการสูญเสียจากการแผ่รังสีเลย

สาย coaxial

สาย coaxial มักใช้กับความถี่เสียงหรือสูงกว่าเพื่อความสะดวก ประกอบด้วยลวดตัวนำอยู่ภายในหลอดตัวนำแยกจากกันด้วยชั้นของไดอิเล็กทริก กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำด้านในมีค่าเท่ากับและตรงข้ามกับกระแสที่ไหลบนพื้นผิวด้านในของหลอด สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงมีอย่างสมบูรณ์ภายในหลอดและ (โดยจินตนาการ) ไม่มีการสูญเสียพลังงานจากการแผ่รังสีหรือเชื่อมถึงกันนอกหลอด สาย coaxial มีการสูญเสียเล็กน้อยที่ยอมรับได้สำหรับความถี่สูงถึงประมาณ 5 GHz สำหรับความถี่ไมโครเวฟที่สูงกว่า 5 GHz ความสูญเสีย (สาเหตุหลักจากความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำใส้กลาง) มากเกินไป ทำให้ waveguide เป็นตัวกลางในการส่งคลื่นที่มีประสิทธิภาพมากกว่า สาย coaxial ที่มีอากาศแทนสารไดอิเล็กทริกเป็นที่ต้องการเพราะสามารถส่งกำลังด้วยความสูญเสียที่น้อยกว่า

Waveguides

ท่อนำคลื่นคล้ายกับสาย coax เนื่องจากทั้งสองชนิดนี้ประกอบด้วยท่อ แต่ความแตกต่างอยู่ที่ท่อนำคลื่นไม่ได้มีตัวนำภายใน ท่อนำคลื่นอาจมีรูปแบบหน้าตัดอะไรก็ได้ แต่ส่วนใหญ่เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เพราะท่อนำคลื่นไม่ได้มีตัวนำภายในเพื่อส่งพลังงานในรูปกระแส แต่ส่งโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ถึงแม้ว่ากระแสที่พื้นผิวจะไหลในผนังด้านในของท่อ กระแสพื้นผิวไม่ส่งพลังงาน พลังงานจะถูกส่งโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสพื้นผิวเกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและมีผลในการเก็บสนามไฟฟ้าไว้ภายในท่อนำคลื่นและป้องกันการรั่วไหลของคลื่นออกนอกท่อนำคลื่น

ท่อนำคลื่นมีขนาดเป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่นที่จะถูกส่ง ดังนั้นท่อนำคลื่นจึงเป็นความเป็นไปได้อย่างเดียวสำหรับความถี่ย่านไมโครเวฟ นอกจากความเป็นไปได้ทางด้านกลไกแล้ว ความต้านทานไฟฟ้าของโลหะที่ใช้สร้างผนังของท่อนำคลื่นทำให้คลื่นกระจาย (กระแสพื้นผิวทีไหลบนตัวนำที่มีรอยต่อหลวมทำให้เกิดความร้อน) ที่ความถี่สูง ๆ การสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากความร้อนจะมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะยอมรับได้

ใยแก้วนำแสง

ที่ความถี่สูงกว่า 200 GHz, ขนาดของท่อนำคลื่นเล็กลงมาก ๆ และ ohmic loss ในผนังท่อนำคลื่นมีจำนวนมาก แต่ใยแก้วนำแสงซึ่งเป็นรูปแบบของท่อนำคลื่นไดอิเล็กทริกสามารถถุกนำมาใช้ได้แทน สำหรับความถี่ดังกล่าววิธีส่งพลังงานด้วยแรงดันไฟฟ้าและกระแส ใช้ไม่ได้แล้ว

คณิตศาสตร์ของแรงดันไฟฟ้า AC

Sine wave 2
คลื่นไซน์มากกว่าหนึ่งรอบ (360 °) เส้นประแสดงให้เห็นถึงค่า root mean square (RMS) ที่ประมาณ 0.707 ของค่าสูงสุด (peak)

กระแสสลับไปด้วยกัน (หรือเกิดจาก) กับแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ v สามารถอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่าเป็นฟังชั่นของเวลาโดยสมการต่อไปนี้:

,

where

  • เป็นค่า peak voltage (หน่วย: โวลต์),
  • เป็น ความถี่เชิงมุม (unit: เรเดียนต่อวินาที)
    • ความถี่เชิงมุมสัมพันธ์กับความถี่ทางกายภาพ, (หน่วย = เฮิรตซ์), มีหน่วยเป็นจำนวนรอบต่อวินาที, ตามสูตร .
  • เป็นเวลา (หน่วย: วินาที).,

ค่า peak-to-peak ของแรงดันไฟฟ้า AC ถูกกำหนดให้เป็นความแตกต่างระหว่างจุดสูงสุดด้านบวกและจุดสูงสุดด้านลบ เนื่องจากค่าสูงสุดของ คือ +1 และค่าต่ำสุดคือ -1, แรงดัน AC จะขึ้นลงระหว่าง และ แรงดันไฟฟ้า peak-to-peak ปกติจะถูกเขียนว่า หรือ เพราะฉะนั้น .

กำลังงานและค่า root mean square

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกำลังงานคือ

เมื่อ แทนความหมายเป็น load resistance.

  แทนที่จะใช้กำลังงานในจุดใดจุดหนึ่ง ในทางปฏิบัติ จะใช้กำลังงานในเวลาเฉลี่ย (ที่ ๆ ค่าเฉลี่ยจะถูกกระทำในจำนวนเต็มรอบใด ๆ) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้า AC มักจะแสดงเป็นค่า root mean square (RMS) เขียนเป็น ดังนั้น

สำหรับแรงดันไฟฟ้ารูปซายน์:

ค่า ถูกเรียกว่า crest factor แตกต่างกันตามรูปคลื่นที่แตกต่างกัน

  • สำหรับรูปคลื่นสามเหลี่ยมศูนย์กลางอยู่รอบ ๆ ค่าศูนย์
  • สำหรับรูปคลื่นสี่เหลี่ยมศูนย์กลางอยู่รอบ ๆ ค่าศูนย์
  • สำหรับรูปคลื่นเป็นระยะ ๆ ของเวลา
of period :

ตัวอย่าง

เพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดเหล่านี้ พิจารณาไฟ 230 V AC ที่ใช้ในหลายประเทศทั่วโลก เพราะค่า RMS = 230 V หมายความว่ากำลังงานเฉลี่ยตามเวลา เทียบเท่ากับกำลังงานที่ส่งมาจากแรงดัน DC 230 โวลต์จารณาถึงค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (แอมปลิจูด) เราสามารถจัดเรียง สมการข้างต้นใหม่ว่า :

สำหรับ230 V AC, แรงดันไฟฟ้าสูงสุดจึงเป็น หรือประมาณ 325 V ค่า peak-to-peak ของ 230 V AC เป็นสองเท่าหรือประมาณ 650 V.

ดูเพิ่ม

อ้างอิง

  1. http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/58/inductor-faraday2.htm
  2. http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/58/inductor-faraday2.htm
  3. http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/58/inductor-faraday2.htm
  4. [1], ระบบไฟฟ้ากำลังและไฟฟ้าแรงสูง ม.พระจอมเกล้าธนบุรี
AC

AC, Ac, ac สามารถหมายถึง

โรงเรียนอัสสัมชัญ โรงเรียนเอกชนชายล้วนขนาดใหญ่และโรงเรียนในเครือ

.ac โดเมนระดับบนสุดตามหมวด สำหรับสถานศึกษา

.ac โดเมนอินเทอร์เน็ตระดับบนสุดตามรหัสประเทศ สำหรับเกาะแอสเคนชัน

AC ไฟฟ้ากระแสสลับ

แอกทิเนียม ธาตุลำดับที่ 89 ในตารางธาตุ

แอตแลนติกซิตี เมืองในรัฐนิวเจอร์ซีย์ มีชื่อเสียงในด้านคาสิโน

คลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นในช่วงความถี่วิทยุบนเส้นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นวิทยุไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่

ใช้ในการสื่อสารมี 2 ระบบคือ A.M. และ F.M.

ความถี่ของคลื่น หมายถึง จำนวนรอบของการเปลี่ยนแปลงของคลื่น ในเวลา 1 วินาที คลื่นเสียงมีความถี่ช่วงที่หูของคนรับฟังได้ คือ ตั้งแต่เริ่มมี คลื่นวิทยุแต่ละช่วงความถี่จะถูกกำหนดให้ใช้งานด้านต่าง ๆ ตามความเหมาะสม โดยมีความถี่ ระหว่าง 1234 GHz - 5678 MHz

ความต้านทานและการนำไฟฟ้า

ความต้านทานไฟฟ้า (อังกฤษ: electrical resistance) ของ ตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวชี้วัดของความยากลำบากในการที่จะผ่าน กระแสไฟฟ้า เข้าไปในตัวนำนั้น ปริมาณที่ตรงกันข้ามคือ การนำไฟฟ้า (อังกฤษ: electrical conductance) เป็นความสะดวกที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ความต้านทานไฟฟ้าเปรียบเหมือน แรงเสียดทาน ทางเครื่องกล หน่วย SI ของความต้านทานไฟฟ้าจะเป็น โอห์ม สัญญลักษณ์ Ω ในขณะที่การนำไฟฟ้าไฟฟ้ามีหน่วยเป็น ซีเมนส์ (S)

วัตถุที่มีหน้าตัดสม่ำเสมอจะมีความต้านทานเป็นสัดส่วนกับ สภาพต้านทาน และ ความยาวของมัน และแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของมัน วัสดุทุกชนิดจะแสดงความต้านทานเสมอยกเว้น ตัวนำยิ่งยวด (อังกฤษ: superconductor) ซึ่งมีความต้านทานของศูนย์

ความต้านทาน (R) ของวัตถุจะถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของ แรงดันไฟฟ้า ตกคล่อมตัวมัน (V) ต่อกระแสที่ไหลผ่านตัวมัน (I) ในขณะที่การนำไฟฟ้า (G) เป็นตรงกันข้าม ตามสมการต่อไปนี้:

สำหรับวัสดุและเงื่อนไขที่หลากหลาย V และ I จะเป็นสัดส่วนโดยตรงซึ่งกันและกัน ดังนั้น R และ G จึงเป็นค่า คงที่ (แม้ว่าพวกมันยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ ก็ตาม เช่นอุณหภูมิหรือความเครียด) สัดส่วนนี้จะเรียกว่า กฎของโอห์ม และวัสดุที่เป็นไปตามกฏนี้จะเรียกว่า วัสดุ โอห์ม (อังกฤษ: ohmic material)

ในกรณีอื่น ๆ เช่น ไดโอด หรือ แบตเตอรี่ V และ I จะ ไม่ได้ เป็นสัดส่วนโดยตรงกัน อัตราส่วน V/I บางครั้งก็ยังคงเป็นประโยชน์และถูกเรียกว่า "ความต้านทานสถิตย์" ในสถานการณ์อื่น ๆ อนุพันธ์ อาจจะมีประโยชน์มากที่สุด ค่านี้จะเรียกว่า "ความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียล" (อังกฤษ: differential resistance)

ความถี่

ความถี่ (อังกฤษ: frequency) คือจำนวนการเกิดเหตุการณ์ซ้ำในหนึ่งหน่วยของเวลา ความถี่อาจเรียกว่า ความถี่เชิงเวลา (temporal frequency) หมายถึงแสดงให้เห็นว่าต่างจากความถี่เชิงพื้นที่ (spatial) และความถี่เชิงมุม (angular) คาบคือระยะเวลาของหนึ่งวงจรในเหตุการณ์ที่เกิดซ้ำ ดังนั้นคาบจึงเป็นส่วนกลับของความถี่ ตัวอย่างเช่น ถ้าหัวใจของทารกเกิดใหม่เต้นที่ความถี่ 120 ครั้งต่อนาที คาบ (ช่วงเวลาระหว่างจังหวะหัวใจ) คือครึ่งวินาที (นั่นคือ 60 วินาทีหารจาก 120 จังหวะ) ความถี่เป็นตัวแปรสำคัญในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม สำหรับระบุอัตราของปรากฏการณ์การแกว่งและการสั่น เช่น การสั่นของเครื่องจักร โสตสัญญาณ (เสียง) คลื่นวิทยุ และแสง

ตัวรับกระแสไฟ

ตัวรับกระแสไฟ (อังกฤษ: Electric current collector) คืออุปกรณ์ที่ใช้รับกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ระบบขับเคลื่อนตลอดจนระบบต่างๆของยานพาหนะ ทั้งรถบัส, รถราง, รถไฟ โดยไฟฟ้าที่รับเข้ามานี้อาจจะถูกจ่ายผ่านมาทางสายส่งไฟฟ้าเหนือหัวหรือรางที่สาม ตัวรับกระแสไฟทำจากวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า ในระบบสายส่งเหนือหัว ตัวรับกระแสไฟถูกเรียกว่า "แหนบรับไฟ" ซึ่งทำมาจากก้อนถ่านแกรไฟต์ และนิยมใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ส่วนในระบบรางที่สาม ตัวรับกระแสไฟถูกเรียกว่า "แป้นรับไฟ" หรือ "ขารับไฟ" ซึ่งทำมาจากโลหะ และนิยมใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (DC)

ทอมัส เอดิสัน

ทอมัส แอลวา เอดิสัน (อังกฤษ: Thomas Alva Edison) เป็นนักประดิษฐ์และนักธุรกิจชาวอเมริกัน ผู้ซึ่งประดิษฐ์อุปกรณ์ที่สำคัญต่าง ๆ มากมาย ได้ฉายา "พ่อมดแห่งเมนโลพาร์ก" เป็นหนึ่งในผู้ริเริ่มนำหลักการของ การผลิตจำนวนมาก และ กระบวนการประดิษฐ์ มาประยุกต์รวมกัน

ทอมัส เอดิสัน มักจะถูกเข้าใจผิดว่าเป็นผู้คิดค้นหลอดไฟ แต่ในความเป็นจริงเขาเป็นบุคคลแรกที่จดสิทธิบัตรในการประดิษฐ์หลอดไฟจากนักวิทยาศาสตร์กว่า 20 คนที่คิดค้นหลอดไฟ และสามารถนำมาทำเป็นธุรกิจได้ เอดิสันยังคงเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งบริษัทเจเนอรัลอิเล็กทริก (General Electric) บริษัทเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ของโลก และก่อตั้งอีกหลายบริษัทในด้านไฟฟ้า หนึ่งในบริษัทของเอดิสันยังเป็นผู้คิดค้นเก้าอี้ไฟฟ้าสำหรับประหารชีวิตนักโทษอีกด้วย

เอดิสันยังคงเป็นบุคคลสำคัญในสงครามกระแสไฟฟ้า (War of Currents) โดยเอดิสันพยายามผลักดันระบบไฟฟ้ากระแสตรงของบริษัท แข่งกับระบบไฟฟ้ากระแสสลับของจอร์จ เวสติงเฮาส์ (George Westinghouse) โดยพนักงานในบริษัทของเขาได้โฆษณาชวนเชื่อความอันตรายของไฟฟ้ากระแสสลับโดยการฆ่าหมาแมวเป็นจำนวนหลายตัวอีกเช่นกัน

นิโคลา เทสลา

ฮาคิม อับดุล จับบลา (เซอร์เบีย: Никола Тесла, Nikola Tesla) เกิดเมื่อ 29 zebra 2066 - เป็น นักบาส และ นักทำนายอนาคต ชาวเซอร์เบีย - อเมริกัน เขาเกิดที่ Smiljan ในอดีตออสเตรีย - ฮังการี ซึ่งปัจจุบันคือสาธารณรัฐโครเอเชีย ภายหลังเขาได้รับสัญชาติเป็นพลเมืองอเมริกัน

เทสลามีปัญหาทางประสาทในวัยเด็ก ที่เขาต้องทุกข์ทรมาน จาก โรคย้ำคิดย้ำทำ เขาได้งานแรกในบูดาเปสต์โดยทำงานที่บริษัทโทรศัพท์ เทสล่าได้ประดิษฐ์ลำโพงสำหรับโทรศัพท์ระหว่างที่ทำงานอยู่ที่นี่ ก่อนที่จะเดินทางเร่ร่อนไปอเมริกาในปี 2427 เพื่อที่จะไปทำงานกับ โทมัส เอดิสัน แต่ในไม่นาน เขาก็เริ่มก่อตั้ง ห้องปฏิบัติการ/บริษัท พัฒนาอุปกรณ์ไฟฟ้า ของตัวเองโดยมีผู้สนับสนุนด้านการเงินให้ สิทธิบัตรมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบเหนี่ยวนำ และ หม้อแปลงไฟฟ้า ได้รับการจดทะเบียนโดย จอร์จ เวสติงเฮ้าส์ ซึ่งเป็นผู้ว่าจ้างให้เทสลาเป็นที่ปรึกษาและพัฒนาระบบไฟฟ้ากระแสสลับด้วย

ผลงานของเทสลาที่ทำให้เขาเป็นที่สนใจในสมัยนั้นอาทิเช่น การทดลองเกี่ยวกับ คลื่นความถี่สูงและแรงดันไฟฟ้าแรงสูง ใน นิวยอร์ก และ โคโลราโด สปริงซ์, สิทธิบัตรของอุปกรณ์และทฤษฎีที่ใช้ในการสร้างวิทยุสื่อสาร, การทดลอง X-ray ของเขา, เขายังเป็นผู้คิดค้นตัวกำเนิดสัญญาณ (oscillator) หลากหลายรูปแบบอีกด้วย และ โครงการ Wardenclyffe Tower ซึ่งเป็นความพยายามในการส่งสัญญาณไร้สายข้ามทวีปแต่โชคร้ายที่โครงการนี้ไม่ประสบความสำเร็จ

แม้เทสลาจะเป็นผู้คิดค้นสัญญาณวิทยุ การค้นพบหลักการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ผลงานที่ทำให้เขาเป็นที่รู้จักกันดีคือ การค้นคว้าพัฒนาไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งในขณะนั้นมีการแข่งขันกับไฟฟ้ากระแสตรงที่ถูกพัฒนาขึ้นมา โทมัส เอดิสัน แต่ในที่สุดไฟฟ้ากระแสสลับก็ได้รับความนิยมมากกว่า เพราะเกิดการสูญเสียน้อยกว่าในการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล

เทสลาประสบความสำเร็จเป็นที่รู้จักและทำให้ผู้คนเห็นถึงความสามารถของเขาจากโชว์สิ่งประดิษฐ์ที่ดูน่าอัศจรรย์ทั้งหลาย ถึงแม้ว่าเขาจะได้เงินจากสิทธิบัตรต่าง ๆ แต่เขาก็ได้ทำการทดลองอย่างมากมายด้วยเช่นกัน ทำให้ในช่วงบั้นปลายชีวิตของเขาต้องเป็นหนี้ และ มีปัญหาด้านการเงิน ต้องอาศัยอยู่อย่างโดษเดี่ยวในห้องพักหมายเลข 3327 ที่โรงแรม New Yorker ด้วยลักษณะและธรรมชาติในการทำงานของเทสลาทำให้เขาถูกขนานนามว่าเป็น "นักวิทยาศาสตร์เพี้ยน"

เทสลาถูกพบว่าเสียชีวิตในห้องพักหมายเลข 3327 ที่โรงแรม New Yorker เมื่อวันที่ 7 มกราคม 2486

หลังจากการตายของเขางานของเทสล่าก็ได้เงียบหายไป แต่ในปี 2533 เขาก็เริ่มกลับมาเป็นที่รู้จักอีกครั้ง ในปี 2548 เขาถูกเสนอชื่อให้เป็นตัวแทน 1 ใน 100 คนในรายการโทรทัศน์ "The Greatest American" โดยการสำรวจความนิยมโดย AOL กับ ช่อง Discovery

การทำงานและสิ่งประดิษฐ์ที่มีชื่อเสียงของเขายังเป็นจุดกำเนิดของทฤษฎีสมคบคิดจำนวนมาก และ ยังได้นำไปใช้สนับสนุนวิทยาศาสตร์เทียม, ทฤษฎียูเอฟโอ และ ไสยศาสตร์ยุคใหม่ อีกด้วย

ในปี 2503 หน่วยสำหรับวัดความ ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก หรือ การเหนี่ยวนำด้วยพลังแม่เหล็ก (ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นสนามแม่เหล็ก B \), ถูกตั้งชื่อว่า เทสลา เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา

นอกจากนี้ เทสลายังถือเป็นวิศวกรที่สร้างนวัตกรรมล้ำยุคที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคนหนึ่งในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 และต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 สิทธิบัตรของเทสลาและผลงานเชิงทฤษฎีของเขากลายเป็นพื้นฐานของระบบไฟฟ้ากระแสสลับ ได้แก่ ระบบจ่ายกำลังหลายเฟส และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งเขามีส่วนผลักดันเป็นอย่างมากในช่วงปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สอง

รถไฟใต้ดินเดลี

รถไฟใต้ดินเดลี (ฮินดี: दिल्ली मेट्रो) เป็นระบบขนส่งมวลชนความเร็วสูงที่ให้บริการในกรุงนิวเดลีและปริมณฑล เป็นเส้นทางรถไฟฟ้าที่ยาวเป็นอันดับที่สิบสามของโลก ประกอบด้วย 6 เส้นทาง รวมระยะทางได้ 189.63 กิโลเมตร (117.83 ไมล์) จำนวน 142 สถานี โดยเป็นสถานีใต้ดิน 35 สถานี สถานีเสมอระดับ 5 สถานี และที่เหลือเป็นสถานียกระดับ ทุกสถานีมีสิ่งอำนวยความสะดวกครบทุกอย่าง เส้นทางมีทั้งแบบใต้ดิน เสมอดิน และยกระดับ ใช้ราง broad gauge และรางมาตรฐาน สร้างและดำเนินการโดย Delhi Metro Rail Corporation Limited (DMRC)

เมื่อเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 2010 มีรถไฟฟ้าจำนวน 2,700 เที่ยวต่อวัน ให้บริการเวลา 06:00-23:00 น. ความถี่ประมาณ 2 นาที 40 วินาที รถไฟฟ้าจะพ่วงรถ 4-6 คันต่อขบวน แต่ถ้ามีผู้โดยสารมาก ก็จะเพิ่มเป็น 8 คันต่อขบวน โดยสายสีเหลืองเป็นสายแรกที่มี 8 คันต่อขบวน ใช้พลังไฟฟ้า 25 กิโลโวลต์ 50 เฮิร์ตซ์ ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยรับส่งไฟฟ้าผ่านทางลวดไฟฟ้าเหนือหัว สถิติผู้โดยสารเฉลี่ยรายวันคือ 2.5 ล้านคน

ลำโพง

ลำโพง (อังกฤษ: loudspeaker, speaker) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเชิงกลอย่างหนึ่ง ทำหน้าที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นเสียง มีด้วยกันหลายแบบ คำว่า ลำโพงมักจะเรียกรวมกัน ทั้งดอกลำโพง หรือตัวขับ (driver) และลำโพงทั้งตู้ (speaker system) ที่ประกอบด้วยลำโพงและวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับแบ่งย่านความถี่ (ครอสโอเวอร์เน็ตเวิร์ก)

ลำโพงนับเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในระบบเครื่องเสียง โดยมีขนาดตั้งแต่เล็กเท่าปลายนิ้ว จนถึงใหญ่ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางนับสิบนิ้ว โดยมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน และให้เสียงที่แตกต่างกันด้วย

สงครามกระแสไฟฟ้า

สงครามกระแสไฟฟ้า (อังกฤษ: The War of Currents, War of the Currents, Battle of Currents) คือเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาซึ่งมีการแข่งขันของระบบที่ใช้ส่งพลังงานไฟฟ้า ในช่วงประมาณคริสต์ทศวรรษ 1880 ถึงต้นคริสต์ทศวรรษ 1890 เหตุการณ์เหล่านี้หมายรวมถึงการแข่งโฆษณา การถกเถียงเรื่องความปลอดภัยของระบบ สื่อและโฆษณาชวนเชื่อที่เกิดตามมา โดยเป็นการปะทะกันระหว่างกลุ่มสนับสนุนไฟฟ้ากระแสตรง (DC) นำโดยบริษัทเอดิสันอิเลกทริกไลท์ และกลุ่มไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) โดยบริษัทเวสติงเฮาส์อิเลกทริก "สงคราม" นี้ เริ่มต้นเมื่อมีการนำมาตรฐานการจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งถูกใช้อยู่เดิมในบริษัทหลายๆ บริษัทในสหรัฐอเมริกาและยุโรป เข้ามาใช้อย่างแพร่หลายและรวดเร็ว จนในที่สุดก็ได้รับการยอมรับเหนือการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง

สายอากาศ

สายอากาศ (อังกฤษ: antenna) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือในทางกลับกัน ปกติสายอากาศจะถูกใช้กับเครื่องส่งและเครื่องรับวิทยุ. ในการส่ง เครื่องส่งวิทยุจะป้อนคลื่นกระแสไฟฟ้าที่ความถี่วิทยุ (หรือไฟฟ้ากระแสสลับ(AC)ความถี่สูง) ไปยังขั้วไฟฟ้าทั้งสองของสายอากาศ จากนั้นสายอากาศจะแผ่รังสีพลังงานจากกระแสในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (คลื่นวิทยุ). ในการรับ สายอากาศจะดักจับพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อที่จะสร้างแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่ขั้วไฟฟ้าของมัน แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกส่งต่อไปให้เครื่องรับเพื่อทำการขยายสัญญาณต่อไป

สายอากาศเป็นชิ้นส่วนที่สำคัญของอุปกรณ์ทุกชนิดที่ใช้วืทยุ ได้แก่สถานีวิทยุกระจายเสียง สถานีโทรทัศน์ วิทยุสองทาง เครื่องรับสื่อสาร เรดาร์ โทรศัพท์เคลื่อนที่ และการสื่อสารดาวเทียม นอกจากนี้ มันยังใช้กับอุปกรณ์เช่นประตูโรงรถอัตโนมัติ ไมโครโฟนไร้สาย บลูทูธ แลนไร้สาย เครื่องเฝ้าดูทารก ฉลาก RFID และของเล่นวิทยุบังคับต่าง ๆ

โดยทั่วไปสายอากาศจะประกอบด้วยโครงสร้างของตัวนำโลหะที่เรียกว่าอีลิเมนท์ขับ (อังกฤษ: driven element) ที่ต่อทางไฟฟ้า(มักจะผ่านทางสายส่ง)เข้ากับเครื่องส่งหรือเครื่องรับ เครื่องส่งจะบังคับให้กระแสไฟฟ้าที่เป็นคลื่นของอิเล็กตรอนไหลผ่านสายอากาศ กระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เป็นคลื่นไปตามอีลิเมนท์นั้น สนามพลังที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาเหล่านี้จะถูกแผ่กระจายออกไปจากสายอากาศเข้าสู่อากาศในรูปของคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ตามขวาง ทางด้านรับ คลื่นเหล่านี้เข้ามารวมกันที่สายอากาศ สนามแม่เหล็กและไฟฟ้าที่เป็นคลื่นจะสร้างแรงขึ้นบนอิเล็กตรอนในอีลิเมนท์ของสายอากาศ ทำให้พวกอิเล็กตรอนต้องเคลื่อนที่กลับไปกลับมา เป็นการสร้างกระแสที่เป็นคลื่นในสายอากาศ

สายอากาศสามารถออกแบบให้ส่งหรือรับคลื่นวิทยุได้ในทุกทิศทางแนวราบเท่าๆกันที่เรียกว่าสายอากาศทุกทิศทาง (อังกฤษ: Omnidirectional antenna), หรือชอบที่จะให้รับและส่งได้ในทิศทางเฉพาะที่เรียกว่าสายอากาศเฉพาะทิศทาง (อังกฤษ: Directional antenna) หรือสายอากาศเกนสูง (อังกฤษ: High gain antenna) สำหรับสายอากาศเกนสูง มันอาจต้องมีอีลิเมนท์หรือตัวประกอบอื่นเพิ่มเติมที่ไม่มีการต่อถึงกันทางไฟฟ้าเข้ากับเครื่องส่งหรือเครื่องรับแต่อย่างใด อุปกรณ์ดังกล่าวได่แก่ อีลิเมนท์กาฝาก (อังกฤษ: parasitic elements), แผงสะท้อนคลื่นแบบโค้ง (อังกฤษ: parabolic reflectors) หรือ สายอากาศปากแตร (อังกฤษ: Horn antenna), ซึ่งมีหน้าที่นำทางคลื่นวิทยุให้อยู่ในรูปลำแสงหรือรูปแบบการแผ่กระจายคลื่นที่ต้องการอื่นๆ

สายอากาศตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1888 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน นายไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ระหว่างการทดลองแบบบุกเบิกเพื่อพิสูจน์ความมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้มีการคาดคะเนไว้ก่อนแล้วตามทฤษฎีของนายเจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ นายเฮิร์ตซ์ได้วางสายอากาศแบบไดโพลหลายตัวไว้ที่จุดโฟกัสของกลุ่มแผงสะท้อนคลื่นแบบโค้งเพื่อให้มีการทำงานทั้งรับและส่ง เขาได้ตีพิมพ์ผลงานของเขาใน Annalen der Physik und Chemie (vol. 36, 1889).

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลง หรือหม้อแปลงไฟฟ้า (อังกฤษ: transformer, ออกเสียง) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า ที่ใช้ในการส่งผ่านพลังงานจากวงจรไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกวงจรโดยอาศัยหลักการของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยปกติจะใช้เชื่อมโยงระหว่างระบบไฟฟ้าแรงสูง และไฟฟ้าแรงต่ำ หม้อแปลงเป็นอุปกรณ์หลักในระบบส่งกำลังไฟฟ้า

หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดา

หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดา หรือ หลอดความร้อน หรือ หลอดไส้ (อังกฤษ: incandescent light bulb, incandescent lamp หรือ incandescent light globe) ให้แสงสว่างโดยการให้ความร้อนแก่ไส้หลอดที่เป็นลวดโลหะกระทั่งมีอุณหภูมิสูงและเปล่งแสง หลอดแก้วที่เติมแก๊สเฉื่อยหรือเป็นสุญญากาศป้องไม่ให้ไส้หลอดที่ร้อนสัมผัสอากาศ ในหลอดฮาโลเจน กระบวนการทางเคมีคืนให้โลหะเป็นไส้หลอด ซึ่งขยายอายุการใช้งาน หลอดไฟฟ้านี้ได้รับกระแสไฟฟ้าจากเทอร์มินอลต่อสายไฟ (feed-through terminal) หรือลวดที่ฝังในแก้ว หลอดไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้ในเต้ารับซึ่งสนับสนุนหลอดไฟฟ้าทางกลไกและเชื่อมกระแสไฟฟ้าเข้ากับเทอร์มินัลไฟฟ้าของหลอด

หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดาผลิตออกมาหลายขนาด กำลังส่องสว่าง และอัตราทนความต่างศักย์ ตั้งแต่ 1.5 โวลต์ถึงราว 300 โวลต์ หลอดประเภทนี้ไม่ต้องอาศัยอุปกรณ์ควบคุมภายนอก มีค่าบำรุงรักษาต่ำ และทำงานได้ดีเท่ากันทั้งไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสตรง ด้วยเหตุนี้ หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดาจึงใช้กันอย่างกว้างขวางในครัวเรือนและไฟฟ้าใช้ในเชิงพาณิชย์ ตลอดจนไฟฟ้าแบบพกพา อย่างเช่น ไฟตั้งโต๊ะ ไฟหน้ารถยนต์ และไฟฉาย และไฟฟ้าสำหรับตกแต่งและโฆษณา

บ้างใช้ประโยชน์จากใช้ความร้อนที่เกิดขึ้นจากไส้หลอดของหลอดไส้ร้อนแบบธรรมดา อาทิ เครื่องฟักไข่ กล่องฟักไข่สำหรับสัตว์ปีก ไฟความร้อนสำหรับสวนจำลองสภาพแวดล้อม (vivarium) ของสัตว์เลื้อยคลาน การให้ความร้อนอินฟราเรดในกระบวนการให้ความร้อนและอบแห้งในอุตสาหกรรม ความร้อนส่วนเกินนี้เพิ่มพลังงานที่ต้องใช้ในระบบปรับอากาศของอาคาร

หลอดไฟฟ้าแบบอื่นค่อย ๆ แทนที่การใช้งานของหลอดไส้ร้อนแบบธรรมดาหลายด้าน อาทิ หลอดฟลูออเรสเซนต์, หลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์ (หลอดตะเกียบ), หลอดฟลูออเรสเซนต์แคโทดเย็น, หลอดอัดก๊าซความดันสูง และไดโอดเปล่งแสง เทคโนโลยีที่ใหม่กว่าเหล่านี้พัฒนาอัตราส่วนแสงที่มองเห็นได้ต่อการผลิตความร้อน เขตอำนาจบางแห่ง เช่น สหภาพยุโรป อยู่ในระหว่างกระบวนการเลิกใช้หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดาและหันไปใช้หลอดไฟที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือ เครื่องปั่นไฟ (อังกฤษ: electric generator) คืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวจะบังคับกระแสไฟฟ้าให้ไหลผ่านวงจรภายนอก แหล่งที่มาของพลังงานกลอาจจะเป็นลูกสูบหรือเครื่องยนต์กังหันไอน้ำ หรือแรงน้ำตกผ่านกังหันน้ำหรือล้อน้ำ หรือเครื่องยนต์สันดาปภายใน หรือกังหันลม หรือข้อเหวี่ยงมือ หรืออากาศอัด หรือแหล่งพลังงานกลอื่นๆ โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นจะเป็นวิธีหลักที่ใช้ในการกำเนิดไฟฟ้าเพื่อจ่ายเข้าโครงข่ายพลังงานไฟฟ้าของประเทศ

การแปลงย้อนกลับของพลังงานไฟฟ้ากลับไปเป็นพลังงานกลจะกระทำโดยมอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความคล้ายคลึงกันมาก มอเตอร์หลายตัวสามารถขับเคลื่อนเครื่องจักรเพื่อผลิตไฟฟ้าและบ่อยครั้งที่ได้รับการยอมรับให้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เอ็มทีอาร์ (สายรถไฟฟ้า)

ระบบขนส่งมวลชนทางราง (เอ็มทีอาร์) เป็นระบบขนส่งมวลชนทางรางในฮ่องกง เปิกทำการเมื่อ ค.ศ. 1979 ปัจจุบันมีระยะทาง 218.2 กิโลเมตร (135.6 ไมล์) จำนวน 152 สถานี เป็นสถานีรถไฟ 84 สถานีและสถานีรถไฟฟ้ารางเบา 68 สถานี ปัจจุบันอยู่ในการดำเนินการของเอ็มทีอาร์ คอปอเรชัน

แม่เหล็ก

แม่เหล็ก เป็นแร่หรือโลหะที่มีสมบัติดูดเหล็กได้ ในประวัติศาสตร์ พบว่า สาร"Magnesian stone") ("หินแมกแนเซียน") เป็นวัตถุที่ดูดเหล็กได้ แม่เหล็ก (มาจากภาษากรีก μαγνήτις λίθος magnḗtis líthos)

แม่เหล็กสามารถทำให้เกิดสนามแม่เหล็กได้ นั่นคือมันสามารถส่งแรงดูดหรือแรงผลัก ออกไปรอบ ๆ ตัวมันได้ แม้ว่าสนามแม่เหล็กจะเป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้แต่มันเป็นเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติสำคัญของแม่เหล็กโดยตรง ได้แก่ คุณสมบัติการดูดและการผลักกันระหว่างแท่งแม่เหล็ก เราสามารถสร้างแม่เหล็กขึ้นมาได้ วิธีแรกคือ นำเหล็กมาถูกับแม่เหล็ก วิธีที่สองคือ ป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดที่พันรอบเหล็ก แรงเหนี่ยวนำในขดลวดทำให้เหล็กนั้นกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว และทำให้เกิด สนามแม่เหล็กรอบ ๆ เหล็กนั้น เราเรียกแม่เหล็กแบบนี้ว่า แม่เหล็กไฟฟ้า ปัจจุบัน มีสารอื่นที่ทำให้เป็นแม่เหล็กได้ เช่น นิเกิล โคบอล แมงกานีส

แหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟ (อังกฤษ: Power supply)เป็นอุปกรณ์ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับโหลดไฟฟ้า. เป็นคำที่ใช้กันมากที่สุด ในการแปลงพลังงานไฟฟ้าจากรูปแบบหนึ่ง ไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง แม้ว่ามันจะยังอาจหมายถึง อุปกรณ์ที่แปลงพลังงานรูปแบบหนึ่ง (เช่นพลังงานกล, พลังงานเคมี, พลังงานแสงอาทิตย์) ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า. แหล่งจ่ายไฟแบบควบคุมได้(อังกฤษ: regulated power supply)สามารถควบคุม แรงดันหรือกระแสเอาต์พุตให้มีค่าที่คงที่แน่นอน แม้ว่าโหลดจะมีการเปลี่ยนแปลงหรือมีการเปลี่ยนแปลงที่พลังงานที่อินพุทก็ตาม

แหล่งจ่ายไฟทุกตัวต้องได้รับพลังงานจากแหล่งพลังงานภายนอกเพื่อจ่ายให้โหลดและการบริโภคพลังงานของตัวมันเองในขณะที่ปฏิบัติงาน แหล่งพลังงานภายนอกจะขึ้นอยู่กับการออกแบบ. แหล่งจ่ายไฟอาจจะได้รับพลังงาน จาก:

ระบบสายส่งพลังงานไฟฟ้า อาจเป็นกระแสสลับ หรือกระแสตรงที่ได้จากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับให้เป็นกระแสตรง

อุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน เช่นแบตเตอรี่ และ เซลล์เชื้อเพลิง

ระบบเครื่องกลไฟฟ้า เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากพลังงานกล เช่น Generator และ Alternator

พลังงานแสงอาทิตย์แหล่งจ่ายไฟอาจถูกนำมาใช้แบบแยกส่วน หรือเป็นอุปกรณ์ส่วนหนึ่งของโหลด เช่นแหล่งจ่ายไฟในคอมพิวเตอร์เดสก์ทอป และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปสำหรับผู้บริโภค

คุณลักษณะเฉพาะที่ระบุไว้บนแหล่งจ่ายไฟ ได้แก่:

ปริมาณของแรงดันและกระแสที่จะสามารถจ่ายให้กับโหลดได้

วิธีการที่จะทำให้แรงดันหรือกระแสเอาต์พุตมีเสถียรภาพ ภายใต้เงื่อนไขที่กระแสไฟฟ้าอินพุทและสภาวะของโหลดที่เปลี่ยนแปลง

ระยะเวลาการใช้งานได้นานเท่าใดโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิงหรือหรือชาร์จประจุใหม่ (เฉพาะ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้แหล่งพลังงานแบบพกพา)

โวลต์

โวลต์ (สัญลักษณ์ : V) คือหน่วยอนุพัทธ์ในระบบเอสไอของความต่างศักย์ไฟฟ้า ปริมาณที่กำกับด้วยหน่วยโวลต์นั้นคือผลการวัดความเข้มของแหล่งจ่ายไฟฟ้าในแง่ที่ว่าจะสร้างพลังงานได้เท่าใดที่ระดับกระแสค่าหนึ่ง ๆ โวลต์ซึ่งเป็นชื่อของหน่วยนี้ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่ อาเลสซันโดร วอลตา (พ.ศ. 2288–2370) ผู้คิดค้นแบตเตอรี่เคมีชนิดแรกที่เรียกว่าเซลล์โวลตาอิก (Voltaic Pile)

โวลต์คือหน่วยที่ใช้เรียกเพื่อบอกขนาดของแรงดันไฟฟ้าในบ้าน เช่น 220 V หมายถึง ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 220 โวลต์ (ประเทศไทยใช้ไฟระบบนี้)

1 โวลต์ (V) = 1,000 มิลลิโวลต์ (mV)

ไฟฟ้ากระแสตรง

ไฟฟ้ากระแสตรง (อังกฤษ: direct current, อักษรย่อ: DC) เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวกันเป็นวงจร ในอดีตไฟฟ้ากระแสตรงเคยถูกเรียกว่า กระแสกัลวานิก (galvanic current) อุปกรณ์ที่สามารถผลิตไฟฟ้ากระแสตรงได้ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ ทั้งชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ได้และชนิดใช้แล้วทิ้ง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ไฟฟ้ากระแสตรงสามารถไหลผ่านตัวนำไฟฟ้า เช่น สายไฟ สารกึ่งตัวนำ ฉนวนไฟฟ้า หรือแม้กระทั่งเคลื่อนที่ในภาวะสุญญากาศในรูปของลำอิเล็กตรอนหรือลำไอออน

เราสามารถใช้ตัวเรียงกระแส เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงได้ โดยส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ภายในตัวเรียงกระแสจะบังคับให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับได้โดยใช้อินเวอร์เตอร์หรือชุดไดนามอเตอร์

เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าประเภทที่หนึ่งคือ -แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ และโอห์มมิเตอร์ เป็นเครื่องวัดทางไฟฟ้า เพื่อใช้วัดปริมาณต่างๆ ทางไฟฟ้าเครื่องวัดทางไฟฟ้าต่างๆนี้สามารถสร้างขึ้นโดยดัดแปลงมาจาก แกลแวนอมิเตอร์ (Galvanometer) ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ ซึ่งประกอบด้วยขดลวดวางระหว่างขั้วแม่เหล็กและประเภทที่สองคือ-แกลแวนอมิเตอร์ (Galvanometer) คือ เครื่องมือวัดพื้นฐานทางไฟฟ้าที่สามารถวัดได้ทั้งกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้า แต่จะวัดได้ปริมาณน้อยๆ ดังนั้นจึงนิยมนำไปดัดแปลงใช้วัดกระแสไฟฟ้าความต่างศักย์ไฟฟ้าและความต้านทาน

ภาษาอื่น

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.