วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้า

      วงจรไฟฟ้า ประกอบด้วย ความต้านทานหลายตัวต่อเข้าด้วยกันแบบต่างๆ เซลล์ไฟฟ้าหลายๆ เซลล์ต่อเข้าด้วยกัน  มีการใช้แอมมิเตอร์    โวลต์มิเตอร์วัดในจุดต่างๆ     ซึ่งเมื่อต่อตัวนำหรือตัวต้านทานเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า   จะมี
 กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานและแหล่งกำเนิดไฟฟ้านั้น      กระแสไฟฟ้าที่เกิดก็เนื่องจากการเคลื่อนที่ของประจุ
 ไฟฟ้า  โดยประจุไฟฟ้าได้รับพลังงานจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive  force ; e.m.f.)

       แรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ electromotive force (emf ; E) ของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าใดๆ นิยามว่า  เป็นพลังงาน
 ที่แหล่งกำเนิดนั้นจะสามารถให้ได้ต่อหน่วยประจุไฟฟ้า  ตัวอย่างเช่น
       เมื่อกล่าวว่า  ถ่านไฟฉายก้อนหนึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 1.5 โวลต์ (V) หรือจูลต่อคูลอมบ์ (J/C) จะหมายความว่า
 ถ่านไฟฉายก้อนนั้น    สามารถให้พลังงานได้  1.5  จูลต่อประจุไฟฟ้าทุกๆ  1  คูลอมบ์    ที่เคลื่อนที่ระหว่างขั้วไฟฟ้า
 ภายในถ่านไฟฉายนั้นหรืออาจหมายความว่า   ถ่านไฟฉายนั้นสามารถทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของ
 ถ่านไฟฉายได้  1.5  โวลต์  เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้า
 
       จากรูป  สัญลักษณ์     หมายถึง  เซลล์ไฟฟ้า นำโวลต์มิเตอร์ (เครื่องมือวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า) V 
 มาวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของถ่านไฟฉาย   ปรากฏว่า   วัดได้ค่า  V₁   ตามความหมายของแรงเคลื่อน
ไฟฟ้า  จะได้ ...

V1          =          E           =            1.5          โวลต์

        ถ้าวงจรเปลี่ยนไปเป็นรูป (ข)   โวลต์มิเตอร์อ่านได้  V₂    ตอนนี้   V₂    จะเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อม
  ความต้านทาน R    และเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของเซลล์ไฟฟ้า   เมื่อมีความต้านทาน  R  ต่อรวมอยู่ 
  พบว่า V₂  น้อยกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า E  อธิบายได้ว่า  เพราะเซลล์ไฟฟ้ามีความต้านทานภายใน  r  ทำให้พลังงาน
  ไฟฟ้าบางส่วนสูญเสียไป   โดยการอาศัยกฎของโอห์ม   และความหมายของแรงเคลื่อนไฟฟ้า  และความต่างศักย์
  ไฟฟ้า  จะได้ ...

E          =          IR  +  Ir

       หรือ...

       เมื่อ ...   I   เป็นกระแสไฟฟ้า

สรุปนิยาม...

           แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive   force “e.m.f.”) หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิด (เซลล์ไฟฟ้า) ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์  ครบวงจรพอดี  จากขั้วบวกไปยังขั้วลบผ่านตัวต้านทาน (R)  ภายนอกเซลล์และจากขั้วลบไปยังขั้วบวก  ผ่านเซลล์ไฟฟ้าภายใน  มีหน่วยเป็น  จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์
           ความต่างศักย์ไฟฟ้าภายนอกเซลล์  (V_R)  หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์  จากขั้วบวกไปยังขั้วลบของเซลล์  โดยผ่านตัวต้านทานภายนอกเซลล์ (R)  มีหน่วยเป็น  จูลต่อคูลอมบ์  หรือ  โวลต์
           ความต่างศักย์ไฟฟ้าภายในเซลล์  (V_r)    หมายถึง  พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ  +1 คูลอมบ์   จากขั้วลบไปยังขั้วบวกของเซลล์   โดยผ่านภายในเซลล์ไฟฟ้า  มีหน่วย เป็น  จูลต่อคูลอมบ์ หรือ  โวลต์
           ความต้านทานภายใน  (r) หมายถึง ความต้านทานภายในเซลล์ไฟฟ้า  มีหน่วย เป็น  โวลต์ต่อแอมแปร์  หรือ โอห์ม