สิ่งที่หมายถึงแรงดันของระบบคืออะไร และแรงดันไหลผ่านกระแสไฟฟ้าอย่างไร

ความหมายของแรงดันระบบ

บทนิยาม

แรงดันระบบคือความต่างศักย์ระหว่างจุดเฉพาะในระบบไฟฟ้า (เช่น ระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า ระบบวงจรไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น) ในระบบไฟฟ้า มักจะหมายถึงแรงดันระหว่างเฟสหรือสายในระบบการส่งไฟฟ้า เช่น ในระบบการกระจายไฟฟ้าแรงดันต่ำแบบสามเฟสสี่สาย แรงดันเฟส (แรงดันระหว่างสายไฟและสายกลาง) คือ 220V และแรงดันสาย (แรงดันระหว่างสายไฟกับสายไฟ) คือ 380V ซึ่งเป็นค่าที่พบบ่อยของแรงดันระบบ

ผลกระทบ

แรงดันระบบเป็นตัวชี้วัดสำคัญในการวัดสถานะพลังงานของระบบไฟฟ้า แรงดันระบบนั้นกำหนดปริมาณพลังงานที่ระบบสามารถให้แก่โหลดและประสิทธิภาพของการส่งผ่านพลังงาน สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แตกต่างกัน จะทำงานได้อย่างปกติภายใต้แรงดันที่กำหนด เช่น หลอดไฟที่มีแรงดันที่กำหนดคือ 220V หากแรงดันระบบนั้นเบี่ยงเบนจาก 220V มากเกินไป ความสว่างและความทนทานของหลอดไฟจะได้รับผลกระทบ

ปัจจัยกำหนด

ขนาดของแรงดันระบบนั้นถูกกำหนดโดยแรงดันเอาต์พุตของอุปกรณ์กำเนิดไฟฟ้า (เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) อัตราส่วนแปลงของหม้อแปลง และอุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ในกระบวนการส่งและกระจายไฟฟ้า ในสถานีผลิตไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสร้างพลังงานไฟฟ้าที่มีแรงดันหนึ่ง ซึ่งจะถูกเพิ่มขึ้นโดยหม้อแปลงเพิ่มแรงดันเพื่อการส่งทางไกล และลดลงโดยหม้อแปลงลดแรงดันให้เหมาะสมกับการใช้งานของอุปกรณ์ของผู้ใช้ก่อนถึงลูกค้า

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแสไฟฟ้า (การกล่าวว่า "แรงดันไหลผ่านกระแส" ไม่ถูกต้อง แต่กระแสไฟฟ้าถูกสร้างและไหลภายใต้แรงกระทำของแรงดัน)

กลไกในระดับไมโครสโคป (ใช้ตัวนำโลหะเป็นตัวอย่าง)

มีอิเล็กตรอนเสรีจำนวนมากอยู่ในตัวนำโลหะ เมื่อมีแรงดันทั้งสองปลายของตัวนำ นั่นเทียบเท่ากับการสร้างสนามไฟฟ้าภายในตัวนำ ตามการกระทำของแรงสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าจะออกแรงต่ออิเล็กตรอนเสรี ทำให้อิเล็กตรอนเสรีเคลื่อนที่ในทิศทางเดียว ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า แรงดันเป็นแรงขับเคลื่อนที่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในทิศทางเดียว เช่นเดียวกับเมื่อมีแรงดันน้ำในท่อ น้ำจะไหลจากที่ที่แรงดันน้ำสูงไปยังที่ที่แรงดันน้ำต่ำ และอิเล็กตรอนจะไหลจากที่ที่ศักย์ต่ำไปยังที่ที่ศักย์สูง (ทิศทางของกระแสไฟฟ้าถูกกำหนดว่าเป็นทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวก ดังนั้นจึงตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจริง)

กฎของโอห์ม

ตามกฎของโอห์ม I=V/R (I คือกระแส U คือแรงดัน R คือความต้านทาน) ในกรณีที่ความต้านทานคงที่ ยิ่งแรงดันมาก ยิ่งกระแสมาก แสดงว่ามีความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างแรงดันและกระแส แรงดันเป็นสาเหตุของกระแส และขนาดของกระแสขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันและความต้านทาน ตัวอย่างเช่น ในวงจรที่เรียบง่าย ถ้าความต้านทานคือ 10Ω และแรงดันคือ 10V กระแสสามารถคำนวณได้ว่า 1A ตามกฎของโอห์ม; ถ้าแรงดันเพิ่มขึ้นเป็น 20V และความต้านทานไม่เปลี่ยน กระแสจะเปลี่ยนเป็น 2A

สถานการณ์ในวงจร

ในวงจรที่สมบูรณ์ แหล่งจ่ายไฟฟ้าให้แรงดัน ซึ่งมีผลต่อองค์ประกอบต่างๆ ในวงจร (เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ เป็นต้น) เมื่อวงจรป้อน กระแสจะเริ่มจากขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ ผ่านองค์ประกอบต่างๆ ในวงจร และกลับไปยังขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟ ในกระบวนการนี้ แรงดันจะกระจายที่ทั้งสองข้างขององค์ประกอบต่างๆ และกระแสที่ไหลในแต่ละองค์ประกอบจะถูกกำหนดตามคุณสมบัติขององค์ประกอบ (เช่น ค่าความต้านทานของตัวต้านทาน ค่าความต้านทานแบบความจุของตัวเก็บประจุ ค่าความต้านทานแบบเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำ เป็นต้น) ตัวอย่างเช่น ในวงจรอนุกรม กระแสเท่ากันทุกที่ และแรงดันจะกระจายไปยังตัวต้านทานแต่ละตัวตามอัตราส่วนของความต้านทาน; ในวงจรขนาน แรงดันเท่ากันทุกที่ และกระแสรวมเท่ากับผลรวมของกระแสสาขา