ไฟฟ้าทำงานอย่างไร?

คุณสมบัติหลักสามประการที่ทำให้ไฟฟ้าใช้งานได้: แรงดันไฟ กระแสไฟ และความต้านทาน คุณสมบัติเหล่านี้ทำงานร่วมกันภายในวงจรทำให้ไฟฟ้าเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ นักวิทยาศาสตร์วัดแรงดันไฟในหน่วยที่เรียกว่าโวลต์ กระแสเป็นแอมป์ และความต้านทานเป็นโอห์ม ปริมาณทั้งสามนี้นำไปสู่ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายที่เรียกว่ากฎของโอห์ม โดยที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งโวลต์ข้ามความต้านทานหนึ่งโอห์มจะให้กระแสหนึ่งแอมป์

กระบวนการของไฟฟ้าเริ่มต้นเมื่อพลังงานจากแสง ความร้อน หรือสนามแม่เหล็กไปกระตุ้นอิเล็กตรอนของอะตอม ทำให้เคลื่อนที่ได้ อะตอมบางตัวจับอิเล็กตรอนไว้ใกล้กับนิวเคลียสและบางอะตอมไม่ได้ อะตอมที่มีอิเลคตรอนแบบหลวม ๆ สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุด

วัสดุต่างๆ เช่น เงิน ทอง ทองแดง และอลูมิเนียมมีอะตอมที่มีอิเล็กตรอนหลวม ธาตุเหล่านี้เป็นโลหะทั้งหมด และโลหะส่วนใหญ่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี วัสดุเช่นแก้ว อากาศ และพลาสติกเรียกว่าฉนวน องค์ประกอบของอิเล็กตรอนขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้า

เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ จะต้องมีแรงหรือแรงดันบางอย่างผลักอิเล็กตรอนไปตาม แรงนี้เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือ EMF ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าแรงดัน

วงจรนำกระแสไฟฟ้านี้ ประกอบด้วยแหล่งไฟฟ้า โหลด และตัวนำ เช่น สายไฟที่นำกระแสระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลด ตัวอย่างของแหล่งไฟฟ้าคือแบตเตอรี่ โหลดอาจเป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด ตั้งแต่หลอดไฟธรรมดาไปจนถึงอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เช่น สมาร์ทโฟน

ปริมาณของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ใช้โดยแหล่งกำเนิดจะเป็นตัวกำหนดว่าแรงดันไฟจะไหลผ่านวงจรเท่าใด ในทางตรงกันข้าม กระแสคือปริมาณของอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านจุดหนึ่งในวงจรในระยะเวลาที่กำหนด

จิ๊กซอว์ไฟฟ้าชิ้นสุดท้ายเกี่ยวข้องกับความต้านทานที่ทำงานกับกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณต้องใช้สายไฟเกจหนักสองเส้นในวงจรของคุณ กระแสไฟก็จะไหลมากกว่าถ้าคุณใช้สายไฟเส้นเล็กสองเส้น ลวดที่หนากว่าจะมีความต้านทานน้อยกว่าและให้กระแสไฟที่มากกว่า คล้ายกับน้ำที่ไหลผ่านท่อ: ท่อขนาดใหญ่สามารถบรรทุกน้ำได้มากกว่าท่อแคบ

ไฟฟ้ามีกำลัง และคุณสามารถคำนวณกำลังไฟฟ้าเป็นหน่วยวัตต์ได้โดยการคูณโวลต์ด้วยแอมป์ กระแสไหลจากแหล่งไฟฟ้าไปยังโหลดและย้อนกลับอีกครั้ง โหลดใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อทำงานที่มีประโยชน์ให้สำเร็จ เช่น ให้แสงสว่างสำหรับโคมไฟในห้องครัว หรือใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในรถยนต์ไฮบริด