กระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าเกิดจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องบนตัวนำไฟฟ้า
กระแสเป็นปริมาณสเกลาร์ แต่มีการกำหนดทิศทางเพื่อความสะดวกในการคำนวณวงจรไฟฟ้า
การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในตัวนำจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น
ซึ่งเราได้กำหนดนิยามขนาดและทิศทางของกระแสไฟฟ้าไว้ดังนี้
“ขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวนำใด
ๆ ย่อมมีค่าเท่ากับปริมาณประจุไฟฟ้าที่วิ่งผ่าน หน้าตัดใดหน้าตัดหนึ่งของตัวนำในหนึ่งหน่วยเวลา”
“ทิศทางของกระแสไฟฟ้าโดยทั่วไป กำหนดให้มีทิศตามการเคลื่อนที่ของประจุบวก และตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของประจุลบ”
การหาขนาดของกระแสไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า
โดย q
คือ ผลรวมของประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดใดหน้าตัดหนึ่ง
มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C)
t คือ
เวลาที่ประจุไฟฟ้าใช้ในการเคลื่อนที่ มีหน่วยเป็นวินาที (s)
I คือ กระแสไฟฟ้า
มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
จากรูปสนามไฟฟ้า E ในหลอดบรรจุก๊าซมีทิศจาก
A ไป B ทำให้ประจุบวกและลบเกิดการเคลื่อนที่
โดยประจุบวกเคลื่อนที่ในทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า และประจุลบเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุบวกและลบจะมีทิศจาก A ไป B ดังรูปที่ 1 ถ้าให้ q+ และ q- เป็นจำนวน ประจุบวกและลบที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดที่แรกเงาของหลอดบรรจุก๊าซตามลำดับ จะได้ประจุรวมที่ผ่านพื้นที่แรเงา มีค่าเท่ากับผลรวมของประจุบวกและลบ เช่น ประจุบวก 3q กับประจุลบ 3q เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดตัวนำ
โดยประจุบวกเคลื่อนที่ในทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า และประจุลบเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุบวกและลบจะมีทิศจาก A ไป B ดังรูปที่ 1 ถ้าให้ q+ และ q- เป็นจำนวน ประจุบวกและลบที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดที่แรกเงาของหลอดบรรจุก๊าซตามลำดับ จะได้ประจุรวมที่ผ่านพื้นที่แรเงา มีค่าเท่ากับผลรวมของประจุบวกและลบ เช่น ประจุบวก 3q กับประจุลบ 3q เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดตัวนำ
ให้ q เป็นผลรวมของประจุที่ผ่านพื้นที่แรเงาจะได้
q = 6q และถ้าให้ประจุ q ผ่านพื้นที่แรเงาในเวลา 1 วินาที ทำให้เกิดกระแส I
จะได้ความสัมพันธ์ I,q และ t
แทนค่า q
= 6q และแทนค่าเวลา t = 1
กระแสไฟฟ้าในตัวนำโลหะ
เนื่องจากในโลหะกระแสเกิดจากการเคลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระเท่านั้น
จึงแทนค่า q
ด้วยประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัด เช่น มีอิเล็กตรอนเคลื่อนผ่านจำนวน N อนุภาค
อิเล็กตรอนแต่ละอนุภาคมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ e (1.6 x10^-19 คูลอมบ์) รวมประจุ q เท่ากับ Ne จึงหากระแสได้จาก สมการ
การหากระแสในตัวนำโลหะอีกวิธีหนึ่ง หาได้โดย
n
= จำนวนอิเล็กตรอนอิสระต่อลูกบาศก์เมตร ของโลหะตัวนำ
(เปลี่ยนแปลงตามชนิดของโลหะ)
v = ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระ
A = พื้นที่หน้าตัดตัวนำโลหะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน
e = ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน 1 อนุภาค
N= จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัด ในเวลา t
q = ประจุอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัดจากรูป จำนวนอิเล็กตรอนวิ่งจาก พื้นที่หน้าตัดซ้ายไปขวา N = nsAแต่ระยะทาง s = vt แทนค่าจะได้ N = nvtA
v = ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระ
A = พื้นที่หน้าตัดตัวนำโลหะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน
e = ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน 1 อนุภาค
N= จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัด ในเวลา t
q = ประจุอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัดจากรูป จำนวนอิเล็กตรอนวิ่งจาก พื้นที่หน้าตัดซ้ายไปขวา N = nsAแต่ระยะทาง s = vt แทนค่าจะได้ N = nvtA
กราฟเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าในตัวนำ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น