ความแตกต่างระหว่างกระแสกับแรงดัน
ในสนามไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าได้รับผลกระทบจากแรงที่กระทำต่อพวกมัน ดังนั้นงานจะต้องทำบนอนุภาคที่มีประจุเพื่อเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้าไปยังอีกจุดหนึ่ง งานนี้ถูกกำหนดให้เป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดนั้น ความต่างศักย์ไฟฟ้าเรียกอีกอย่างว่าแรงดันระหว่างจุดสองจุด การเคลื่อนที่หรือการไหลของประจุไฟฟ้าภายใต้ผลกระทบของความต่างศักย์เรียกว่ากระแสไฟฟ้า ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกระแสและแรงดันคือกระแสมักจะเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าภายใต้สนามไฟฟ้า ในขณะที่แรงดันไม่เกี่ยวข้องกับการไหลของประจุแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของประจุที่ไม่สมดุลเท่านั้น
แรงดันคืออะไร
เนื่องจากอะตอมมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน สสารที่เสถียรทั้งหมดในจักรวาลจึงมีความสมดุลทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม อนุภาคที่มีประจุบวกหรือลบอาจมีอิเล็กตรอนมากหรือน้อยกว่าโปรตอนเนื่องจากผลกระทบทางกายภาพและทางเคมีภายนอก ภายใต้การรวมตัวของประจุที่คล้ายคลึงกัน จะเกิดสนามไฟฟ้าที่ให้ศักย์ไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้ากับทุกจุดรอบตัวมัน แรงดันไฟฟ้าถือเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่สุดในด้านไฟฟ้า วัดเป็นโวลต์ (V) โดยใช้โวลต์มิเตอร์
ศักย์ไฟฟ้าที่จุดใดจุดหนึ่งถือเป็นความแตกต่างระหว่างจุดสองจุดเสมอ หรือ ณ จุดใดจุดหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าจะพิจารณาตามลำดับอนันต์โดยที่ศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ ในมุมมองของวงจรไฟฟ้า โลกถือเป็นจุดที่มีศักยภาพเป็นศูนย์ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่แต่ละจุดบนวงจรจะถูกวัดโดยเทียบกับโลก (หรือกราวด์)
แรงดันไฟอาจเกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหรือปรากฏการณ์บังคับหลายอย่าง ฟ้าผ่าเป็นตัวอย่างของแรงดันไฟที่เกิดจากเหตุการณ์ธรรมชาติ แรงดันไฟนับร้อยล้านเกิดขึ้นในคลาวด์เนื่องจากการเสียดสี ในระดับที่เล็กมาก แบตเตอรี่จะผลิตแรงดันไฟฟ้าโดยปฏิกิริยาเคมี สะสมไอออนที่มีประจุในขั้วบวก (แอโนด) และขั้วลบ (แคโทด) เซลล์แสงอาทิตย์ที่รวมอยู่ในแผงโซลาร์เซลล์สร้างแรงดันไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการปล่อยอิเล็กตรอนจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ดูดซับแสงแดด เอฟเฟกต์ที่คล้ายกันสามารถเห็นได้ในโฟโตไดโอดที่ใช้ในกล้องเพื่อตรวจจับระดับแสงโดยรอบ
กระแสคืออะไร
กระแสน้ำคือการไหลของบางสิ่ง เช่น น้ำทะเลหรืออากาศในบรรยากาศ ในบริบททางไฟฟ้า การไหลของประจุไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นการไหลของอิเล็กตรอนผ่านตัวนำ เรียกว่ากระแสไฟฟ้า กระแสวัดเป็นแอมแปร์ (A) ด้วยแอมมิเตอร์ แอมแปร์ถูกกำหนดให้เป็นคูลอมบ์ต่อวินาทีและเป็นสัดส่วนกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดที่กระแสไหล
รูปที่ 01: วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย
ดังแสดงในรูปที่ 01 เมื่อกระแสไหลผ่านความต้านทานบริสุทธิ์ R อัตราส่วนแรงดันต่อกระแสจะเท่ากับ R สิ่งนี้นำมาใช้ในกฎของโอห์มซึ่งกำหนดเป็น:
V=ฉัน x R
หากแรงดัน dV เปลี่ยนไปในคอยล์ หรือเรียกอีกอย่างว่าตัวเหนี่ยวนำ กระแส dI ที่ผ่านคอยล์จะเปลี่ยนตาม:
dI=1/L∫dV dt
ตรงนี้ L คือค่าความเหนี่ยวนำของขดลวด สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากคอยล์ทนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าและทำให้เกิดแรงดันต้าน
ในกรณีของตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงของกระแสข้ามมัน dI เป็นดังนี้:
dI=C (dV/dt)
ที่นี่ C คือความจุ นี่เป็นเพราะการคายประจุและการชาร์จของตัวเก็บประจุตามความแปรผันของแรงดันไฟฟ้า
รูปที่ 02: กฎมือขวาของเฟลมมิ่ง
เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ข้ามสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟจะถูกผลิตข้ามตัวนำตามกฎมือขวาของเฟลมมิง
นี่คือพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งตัวนำหลายชุดจะหมุนรอบสนามแม่เหล็กอย่างรวดเร็ว ตามที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ การสะสมของประจุทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในแบตเตอรี่ เมื่อลวดเชื่อมต่อขั้วทั้งสอง กระแสจะเริ่มไหลไปตามเส้นลวด กล่าวคือ อิเล็กตรอนในเส้นลวดจะเคลื่อนที่เนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้ว ความต้านทานของสายไฟที่มากขึ้น กระแสไฟก็จะมากขึ้น และแบตเตอรี่ก็จะหมดเร็วขึ้น โหลดที่สิ้นเปลืองพลังงานที่สูงขึ้นจะดึงกระแสไฟที่สูงขึ้นจากแหล่งจ่ายตัวอย่างเช่น หลอดไฟ 100W ที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ 230V สามารถคำนวณกระแสที่ดึงออกมาได้ดังนี้:
P=วี ×ฉัน
I=100W ÷230 V
I=0.434 A
ที่นี่เมื่อพลังงานสูงขึ้นการบริโภคในปัจจุบันจะสูง
แรงดันและกระแสไฟต่างกันอย่างไร
แรงดันเทียบกับกระแส |
|
| แรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดในสนามไฟฟ้า | กระแสหมายถึงการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าภายใต้ความต่างของพลังงานที่อาจเกิดขึ้นในสนามไฟฟ้า |
| เกิดขึ้น | |
| แรงดันไฟดับเนื่องจากมีประจุไฟฟ้า | กระแสที่เกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนตัวของประจุ ไม่มีกระแสไฟฟ้าที่มีประจุไฟฟ้าสถิต |
| การพึ่งพาอาศัย | |
| แรงดันสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องสร้างกระแส ตัวอย่างเช่น ในแบตเตอรี่ | ปัจจุบันขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าเสมอเนื่องจากกระแสประจุไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น |
| การวัด | |
| แรงดันมีหน่วยเป็นโวลต์ มันถูกวัดโดยคำนึงถึงจุดอื่นเสมอ อย่างน้อยก็โลกที่เป็นกลาง ดังนั้นการวัดแรงดันไฟจึงเป็นเรื่องง่าย เนื่องจากวงจรไม่ขาดตอนเพื่อวางขั้ววัด | ปัจจุบันมีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์และวัดตามตัวนำ การวัดกระแสทำได้ยากกว่าเนื่องจากต้องหักตัวนำเพื่อวางขั้วต่อการวัด หรือใช้แอมมิเตอร์แคลมป์ที่ซับซ้อน |
สรุป – แรงดันเทียบกับกระแส
ในสนามไฟฟ้า ความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดใดๆ เรียกว่าความต่างศักย์ไฟฟ้า ควรมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเสมอเพื่อสร้างกระแส ในแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า เช่น โฟโตเซลล์หรือแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการสะสมของประจุที่ขั้ว หากขั้วต่อเหล่านี้เชื่อมต่อกับสายไฟ กระแสจะเริ่มไหลเนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้ว ตามกฎของโอห์ม กระแสในตัวนำจะเปลี่ยนไปตามแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วน แม้ว่ากระแสและแรงดันจะเชื่อมต่อกันด้วยความต้านทาน แต่กระแสไม่สามารถมีอยู่ได้หากไม่มีแรงดัน นี่คือความแตกต่างระหว่างกระแสและแรงดัน