กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า (Electric Current)

                     กระแสไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าเกิดจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องบนตัวนำไฟฟ้า กระแสเป็นปริมาณสเกลาร์ แต่มีการกำหนดทิศทางเพื่อความสะดวกในการคำนวณวงจรไฟฟ้า

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในตัวนำจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ซึ่งเราได้กำหนดนิยามขนาดและทิศทางของกระแสไฟฟ้าไว้ดังนี้

“ขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวนำใด ๆ ย่อมมีค่าเท่ากับปริมาณประจุไฟฟ้าที่วิ่งผ่าน หน้าตัดใดหน้าตัดหนึ่งของตัวนำในหนึ่งหน่วยเวลา”

“ทิศทางของกระแสไฟฟ้าโดยทั่วไป กำหนดให้มีทิศตามการเคลื่อนที่ของประจุบวก และตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของประจุลบ”

การหาขนาดของกระแสไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า

โดย q คือ ผลรวมของประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดใดหน้าตัดหนึ่ง มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C)

t คือ เวลาที่ประจุไฟฟ้าใช้ในการเคลื่อนที่ มีหน่วยเป็นวินาที (s)

I คือ กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

จากรูปสนามไฟฟ้า E ในหลอดบรรจุก๊าซมีทิศจาก A ไป B ทำให้ประจุบวกและลบเกิดการเคลื่อนที่
โดยประจุบวกเคลื่อนที่ในทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า และประจุลบเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุบวกและลบจะมีทิศจาก A ไป B ดังรูปที่ 1 ถ้าให้ q+ และ q- เป็นจำนวน ประจุบวกและลบที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดที่แรกเงาของหลอดบรรจุก๊าซตามลำดับ จะได้ประจุรวมที่ผ่านพื้นที่แรเงา  มีค่าเท่ากับผลรวมของประจุบวกและลบ เช่น ประจุบวก 3q กับประจุลบ 3q เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดตัวนำ

ให้ q เป็นผลรวมของประจุที่ผ่านพื้นที่แรเงาจะได้ q = 6q   และถ้าให้ประจุ q ผ่านพื้นที่แรเงาในเวลา 1 วินาที ทำให้เกิดกระแส I จะได้ความสัมพันธ์ I,q และ t

แทนค่า q = 6q  และแทนค่าเวลา t = 1

กระแสไฟฟ้าในตัวนำโลหะ

เนื่องจากในโลหะกระแสเกิดจากการเคลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระเท่านั้น จึงแทนค่า q  ด้วยประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัด  เช่น มีอิเล็กตรอนเคลื่อนผ่านจำนวน N อนุภาค อิเล็กตรอนแต่ละอนุภาคมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ e  (1.6 x10^-19 คูลอมบ์) รวมประจุ q เท่ากับ Ne   จึงหากระแสได้จาก สมการ

การหากระแสในตัวนำโลหะอีกวิธีหนึ่ง หาได้โดย

n = จำนวนอิเล็กตรอนอิสระต่อลูกบาศก์เมตร ของโลหะตัวนำ (เปลี่ยนแปลงตามชนิดของโลหะ)
v = ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระ
A = พื้นที่หน้าตัดตัวนำโลหะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน
e = ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน 1 อนุภาค
N= จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัด ในเวลา t
q = ประจุอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัดจากรูป จำนวนอิเล็กตรอนวิ่งจาก พื้นที่หน้าตัดซ้ายไปขวา  N = nsAแต่ระยะทาง s  = vt  แทนค่าจะได้ N = nvtA

ประจุทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัด   q = Ne = nvtAeหากระแสจาก 

กราฟเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าในตัวนำ