
บทที่ 8 ตัวนำไฟฟ้า
ตัวนำไฟฟ้า คืออะไร?
ตัวนำไฟฟ้า คือ หนึ่งในองค์ประกอบที่มีความจำเป็นอย่างมากในการใช้งานไฟฟ้า เพราะคอยทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการส่งกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายให้เข้าสู่อุปกรณ์ เพื่อให้เกิดการทำงานได้อย่างที่ต้องการ วัสดุของตัวนำไฟฟ้าจึงมีความหลากหลายและมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไปตามการใช้งาน เช่น สายหุ้มฉนวนที่เป็นตัวนำไฟฟ้าตามแนวยาวได้ หรือ ตัวนำไฟฟ้าแบบโลหะในรีเลย์ที่คอยทำหน้าที่เปิดและปิดวงจร เพื่อช่วยควบคุมการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาตัวนำไฟฟ้าในปัจจุบันให้รองรับกับการใช้งานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วย เช่น ตัวนำไฟฟ้าในแผงโซลาร์เซลล์ เป็นต้น

วัสดุนำไฟฟ้า มีอะไรบ้าง?
สำหรับวัสดุที่ใช้เป็นตัวนำไฟฟ้านั้นมีหลายประเภท เพราะถูกออกแบบมาให้รองรับกับการใช้งานที่แตกต่าง ซึ่งตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดนั้นอาจกล่าวได้ว่า เป็นวัสดุที่สามารถนำพลังงานไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์หรือแผงวงจรไฟฟ้าได้อย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ ตอบสนองต่อความต้องการของผู้ใช้ได้มากที่สุดนั่นเอง โดยวัสดุหลักที่ใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า ได้แก่
1. เงิน
เงินจัดว่าเป็นหนึ่งในตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุด
มักถูกนำไปใช้กับสายไฟสำหรับอุตสาหกรรมที่มีกระแสไฟฟ้าสูง
เนื่องจากมีราคาแพงจึงไม่นิยมใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าในสายไฟบ้านทั่วไป
และในการใช้งานจริงอาจมีการกระจายของกระแสไฟที่ไม่เท่ากันเกิดขึ้นได้
จึงไม่เหมาะที่จะใช้กับวงจรไฟฟ้าที่มีกระแสความถี่สูง
2. ทองแดง
ทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดสำหรับการใช้ในวงจรไฟฟ้าทั่วไป
เพราะมีความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าได้ดี
มีความเสถียรสูงและค่าความต้านทานต่ำ
อีกทั้งยังมีราคาถูกกว่าเงินและมีความยืดหยุ่นมากกว่าทำให้สามารถดัดพันกับแกนแม่เหล็กไฟฟ้าได้ง่าย
รวมถึงความทนทานต่ออุณหภูมิและสารเคมีใช้งานได้ในระยะยาว
3. อะลูมิเนียม
หลายคนอาจสงสัยว่าอะลูมิเนียมสามารถใช้เป็นตัวนําไฟฟ้าได้ไหม
ซึ่งก็ต้องบอกเลยว่าสามารถใช้ได้ และใช้ได้ดีทีเดียว
เพราะอะลูมิเนียมมีน้ำหนักเบาจึงใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับงานสายไฟเดินลอย
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในรถยนต์ได้อย่างตอบโจทย์
แต่ข้อเสียของอะลูมิเนียมคือเป็นวัสดุที่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่าย
ทำให้เกิดความร้อนสูงในเวลาอันรวดเร็ว
ส่วนใหญ่แล้วจะใช้เป็นตัวนำของสายไฟบนเสาไฟฟ้าที่ต้องเดินสายในระยะทางไกล
4. ซิลิคอน
ตัวนำไฟฟ้าที่ได้รับความนิยมในการใช้งานด้านอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้
ส่วนใหญ่แล้วจะถูกนำไปใช้กับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ นอกจากนี้ยังมีข้อดีในเรื่องความเสถียรของการนำพลังงานไฟฟ้า และทนทานต่ออุณหภูมิสูง
ทั้งนี้ก็ไม่ได้มีเพียงแค่ 4 วัสดุเหล่านี้เท่านั้นที่สามารถใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ เพราะยังมีวัสดุอื่น ๆ ที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ เช่น ทองคำ ตะกั่ว สังกะสี เหล็ก นิกเกิล หรือโลหะแบบผสม ขึ้นอยู่กับการใช้งานในแต่ละรูปแบบ

ปัจจัยที่มีผลต่อการนำไฟฟ้าในวัสดุแต่ละประเภท
การเลือกใช้วัสดุตัวนำไฟฟ้านั้นนอกจากเรื่องงบประมาณแล้ว
สถานที่ใช้งานยังเป็นส่วนสำคัญที่มีผลต่อการนำไฟฟ้าในวัสดุแต่ละประเภทด้วย
ซึ่งประกอบไปด้วย 5 ปัจจัยสำคัญต่อไปนี้
1. อุณหภูมิ
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินั้นมีผลต่อการทำงานของตัวนำไฟฟ้าที่เปลี่ยนผันตามไปด้วย
เพราะอุณหภูมิของวัสดุที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ความสามารถในการนำไฟฟ้าลดลงและความต้านทานสูงขึ้น
เมื่ออุณหภูมิลดลงความต้านทานก็จะลดลงด้วย
ทำให้ประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้ากลับคืนมา
หากตัวนำไฟฟ้ามีคุณสมบัติในการต้านทานอุณหภูมิโอกาสที่จะเกิดความเปลี่ยนของการนำกระแสไฟฟ้าก็จะลดลง
2. ขนาดและรูปร่าง
ทั้งขนาด
รูปร่าง
รวมถึงความยาวและพื้นที่หน้าตัดของวัสดุนั้นมีผลต่อค่าความต้านทานไฟฟ้า
และส่งผลให้ประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้าลดลงด้วย
ดังนั้นแม้ว่าจะเป็นวัสดุนำไฟฟ้าชนิดเดียวกัน
แต่หากมีขนาดหน้าตัดเท่ากันตัวนำไฟฟ้าที่มีความยาวมากกว่าจะนำไฟฟ้าได้น้อยเพราะมีความต้านสูงกว่านั่นเอง
3. การปนเปื้อน
การปนเปื้อนของโลหะบนตัวนำไฟฟ้าจะเข้าไปลดความสามารถในการนำไฟฟ้า
รวมถึงการใช้โลหะผสมเป็นตัวนำไฟฟ้าเองก็มีส่วนต่อประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าที่ลดลงเช่นเดียวกัน
โดยเฉพาะเมื่อใช้เงินเป็นตัวนำไฟฟ้า ควรใช้เงินบริสุทธิ์ 100%
เท่านั้นเพราะมีความเสถียรในการนำไฟฟ้ามากที่สุด
และไม่ถูกส่วนผสมจากโลหะชนิดอื่นเข้ามาขัดขวางการไหลของอิเล็กตรอน
4. สนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ในสภาพแวดล้อมแต่ละแห่งนั้นมีสนามแม่เหล็กอยู่ทั่วไป
หากตัวนำไฟฟ้านั้นอยู่ในพื้นที่ที่มีความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กสูง
ก็อาจมีส่วนทำให้เกิดการขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำได้
5. ความถี่
ความถี่ของกระแสไฟฟ้าเป็นจำนวนรอบการสั่นใน 1 วินาที (Hz) ซึ่งจะส่งผลต่อความสามารถในการนำไฟฟ้าให้ลดลงได้ โดยเฉพาะเมื่อความถี่สูงกว่า 3 GHz ประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้าจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด ทั้งนี้ก็ไม่ได้หมายความว่าความถี่สูงจะเกิดขึ้นได้ทั่วไป เพราะส่วนใหญ่พบได้ในไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) เท่านั้น

ตัวนำไฟฟ้า องค์ประกอบสำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในระบบไฟฟ้า
จากข้อมูลทั้งหมด
เรียกได้ว่าตัวนำไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบสำคัญที่อยู่ภายในอุปกรณ์ไฟฟ้า ทั้ง
สายไฟ มอเตอร์ และแผงวงจร
เพื่อใช้ในการส่งกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟเข้าสู่อุปกรณ์ไฟฟ้าให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
และเกิดความเสถียรมากที่สุด
ดังนั้นยิ่งเรารู้ว่าตัวนำไฟฟ้าที่ดีควรมีคุณสมบัติอย่างไร
และนำไปใช้งานสภาพแวดล้อมหรือการทำงานแบบไหน
ก็ยิ่งช่วยให้เลือกใช้ได้เหมาะสมกับการใช้งานได้ง่ายยิ่งขึ้น
แถมยังได้ข้อดีในเรื่องประหยัดพลังงาน ประหยัดค่าใช้จ่าย
และเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ใช้ไฟฟ้าได้อีกด้วย