ฟิสิกส์อะตอม
(Atomic Physics)

ทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory)
ผู้เสนอคนแรก คือ ดีโมคริตุส (Democritus)
กล่าวว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยหน่วยที่เล็กที่สุด เรียกว่า อะตอม (Atom) แปลว่า ไม่สามารถแบ่งแยกได้
ผู้คัดค้านทฤษฎีอะตอมของดีโมคริตุส คือ อริสโตเติล (Aristotle)
เสนอว่า สสารทุกอย่างแบ่งได้ไม่มีที่สิ้นสุด ประกอบด้วยธาตุแท้ 4 อย่าง คือ ดิน น้ำ ลม ไฟ และไม่มีที่ว่าง
จอห์น ดาลตัน (John Dalton)
สนับสนุนแนวความคิดของ ดีโมคริตุส

การค้นพบอิเล็กตรอน
ไกสเลอร์ ประดิษฐ์ เครื่องสูบอากาศ (ทำหลอดสุญญากาศได้)
ครูกส์
(Sir William Crookes) ค้นพบ รังสีแคโทด (Cathode Ray) สามารถเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กได้ด้วย


การทดลองของทอมสัน







ทอมสัน (Sir Joseph John Thomson) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ
ทดลองพิสูจน์ว่า
รังสีแคโทดเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ (เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าได้)
ค่าประจุต่อมวลของรังสีแคโทด (q/m) มีค่าเท่ากับ 1.76  1011 C/kg
ค่าประจุต่อมวลของไฮโดรเจน (q/m) มีค่าเท่ากับ 9.57  107 C/kg
มวลของไฮโดรเจนอิออนมากกว่ามวลของอนุภาครังสีแคโทด 1840 เท่า
รังสีแคโทด ต่อมาเรียกว่า อิเล็กตรอน (Electron)


แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

อะตอมเป็นรูปทรงกลม (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร)
เนื้ออะตอมมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก
อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอภายในอะตอม (จัดเรียงตัวให้มีเสถียรภาพมากที่สุด)
ประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ (เป็นกลางทางไฟฟ้า)
อะตอมเป็นรูปทรงกลม (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร)

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

รัทเทอร์ฟอร์ด (Sir Ernest Rutherford) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ(นิวซีแลนด์) ลูกศิษย์ของทอมสัน พบว่า
ในการยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นไมกาบาง ๆ อนุภาคแอลฟาสามารถทะลุผ่านแผ่นไมกาไปได้ โดยไม่ปรากฏรูบนแผ่นไมกาเลย
อนุภาคแอลฟามีการกระเจิง (scattering) น้อยมาก (2-3 ตัว)
เสนอแนวคิดเกี่ยวกับอะตอมว่า “อะตอมมีแกนกลางที่มีขนาดเล็กมากแต่มีประจุไฟฟ้าบวกอยู่เป็นจำนวนมาก”



รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอแบบจำลองอะตอมขึ้นมาใหม่ว่า “อะตอมประกอบด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอัดแน่นอยู่ที่ศูนย์กลางของอะตอม เรียกว่า นิวเคลียส (เป็นที่รวมของมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม) โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบ ๆ นิวเคลียสที่ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก”



นิวเคลียสของอะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-15 – 10-14 เมตร
อะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร
ขนาดของอะตอมมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของนิวเคลียสประมาณ
104 – 105 หรือ 1 หมื่น ถึง 1 แสนเท่า

ปัญหาของแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
เหตุใดอิเล็กตรอนที่วิ่งวนรอบนิวเคียสจึงไม่สูญเสียพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (อะตอมมีเสถียรภาพ)
อะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนกันอย่างไร
เหตุใดประจุไฟฟ้าบวกหลาย ๆ ประจุจึงอยู่รวมกันภายในนิวเคลียสได้ ทั้ง ๆ ที่มีแรงผลักทางไฟฟ้า

สเปกตรัมของอะตอม (Atomic Spectrum)

สเปกตรัมต่อเนื่อง (Continuous Spectrum) คือ แถบสีต่าง ๆ ของแสงที่เมื่อใช้เกรตติงหรือปริซึมแยกแสงสีต่าง ๆ ออกมาให้เห็น เช่น แสงจากไส้หลอดไฟฟ้าที่ร้อนจัด โลหะร้อนหรือของแข็งที่ร้อนจัด
สเปกตรัมเส้นสว่าง (Line Spectrum) คือ เส้นสีต่าง ๆ ของแสงที่เมื่อใช้เกรตติงหรือปริซึมแยกเส้นแสงสีต่าง ๆ ออกมาให้เห็น เช่น แสงจากหลอดบรรจุแก๊สร้อนชนิดต่าง ๆ
สเปกตรัมเส้นมืด (Dark Spectrum) คือ เส้นสีดำที่ปรากฏบนแถบสีของสเปกตรัมต่อเนื่อง เมื่อฉายแสงผ่านสารชนิดต่าง ๆ แล้วส่องดูด้วยเกรตติงหรือปริซึม
ธาตุต่างชนิดกันจะให้ชุดเส้นสเปกตรัมหรืออนุกรม (series) ของสเปกตรัมที่ไม่เหมือนกัน ซึ่งเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละธาตุนั้น ๆ
อนุกรมของสเปกตรัม คือ ความยาวคลื่นแสงที่เรียงกันเป็นชุดอย่างมีระเบียบและมีความสัมพันธ์กัน

การแผ่รังสีของวัตถุดำ
วัตถุดำ (Black body) คือ วัตถุที่มีการแผ่รังสีและดูดกลืนรังสีได้อย่างสมบูรณ์ (เป็นวัตถุในอุดมคติ)






พบว่า
1. สเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุดำมีการกระจายของอัตราการแผ่พลังงานต่อ
หน่วยพื้นที่ในแต่ละความยาวคลื่นแตกต่างกันและไม่ขึ้นกับชนิดของวัตถุที่ใช้
ทำวัตถุดำ
2. อัตราการแผ่พลังงานทั้งหมดของวัตถุดำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
กฎของสเตฟาน (Stefan’s law)




I คือ อัตราการแผ่พลังงานต่อหน่วยพื้นที่ทั้งหมดหรือความเข้มแสง (J/m2.s)
e คือ สภาพการเปล่ง (emissivity) มีค่าอยู่ระหว่าง 0 – 1
(สำหรับวัตถุดำมีค่าเท่ากับ 1)
คือ ค่าคงที่สเตฟาน-โบลซ์มานน์ มีค่าเท่ากับ 5.67  10-8 W/m2.K4
T คือ อุณหภูมิของผิววัตถุ (K)
3. ความยาวคลื่นที่มีอัตราการแผ่พลังงานต่อหน่วยพื้นที่มากสุดมีค่า
ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่ม
กฎการขจัดของวีน (Wien’s displacement law)


สมมติฐานของโบร์ (Bohr’s hypothesis)
1. อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียสจะมีวงโคจรพิเศษบางวงที่อิเล็กตรอนไม่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาและมีโมเมนตัมเชิงมุมคงตัว ซึ่งมีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่ามูลฐานค่าหนึ่ง คือ




2. อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวงโคจร ซึ่งมีค่าตามสมมติฐานของพลังค์ คือ

หรือ



ทฤษฎีอะตอมของโบร์


แบบจำลองอะตอมไฮโดรเจนตามทฤษฎีอะตอมของโบร์





สถานะพื้น (ground state) คือ สภาวะของอะตอมที่อิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานต่ำสุด (มีเสถียรภาพมากที่สุด)
สถานะกระตุ้น (excited state) คือ สภาวะของอะตอมที่อิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าสถานะพื้น เมื่อได้รับพลังงาน




การทดลองของฟรังค์และเฮิรตซ์

ทำการทดลองเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีของโบร์ที่ว่า “อะตอมมีระดับพลังงานเป็นชั้น ๆ” โดยศึกษาระดับพลังงานของอะตอมของไอปรอท



รังสีเอกซ์ (X-ray)

เรินต์เกน (Wilhelm K. Roentgen) ค้นพบโดยบังเอิญขณะทดลองรังสีแคโทด
สมบัติของรังสีเอกซ์
1. เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง
2. มีอำนาจทะลุทะลวงสูง
3. ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
4. ทำปฏิกิริยากับฟิล์มถ่ายรูป
5. เลี้ยวเบนได้เมื่อผ่านเข้าไปในผลึก


การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เมื่อผ่านเข้าไปในโครงสร้างผลึก

รังสีเอกซ์มี 2 ชนิด คือ
1. รังสีเอกซ์แบบต่อเนื่อง (Continuous X-rays)
2. รังสีเอกซ์แบบเส้นหรือแบบเฉพาะ (Characteristic X-rays)

การเกิดรังสีเอกซ์แบบเส้นเป็นการยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีอะตอมของโบร์ คือ อะตอมมีระดับพลังงานเป็นชั้น ๆ

ความไม่สมบูรณ์ของทฤษฎีอะตอมของโบร์
ทฤษฎีอะตอมของโบร์อธิบายสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนได้เป็นอย่างดี แต่ไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมอื่น ๆ ได้ดี
ไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก กล่าวคือ สเปกตรัมเส้นหนึ่ง ๆ จะแยกออกเป็นสเปกตรัมหลายเส้น เมื่ออะตอมอยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก




อธิบายสมมติฐานของโบร์
“อิเล็กตรอนที่วิ่งวนอยู่รอบ ๆ นิวเคลียสจะประพฤติตัวเป็นคลื่นนิ่ง” โดยมีความยาวเส้นรอบวงของวงโคจรพิเศษเท่ากับจำนวนเต็มเท่าของความยาวคลื่นอิเล็กตรอน


กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics)
มี 2 ลักษณะ ตามแบบวิธีทางคณิตศาสตร์ คือ
1. กลศาสตร์ควอนตัมแบบชเรอดิงเงอร์ (Erwin Schrodinger)
หรือกลศาสตร์คลื่น (Wave mechanics)
มีรากฐานแนวความคิดจากสมมติฐานของเดอ บรอยล์ คือ อนุภาคแสดงสมบัติของคลื่นได้ กล่าวคือ
“ถ้าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาค แต่ประพฤติตัวแบบคลื่นได้ ก็ควรจะมีสมการการเคลื่อนที่เช่นเดียวกับคลื่น”
2. กลศาสตร์ควอนตัมแบบไฮเซนเบิร์ก (Werner Karl Heisenberg) หรือกลศาสตร์แมทริกซ์ (Matrix mechanics)
หลักความไม่แน่นอน (Uncertainty principle)
“เราไม่สามารถรู้ถึงตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคได้ในเวลาเดียวกันได้อย่างแม่นยำ” นั่นคือ ผลคูณระหว่างความคลาดเคลื่อนทางตำแหน่ง (x) กับความคลาดเคลื่อนของโมเมนตัม (p) มีค่าไม่น้อยกว่า


โครงสร้างอะตอมตามทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม

n=1


n=2

n=6


การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม
สถานะของอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยเลขควอนตัมทั้ง 4 ตัว คือ
1. เลขควอนตัมหลัก (principal quantum number ; n) มีค่าอยู่ในช่วง
n = 1, 2, 3, ,  เรียกว่าเชล (shell) K, L, M, N, O, P,  ตามลำดับ กำหนดค่าพลังงานและรัศมีวงโคจรของอิเล็กตรอน
2. เลขควอนตัมวงโคจร (orbital quantum number ; ) มีค่าอยู่ในช่วง
 = 0, 1, 2, 3, , (n-1) จำนวน n ค่า เรียกว่าเชลย่อย (subshell)
s, p, d, f, g, h,  ตามลำดับ กำหนดรูปร่างวงโคจรและขนาดโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน
3. เลขควอนตัมแม่เหล็กของวงโคจร (orbital magnetic quantum number ; m) มีค่าอยู่ในช่วง –, - +1, , -2, -1, 0, 1, 2, , -1,  จำนวน 2+1 ค่า กำหนดทิศทางการวางตัวของระนาบวงโคจรของอิเล็กตรอน
4. เลขควอนตัมสปินแม่เหล็ก (magnetic spin quantum number ; ms) มีค่าเป็น +1/2 และ -1/2 กำหนดสปินขึ้น (spin up) และสปินลง (spin down) ของอิเล็กตรอน

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current)

ไฟฟ้ากระแสสลับหมายถึงกระแสไฟฟ้าที่มีการสลับสับเปลี่ยนขั้วอยู่ตลอดเวลาอย่างสม่ำเสมอ ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนสลับไปมาจากบวก-ลบและจากลบ-บวก อยู่ตลอดเวลา ซึ่งไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรือนและโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไปเมื่อเรานำไฟฟ้ากระแสสลับมาเขียนเป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับมุมที่เปลี่ยนไปเมื่อเวลาผ่านไปในขณะที่เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าจะได้ความสัมพันธ์ของกราฟเป็นเส้นโค้งสลับขึ้นลงไปมาซึ่งหมายถึงเมื่อเวลาผ่านไปแรงดันไฟฟ้าจะสลับการไหลตลอดเวลา การไหลของกระแสสลับกลับไปกลับมาครบ1รอบ เรียกว่า 1 ไซเคิล (cycle) หรือ 1 รูปคลื่นและจำนวนรูปคลื่นทั้งหมดในเวลาที่ผ่านไป 1 วินาที เรียกว่า ความถี่(frequency) ซึ่งความถี่ไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นรอบต่อวินาทีหรือรูปคลื่นต่อวินาทีหรือไซเคิลต่อวินาทีมีหน่วยย่อเป็น"เฮิรตซ์"(Hertz)สำหรับความถี่ไฟฟ้าในประเทศไทยเท่ากับ 50 เฮิรตซ์

การเหนี่ยวนำร่วม (Mutual induction) เป็นการเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดเนื่องจาก การเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าในขดลวดอื่น การเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าจะก็ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสนาม แม่เหล็กซึ่งเหนียวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวดที่อยู่ในสนามแม่เหล็กนั้น ปรากฏการณ์เช่นนี้แสดงให้เห็น ได้ด้วยวงแหวนเหล็กของฟาราเดย์

เป็นไฟฟ้าที่สามารถส่งให้ไหลไปในตัวนำได้ ได้แก่ ไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายของการไฟฟ้า แบตเตอรี่ เซลล์ไฟฟ้า เป็นต้น ไฟฟ้ากระแสแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) ไฟฟ้ากระแสตรง หรือไฟฟ้า DC เป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลทางเดียวตลอดและมีขนาดหรือปริมาณค่อนข้างคงที่ มีขั้วบาก ลบ แน่นอน ซึ่งแบ่งออกได้ 2 ชนิด คือก. ไฟฟ้ากระแสตรงแบบราบเรียบ (Pure DC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่ขนาดคงที่สม่ำเสมอ ได้จาก แบตเตอรี่ เซลล์ไฟฟ้า เป็นต้นข. ไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระเพื่อม (Steady DC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการกระเพื่อมของแรงดัน ซึ่งได้จาก DC-Generator เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternatingt Current) ไฟฟ้ากระแสตรง หรือไฟฟ้า AC เป็นไฟฟ้าที่มีขนาดและทิศทางการไหลเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังแสดงในรูป

จากรูปจะเห็นว่าแต่ละเวลา (time ที่ 0,1,2,3,.....) ที่ผ่านไปขนาดของแรงดัน จะเปลี่ยนไปตลอดเวลา คือจะเปลี่ยนจาก 0 Volt ที่ time 0 แรงดันจะเพิ่มขึ้นไปเรื่อย ๆ จนสูงสุดทางบวก ที่ time 3 แล้วก็จะลดลงมาที่ 0 Volt อีก ขณะเดียวกันก็จะกลับขั้วการไหล (กระแสจะไหลย้อนกลับ) และมีแรงดันเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน (ทางขั้วลบ) สลับหมุนเวียนอยู่เช่นนี้เรื่อย ๆ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันในทางบวกหนึ่งครั้งและทางลบหนึ่งครั้ง รวมเรียกว่า 1 Cycle การเปลี่ยนแปลงเช่นนี้จะเกิดขึ้นหลาย ๆ ครั้ง (Cycle) ใน 1 วินาที สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับที่เราใช้กันอยู่ตามอาคารบ้านเรือน จะเปลี่ยนแปลง 50 Cycle ต่อวินาที เราเรียนจำนวนการเปลี่ยนแปลงนี้ว่า ความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับ (Frequency) 50 cycle/sec หรือ 50 Herze (Hz)
ไฟฟ้าคืออะไรไฟฟ้าเป็นพลังงานชนิดหนึ่ง เป็นส่วนประกอบที่มีอยู่ในวัตถุธาตุทุกชนิด วัตถุธาตุชนิดต่างๆที่มีอยู่ในโลกประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ เรียกว่า “อะตอม” ในแต่ละอะตอมประกอบด้วยโปรคอน นิวตรอนและอิเล็กตรอนอยู่มากมาย สำหรับโปรคอนและนิวตรอนนั้นอยู่นิ่งไม่เคลื่อนไหว ส่วนอิเลคตรอนนั้นสามารถ “เคลื่อนไหว” จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้ การเคลื่อนไหวจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งของอิเลคตรอน นี้เอง คือสิ่งที่เราเรียกว่า ไฟฟ้าไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (Electrons) ที่ไม่ได้สมดุลกันของแต่ละอะตอม( Atom) ของสสาร อะตอม 1 อะตอมจะประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้า 2 ชนิด นั่นก็คือประจุไฟฟ้าที่ เรียกว่า อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นประจุไฟฟ้าลบ ( Negative charge) และประจุไฟฟ้าที่ เรียกว่า โปรตอน ซึ่งเป็นประจุไฟฟ้าบวก ( Positive charge) และจะมีนิวตรอน( Neutrons) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้า รวมกันเป็นแกนกลางของโครงสร้างของอะตอมนั้นรวมเรียกกันว่า นิวเคลียส ( Nucleus) ซึ่งในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนของอิเล็กตรอนและโปรตอนไม่เท่ากัน อิเล็กตรอนจะโคจรอยู่ชั้นนอกสุดและดึงดูดกันกับ โปรตรอน ซึ่งจะมีความสมดุลกัน ถ้าเป็นสภาพตามนี้แล้วอิเล็กตรอนจะไม่มีการเคลื่อนหลุดออกจากวงโคจรนี้อย่างแน่นอน ดังนั้น ถ้าเราได้ทำการส่งแรงกระทำจากภายนอกเข้าไปยังอะตอม ซึ่งจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากวงโคจรได้ เมื่ออิเล็กตรอนหลุดความไม่สมดุลของอะตอมจะเกิดขึ้นทำให้มีการดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมใกล้เข้ามาเสริมให้ครบตลอดเวลา ดังนั้นจึงเกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอะตอมหนึ่งนั่นเอง การเกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตามนี้จะทำให้เกิดมีการไหลของกระแสอิเล็กตรอนเกิดขึ้น เราจึงเรียกว่า กระแสอิเล็กตรอน และแรงกระทำภายนอกนั้นเราเรียกว่า แรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าไหลอย่างไรปกติไฟฟ้าจะไหลไปตามเส้นลวดที่เรียกว่า “ตัวนำไฟฟ้า” และไหลติดต่อครบรอบหรือครบวงจร เริ่มต้นจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แล้วไหลไปตาสายจนถึงหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจะแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือลดลงแล้วแต่กรณี และไฟฟ้าจะไหลจากหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจะแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือลดลงแล้วแต่กรณี ไฟฟ้าจะไหลจากหม้อแปลงข้าไปถึงอาคารบ้านเรือนซึ่งใช้ไฟฟ้า แล้วไฟฟ้าจะไหลหลับไปตามสายอีกเส้นหนึ่งที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และ หม้อแปลงจะมีการต่อสายลงดินไว้สำหรับเป็นทางให้ไฟฟ้า ไหลกลับได้ครบวงจร ในกรณีที่สายเส้นใดเส้นหนึ่งขาดตัวนำทางไฟฟ้า หมายถึงสสารที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าฟ้าไหลผ่านได้อย่างง่าย ตัวนำที่มีคุณภาพสูงซึ่งจะทำให้การไหลของกระแสไฟฟ้าไปได้อย่างดีเยี่ยมนั้น ได้แก่ ทองคำ , เงิน , ทองแดง ทองเหลือง ฯลฯ เนื่องจากทองคำมีราคาแพงมาก เงินจึงจัดเป็นตัวนำที่ได้รับความนิยมในอันดับต้นๆ และทองแดงเป็นตัวนำที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากมีราคาถูกและก็สามารถใช้งานได้ทั่วๆ ไปอย่างไม่เกิดปัญหาการต้านของกระแสมากนักแหล่งกำเนิดไฟฟ้าไฟฟ้าเกิดขึ้นได้จากแหล่งกำเนิดแตกต่างกัน แยกออกได้เป็น 6 วิธีดังนี้1. เกิดจากการเสียดสี2. เกิดจากการทำปฏิกิริยาทางเคมี3. เกิดจากความร้อน4. เกิดจากแสงสว่าง5. เกิดจากแรงกดดัน6. เกิดจากสนามแม่เหล็กประเภทของกระแสไฟฟ้าไฟฟ้ามี 2 ชนิดคือ1. ไฟฟ้าสถิต2. ไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าสถิตเรียกว่า สแตติค อิเล็กตริกซิตตี้ (Static Electricity) ไฟฟ้าที่อยู่นิ่งไม่มีการเคลื่อนที่ เกิดได้จากการนำสารต่างชนิดกันมาถูกัน จึงทำให้อิเลคตรอนที่ อยู่ในวงโคจรของสารทั้งสองชนิดมาชนกัน ทำให้สารชนิดหนึ่งสูญเสียอิเลคตรอนไปให้กับสารอีกชนิดหนึ่ง สารที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ง่ายคือ แก้วอำพันยางแข็ง ขี้ผึ้ง สักหลาด เรยอน ไนลอน สารใดจะมีประจุบวกหรือลบนั้นขึ้นอยู่กับเอาสารชนิดใดมาถูกันถ้าสารชนิดหนึ่งเสียอิเลคตรอนไปตัวมันเองจะมีประจุบวก และสารใดที่รับอิเลคตรอนเพิ่มขึ้นมาสารนั้นจะมีประจุลบ ประจุที่ต่างกันย่อมดูดกัน ประจุเหมือนกันย่อมผลักกัน การถ่ายเทประจุให้แก่กันระหว่างสาร 2 ชนิด ถ้าหากประจุมีมาก การถ่ายเทให้กันย่อมจะเกิดเสียงดัง เช่น ฟ้าร้อง หรือฟ้าผ่าเราสามารถผลิตไฟฟ้าสถิตได้ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตย์ของกรัฟ(Vande Graff Static Generator) ประโยชน์ของไฟฟ้าสถิตย์คือ เอาไปใช้ในเรื่องการของการพ่นสี กรอง ฝุ่นและเขม่าออกจากควันไฟ การทำกระดาษทราย เป็นต้นไฟฟ้ากระแสตรงไฟฟ้ากระแสตรง คือ กระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปในทางเดียวกันตลอดเวลา โดยมีขนาดของกระแสและแรงดันคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง มีขั้วไฟบวกและลบคงที่ ใช้ป้อนจ่ายให้แก่อุปกรณ์เครื่องใช้อิเลกทรอนิกส์ต่างๆ อาจจะเกิดจากการแปลงกระแสไฟสลับเป็นกระแสตรงโดยวงจรเร็คติฟลาย หรืออาจเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี เช่นแบตเตอรี่ หรืออาจเกิดจากการได้รับการแปรสภาพจากแสงสว่างให้เป็นกระแสไฟก็ได้ไฟฟ้ากระแสสลับ คือกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศการไหลตลอดเวลา โดยมีขนาดของกระแสและแรงดันเปลี่ยนแปลงในลักษณะเดียวกันตลอดเวลา จะเป็นไฟฟ้าที่มีการไหลของกระแสกลับทิศทางตลอดเวลาใน 1 วินาที การกลับทิศทางหมายถึงการกลับขั้วไฟบวก 1 ครั้งและขั้วไฟลบ 1 ครั้ง สลับกันโดยทำมุม360องศาเรียกว่า 1 รอบ กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยจะมีการสลับทิศทางกันตามที่กล่าวนี้จำนวน 50 รอบต่อ 1 วินาที เรียกว่า 50 เฮิร์ท( Herz) มีหน่วยเป็น แอมแปร ( Amp)

ฟลักซ์แม่เหล็ก(Magnetic Flux)
คือ จำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก ในบริเวณหนึ่งๆ มีหน่วยเป็นเวเบอร์(Weber, Wb) ในระบบ SI หน่วยของ B เป็น เทสลา(Tesla, T) 1 T=1 Wb/m2 ***บางครั้งใช้หน่วยเป็น เกาส์(Gauss) เมื่อ 1 G = 10-4 Tความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก และความเข้มสนามแม่เหล็ก

F=qvB เมื่อ F = เป็นแรงกระทำต่ออนุภาคไฟฟ้า q ที่เคลื่อนที่ด้วนความเร็ว v ในทิศ ตั้งฉากกัลสนามแม่เหล็ก BF= มีหน่วยเป็น นิวตัน (N)B=มีหน่วยเป็น เทสลา (T:Tesla)q= มีหน่วยเป็น คูลอมบ์ (C)v= มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที (m/s)ค่าของแรง F จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ1. ถ้าประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในทิศขนานกับสนามแม่เหล็ก จะทิศเดียวกันหรือตรงกันข้ามก็ได้ประจุไฟฟ้าไม่ถูกแรงสนามแม่เหล็กกระทำ แรง F มีค่าเป็น 02. ถ้าประจุหยุดนิ่ง ประจุไฟฟ้าจะไม่ถูกแรงจากสนามแม่เหล็กกระทำ แรง F มีค่าเป็น 03. ถ้าประจุเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก โดยมีทิศการเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้าจะถูกแรงจากสนามแม่เหล็กกระทำมีค่ามากที่สุดPrev: การหาทิศของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในขดลวดโซเลนอยด์ Next: แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งเคลื่อนที่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก ภาค

สนามแม่เหล็กไฟฟ้ายังสามารถแบ่งออกเป็น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสถิตที่ไม่มีการเปลี่ยนตามเวลา (Static Field หรือDC Field) ตัวอย่างเช่น สนามไฟฟ้าระหว่างก้อนเมฆกับพื้นโลก สนามแม่เหล็กจาก แม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กโลก เป็นต้น

จากรูปจะเห็นว่าแต่ละเวลา (time ที่ 0,1,2,3,.....) ที่ผ่านไปขนาดของแรงดัน จะเปลี่ยนไปตลอดเวลา คือจะเปลี่ยนจาก 0 Volt ที่ time 0 แรงดันจะเพิ่มขึ้นไปเรื่อย ๆ จนสูงสุดทางบวก ที่ time 3 แล้วก็จะลดลงมาที่ 0 Volt อีก ขณะเดียวกันก็จะกลับขั้วการไหล (กระแสจะไหลย้อนกลับ) และมีแรงดันเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน (ทางขั้วลบ) สลับหมุนเวียนอยู่เช่นนี้เรื่อย ๆ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันในทางบวกหนึ่งครั้งและทางลบหนึ่งครั้ง รวมเรียกว่า 1 Cycle การเปลี่ยนแปลงเช่นนี้จะเกิดขึ้นหลาย ๆ ครั้ง (Cycle) ใน 1 วินาที สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับที่เราใช้กันอยู่ตามอาคารบ้านเรือน จะเปลี่ยนแปลง 50 Cycle ต่อวินาที เราเรียนจำนวนการเปลี่ยนแปลงนี้ว่า ความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับ (Frequency) 50 cycle/sec หรือ 50 Herze (Hz)
ไฟฟ้าคืออะไรไฟฟ้าเป็นพลังงานชนิดหนึ่ง เป็นส่วนประกอบที่มีอยู่ในวัตถุธาตุทุกชนิด วัตถุธาตุชนิดต่างๆที่มีอยู่ในโลกประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ เรียกว่า “อะตอม” ในแต่ละอะตอมประกอบด้วยโปรคอน นิวตรอนและอิเล็กตรอนอยู่มากมาย สำหรับโปรคอนและนิวตรอนนั้นอยู่นิ่งไม่เคลื่อนไหว ส่วนอิเลคตรอนนั้นสามารถ “เคลื่อนไหว” จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้ การเคลื่อนไหวจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งของอิเลคตรอน นี้เอง คือสิ่งที่เราเรียกว่า ไฟฟ้าไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (Electrons) ที่ไม่ได้สมดุลกันของแต่ละอะตอม( Atom) ของสสาร อะตอม 1 อะตอมจะประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้า 2 ชนิด นั่นก็คือประจุไฟฟ้าที่ เรียกว่า อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นประจุไฟฟ้าลบ ( Negative charge) และประจุไฟฟ้าที่ เรียกว่า โปรตอน ซึ่งเป็นประจุไฟฟ้าบวก ( Positive charge) และจะมีนิวตรอน( Neutrons) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้า รวมกันเป็นแกนกลางของโครงสร้างของอะตอมนั้นรวมเรียกกันว่า นิวเคลียส ( Nucleus) ซึ่งในแต่ละอะตอมจะมีจำนวนของอิเล็กตรอนและโปรตอนไม่เท่ากัน อิเล็กตรอนจะโคจรอยู่ชั้นนอกสุดและดึงดูดกันกับ โปรตรอน ซึ่งจะมีความสมดุลกัน ถ้าเป็นสภาพตามนี้แล้วอิเล็กตรอนจะไม่มีการเคลื่อนหลุดออกจากวงโคจรนี้อย่างแน่นอน ดังนั้น ถ้าเราได้ทำการส่งแรงกระทำจากภายนอกเข้าไปยังอะตอม ซึ่งจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากวงโคจรได้ เมื่ออิเล็กตรอนหลุดความไม่สมดุลของอะตอมจะเกิดขึ้นทำให้มีการดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมใกล้เข้ามาเสริมให้ครบตลอดเวลา ดังนั้นจึงเกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอะตอมหนึ่งนั่นเอง การเกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตามนี้จะทำให้เกิดมีการไหลของกระแสอิเล็กตรอนเกิดขึ้น เราจึงเรียกว่า กระแสอิเล็กตรอน และแรงกระทำภายนอกนั้นเราเรียกว่า แรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าไหลอย่างไรปกติไฟฟ้าจะไหลไปตามเส้นลวดที่เรียกว่า “ตัวนำไฟฟ้า” และไหลติดต่อครบรอบหรือครบวงจร เริ่มต้นจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แล้วไหลไปตาสายจนถึงหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจะแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือลดลงแล้วแต่กรณี และไฟฟ้าจะไหลจากหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจะแปลงแรงดันให้สูงขึ้นหรือลดลงแล้วแต่กรณี ไฟฟ้าจะไหลจากหม้อแปลงข้าไปถึงอาคารบ้านเรือนซึ่งใช้ไฟฟ้า แล้วไฟฟ้าจะไหลหลับไปตามสายอีกเส้นหนึ่งที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และ หม้อแปลงจะมีการต่อสายลงดินไว้สำหรับเป็นทางให้ไฟฟ้า ไหลกลับได้ครบวงจร ในกรณีที่สายเส้นใดเส้นหนึ่งขาดตัวนำทางไฟฟ้า หมายถึงสสารที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าฟ้าไหลผ่านได้อย่างง่าย ตัวนำที่มีคุณภาพสูงซึ่งจะทำให้การไหลของกระแสไฟฟ้าไปได้อย่างดีเยี่ยมนั้น ได้แก่ ทองคำ , เงิน , ทองแดง ทองเหลือง ฯลฯ เนื่องจากทองคำมีราคาแพงมาก เงินจึงจัดเป็นตัวนำที่ได้รับความนิยมในอันดับต้นๆ และทองแดงเป็นตัวนำที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากมีราคาถูกและก็สามารถใช้งานได้ทั่วๆ ไปอย่างไม่เกิดปัญหาการต้านของกระแสมากนักแหล่งกำเนิดไฟฟ้าไฟฟ้าเกิดขึ้นได้จากแหล่งกำเนิดแตกต่างกัน แยกออกได้เป็น 6 วิธีดังนี้1. เกิดจากการเสียดสี2. เกิดจากการทำปฏิกิริยาทางเคมี3. เกิดจากความร้อน4. เกิดจากแสงสว่าง5. เกิดจากแรงกดดัน6. เกิดจากสนามแม่เหล็กประเภทของกระแสไฟฟ้าไฟฟ้ามี 2 ชนิดคือ1. ไฟฟ้าสถิต2. ไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าสถิตเรียกว่า สแตติค อิเล็กตริกซิตตี้ (Static Electricity) ไฟฟ้าที่อยู่นิ่งไม่มีการเคลื่อนที่ เกิดได้จากการนำสารต่างชนิดกันมาถูกัน จึงทำให้อิเลคตรอนที่ อยู่ในวงโคจรของสารทั้งสองชนิดมาชนกัน ทำให้สารชนิดหนึ่งสูญเสียอิเลคตรอนไปให้กับสารอีกชนิดหนึ่ง สารที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ง่ายคือ แก้วอำพันยางแข็ง ขี้ผึ้ง สักหลาด เรยอน ไนลอน สารใดจะมีประจุบวกหรือลบนั้นขึ้นอยู่กับเอาสารชนิดใดมาถูกันถ้าสารชนิดหนึ่งเสียอิเลคตรอนไปตัวมันเองจะมีประจุบวก และสารใดที่รับอิเลคตรอนเพิ่มขึ้นมาสารนั้นจะมีประจุลบ ประจุที่ต่างกันย่อมดูดกัน ประจุเหมือนกันย่อมผลักกัน การถ่ายเทประจุให้แก่กันระหว่างสาร 2 ชนิด ถ้าหากประจุมีมาก การถ่ายเทให้กันย่อมจะเกิดเสียงดัง เช่น ฟ้าร้อง หรือฟ้าผ่าเราสามารถผลิตไฟฟ้าสถิตได้ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตย์ของกรัฟ(Vande Graff Static Generator) ประโยชน์ของไฟฟ้าสถิตย์คือ เอาไปใช้ในเรื่องการของการพ่นสี กรอง ฝุ่นและเขม่าออกจากควันไฟ การทำกระดาษทราย เป็นต้นไฟฟ้ากระแสตรงไฟฟ้ากระแสตรง คือ กระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปในทางเดียวกันตลอดเวลา โดยมีขนาดของกระแสและแรงดันคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง มีขั้วไฟบวกและลบคงที่ ใช้ป้อนจ่ายให้แก่อุปกรณ์เครื่องใช้อิเลกทรอนิกส์ต่างๆ อาจจะเกิดจากการแปลงกระแสไฟสลับเป็นกระแสตรงโดยวงจรเร็คติฟลาย หรืออาจเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี เช่นแบตเตอรี่ หรืออาจเกิดจากการได้รับการแปรสภาพจากแสงสว่างให้เป็นกระแสไฟก็ได้ไฟฟ้ากระแสสลับ คือกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศการไหลตลอดเวลา โดยมีขนาดของกระแสและแรงดันเปลี่ยนแปลงในลักษณะเดียวกันตลอดเวลา จะเป็นไฟฟ้าที่มีการไหลของกระแสกลับทิศทางตลอดเวลาใน 1 วินาที การกลับทิศทางหมายถึงการกลับขั้วไฟบวก 1 ครั้งและขั้วไฟลบ 1 ครั้ง สลับกันโดยทำมุม360องศาเรียกว่า 1 รอบ กระแสไฟฟ้าสลับในเมืองไทยจะมีการสลับทิศทางกันตามที่กล่าวนี้จำนวน 50 รอบต่อ 1 วินาที เรียกว่า 50 เฮิร์ท( Herz) มีหน่วยเป็น แอมแปร ( Amp)