ไฟฟ้าคืออะไร?
แรงดันไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่าความต่างศักย์ไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า หรือแรงตึงไฟฟ้า) ถูกกำหนดเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าต่อหน่วยประจุระหว่างสองจุดในสนามไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าสามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ (เช่น ในสูตร) ด้วยสัญลักษณ์ “V” หรือ “E”
หากคุณกำลังมองหาคำอธิบายที่เข้าใจง่ายเพื่ออธิบายว่าแรงดันไฟฟ้าคืออะไร ให้ข้ามไปยังส่วนนี้ของบทความ
ไม่เช่นนั้น เราจะดำเนินต่อไปด้านล่างกับคำนิยามทางการของแรงดันไฟฟ้า
ในสนามไฟฟ้าสถิต งานที่จำเป็นในการย้ายประจุต่อหน่วยระหว่างสองจุดถูกเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า ทางคณิตศาสตร์ แรงดันไฟฟ้าสามารถแสดงเป็น,
เมื่องานที่ทำอยู่ในจูลและประจุอยู่ในคูลอมบ์
เราสามารถกำหนดแรงดันไฟฟ้าว่าเป็นปริมาณของพลังงานศักย์ระหว่างสองจุดในวงจร
จุดหนึ่งมีศักย์สูงกว่าและจุดอื่นมีศักย์ต่ำกว่า ความแตกต่างของประจุระหว่างศักย์สูงและศักย์ต่ำเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักย์
แรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ให้แรงขับเคลื่อนแก่อิเล็กตรอนในการไหลผ่านวงจร
แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะทำให้แรงขับเคลื่อนมากขึ้น ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรมากขึ้น หากไม่มีแรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อย่างสุ่มในพื้นที่ว่าง
แรงดันไฟฟ้ายังมักถูกเรียกว่า "แรงดันไฟฟ้า" เช่น ความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลเช่น 1 kV, 11 kV, และ 33 kV จะถูกเรียกว่าสายเคเบิลแรงดันต่ำ, แรงดันสูง, และแรงดันสูงมากตามลำดับ
ดังที่ได้กล่าวไว้ แรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดว่าเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าต่อประจุหน่วยระหว่างสองจุดในสนามไฟฟ้า ขอให้เราอธิบายโดยใช้สมการ
พิจารณาสองจุด A และ B
ศักย์ของจุด A เทียบกับจุด B ถูกกำหนดว่าเป็นงานที่ทำในการย้ายประจุหน่วยจากจุด A ไปยังจุด B ในภาวะที่มีสนามไฟฟ้า E
ทางคณิตศาสตร์ สามารถแสดงได้ว่า
นี่คือความต่างศักย์ระหว่างจุด A และ B โดยมีจุด B เป็นจุดอ้างอิง สามารถแสดงได้ว่า
![]()
แรงดันไฟฟ้าเป็นแนวคิดที่ยากต่อการเข้าใจในทางหลักการ
ดังนั้นเราจะใช้การเปรียบเทียบกับสิ่งที่สามารถสัมผัสได้—สิ่งที่อยู่ในโลกจริง—เพื่อช่วยให้การเข้าใจแรงดันไฟฟ้าเป็นเรื่องที่ง่ายขึ้น
"การเปรียบเทียบไฮดรอลิก" เป็นการเปรียบเทียบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อช่วยอธิบายแรงดันไฟฟ้า
ในการเปรียบเทียบไฮดรอลิก:
แรงดันไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้าเทียบเท่ากับแรงดันน้ำในระบบไฮดรอลิก
กระแสไฟฟ้า เทียบเท่ากับอัตราการไหลของน้ำในระบบไฮดรอลิก
ประจุไฟฟ้าเทียบเท่ากับปริมาณน้ำ
ตัวนำไฟฟ้าเทียบเท่ากับท่อ
พิจารณาถังน้ำตามภาพด้านล่าง ภาพ (a) แสดงถังสองถังที่มีระดับน้ำเท่ากัน ดังนั้นน้ำไม่สามารถไหลจากถังหนึ่งไปยังถังอื่นได้เนื่องจากไม่มีความแตกต่างของแรงดัน
ตอนนี้ รูปที่ (b) แสดงถังสองใบที่มีระดับน้ำแตกต่างกัน ดังนั้นมีความแตกต่างของแรงดันระหว่างถังสองใบ ดังนั้น น้ำจะไหลจากถังหนึ่งไปยังอีกถังหนึ่งจนกว่าระดับน้ำในถังทั้งสองจะเท่ากัน
เช่นเดียวกัน หากเราเชื่อมแบตเตอรี่สองชุดผ่านสายไฟที่มีระดับแรงดันแตกต่างกัน ประจุสามารถไหลจากแบตเตอรี่ที่มีศักย์สูงไปยังแบตเตอรี่ที่มีศักย์ต่ำ ดังนั้น แบตเตอรี่ที่มีศักย์ต่ำจะได้รับการชาร์จจนกว่าศักย์ของแบตเตอรี่ทั้งสองจะเท่ากัน
พิจารณาถังน้ำที่วางไว้ที่ความสูงเหนือพื้นบางระดับ
แรงดันน้ำที่ปลายสายยางเทียบเท่ากับแรงดันหรือความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้า น้ำในถังเทียบเท่ากับประจุไฟฟ้า ตอนนี้หากเราเพิ่มปริมาณน้ำในถัง แรงดันที่ปลายสายยางจะเพิ่มขึ้น
ในทางกลับกัน หากเราระบายน้ำบางส่วนออกจากถัง แรงดันที่ปลายสายยางจะลดลง เราสามารถถือว่าถังน้ำนี้เป็นเหมือนแบตเตอรี่สำรอง เมื่อแรงดันของแบตเตอรี่ลดลง หลอดไฟจะสว่างน้อยลง
ลองทำความเข้าใจว่าแรงดันหรือความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้าสามารถทำงานอย่างไร วงจรไฟฟ้าแสดงในรูปด้านล่าง

ตามที่แสดงในวงจรน้ำไฮดรอลิก น้ำไหลผ่านท่อโดยขับเคลื่อนด้วยปั๊มเครื่องกล ท่อเทียบเท่ากับสายนำไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า
ตอนนี้ หากปั๊มเครื่องกลสร้างความต่างของแรงดันระหว่างจุดสองจุด น้ำที่มีแรงดันจะสามารถทำงาน เช่น การขับเคลื่อนกังหัน
เช่นเดียวกัน ในวงจรไฟฟ้า ความต่างศักย์ของแบตเตอรี่สามารถทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายนำ ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลสามารถทำงาน เช่น การส่องสว่างหลอดไฟ
หน่วย SI สำหรับแรงดันไฟฟ้าคือโวลต์ ซึ่งแทนด้วยสัญลักษณ์ V โวลต์เป็นหน่วยที่ได้มาจาก SI ของแรงดันไฟฟ้า นักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียน Alessandro Volta (1745-1827) ผู้ประดิษฐ์พื้นฐานของแบตเตอรี่ไฟฟ้า ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรก ดังนั้น หน่วยโวลต์จึงถูกตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา
โวลต์สามารถกำหนดได้ว่าเป็นความต่างศักยภาพไฟฟ้าระหว่างสองจุดในวงจรไฟฟ้าที่ทำให้พลังงานสลายไป 1 จูลต่อคูลอมบ์ของประจุไฟฟ้าที่ผ่านวงจรไฟฟ้า ทางคณิตศาสตร์สามารถแสดงได้ว่า
ดังนั้น โวลต์สามารถแสดงในรูปของหน่วยฐาน SI ได้เป็น
หรือ
.
ยังสามารถวัดได้ในหน่วยวัตต์ต่อแอมแปร์ หรือ แอมแปร์คูณโอห์ม
สูตรพื้นฐานสำหรับแรงดันไฟฟ้าแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง
ตามกฎของโอห์มแรงดันไฟฟ้าสามารถเขียนเป็น,
ตามวงจรด้านล่าง กระแสไฟฟ้า 4 A กำลังไหลผ่านความต้านทาน 15 Ω กำหนดแรงดันตกคร่อมในวงจร
วิธีแก้:
ข้อมูลที่กำหนด:
, ![]()
ตามกฎของโอห์ม
ดังนั้น โดยใช้สมการ เราได้แรงดันตกคร่อมในวงจรเท่ากับ 60 โวลต์
พลังงานที่ถูกส่งผ่านคือผลคูณระหว่างแรงดันไฟฟ้าและการไหลของกระแสไฟฟ้า
ตอนนี้ ใส่
ในสมการด้านบน เราจะได้
ดังนั้น เราได้ว่าแรงดันเท่ากับกำลังหารด้วยกระแส ทางคณิตศาสตร์
ตามที่แสดงในวงจรด้านล่าง กระแส 2 A ไหลผ่านหลอดไฟขนาด 48 W ให้หาแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามา
วิธีการแก้ไข:
ข้อมูลที่ให้มา:
, ![]()
ตามสูตรระหว่างแรงดันไฟฟ้า กำลัง และกระแสที่ได้กล่าวถึงข้างต้น
ดังนั้น โดยใช้สมการ เราได้แรงดันไฟฟ้า 24 โวลต์
ตามสมการ (1) แรงดันไฟฟ้าคือรากที่สองของผลคูณระหว่างกำลังและความต้านทาน ทางคณิตศาสตร์
จากวงจรด้านล่าง ให้หาแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อให้หลอดไฟ 5 วัตต์ ที่มีความต้านทาน 2 โอห์ม สว่างขึ้น
วิธีการแก้:
ข้อมูลที่กำหนด:
, ![]()
ตามสูตรที่กล่าวมาข้างต้น
ดังนั้น โดยใช้สมการเราได้แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อให้หลอดไฟ
สว่างขึ้นคือ 3.16 โวลต์
สัญลักษณ์ของแรงดันไฟฟ้า AC (กระแสสลับ) แสดงดังนี้:
สัญลักษณ์ของแรงดันไฟฟ้า DC (กระแสตรง) แสดงดังนี้:
แรงดันไฟฟ้า (V) เป็นการแทนพลังงานไฟฟ้าต่อหน่วยประจุ
มิติของแรงดันไฟฟ้าสามารถแสดงในรูปของมวล (M), ความยาว (L), เวลา (T), และแอมแปร์ (A) ตามที่กำหนดโดย
.
โปรดทราบว่าบางคนใช้ I แทน A เพื่อแสดงกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้ ขนาดของแรงดันไฟฟ้าสามารถแทนที่ได้ว่า
.
ในการวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ การวัดแรงดันไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์ที่จำเป็นต้องวัด เราสามารถวัดแรงดันระหว่างจุดใดๆ กับกราวด์หรือสายศูนย์โวลต์ในวงจร
ในวงจรเฟส 3 หากเราวัดแรงดันระหว่างเฟสใดๆ จากเฟส 3 และจุดกลางแล้ว จะเรียกว่าแรงดันระหว่างเฟสกับกราวด์
เช่นเดียวกัน หากเราวัดแรงดันระหว่างเฟสใดๆ สองเฟสจากเฟส 3 จะเรียกว่าแรงดันระหว่างเฟส
มีเครื่องมือหลายชนิดที่ใช้วัดแรงดันไฟฟ้า ขอให้เราพิจารณาวิธีการแต่ละอย่าง
แรงดันระหว่างสองจุดในระบบสามารถวัดได้โดยใช้ โวลต์มิเตอร์ ในการวัดแรงดัน โวลต์มิเตอร์ต้องเชื่อมต่อแบบขนานกับส่วนประกอบที่ต้องการวัดแรงดัน
ขาหนึ่งของโวลต์มิเตอร์ต้องเชื่อมต่อกับจุดแรกและขาหนึ่งเชื่อมต่อกับจุดที่สอง โปรดทราบว่าไม่ควรเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์แบบอนุกรม
โวลต์มิเตอร์ยังสามารถใช้วัดแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงในองค์ประกอบใดๆ หรือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงในสองหรือมากกว่าสององค์ประกอบภายในวงจรได้
โวลต์มิเตอร์อนาล็อกทำงานโดยการวัดกระแสผ่านตัวต้านทานที่กำหนดไว้ เมื่อพิจารณาตามกฎของโอห์ม กระแสผ่านตัวต้านทานจะแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักยภาพข้างต้นตัวต้านทานที่กำหนดไว้ ดังนั้น เราสามารถหาแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่าได้
ตัวอย่างการเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าในแบตเตอรี่ 9 โวลต์แสดงในรูปด้านล่าง:
ในปัจจุบัน หนึ่งในวิธีที่พบบ่อยที่สุดในการวัดแรงดันไฟฟ้าคือการใช้มัลติมิเตอร์ มัลติมิเตอร์สามารถเป็นแบบอนาล็อกหรือดิจิตอล แต่มัลติมิเตอร์ดิจิตอลถูกใช้มากที่สุดเนื่องจากมีความแม่นยำสูงและราคาต่ำ
แรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักยภาพระหว่างอุปกรณ์ใดๆ สามารถวัดได้ง่ายๆ โดยการเชื่อมต่อสายตรวจวัดของมัลติมิเตอร์ระหว่างสองจุดที่ต้องการวัดแรงดัน การวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่โดยใช้มัลติมิเตอร์แสดงในภาพด้านล่าง
พอเทนชิโอมิเตอร์ทำงานบนหลักการของเทคนิคสมดุลศูนย์ มันวัดแรงดันไฟฟ้าโดยเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่ากับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงที่ทราบค่า
เครื่องมืออื่นๆ เช่น ออสซิลโลสโคป โวลต์มิเตอร์สถิตย์ ก็สามารถใช้วัดแรงดันไฟฟ้าได้เช่นกัน
ความแตกต่างหลักระหว่างแรงดันและกระแสคือ แรงดันเป็นความต่างศักย์ของประจุไฟฟ้าระหว่างสองจุดในสนามไฟฟ้า ในขณะที่กระแสคือการไหลของประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า
เราสามารถกล่าวได้ว่าแรงดันเป็นสาเหตุให้เกิดกระแส และกระแสคือผลของการมีแรงดัน
แรงดันที่สูงขึ้นจะทำให้มีกระแสมากขึ้นระหว่างสองจุด โปรดทราบว่าหากสองจุดในวงจรอยู่ที่ศักย์เดียวกัน กระแสจะไม่สามารถไหลระหว่างจุดเหล่านั้นได้ ขนาดของแรงดันและกระแสขึ้นอยู่กับกันและกัน (ตามกฎของโอห์ม)
ความแตกต่างอื่นๆ ระหว่างแรงดันและกระแสจะถูกอภิปรายในตารางด้านล่าง
| Voltage | Current |
| The voltage is the difference in potential between two points in an electric field. | The current is the flow of charges between two points in an electric field. |
| The symbol of the current is I. | The SI unit of current is ampere or amp. |
| The symbol of voltage is V or ΔV or E. | The symbol of current is I. |
| Voltage can be measured by using a voltmeter. | Current can be measured by using an ammeter. |
| In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same. | In a series circuit, the magnitude of the current remains the same. |
| The voltage creates a magnetic field around it. | The current creates an electrostatic field around it. |
| Dimensions of voltage is |
Dimensions of current is |
| In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure. | In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate. |
| The voltage is the cause of the current flowing in the circuit. | An electric current is the effect of a voltage. |
ไม่มีความแตกต่างมากนักระหว่างแรงดันไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้า แต่เราสามารถอธิบายความแตกต่างระหว่างทั้งสองอย่างได้ดังนี้
แรงดันไฟฟ้าคือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายประจุหนึ่งหน่วยระหว่างสองจุด ในขณะที่ศักย์ไฟฟ้าคือความแตกต่างระหว่างศักย์สูงของจุดหนึ่งและศักย์ต่ำของจุดอื่น
เนื่องจากประจุจุด:
แรงดันไฟฟ้าคือศักย์ที่ได้รับที่จุดใดจุดหนึ่งโดยพิจารณาจุดอ้างอิงที่อนันต์ ในขณะที่ศักย์ไฟฟ้าคือความแตกต่างของศักย์ระหว่างสองจุดที่มีระยะทางจำกัดจากประจุ ทางคณิตศาสตร์สามารถแสดงได้ว่า
หากคุณต้องการคำอธิบายวิดีโอเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า โปรดดูวิดีโอด้านล่างนี้:
แรงดันไฟฟ้าทั่วไปหมายถึงระดับหรือค่ากำหนดของแรงดันไฟฟ้าสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า
รายการแรงดันไฟฟ้าที่พบบ่อยสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ มีดังนี้
แบตเตอรี่กรดตะกั่ว ที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า: 12 โวลต์ กระแสตรง แบตเตอรี่ 12 โวลต์ประกอบด้วยเซลล์ 6 เซลล์ โดยมีแรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์เท่ากับ 2.1 โวลต์ โปรดทราบว่าเซลล์ถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า
เซลล์แสงอาทิตย์: ผลิตแรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.5 โวลต์ กระแสตรงเมื่ออยู่ในสภาวะวงจรเปิด อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์หลายเซลล์มักจะถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งสามารถให้แรงดันไฟฟ้ารวมที่สูงขึ้น
USB: 5 โวลต์ กระแสตรง
สายส่งไฟฟ้าแรงดันสูง: 110 กิโลโวลต์ ถึง 1200 กิโลโวลต์ กระแสสลับ
สายส่งไฟฟ้ารถไฟความเร็วสูง (การลากจูง): 12 กิโลโวลต์ และ 50 กิโลโวลต์ กระแสสลับ หรือ 0.75 กิโลโวลต์ และ 3 กิโลโวลต์ กระแสตรง
แหล่งจ่ายไฟ TTL/CMOS: 5 โวลต์
แบตเตอรี่ชาร์จใหม่ได้เซลล์เดียว ประเภทนิกเกิล-แคดเมียม: 1.2 โวลต์
แบตเตอรี่ไฟฉาย: 1.5 โวลต์ กระแสตรง
แรงดันไฟฟ้าที่บริษัทจำหน่ายไฟฟ้าจ่ายให้แก่ผู้บริโภคทั่วไปมีดังนี้
100 โวลต์ กระแสสลับเฟสเดียว ในประเทศญี่ปุ่น
120 โวลต์ กระแสสลับเฟสเดียว ในประเทศอเมริกา
230 โวลต์ กระแสสลับเฟสเดียว ในประเทศอินเดียและออสเตรเลีย
แรงดันไฟฟ้าที่บริษัทจำหน่ายไฟฟ้าจ่ายให้แก่ผู้บริโภคทางอุตสาหกรรมมีดังนี้
200 โวลต์ กระแสสลับสามเฟส ในประเทศญี่ปุ่น
480 โวลต์ กระแสสลับสามเฟส ในประเทศอเมริกา
415 โวลต์ กระแสสลับสามเฟส ในประเทศอินเดีย
การประยุกต์ใช้แรงดันไฟฟ้าบางอย่างได้แก่
หนึ่งในการประยุกต์ใช้แรงดันไฟฟ้าที่พบบ่อยคือการกำหนดแรงดันตกคร่อมอุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ เช่น ตัวต้านทาน
การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้า การเชื่อมต่อเซลล์แบบอนุกรมจึงเป็นวิธีในการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า
แรงดันไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงานพื้นฐานของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทุกชิ้น ตั้งแต่แรงดันไฟฟ้าต่ำ (5 โวลต์) ถึงแรงดันไฟฟ้าสูง (415 โวลต์) ใช้ในหลากหลายแอปพลิเคชัน
แรงดันไฟฟ้าต่ำมักใช้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และแอปพลิเคชันควบคุมหลายอย่าง
แรงดันไฟฟ้าสูงใช้สำหรับ
การพิมพ์แบบสถิตไฟฟ้า การทาสีแบบสถิตไฟฟ้า การเคลือบวัสดุด้วยสถิตไฟฟ้า
การศึกษาจักรวาลศาสตร์ของอวกาศ
เครื่องแยกฝุ่นแบบสถิตไฟฟ้า (ควบคุมมลพิษทางอากาศ)
ห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนเจ็ต
หลอดสุญญากาศขยายกำลังสูง
การทดสอบฉนวน
การทดสอบอาหารและเครื่องดื่ม
แอปพลิเคชันการพ่นและหมุนแบบสถิตไฟฟ้า, การถ่ายภาพด้วยไฟฟ้าสถิต
แอปพลิเคชันพลาสมา
การวัดระดับ
หลอดแฟลช
โซนาร์
สำหรับ การทดสอบ อุปกรณ์ไฟฟ้า
แหล่งที่มา: Electrical4u
คำชี้แจง: ขอให้ความเคารพต่อเนื้อหาเดิม เนื้อหาที่ดีควรแบ่งปัน หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ