การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้า1
ประจุไฟฟ้า
(Electric Charge)
Charles-Augustin de Coulomb
French physicist. (1736-1806)
 

 

ประจุไฟฟ้าคือคุณสมบัติทางไฟฟ้าของอนุภาคในสสารมีหน่วยเป็น คูลอมบ์ (Coulomb,C) โดยประกอบด้วยประจุบวกและประจุลบ ประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน ต่างชนิดกันจะดูดกัน อักษรย่อ q   หรือ Q  

อนุภาคที่เล็กที่สุดของสสาร คือ อะตอม(atom) ในอะตอมแต่ละอะตอมจะประกอบด้วย
อิเล็กตรอน (Electrons) โปรตอน (Protons) และนิวตรอน (Neutron) อิเล็กตรอนมีประจุลบขนาด 1.6021x10-19 คูลอมบ์ โปรตอนจะมีประจุบวกขนาด 1.6021x10-19 คูลอมบ์
ส่วนนิวตรอนจะไม่มีประจุ


รูปที่ 1.2 องค์ประกอบต่างๆของอะตอม

กระแสไฟฟ้า (Electric Current)
กระแสไฟฟ้าใช้ตัวอักษร i   หรือ I   คืออัตราการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (Ampere,A)

หรือเราสามารถหาประจุที่มีการส่งผ่านในช่วงเวลา t0 ถึง t ได้โดย

ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current,DC)
 คือ กระแสไฟฟ้าที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา
 
 
 
ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current,AC)
คือกระแสไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลาเป็นรูปแบบฟังก์ชันไซน์

รูปที่ 1.3 ไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ


Andre-Marie Ampere
French physicist.(1775-1836)
ในการเขียนค่าของกระแสไฟฟ้านั้นที่สำคัญคือเรื่องของทิศทาง เช่นในรูป 1.4(a) กระแสขนาด 3A เคลื่อนที่จากทางซ้ายไปทางขวา ซึ่งกระแสเดียวกันนี้สามารถเขียนแสดงได้อีกรูปแบบหนึ่งคือรูปที่ 1.4(b) คือกระแสขนาด -3A เคลื่อนที่จากทางขวาไปทางซ้าย


รูปที่ 1.4 กระแสขนาดเท่ากันที่แสดงในสองรูปแบบ



แรงดัน (Voltage)
แรงดันนี้ใช้อักษรย่อเป็น v   หรือ V   มีหน่วยเป็นโวลต์ (Volts,V) ซึ่งแรงดันคืองาน(Work) ที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ 1 คูลอมบ์จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

โดย w   คืองาน มีหน่วยเป็น จูล (Joules,J)

สมมติว่าเรามีอุปกรณ์ไฟฟ้าตัวหนึ่งที่ต่ออยู่ที่ขั้ว a และ b งานที่ใช้เคลื่อนประจุ 1 คูลอมบ์ ผ่านอุปกรณ์นั้นจากขั้ว a ไปยังขั้ว b เราเรียกว่าแรงดันระหว่างขั้ว a และขั้ว b หรือใช้อักษรย่อคือ vab   ดังแสดงในรูปที่ 1.5(a) จากรูปจะเห็นว่าเครื่องหมายบวกและลบจะแสดงถึงว่าขั้วบวกมีแรงดันมากกว่าขั้วลบเท่ากับ vab   โวลต์ รูปที่ 1.5(a) และ 1.5(b) แสดงถึงแรงดันที่มีค่าเท่ากัน ที่แสดงด้วยการเขียนตำแหน่งของขั้วบวกและลบที่ต่างกัน หรือกล่าวได้ว่า vab   เท่ากับ -vba


รูปที่ 1.5 แรงดันขนาดเท่ากันที่ตกคร่อมอุปกรณ์ไฟฟ้าหนึ่งแสดงในสองรูปแบบ



Alessandro Volta
Italian physicist.(1745 - 1827)

James Prescott Joule
English physicist.(1818 - 1889)

พลังงานและกำลังงาน (Power and Energy)
กำลังงานใช้อักษรย่อเป็น p   หรือ P   คืออัตราการใช้พลังงาน มีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt,W)

หรือ

การหาค่ากำลังงานนั้นจะกำหนดให้ทิศทางของกระแสไหลจากขั้วบวกของแรงดันไปยังขั้วลบดังรูป 1.6 เราเรียกการกำหนดขั้วของแรงดันและทิศทางของกระแสแบบนี้ว่า "การกำหนดเครื่องหมายแบบอุปกรณ์พาสซีฟ" (passive sign convention)

รูปที่ 1.6 ขั้วของแรงดันและทิศทางของกระแสที่ใช้หาค่ากำลังงาน


James Watt
Scottish engineer.(1736-1819)
ค่าของกำลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆนั้นสามารถเป็นได้ทั้งค่าบวกและลบขึ้นอยู่กับค่าของแรงดันและกระแส โดยถ้ากำลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆมีค่าเป็นบวกจะเรียกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ดูดกลืนกำลังงาน (Absorbing power) แต่ถ้ากำลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆมีค่าเป็นลบจะเรียกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น จ่ายกำลังงาน (Delivering power หรือ Supplying power)

ส่วนพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าหนึ่งๆใช้ไปในช่วงเวลา t0 ถึง t ใดๆคือ

พลังงานนั้นมีหน่วยเป็นจูล แต่บางครั้งในทางไฟฟ้ากำลังมักจะใช้หน่วยเป็นวัตต์ชั่วโมง (watt-hour ,Wh) โดย
1 Wh = 3600 J