คณะผู้จัดทำ
1.นายสุรพัศ วิภาวสุ ม.6/1 เลขที่1
2.นายพัชรพล จินตนาโกศล ม.6/1 เลขที่4
3.นายนนท์ สุรพันธุ์ ม.6/1 เลขที่6
4.นายศิรพงษ์ ลิขิตอนันตชัย ม.6/1 เลขที่7
5.นายธนวันต์ ลิขิตวรศาสตร์ ม.6/1 เลขที่12
6.นายกันตพงศ์ วงศ์วัฒนา ม.6/1 เลขที่17
7.นายณัฐพล ดลรัศมี ม.6/1 เลขที่19
วันอังคารที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2553
แบบฝึกหัด
1. “ผลรวมของกระแสที่ไหลผ่านจุดๆ หนึ่งมีค่าเท่ากับผลรวมของกระแสที่ไหลออกจากจุดนั้น” มีที่มาจากหลักการใด
1.) กฎข้อที่ 3 ของนิวตัน
2.) กฎของโอห์ม
3.) กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน
4.) กฎการอนุรักษ์พลังงาน
5.) กฎการอนุรักษ์ประจุ
2. สายไฟ 4 เส้นมาพบกันที่จุดๆ หนึ่ง สายแรกนำกระแส เข้าสู่จุดเชื่อม สายที่สองนำกระแส ออกจากจุดเชื่อม และสายที่สามนำกระแส ออกจากจุดเชื่อม แล้วสายที่สี่จะนำไฟฟ้าอย่างไร
1.) 7A ออกจากจุดเชื่อม
2.) 7A เข้าสู่จุดเชื่อม
3.) 7A ออกจากจุดเชื่อม
4.) 3A เข้าสู่จุดเชื่อม
5.) 1A เข้าสู่จุดเชื่อม
3. สำหรับวงจรใดๆ แล้วจำนวนสมการอิสระที่ประกอบด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า ความต้านทาน และกระแสจะต้องเท่ากับอะไร
1.) จำนวนจุดต่อเชื่อม
2.) จำนวนจุดต่อเชื่อมลบด้วย 1
3.) จำนวนเส้นทาง
4.) จำนวนเส้นทางลบด้วย 1
5.) จำนวนวงจรปิด
4. ถ้าวงจรมี วงจรปิด เส้นทาง และ จุดเชื่อม จำนวนสมการวงจรอิสระเท่ากับข้อใด
1.) BJ+1
2.) BJ
3.) B
4.) L
5.) LJ
5. มีความต้านทานรวมที่เกิดจากตัวต้านทานไม่ทราบค่า ต่อกับตัวต้านทาน แล้วค่าของ นี้มีค่าเท่าไรและจะต่อแบบใดกับตัวต้านทาน
1.) 4.0 ต่อแบบขนาน
2.) 4.0 ต่อแบบอนุกรม
3.) 2.4 ต่อแบบขนาน
4.) 2.4 ต่อแบบอนุกรม
5.) 9.0 ต่อแบบอนุกรม
6. นำตัวต้านทานขนาด 20Ω 4 ตัวมาต่อขนานกัน แล้วตัวต้านทานชุดนี้มาต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า 20 V แล้วกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์นี้มีค่าเท่าไร
1.) 0.25 A
2.) 1.0 A
3.) 4.0 A
4.) 5.0 A
5.) 100 A
7. นำตัวต้านทานขนาด 20Ω 4 ตัวมาต่ออนุกรมกัน แล้วตัวต้านทานชุดนี้มาต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า 20V แล้วความต่างศักย์ตกคร่อมต้านทานตัวใดตัวหนึ่งมีค่าเท่าไร
1.) 1 V
2.) 4 V
3.) 5 V
4.) 20 V
5. ) 80 V
8. ความต้านทานของตัวต้านทานที่ 1 เป็นสองเท่าของความต้านทานของตัวต้านทานที่ 2 ตัวต้านทานทั้งสองต่อขนานกันอยู่และความต่างศักย์มีค่าคงที่ระหว่างชุดตัวต้านทานนี้ แล้วสามารถกล่าวได้ว่าอย่างไร
1.) กระแสใน 1 มีค่าเป็นสองเท่าของ 2
2.)กระแสใน 1 มีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของ 2
3.)ความต่างศักย์ตกคร่อม 1 มีค่าเป็นสองเท่าของ 2
4.)ความต่างศักย์ตกคร่อม 1 มีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของ 2
5.)ไม่มีข้อใดถูกต้อง
9. ความต้านทานของตัวต้านทานที่ 1 เป็นสองเท่าของความต้านทานของตัวต้านทานที่ 2 ตัวต้านทานทั้งสองต่ออนุกรมกันอยู่และความต่างศักย์มีค่าคงที่ระหว่างชุดตัวต้านทานนี้ แล้วอัตราการเกิดพลังงานความร้อนใน 1 เป็นอย่างไร
1.) มีค่าเดียวกันกับ 2
2.) เป็นสองเท่าของ 2
3.) เป็นครึ่งหนึ่งของ 2
4.)เป็นสี่เท่าของ 2
5.)เป็นหนึ่งในสี่ของ 2
10. นำแบตเตอรี่ซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 24V ต่อเข้ากับตัวต้านทานขนาด 6 แล้วเกิดกระแสขนาด 3A ไหลผ่านตัวต้านทาน แล้วความต่างศักย์ที่ขั้วแบตเตอรี่มีค่าเท่าไร
1.) 0
2.) 6 V
3.) 12 V
4.) 18 V
5.) 24 V
เฉลย
1.) กฎข้อที่ 3 ของนิวตัน
2.) กฎของโอห์ม
3.) กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน
4.) กฎการอนุรักษ์พลังงาน
5.) กฎการอนุรักษ์ประจุ
2. สายไฟ 4 เส้นมาพบกันที่จุดๆ หนึ่ง สายแรกนำกระแส เข้าสู่จุดเชื่อม สายที่สองนำกระแส ออกจากจุดเชื่อม และสายที่สามนำกระแส ออกจากจุดเชื่อม แล้วสายที่สี่จะนำไฟฟ้าอย่างไร
1.) 7A ออกจากจุดเชื่อม
2.) 7A เข้าสู่จุดเชื่อม
3.) 7A ออกจากจุดเชื่อม
4.) 3A เข้าสู่จุดเชื่อม
5.) 1A เข้าสู่จุดเชื่อม
3. สำหรับวงจรใดๆ แล้วจำนวนสมการอิสระที่ประกอบด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า ความต้านทาน และกระแสจะต้องเท่ากับอะไร
1.) จำนวนจุดต่อเชื่อม
2.) จำนวนจุดต่อเชื่อมลบด้วย 1
3.) จำนวนเส้นทาง
4.) จำนวนเส้นทางลบด้วย 1
5.) จำนวนวงจรปิด
4. ถ้าวงจรมี วงจรปิด เส้นทาง และ จุดเชื่อม จำนวนสมการวงจรอิสระเท่ากับข้อใด
1.) BJ+1
2.) BJ
3.) B
4.) L
5.) LJ
5. มีความต้านทานรวมที่เกิดจากตัวต้านทานไม่ทราบค่า ต่อกับตัวต้านทาน แล้วค่าของ นี้มีค่าเท่าไรและจะต่อแบบใดกับตัวต้านทาน
1.) 4.0 ต่อแบบขนาน
2.) 4.0 ต่อแบบอนุกรม
3.) 2.4 ต่อแบบขนาน
4.) 2.4 ต่อแบบอนุกรม
5.) 9.0 ต่อแบบอนุกรม
6. นำตัวต้านทานขนาด 20Ω 4 ตัวมาต่อขนานกัน แล้วตัวต้านทานชุดนี้มาต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า 20 V แล้วกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์นี้มีค่าเท่าไร
1.) 0.25 A
2.) 1.0 A
3.) 4.0 A
4.) 5.0 A
5.) 100 A
7. นำตัวต้านทานขนาด 20Ω 4 ตัวมาต่ออนุกรมกัน แล้วตัวต้านทานชุดนี้มาต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า 20V แล้วความต่างศักย์ตกคร่อมต้านทานตัวใดตัวหนึ่งมีค่าเท่าไร
1.) 1 V
2.) 4 V
3.) 5 V
4.) 20 V
5. ) 80 V
8. ความต้านทานของตัวต้านทานที่ 1 เป็นสองเท่าของความต้านทานของตัวต้านทานที่ 2 ตัวต้านทานทั้งสองต่อขนานกันอยู่และความต่างศักย์มีค่าคงที่ระหว่างชุดตัวต้านทานนี้ แล้วสามารถกล่าวได้ว่าอย่างไร
1.) กระแสใน 1 มีค่าเป็นสองเท่าของ 2
2.)กระแสใน 1 มีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของ 2
3.)ความต่างศักย์ตกคร่อม 1 มีค่าเป็นสองเท่าของ 2
4.)ความต่างศักย์ตกคร่อม 1 มีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของ 2
5.)ไม่มีข้อใดถูกต้อง
9. ความต้านทานของตัวต้านทานที่ 1 เป็นสองเท่าของความต้านทานของตัวต้านทานที่ 2 ตัวต้านทานทั้งสองต่ออนุกรมกันอยู่และความต่างศักย์มีค่าคงที่ระหว่างชุดตัวต้านทานนี้ แล้วอัตราการเกิดพลังงานความร้อนใน 1 เป็นอย่างไร
1.) มีค่าเดียวกันกับ 2
2.) เป็นสองเท่าของ 2
3.) เป็นครึ่งหนึ่งของ 2
4.)เป็นสี่เท่าของ 2
5.)เป็นหนึ่งในสี่ของ 2
10. นำแบตเตอรี่ซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 24V ต่อเข้ากับตัวต้านทานขนาด 6 แล้วเกิดกระแสขนาด 3A ไหลผ่านตัวต้านทาน แล้วความต่างศักย์ที่ขั้วแบตเตอรี่มีค่าเท่าไร
1.) 0
2.) 6 V
3.) 12 V
4.) 18 V
5.) 24 V
เฉลย
1. 5
2. 4
3. 3
4. 1
5. 1
6. 2
7. 3
8. 2
9. 2
10. 4
ความรู้เพิ่มเติมเรื่องประวัติการค้นพบปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวด
ศ.ดร. สุทัศน์ ยกส้าน ผู้เขียน
ลวดไฟฟ้าทุกเส้นที่เราใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชิ้นมีความต้านทานไฟฟ้าดังนั้นเวลามกระแส
ไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดจะร้อน พลังงาน ความร้อนนี้เกิดจากการที่อิเล็กตรอนมีการชนกันเอง และชน
กับอิออนในเส้นลวดทำให้มันสูญเสียพลังงาน เมื่อประมาณ 90 ปีก่อนนี้ นักฟิสิกส์ได้พบว่าเมื่อ
อุณหภูมิของลวดบางชนิดลดต่ำลง -250 องศาเซลเซียส ลวดเส้นนั้นจะไร้ความต้านทานไฟฟ้าใดๆ นัก
ฟิสิกส์เรียกปรากฏการณ์ที่สสารสูญเสียความต้านทานไฟฟ้าอย่างสิ้นเชิงว่าสภาพนำยิ่งยวด
(superconductivity)
นักฟิสิกส์คนแรกที่ได้พบเห็นปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวดคือ HK. Onnes เขาเกิดเมื่อปี พ.ศ.
2396 ที่เมือง Groningen ในประเทศ เนเธอร์แลนด์ บิดาของ Onnes เป็นเจ้าของโรงงานทำกระเบื้อง
มุงหลังคา เมื่อมีอายุได้ 17 ปี เขาได้เข้าศึกษาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Groningen แล้วได้ย้ายไปศึกษาต่อที่
มหาวิทยาลัย Heidelberg ในประเทศเยอรมนี จนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี จากนั้นก็ ได้ย้าย
กลับมาศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Groningen อีก จนจบด้วยผลงานวิทยานิพนธ์เรื่องกลศาสตร์ของลูกตุ้มที่ห้อย แขวนด้วยเชือกสั้น
ในช่วงเวลาที่ Onnes ใกล้จะสำเร็จการศึกษานั้น เขาได้รู้จักกับ Van der Waabs นักฟิสิกส์ผู้
ยิ่งใหญ่แห่งมหาวิทยาลัย Amsterdam ซึ่งมีผลทำให้เขาหันสนใจศึกษาธรรมชาติของก๊าซ ข่าว
ความสำเร็จของ L.P. Cailetet และ R.P. Pictet ในการทำ ก๊าซออกซิเจนและก๊าซไนโตรเจนให้เป็น
ของเหลว ได้ชี้นำให้ Onnes สนใจ นำก๊าซฮีเลียมให้เป็นของเหลวบ้าง แต่ความคิดฝันของ Onnes นี้
ได้รับการดูแลจากนักฟิสิกส์ในสมัยนั้น เพราะทุกคนคิดว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้และแล้วในเวลาเย็น
ของวันที่ 10 กรกฎาคม พ.ศ. 2451 นั่นเอง เมื่อ Onnes ลดอุณหภูมิของก๊าซฮีเลียมจนถึง -269 องศาเซลเซียส เขาก็เป็นมนุษย์คนแรกของโลกที่ได้เห็นฮีเลียมเหลว เขาจึงนำฮีเลียมเหลวที่เขากลั่นได้นี้ไปใช้
หล่อเลี้ยงสารต่างๆ เพื่อทำให้สารมีอุณหภูมิ ต่ำ แล้วทำการศึกษาคุณสมบัติของสารเหล่านั้นที่อุณหภูมิต่ำ
ทันที และเขาก็ได้พบว่าเวลาเขาผ่านกระแสไฟฟ้าไปในปรอทบริสุทธิ หากเขาทำให้อุณหภูมิของปรอท
ลดต่ำ ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทก็จะลดลงด้วย แต่เมื่ออุณหภูมิลดถึง -269 องศาเซลเซียส ความ
ต้านทานไฟฟ้าของปรอทก็ยังคงเป็นศูนย์อยู่นั่นเอง ซึ่งนั่นก็หมายความว่ากระแสไฟฟ้าไหลไปในปรอท
ได้อย่างไม่มีการสลายตัว หรือทำให้ปรอทร้อนแต่อย่างใด
Onnes ได้ตรวจพบว่า ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าไม่ได้ลดลงเลยแม้แต่น้อย ตลอดเวลา 2 ปี ที่เขา
ปล่อย ให้กระแสไฟฟ้าไหล เขาจึงสรุปว่า เวลาสสารเปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้า
สามารถไหลในสสารนั้นได้นานเป็นหมื่นล้านปี โดยสารนั้นไม่ร้อนเลย
การค้นพบปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวด ได้ทำให้ Onnes ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์
ประจำปี พ.ศ. 2456การวิจัยเรื่องนี้ในเวลาต่อมาได้ทำให้นักฟิสิกส์พบว่า นอกจากปรอทแล้วโลหะบริสุทธิ์หลายชนิดเช่น ดีบุก ตะกั่ว อะลูมิเนียม ไนโอเบียม ฯลฯ และโลหะผสมหลายชนิดเช่น ทองแดง-แมงกานีส,ไนโอเบียม-เยอเมเนียม ฯลฯ ก็สามารถเป็นตัวนำยิ่งยวดได้เช่นกัน เฉพาะเวลาอุณหภูมิลดต่ำกว่า -250องศาเซลเซียสเท่านั้น
ประเด็นความต่ำของอุณหภูมิเช่นนี้ ได้ทำให้คนทุกคนคิดว่า การที่จะนำยิ่งยวดมาใช้ในชีวิตประจำวันนั้น
เป็นเรื่องเหลวไหลปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวดเป็นเหตุการณ์ที่อุบัติเฉพาะในหอคอยงาช้างของนัก
ฟิสิกส์เท่านั้นเอง
แต่ในปี พ.ศ. 2529 นั้นเอง K. Miiller และ J. Bednordz แห่งสถาบันวิจัย IBM ที่เมือง Zurich ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ก็ได้ทำให้โลกตกตะลึง เมื่อเขาทั้งสองประกาศว่า สารประกอบของ barium,
lanthanum, copper และ oxygen สามารถกลายสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวด ได้ที่อุณหภูมิ -243 องศาเซลเซียส (ซึ่งสูงกว่าสถิติอุณหภูมิ -250 องศาเซลเซียสถึง 7 องศาเซลเซียส)
ชาวโลกได้ตื่นเต้นกับเหตุการณ์ค้นพบนี้ยิ่งขึ้นไปอีก เมื่อได้มีการพบว่าสารประกอบของ barium,
yttrium, copper และ oxygen เป็นตัวนำยิ่งยวดได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีกคือ -181 องศาเซลเซียส ซึ่งนับว่าสูงกว่าอุณหภูมิ -196 องศาเซลเซียส ของไนโตรเจนเหลว ข่าวนี้ได้ทำให้วิศวกรไฟฟ้าและนักเทคโนโลยีทั่วโลกฮือฮามาก เพราะทุกคนตระหนักว่า ในอีกไม่นานโลกจะมีเครื่องจักรกลที่สามารถทำงานได้นานนิรันดร์มีรถไฟเหาะ มีอุปกรณ์เรดาร์ที่มีสมรรถภาพสูงในการค้นหาแหล่งน้ำมัน เรือดำน้ำและเครื่องบิน มีอัลตราซูเปอร์ คอมพิวเตอร์ใช้ และมีลวดไฟฟ้ามีสามารถนำกระแสไฟฟ้าจากเชียงใหม่ถึงนราธิวาสได้ โดยกำลังไฟฟ้าไม่ตกแม้แต่วัตต์เดียว
เวลา 15 ปีที่ผ่านไป นักฟิสิกส์ได้พบตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่อีกมากมาย ซึ่งประกอบด้วยธาตุตั้งแต่ 2, 3,4 และ 5 ชนิดผสมกัน ถึงกระนั้น สถิติอุณหภูมิสูงสุดของตัวนำยิ่งยวดประกอบด้วยซึ่งประกอบด้วย
Mercury, thallium, barium, copper และ oxygen ก็ยัง สูงเพียง -113 องศาเซลเซียสเท่านั้นเอง ซึ่งนับว่ายังต่ำเกินที่จะนำมันมาใช้ในบ้านได้ ดังนั้น คุณประโยชน์ของตัวนำยิ่งยวดที่ Miiller และ
Bednordz พบก็ยังไม่อำนวยประโยชน์ให้มนุษยชาติมากตามที่ทุกคนได้วาดฝันไว้เลย
มาบัดนี ้ วงการฟิสิกส์ก็ได้ตื่นเต้นอีกวาระหนึ่ง เมื่อ J.Akimitsu และคณะแห่งมหาวิทยาลัย Aoyama-Gakuin ที่โตเกียว ในประเทศ ญี่ปุ่น ได้รายงานในวารสาร Nature ฉบับที่ 410 ประจำวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2544 ได้พบสารประกอบ magnesium diboride (MgB2) เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ -234 องศาเซลเซียส ซึ่งนับว่า "สูง" มาก ทั้งๆ ที่ MgB2 เป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างง่าย และเป็นสารอนินทรีย์ที่
นักเคมีได้พบ และใช้ในการเตรียมธาตุ boron มาตั้งแต่ปี พ.ศ.2496 โดยไม่ได้ตระหนักแม้แต่นิดเดียวว่า มันเป็นตัวนำยิ่งยวดได้หากเขาทำให้อุณหภูมิมันลดต่ำถึง -234 องศาเซลเซียส
การมีโครงสร้างง่ายทำให้วิศวกรสามารถนำมันไปทำเป็นเส้นลวดได้ง่ายกว่าสารประกอบพวกเซรามิ
กของ Miiller และ Bodnordz ซึ่งเป็นวิศวกรได้คาดคะเนลวดที่ทำด้วย magnesium diboride สามารถนำกระแสไฟฟ้า 1 ล้านแอมแปร์ได้ โดยลวดไม่ร้อนเลย และอุณหภูมิ -234 องศาเซลเซียส ก็เป็นอุณหภูมิที่ระบบทำความเย็นที่วิเศษสามารถทำได้ นั่นหมายความว่า บ้านไฮเทคในอนาคตจะ สามารถ
ใช้ลวดที่ทำจาก MgB2 นำกระแสไฟฟ้าจากโรงงานมาใช้ในบ้านได้
ณ วันนี้ นักฟิสิกส์ทฤษฎีกำลังสนใจว่า อะไรคือสาเหตุที่ทำให้ MgB2 เป็นตัวนำยิ่งยวด และนักฟิสิกส์
ทดลองก็กำลังสนใจหาวิธีที่จะ ทำให้มันเป็นตัวนำยิ่งยวด และนักฟิสิกส์ทดลองก็กำลังสนใจหาวิธีที่จะ
ทำให้มันเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่า -234 องศาเซลเซียส ครับ
ลวดไฟฟ้าทุกเส้นที่เราใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชิ้นมีความต้านทานไฟฟ้าดังนั้นเวลามกระแส
ไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดจะร้อน พลังงาน ความร้อนนี้เกิดจากการที่อิเล็กตรอนมีการชนกันเอง และชน
กับอิออนในเส้นลวดทำให้มันสูญเสียพลังงาน เมื่อประมาณ 90 ปีก่อนนี้ นักฟิสิกส์ได้พบว่าเมื่อ
อุณหภูมิของลวดบางชนิดลดต่ำลง -250 องศาเซลเซียส ลวดเส้นนั้นจะไร้ความต้านทานไฟฟ้าใดๆ นัก
ฟิสิกส์เรียกปรากฏการณ์ที่สสารสูญเสียความต้านทานไฟฟ้าอย่างสิ้นเชิงว่าสภาพนำยิ่งยวด
(superconductivity)
นักฟิสิกส์คนแรกที่ได้พบเห็นปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวดคือ HK. Onnes เขาเกิดเมื่อปี พ.ศ.
2396 ที่เมือง Groningen ในประเทศ เนเธอร์แลนด์ บิดาของ Onnes เป็นเจ้าของโรงงานทำกระเบื้อง
มุงหลังคา เมื่อมีอายุได้ 17 ปี เขาได้เข้าศึกษาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Groningen แล้วได้ย้ายไปศึกษาต่อที่
มหาวิทยาลัย Heidelberg ในประเทศเยอรมนี จนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี จากนั้นก็ ได้ย้าย
กลับมาศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Groningen อีก จนจบด้วยผลงานวิทยานิพนธ์เรื่องกลศาสตร์ของลูกตุ้มที่ห้อย แขวนด้วยเชือกสั้น
ในช่วงเวลาที่ Onnes ใกล้จะสำเร็จการศึกษานั้น เขาได้รู้จักกับ Van der Waabs นักฟิสิกส์ผู้
ยิ่งใหญ่แห่งมหาวิทยาลัย Amsterdam ซึ่งมีผลทำให้เขาหันสนใจศึกษาธรรมชาติของก๊าซ ข่าว
ความสำเร็จของ L.P. Cailetet และ R.P. Pictet ในการทำ ก๊าซออกซิเจนและก๊าซไนโตรเจนให้เป็น
ของเหลว ได้ชี้นำให้ Onnes สนใจ นำก๊าซฮีเลียมให้เป็นของเหลวบ้าง แต่ความคิดฝันของ Onnes นี้
ได้รับการดูแลจากนักฟิสิกส์ในสมัยนั้น เพราะทุกคนคิดว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้และแล้วในเวลาเย็น
ของวันที่ 10 กรกฎาคม พ.ศ. 2451 นั่นเอง เมื่อ Onnes ลดอุณหภูมิของก๊าซฮีเลียมจนถึง -269 องศาเซลเซียส เขาก็เป็นมนุษย์คนแรกของโลกที่ได้เห็นฮีเลียมเหลว เขาจึงนำฮีเลียมเหลวที่เขากลั่นได้นี้ไปใช้
หล่อเลี้ยงสารต่างๆ เพื่อทำให้สารมีอุณหภูมิ ต่ำ แล้วทำการศึกษาคุณสมบัติของสารเหล่านั้นที่อุณหภูมิต่ำ
ทันที และเขาก็ได้พบว่าเวลาเขาผ่านกระแสไฟฟ้าไปในปรอทบริสุทธิ หากเขาทำให้อุณหภูมิของปรอท
ลดต่ำ ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทก็จะลดลงด้วย แต่เมื่ออุณหภูมิลดถึง -269 องศาเซลเซียส ความ
ต้านทานไฟฟ้าของปรอทก็ยังคงเป็นศูนย์อยู่นั่นเอง ซึ่งนั่นก็หมายความว่ากระแสไฟฟ้าไหลไปในปรอท
ได้อย่างไม่มีการสลายตัว หรือทำให้ปรอทร้อนแต่อย่างใด
Onnes ได้ตรวจพบว่า ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าไม่ได้ลดลงเลยแม้แต่น้อย ตลอดเวลา 2 ปี ที่เขา
ปล่อย ให้กระแสไฟฟ้าไหล เขาจึงสรุปว่า เวลาสสารเปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้า
สามารถไหลในสสารนั้นได้นานเป็นหมื่นล้านปี โดยสารนั้นไม่ร้อนเลย
การค้นพบปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวด ได้ทำให้ Onnes ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์
ประจำปี พ.ศ. 2456การวิจัยเรื่องนี้ในเวลาต่อมาได้ทำให้นักฟิสิกส์พบว่า นอกจากปรอทแล้วโลหะบริสุทธิ์หลายชนิดเช่น ดีบุก ตะกั่ว อะลูมิเนียม ไนโอเบียม ฯลฯ และโลหะผสมหลายชนิดเช่น ทองแดง-แมงกานีส,ไนโอเบียม-เยอเมเนียม ฯลฯ ก็สามารถเป็นตัวนำยิ่งยวดได้เช่นกัน เฉพาะเวลาอุณหภูมิลดต่ำกว่า -250องศาเซลเซียสเท่านั้น
ประเด็นความต่ำของอุณหภูมิเช่นนี้ ได้ทำให้คนทุกคนคิดว่า การที่จะนำยิ่งยวดมาใช้ในชีวิตประจำวันนั้น
เป็นเรื่องเหลวไหลปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวดเป็นเหตุการณ์ที่อุบัติเฉพาะในหอคอยงาช้างของนัก
ฟิสิกส์เท่านั้นเอง
แต่ในปี พ.ศ. 2529 นั้นเอง K. Miiller และ J. Bednordz แห่งสถาบันวิจัย IBM ที่เมือง Zurich ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ก็ได้ทำให้โลกตกตะลึง เมื่อเขาทั้งสองประกาศว่า สารประกอบของ barium,
lanthanum, copper และ oxygen สามารถกลายสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวด ได้ที่อุณหภูมิ -243 องศาเซลเซียส (ซึ่งสูงกว่าสถิติอุณหภูมิ -250 องศาเซลเซียสถึง 7 องศาเซลเซียส)
ชาวโลกได้ตื่นเต้นกับเหตุการณ์ค้นพบนี้ยิ่งขึ้นไปอีก เมื่อได้มีการพบว่าสารประกอบของ barium,
yttrium, copper และ oxygen เป็นตัวนำยิ่งยวดได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีกคือ -181 องศาเซลเซียส ซึ่งนับว่าสูงกว่าอุณหภูมิ -196 องศาเซลเซียส ของไนโตรเจนเหลว ข่าวนี้ได้ทำให้วิศวกรไฟฟ้าและนักเทคโนโลยีทั่วโลกฮือฮามาก เพราะทุกคนตระหนักว่า ในอีกไม่นานโลกจะมีเครื่องจักรกลที่สามารถทำงานได้นานนิรันดร์มีรถไฟเหาะ มีอุปกรณ์เรดาร์ที่มีสมรรถภาพสูงในการค้นหาแหล่งน้ำมัน เรือดำน้ำและเครื่องบิน มีอัลตราซูเปอร์ คอมพิวเตอร์ใช้ และมีลวดไฟฟ้ามีสามารถนำกระแสไฟฟ้าจากเชียงใหม่ถึงนราธิวาสได้ โดยกำลังไฟฟ้าไม่ตกแม้แต่วัตต์เดียว
เวลา 15 ปีที่ผ่านไป นักฟิสิกส์ได้พบตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่อีกมากมาย ซึ่งประกอบด้วยธาตุตั้งแต่ 2, 3,4 และ 5 ชนิดผสมกัน ถึงกระนั้น สถิติอุณหภูมิสูงสุดของตัวนำยิ่งยวดประกอบด้วยซึ่งประกอบด้วย
Mercury, thallium, barium, copper และ oxygen ก็ยัง สูงเพียง -113 องศาเซลเซียสเท่านั้นเอง ซึ่งนับว่ายังต่ำเกินที่จะนำมันมาใช้ในบ้านได้ ดังนั้น คุณประโยชน์ของตัวนำยิ่งยวดที่ Miiller และ
Bednordz พบก็ยังไม่อำนวยประโยชน์ให้มนุษยชาติมากตามที่ทุกคนได้วาดฝันไว้เลย
มาบัดนี ้ วงการฟิสิกส์ก็ได้ตื่นเต้นอีกวาระหนึ่ง เมื่อ J.Akimitsu และคณะแห่งมหาวิทยาลัย Aoyama-Gakuin ที่โตเกียว ในประเทศ ญี่ปุ่น ได้รายงานในวารสาร Nature ฉบับที่ 410 ประจำวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2544 ได้พบสารประกอบ magnesium diboride (MgB2) เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ -234 องศาเซลเซียส ซึ่งนับว่า "สูง" มาก ทั้งๆ ที่ MgB2 เป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างง่าย และเป็นสารอนินทรีย์ที่
นักเคมีได้พบ และใช้ในการเตรียมธาตุ boron มาตั้งแต่ปี พ.ศ.2496 โดยไม่ได้ตระหนักแม้แต่นิดเดียวว่า มันเป็นตัวนำยิ่งยวดได้หากเขาทำให้อุณหภูมิมันลดต่ำถึง -234 องศาเซลเซียส
การมีโครงสร้างง่ายทำให้วิศวกรสามารถนำมันไปทำเป็นเส้นลวดได้ง่ายกว่าสารประกอบพวกเซรามิ
กของ Miiller และ Bodnordz ซึ่งเป็นวิศวกรได้คาดคะเนลวดที่ทำด้วย magnesium diboride สามารถนำกระแสไฟฟ้า 1 ล้านแอมแปร์ได้ โดยลวดไม่ร้อนเลย และอุณหภูมิ -234 องศาเซลเซียส ก็เป็นอุณหภูมิที่ระบบทำความเย็นที่วิเศษสามารถทำได้ นั่นหมายความว่า บ้านไฮเทคในอนาคตจะ สามารถ
ใช้ลวดที่ทำจาก MgB2 นำกระแสไฟฟ้าจากโรงงานมาใช้ในบ้านได้
ณ วันนี้ นักฟิสิกส์ทฤษฎีกำลังสนใจว่า อะไรคือสาเหตุที่ทำให้ MgB2 เป็นตัวนำยิ่งยวด และนักฟิสิกส์
ทดลองก็กำลังสนใจหาวิธีที่จะ ทำให้มันเป็นตัวนำยิ่งยวด และนักฟิสิกส์ทดลองก็กำลังสนใจหาวิธีที่จะ
ทำให้มันเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่า -234 องศาเซลเซียส ครับ
สภาพต้านทาน (Resistivity) ความต้านทาน (Resistance) และ กฎของโอห์ม (Ohm’s law)
วัสดุบางชนิดโดยเฉพาะโลหะ ที่อุณหภูมิค่าหนึ่งความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า J แปรผันโดยตรงกับ สนามไฟฟ้าในตัวนำที่ทำให้มีกระแสไฟฟ้าโดยมีค่าคงที่ของการแปรผันตรงเป็น σ ตามสมการ
σ คือ สภาพนำไฟฟ้า (Conductivity) ที่มีค่าขึ้นอยู่กับชนิดของตัวนำ
สนามไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำ กระแสไฟฟ้าที่เกิด
ในตัวนำจึงมีค่าขึ้นอยู่กับค่าความต่างศักย์ระหว่างปลายของแท่งตัวนำ ถ้ากำหนดให้ ΔV เป็นความต่างศักย์
ระหว่างปลายทั้งสองข้างของตัวนำ ที่มีความยาว l และพื้นที่หน้าตัด A ความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์
กับสนามไฟฟ้าในตัวนำจะเป็น
จากสมการ 2.8 จะได้ 
จาก สมการจะได้ความสัมพันธ์ของความต่างศักย์ไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าเป็น
ซึ่งจะเห็นว่าความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำแปรผันโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำนั้น โดย
ค่าคงที่ของการแปรผันตรงเท่ากับ Aσ
l ซึ่งจะเห็นว่าขึ้นอยู่กับชนิดและลักษณะของตัวนำไฟฟ้า เราเรียก
ค่าคงที่นี้ว่า ความต้านทาน ( R ) มีหน่วยตามระบบเอสไอ เป็น โวลต์ต่อแอมแปร์ (Volt/A) โดย 1 Volt/A ถูกกำหนดให้เป็น 1 โอหม์ (Ω) ตามชื่อนักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบได้แก่ Georg Simon Ohm และเรียกความสัมพันธ์ตามสมการ (2.11) นี้ว่า กฎของโอห์ม (Ohm’s law)
วัตถุใดมีสมบัติเป็นไปตามกฎของโอห์ม เรียกว่า Ohmic materials เช่นตัวนำโลหะ วัสดุที่ไม่เป็นไป
ตามกฎของโอห์ม เรียกว่า non – Ohmic materials เช่น สารกึ่งตัวนำ หลอดบรรจุแก็ส เป็นต้น
กระแสไฟฟ้า (Electric current)
กระแสไฟฟ้าคือ การเคลื่อนที่ของประจุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง กรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าในวัสดุ
ตัวนำ ไม่ได้แปลว่าไม่มีประจุไฟฟ้าในวัสดุนั้น ตัวอย่างเช่นวัสดุตัวนำพวกลวดโลหะ พาหะในการถ่ายเท
ประจุไฟฟ้าคืออิเล็กตรอนอิสระ (Free electron) อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะเคลื่อนที่โดยไม่มีทิศทางแน่นอน
(random) ดังรูปที่ 2.1 ทำให้ไม่เกิดการไหลของประจุไฟฟ้าไปทางใดทางหนึ่งอย่างแน่นอน จึงถือว่าไม่มี
กระแสไฟฟ้า แต่ถ้าต่อปลายทั้งสองข้างของลวดตัวนำกับขั้วของเซลล์ไฟฟ้า หรือ แบตเตอรี่ จะทำให้เกิด
สนามไฟฟ้าE
ที่ทุกจุดในเส้นลวดนั้น และทำให้เกิดแรงกระทำต่ออิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไป
ในทิศเดียวกันตามแรง F=qE
และเนื่องจากประจุของอิเล็กตรอนเป็น –e ทำให้ประจุลบเคลื่อนที่ในทิศตรง
ข้ามกับทิศของสนามไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้านี้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น เรากำหนดขนาดของ
กระแสไฟฟ้าที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดใดๆ ด้วยอัตราการถ่ายเทประจุไฟฟ้า q ผ่านพื้นที่หน้าตัดนั้น ๆ นั่นคือถ้ามี
ประจุเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดใดๆ ในเวลา t วินาที กระแสไฟฟ้ามีค่า เท่ากับ
ในระบบเอสไอ (SI Unit) I มีหน่วยเป็น C/s หรือ แอมแปร์ (ampere) ใช้อักษรย่อ A เพื่อเป็นเกียรติ
แก่ อองเดร-มารี อองแปร์ (André Marie Ampére) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสผู้ค้นพบ
รูปที่ 2.1 ประจุลบเคลื่อนที่แบบไม่มีทิศทางแบบสุ่ม ทำให้ไม่มีกระแสสุทธิ
รูปที่ 2.2 แสดงกระแสของประจุไฟฟ้าเมื่อมีสนามไฟฟ้า
วันจันทร์ที่ 19 กรกฎาคม พ.ศ. 2553
การนำไฟฟ้าของตัวกลางต่างๆ
การนำไฟฟ้าในโลหะ
ในโลหะประกอบด้วย Valence electron ที่ถูกยึดไว้อย่างหลอม ๆ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะหลุดจาก
อิเล็กตรอนได้ง่าย เมื่อหลุดแล้วจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระสามารถไปได้ทั่วโลหะทั้งก้อน เรียกอิเล็กตรอน
เหล่านี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ (free electron) ซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างไร้ระเบียบไม่มีทิศทาง
แน่นอน การเคลื่อนที่แบบนี้เรียกว่า การเคลื่อนที่แบบบราวน์ ความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนเป็น 0
เมื่อเราทำให้ปลายโลหะทั้งสองมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยต่อปลายทั้งสองข้างของโลหะกับ
แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยมีความเร็วเฉลี่ยไม่เท่ากับ 0 เรียกว่าความเร็วลอยเลื่อน
(Drift velocity) ดังนั้นการนำไฟฟ้าในโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ
การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศเป็นหลอดแก้วที่สูบอากาศออกหมด ส่วนประกอบหลักภายในจะมีขั้วสำหรับให้
อิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้ว แคโทด (Cathode) และขั้วสำหรับรับอิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้ว อาโนด (Anode) หรือเพลต
การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดบรรจุแก็สเป็นหลอดสุญญากาศที่บรรจุแก็สบางชนิดลงไปเป็นปริมาณน้อย เช่น ไฮโดรเจน
นีออน อาร์กอน หรือ ไอปรอท ความดันภายในหลอดจะต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาก ที่ปลายขั้วหลอดทั้
สองข้างจะต่อกับขั้วไฟฟ้า ถ้าความต่างศักย์ สูงพอจะทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นและมีแสงสีต่างๆ ตาม
คุณสมบัติแก็สที่ใส่ในหลอด เช่นหลอดไฟโฆษณาต่างๆ
กระแสเกิดขึ้นจาก เมื่อเราให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วมากๆ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า โมเลกุลของแก็ส
จะแตกตัว เป็นไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ โดยไอออนบวกจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าลบ
อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าบวก ดังนั้นจะเห็นว่าการนำไฟฟ้าของหลอดบรรจุแก๊สเกิดจาก
การเคลื่อนที่ของไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ
การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor)
สารกึ่งตัวนำเป็นสารที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน พิจารณาโครงสร้างของสาร
กึ่งตัวนำเช่น ซิลิกอน พบว่า Valence Electron ของแต่ละตัวจะมีพันธะกับ Valence Electron ข้างเคียง ดังรูป
1.1 และ 1.2 จึงไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่จะนำไฟฟ้าได้
ในโลหะประกอบด้วย Valence electron ที่ถูกยึดไว้อย่างหลอม ๆ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะหลุดจาก
อิเล็กตรอนได้ง่าย เมื่อหลุดแล้วจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระสามารถไปได้ทั่วโลหะทั้งก้อน เรียกอิเล็กตรอน
เหล่านี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ (free electron) ซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างไร้ระเบียบไม่มีทิศทาง
แน่นอน การเคลื่อนที่แบบนี้เรียกว่า การเคลื่อนที่แบบบราวน์ ความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนเป็น 0
เมื่อเราทำให้ปลายโลหะทั้งสองมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยต่อปลายทั้งสองข้างของโลหะกับ
แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยมีความเร็วเฉลี่ยไม่เท่ากับ 0 เรียกว่าความเร็วลอยเลื่อน
(Drift velocity) ดังนั้นการนำไฟฟ้าในโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ
การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศเป็นหลอดแก้วที่สูบอากาศออกหมด ส่วนประกอบหลักภายในจะมีขั้วสำหรับให้
อิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้ว แคโทด (Cathode) และขั้วสำหรับรับอิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้ว อาโนด (Anode) หรือเพลต
หลอดสุญญากาศ ที่มีเฉพาะ ขั้วแคโทดและ อาโนด เรียกว่าหลอดไดโอด (Diode) หลอดประเภทอื่น
ก็จะมีส่วนประกอบที่มากกว่านี้ต่างกันไปตามลักษณะการใช้งาน
กระแสในหลอดสุญญากาศเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ถ้าเราตอขัวบวกของแบตเตอรี่เข้ากบ ่ ั้ ขั้วอาโนด และขั้วลบที่ขั้วแคโทดของหลอดไดโอด และทำให้
แคโทดร้อน อิเล็กตรอนบางตัวจะหลุดออกจากแคโทด เป็นอิเล็กตรอนอิสระ ดังนั้นถ้าเราต่อแหล่งกำเนิด
ไฟฟ้ากับแคโทดและแอโนด โดยให้โดยศักย์ไฟฟ้าที่แอโนดสูงกว่า (ขั้วบวกต่อกับแอดโนด ขั้วลบต่อกับ
แคโทด) สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะทำให้อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ ไปยังแอโนด จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น
ในวงจร ดังนั้นการนำไฟฟ้าในไดโอดเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ แล้วถ้าเราต่อสลับขั้วจะนำ
ไฟฟ้าได้หรือไม่?
นอกจากนี้ยังมีหลอดสุญญากาศที่ใช้ความร้อนจากแสงทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากแคโทดอีกด้วยเรียกหลอด
ประเภทนี้ว่า หลอดโฟโตอิเล็กตริก นอกจากนี้สมบัติของหลอดไดโอดเรานำมาใช้ประกอบเป็นอุปกรณ์
เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง
การนำไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์
สารอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เช่น สารละลายของกรด เบส หรือเกลือ ไม่ว่าจะเป็น
สารละลายเกลือกำมะถัน สารละลายเบสโซเดียมไฮดรอกไซด์ เกลือซัลเฟตเป็นต้น โดย
กระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนที่เกิดจากการแตกตัวของกรด เบส หรือ เกลือ การนำไฟฟ้าในอิเล็กโทไลต์ ทำให้เกิดขึ้นโดยจุ่มแผ่นโลหะ 2 แผ่น แผ่นหนึ่งต่อเข้ากับขั้วบวก และอีกแผ่นต่อกับขั้วลบ ลงไป
ในอิเล็กโทรไลต์ แท่งแผ่นโลหะ จะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก และขั้วลบ
ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์
ซึ่งส่งผลให้ ไอออนบวก เคลื่อนที่ไปยังขั้วลบ ไอออนลบ เคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้า
เกิดขึ้น ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ จึงเกิดจากการเคลื่อนที่ ของทั้งประจุบวก และประจุลบ
หลักการนี้การนำไปใช้ประโยชน์ในการชุบโลหะ และการแยกธาตุบริสุทธ์ิ เมื่อต้องการชุบวัตถุด้วย
โลหะชนิดใดก็ต้องใช้อิเล็กโทไลต์ที่มีไอออนชนิดนั้น เพื่อให้ไอออนมาเกาะ
การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดบรรจุแก็สเป็นหลอดสุญญากาศที่บรรจุแก็สบางชนิดลงไปเป็นปริมาณน้อย เช่น ไฮโดรเจน
นีออน อาร์กอน หรือ ไอปรอท ความดันภายในหลอดจะต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาก ที่ปลายขั้วหลอดทั้
สองข้างจะต่อกับขั้วไฟฟ้า ถ้าความต่างศักย์ สูงพอจะทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นและมีแสงสีต่างๆ ตาม
คุณสมบัติแก็สที่ใส่ในหลอด เช่นหลอดไฟโฆษณาต่างๆ
กระแสเกิดขึ้นจาก เมื่อเราให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วมากๆ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า โมเลกุลของแก็ส
จะแตกตัว เป็นไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ โดยไอออนบวกจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าลบ
อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าบวก ดังนั้นจะเห็นว่าการนำไฟฟ้าของหลอดบรรจุแก๊สเกิดจาก
การเคลื่อนที่ของไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ
การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor)
สารกึ่งตัวนำเป็นสารที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน พิจารณาโครงสร้างของสาร
กึ่งตัวนำเช่น ซิลิกอน พบว่า Valence Electron ของแต่ละตัวจะมีพันธะกับ Valence Electron ข้างเคียง ดังรูป
1.1 และ 1.2 จึงไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่จะนำไฟฟ้าได้
ถ้าใส่สนามไฟฟ้าข้าไป หรือ ให้ความร้อนมากพอ Valence Electron สามารถหลุดเป็นอิสระได้ ทำให้เกิด
ช่องว่างเรียกว่า โฮล ซึ่งมีลักษณะคล้ายประจุไฟฟ้าบวก แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าที่กระทำต่ออิเล็กตรอนอิสระและโฮลจะมีทิศตรงข้ามกัน ทำให้มันเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกัน โดยอิเล็กตรอนอิสระ
เคลื่อนที่ตรงข้ามกับสนาม โฮลเคลื่อนที่ทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าขึ้น ดังนั้นการนำไฟฟ้า
ของสารกึ่งตัวนำเกิดจากการเคลื่อนที่ของ โฮล และอิเล็กตรอนอิสระ
ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current)
การศึกษาไฟฟ้าสถิต (Electrostatic) ในบทที่ผ่านมาเป็นการ
ศึกษากรณีที่ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นไม่
เคลื่อนที่ หรือเคลื่อนที่แบบระยะสั้นชั่วขณะเวลาหนึ่ง ต่อไปนี้เป็น
การศึกษาประจุที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องซึ่ง
เราเรียกว่า กระแสไฟฟ้าและ ถ้ากระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ครบรอบวง
ปิดเราจะเรียกว่า วงจรไฟฟ้า (Electric circuit) วงจรไฟฟ้าเป็น
พื้นฐานสำคัญของการส่งพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
ในรูปแบบพลังงานไฟฟ้า
เพื่อนำไปเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นให้เราใช้ประโยชน์กันทุก
วันนี้
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)