บทที่ 6 กำลังไฟฟ้าและพลังงาน
พลังงานไฟฟ้า (อังกฤษ: electrical energy) คือพลังงานที่ถ่ายโอนเมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ระหว่างจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน หรือคือเมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ข้ามความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อศักย์ไฟฟ้าลดลงหรือเพิ่มขึ้นงานจะเกิดขึ้นเพื่อเปลี่ยนพลังงานของระบบนั้น ปริมาณงานในหน่วยจูลนั้น ได้จากผลคูณของประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในหน่วยคูลอมบ์ และความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมในหน่วยโวลต์
โดยปกติแล้ว พลังงานไฟฟ้าจะขายเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง (1 kW·h = 3.6 MJ) ซึ่งเป็นผลคูณของกำลังไฟฟ้าในหน่วยกิโลวัตต์ คูณด้วยเวลาทำงานเป็นชั่วโมง บริษัทสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าจะวัดพลังงานโดยใช้มิเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งจะเก็บผลรวมของพลังงานไฟฟ้าที่ส่งให้ลูกค้า
เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าเป็นตัวอย่างหนึ่งของการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าประเภทที่ง่ายที่สุดและพบได้ทั่วไปใช้ความต้านทานไฟฟ้าในการแปลงพลังงานนอกจากนี้ยังมีวิธีอื่น ๆ ในการใช้พลังงานไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่เป็นกระแสไฟฟ้าในขดลวดทำความร้อนซึ่งมีความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสอง โดยพลังงานจะถูกถ่ายโอนจากประจุไปยังขดลวดดังกล่าว ทำให้อุณหภูมิของขดลวดและพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น เมื่อประจุสูญเสียพลังงานศักย์ไป
การผลิตไฟฟ้า
การผลิตไฟฟ้าเป็นกระบวนการสร้างพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานรูปแบบอื่น
หลักการพื้นฐานของการผลิตไฟฟ้าถูกค้นพบในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1820 และต้นคริสต์ทศวรรษ 1830 โดยไมเคิล ฟาราเดย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ วิธีการพื้นฐานของเขายังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้ กระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของลวดหรือแผ่นจานทองแดงระหว่างขั้วของแม่เหล็ก
หน่วยผลิตไฟฟ้า ถือเป็นขั้นแรกในการส่งไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค กระบวนการอื่น ๆ เช่น การส่งไฟฟ้า การจำหน่ายไฟฟ้า การกักเก็บและนำกลับมาผลิตพลังงานไฟฟ้าใหม่โดยวิธีการสูบกลับนั้น มักดำเนินการโดยหน่วยงานอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า
ไฟฟ้าส่วนใหญ่มักจะผลิตที่โรงไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องกลไฟฟ้า ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ความร้อนที่ใช้การเผาไหม้ทางเคมีหรือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเป็นหลัก แต่ยังรวมถึงวิธีการอื่น ๆ เช่น พลังงานจลน์ของน้ำที่ไหลและลม มีเทคโนโลยีอื่น ๆ อีกมากมายที่สามารถใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้ เช่น แผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานความร้อนใต้พิภพ
กำลังไฟฟ้า (อังกฤษ: Electric power) เป็นอัตราการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าภายในวงจร หน่วยในระบบเอสไอ คือ วัตต์ ซึ่งเป็นหน่วยของกำลังโดยทั่วไป กำหนดเป็น 1 จูลต่อวินาที คำนำหน้ามาตรฐานใช้กับวัตต์เช่นเดียวกับหน่วยเอสไอแบบอื่น ๆ : พันวัตต์ ล้านวัตต์ และพันล้านวัตต์ เรียกว่า กิโลวัตต์ เมกะวัตต์ และกิกะวัตต์ ตามลำดับ
โดยทั่วไปแล้ว กำลังไฟฟ้าคือการผลิตและส่งมอบพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นสาธารณูปโภคที่สำคัญในหลายพื้นที่ของโลก โดยทั่วไป กำลังไฟฟ้าจะผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่ก็สามารถจัดหาได้จากแหล่งพลังงานอื่น ๆ เช่น แบตเตอรี่ไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วจะจัดหาให้กับธุรกิจและบ้านเรือน (ในรูปแบบของไฟฟ้าหลักสำหรับบ้านพักอาศัย) โดยอุตสาหกรรมกำลังไฟฟ้า ผ่านระบบโครงข่ายไฟฟ้า
พลังงานไฟฟ้าสามารถส่งได้ในระยะทางไกลโดยสายส่ง และใช้สำหรับการใช้งาน เช่น การเคลื่อนที่, แสง หรือ การทำความร้อนด้วยประสิทธิภาพสูง
นิยาม
กำลังไฟฟ้า เช่นเดียวกับกำลังกล คืออัตราการทำงานของงานวัดเป็นวัตต์ และแทนด้วยตัวอักษร P ที่ย่อมาจากคำว่า Power คำว่า wattage มีความหมายทั่วไปว่า "กำลังไฟฟ้าเป็นวัตต์" กำลังไฟฟ้าเป็นวัตต์ที่เกิดจาก กระแสไฟฟ้า I ซึ่งประกอบด้วย ประจุ Q คูลอมบ์ที่ไหลทุก ๆ t วินาที ผ่านศักย์ไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) V คือ เมื่อ:
- W คือ งาน ในหน่วย จูล
- t คือ เวลา ในหน่วย วินาที
- Q คือ ประจุไฟฟ้า ในหน่วย คูลอมบ์
- V คือ ศักย์ไฟฟ้า หรือ แรงดันไฟฟ้า ในหน่วย โวลต์
- I คือ กระแสไฟฟ้า ในหน่วย แอมแปร์
นั่นคือ
- วัตต์ = โวลต์ เวลา แอมป์
