พลังงานไฟฟ้าและการนำไฟฟ้า

พลังงานไฟฟ้า เมื่อต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ ทำให้มีกระแสไฟฟ้าผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นตามชนิดของเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น เมื่อต่อหลอดไฟกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะได้พลังงานแสงสว่าง ถ้าต่อเตาไฟฟ้าเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะได้พลังงานความร้อน ถ้าต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับเครื่องซักผ้า พัดลม และสว่านไฟฟ้า ก็จะได้พลังงานกล เป็นต้นกำลังไฟฟ้า
กำลังไฟฟ้า คือ พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาทีหรือวัตต์ เขียนสมการได้ดังนี้ …
เมื่อ... P = กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูลต่อวินาทีหรือวัตต์ W = พลังงานไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูลแหล่งกำเนิดไฟฟ้า คือ แหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำอยู่ตลอดเวลาและทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำอยู่ตลอดเวลา ได้แก่ ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นต้น
แหล่งกำเนิดไฟฟ้า ที่ควรทราบมีดังนี้ เซลล์ไฟฟ้าเคมี (eletrochemical cell) เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) คู่ควบความร้อน (thermocouple) เซลล์สุริยะ (solar cell) แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจาการนำไฟฟ้า เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ซึ่งประจุไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้ในตัวกลางหลายๆ ชนิด เรียกสมบัติของตัวกลางที่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านได้ว่า “ตัวนำไฟฟ้า” ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าในตัวนำ แสดงว่า “มีการนำไฟฟ้า” การนำกระแสไฟฟ้าในโลหะ โลหะทุกชนิดเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เนื่องจากมี “อิเล็กตรอนอิสระ” (Free electron) โดยอิเล็กตรอน เหล่านี้จะเคลื่อนที่โดยเสรีไม่เป็นระเบียบ ไม่มีทิศทางแน่นอน เรียก “การเคลื่อนที่แบบ Brownian” ดังนั้น ความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนอิสระทุกตัวจึงเป็นศูนย์ แต่เมื่อทำให้ปลายทั้งสองของแท่งโลหะมีความต่างศักย์ ไฟฟ้า เช่น ต่อไว้กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าภายในแท่งโลหะ แรงจากสนามไฟฟ้า จะ ทำให้อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบ โดยมีความเร็วเฉลี่ยไม่เป็นศูนย์ เรียกว่า “ความเร็วลอยเลื่อน” (drift velocity) จึงมีกระแสไฟฟ้าในแท่งโลหะ ดังนั้น กระแสไฟฟ้าในโลหะจึงเกิดจากการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนอิสระกสิ่งมีชีวิต t = เวลา มีหน่วยเป็นวินาที