พื้นฐานของวงจรไฟฟ้า ทุกอย่างที่คุณต้องรู้สำหรับการอบรมช่างไฟฟ้า

ไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของชีวิตยุคใหม่ ไฟฟ้าทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้กับทุกสิ่งตั้งแต่อุปกรณ์ในครัวเรือนไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ซึ่งหัวใจของพลังงานไฟฟ้านี้คือวงจรไฟฟ้านี่แหละ ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกแนวคิดเบื้องหลังวงจรไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยให้คุณเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงวิธีการทำงานและความสำคัญของวงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้าคืออะไร?

วงจรไฟฟ้าเป็นวงจรปิดซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน การไหลนี้ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า (มักมาจากแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายไฟ) และเดินทางผ่านวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปคือสายไฟ เพื่อทำงานตามที่ได้ออกแบบไว้ เช่น การส่องสว่างหลอดไฟหรือการชาร์จโทรศัพท์

ส่วนประกอบสำคัญของวงจรไฟฟ้า

• แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า: อาจเป็นแบตเตอรี่ แหล่งจ่ายไฟ หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่สร้างความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า
• ตัวนำ: สิ่งเหล่านี้เปรียบเสมือนกับทางเดินของกระแสไฟ ซึ่งมักเป็นสายไฟที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
• โหลด: หรือที่เรียกว่า ภาระทางไฟฟ้า เป็นส่วนประกอบที่ใช้พลังงาน เช่น หลอดไฟหรือมอเตอร์ โหลดจะให้ความต้านทานซึ่งกำหนดปริมาณกระแสที่จะไหลผ่าน
• สวิตช์: ส่วนประกอบเสริมที่สามารถเปิดหรือปิดวงจร ทำให้สามารถควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าได้

สิ่งที่ต้องรู้เกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า

• แรงดันไฟฟ้า (V): ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุด โดยมันทำหน้าที่เหมือนเป็น ‘ความดัน’ ที่ผลักกระแสไฟฟ้า มีหน่วยวัดเป็นโวลต์ (V)
• กระแสไฟฟ้า (I): การไหลของประจุไฟฟ้า โดยทั่วไปวัดเป็นแอมแปร์หรือแอมป์ (A) หน่วยเหล่านี้จะแสดงถึง ‘ปริมาณ’ ของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในวงจร
• ความต้านทาน (R): ความต้านทานที่วงจรไฟฟ้าจะกระทำต่อการไหลของกระแสไฟฟ้า วัดเป็นโอห์ม (Ω) ความต้านทานที่สูงขึ้นหมายถึงกระแสไฟฟ้าจะไหลน้อยลง

โดยกฎพื้นฐานที่สำคัญซึ่งเกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าก็คือสิ่งที่เรียกว่ากฎของโอห์ม โดยมีรายละเอียดดังนี้

I = V ส่วน R

กฎของโอห์มระบุว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทาน

อนุกรมและวงจรขนาน

วงจรไฟฟ้านั้นสามารถเชื่อมต่อกันได้ทั้งแบบอนุกรมหรือขนาน โดยแต่ละแบบมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน

• วงจรอนุกรม: ส่วนประกอบต่างๆ เชื่อมต่อกันตั้งแต่ต้นจนจบ ดังนั้นจึงมีเพียงเส้นทางเดียวสำหรับกระแสไฟฟ้า หากส่วนประกอบหนึ่งเสียหาย (เช่น หลอดไฟไหม้) วงจรทั้งหมดจะไม่สามารถทำงานได้
• วงจรขนาน: ส่วนประกอบต่างๆ เชื่อมต่อกันข้ามจุดหรือมีทางแยกแล้วค่อยมาบรรจบกัน ทำให้มีเส้นทางหลายเส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้า หากส่วนประกอบหนึ่งเสียหาย ส่วนประกอบอื่นๆ ก็จะยังคงสามารถทำงานได้ 

กำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

กำลังทางไฟฟ้าแสดงถึงอัตราที่ใช้หรือผลิตพลังงานจากวงจรไฟฟ้า โดยใช้สูตรในการคำนวณดังนี้เลย

P = V x I

ซึ่ง P คือกำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์ (W) V คือแรงดันไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโวลต์ (V) และ I มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

“งาน” ในด้านพลังงานและไฟฟ้า

เมื่อมีการใช้หรือผลิตพลังงานไฟฟ้า พลังงานจะถูกใช้หรือสร้างขึ้น พลังงานที่ใช้หรือผลิตโดยส่วนประกอบ (เช่น ตัวต้านทาน) จะมีสูตรดังนี้

E = P x T

ซึ่ง E คือ งาน มีหน่วยเป็นวัตต์-ชั่วโมง (Wh) P คือกำลัง มีหน่วยเป็นวัตต์ (W) และ t คือเวลา มีหน่วยเป็นชั่วโมง

ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

ในขณะที่ตัวต้านทานมีหน้าที่กระจายพลังงาน ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำจะเก็บพลังงานไว้

• ตัวเก็บประจุ: เก็บพลังงานไว้ในสนามไฟฟ้า พวกเขาสามารถปล่อยพลังงานนี้ออกมาได้อย่างรวดเร็ว ทำให้มีประโยชน์ในการใช้งานต่างๆ เช่น แฟลชกล้อง
• ตัวเหนี่ยวนำ: เก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก มักใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้าและมอเตอร์บางประเภท

สายดินในวงจรไฟฟ้า สำคัญอย่างไร ?

กราวด์หรือ ‘สายดิน’ เป็นสิ่งที่สำคัญมากในวงจรไฟฟ้า เป็นช่องทางให้กระแสไฟฟ้ากระจายลงสู่พื้นดินอย่างปลอดภัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่เกิดกระแสไฟรั่วไหลออกมาจากวงจร สายดินจะช่วยปกป้องไม่ให้ไฟฟ้าเข้าสู่ร่างกายของคนที่อยู่ใกล้

ความสำคัญของฉนวน

ฉนวนมักทำจากวัสดุเช่นยางหรือพลาสติก ช่วยป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ ช่วยให้มั่นใจได้ว่ากระแสจะไหลเฉพาะที่ที่ควรจะเป็น ทำให้ทั้งวงจรและผู้ใช้ปลอดภัย

ช่างเทคนิคที่ทำงานกับไฟฟ้าควได้รับการอบรมไฟฟ้าเพื่อเข้าใจพื้นฐานที่สำคัญ และ สามารถทำงานได้ย่างปลอดภัย รู้วิธีการช่วยเหลือเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน และ การใช้ PPE เกี่ยวกับการทำงานกับไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง