unit

หน่วยทางไฟฟ้า

หน่วย(Unit)
          หมายถึงการบอกให้รู้ถึงขนาดหรือปริมาณ ซึ่งบ่งบอกให้ทราบถึงค่าของปริมาณที่ระบุไว้อย่างชัดเจนนับได้ และสามารถนำไปเปรียบเทียบกับปริมาณอื่นๆได้ ตัวอย่างหน่วยของปริมาณทางไฟฟ้า เช่น แรงดันมีหน่วยเป็นโวลต์ กระแสมีหน่วยเป็นแอมแปร์ กำลังไฟฟ้ามีหน่วย เป็นวัตต์ เป็นต้น 

ระบบหน่วย SI (InternationalSystem of Unit , SI)
         ระบบหน่วยที่นานาชาติใช้ในทางวิศวกรรม เรียกว่าหน่วยระบบเอสไอ ซึ่งได้กำหนดพื้นฐานของหน่วย 9

ตารางแสดงปริมาณทางไฟฟ้าและหน่วยที่ใช้กัน ทั่วไปในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้า

หน่วยอนุพันธ์ (Derived Unit) 
         หน่วยอนุพันธ์เป็นหน่วยผสมที่ได้จากผลคูณหรือผลหารระหว่างหน่วยพื้นฐาน เช่น พื้นที่ เกิดจากผลคูณระหว่างหน่วยความยาวมีหน่วยเป็นตารางเมตร หรือ ความเร็ว เกิดจากผลหารระหว่างหน่วยความยาวกับเวลามีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s) เป็นต้น ส่วนหน่วยอนุพันธ์ทางไฟฟ้าที่นิยมใช้ในทฤษฎีวงจรไฟฟ้าดังแสดงไว้ในตารางที่ 2.1  

 ตารางที่ 2.1  แสดงหน่วยอนุพันธ์ทางไฟฟ้า

คำนำหน้าหน่วย (Prefix)

        คำนำหน้าหน่วยหรือเรียกว่าคำอุปสรรค เป็นคำที่ใช้แทนค่าตัวเลขยกกำลังฐาน 10 ของหน่วยระบบ เอสไอ เพื่อบ่งบอกให้ทราบว่าหน่วยนั้นมีขนาดมากหรือน้อยเพียงใด ในกรณีปริมาณที่มีค่าสูง หรือน้อยมากๆ หน่วยในระบบเอสไอจะมีการใช้ ตัวขยายหน่วยเข้ามาช่วยในการแสดงในลักษณะเป็นสิบยกกำลังบวก หรือลบ ดังแสดงในตาราง ซึ่งแสดงถึงปริมาณสิบยกกำลังและสัญลักษณ์ และค่าอ่านเติมหน้าเพื่อให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น mA อ่านว่ามิลลิแอมป์ซึ่งมีค่าเท่ากับ
บ 10⁻³

กระแสไฟฟ้า
          เป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของประจุ มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (Amperes) ใช้สัญลักษณ์ของหน่วยด้วย A สัญลักษณ์ของปริมาณไฟฟ้าแทนด้วย i แทนกระแสไม่คงที่  I  แทนกระแสคงที่ ปริมาณของกระแส 1A มีนิยามว่าเป็นค่าของกระแสไฟฟ้าคงตัวที่ไหล ในลวดตัวนำ2 เส้นที่มีพื้นที่หน้าตัดเล็กมากเข้าใกล้ศูนย์และมีความยาวอนันต์วางขนานกัน ในสุญญากาศห่าง 1เมตรแล้วจะทำให้เกิดแรงระหว่างลวดตัวนำทั้งสองมีค่าเป็นต่อความยาวลวดช่วง 1 m หรือมีนัยคือกระแสไฟฟ้าเป็นผล มาจากการเคลื่อนที่ของประจุในตัวนำ คือ กระแสไฟฟ้า 1A จะสมมูลกับการเคลื่อนที่ของประจุ ผ่านพื้นที่หน้าตัดที่กำหนดไว้ในตัวนำปริมาณ 1 C ในเวลา 1 วินาที ดังนั้นจะสามารถเขียนสมการของกระแสไฟฟ้าด้วยตัวแปรทางเวลาเป็น  i(A) =dq/dt (C/s) โดยมีหน่วยของประจุเป็น คูลอมบ์ (C) และหน่วยของเวลาเป็นวินาที (s) ดังนั้นค่าประจุ  1คูลอมบ์จะสมมูล 1แอมปร์-วินาที (A-s)

 การแปลงหน่วยกระแสไฟฟ้า 

1  กิโลแอมแปร์ (kA)            =      1,000           แอมแปร์ (A) 

 1  แอมแปร์ (A)                    =      1,000           มิลลิแอมแปร์ (mA)    

                                            =      1,000,000 ไมโครแอมแปร์ 

กำลัง 

หมายถึงอัตราของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน หรือ อัตราของการทำงาน ต่อเวลา เขียนแทนปริมาณ ด้วยสัญลักษณ์ P มีหน่วยเป็นวัตต์ สัญล ักษณ์ของหน่วยคือ Wจากนิยามเขียน สมการได้ดังนี้

    

 เมื่อ P คือ กำลังในหน่วยวัตต์ W 

      W คือ พลังงานหรือหน่วยงานในหน่วยจูล J 

       T คือเวลาในหน่วยวินาที s

หน่วยของกำลังไฟฟ้านอกจากวัดเป็นจูล (J) ในระบบ SI แล้วยังนิยมใช้หน่วยที่ไม่ใช่ระบบ SI โดยวัดเป็น วัตต์ –ชั่วโมง (Whr) และ กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWhr) ด้วย ซึ่งสามารถเทียบกับหน่วยใน ระบบ SI ได้ดังนี้  1 J = 1 W-s 

ดังนั้น 1 Whr   = 1 W x 3600 s  

= 3600 J 

 = 3.6 kJ 

1 kWh   = 1000 W x3600 s = = 3.6 MJ 

และอีกหน่วยกำลังที่นิยมใช้อีกหน่วยหนึ่งคือ แรงม้า (hp) โดย 1 แรงม้า เท่ากับ 746 วัตต์ 

การแปลงหน่วยกำลังไฟฟ้า 

1  แรงม้า (HP)           =     746    วัตต์ (W)                

1  วัตต์ (W)                =     1,000  มิลลิวัตต์ (mW)    =     1,000,000 ไมโครวัตต์

1  กิโลวัตต์ (kW)        =     1,000  วัตต์ (W)    

1  เมกะวัตต์ (MW)    =      1,000  กิโลวัตต์ (kW)     =   1,000,000  วัตต์ (W) 

แรงดันไฟฟ้า  

จำนวนพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนที่ประจุไฟฟ้าต่อจำนวนประจุไฟฟ้านั้น  เขียนสมการได้ดังนี้ 

             

E      คือ แรงดันไฟฟ้าหรือค่าความต่างศักย์มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)  

W      คือ พลังงานหรืองานมีหน่วยเป็นจูล (J)  

Q      คือ ประจุไฟฟ้ามีหน่วยเป็นคูลอมบ์  (C)  

จากสมการ แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ คือ อัตราการใช้พลังงาน 1 จูลในการเคลื่อนที่ประจุไฟฟ้า 1  คูลอมบ์ ใช้สัญลักษณ์  E หรือ V มีหน่วยเป็นโวลต์ (Volt ;V)   

การแปลงหน่วยแรงดันไฟฟ้า 

1 กิโลโวลต์ (kV)    =      1,000  โวลต์ (V) 

1 โวลต์ (V)            =      1,000  มิลลิโวลต์ (mV)   

ความต้านทานไฟฟ้า   

คุณสมบัติของตัวต้านทานไฟฟ้าที่ต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไปได้มากหรือน้อยแตกต่างกันเปรียบเสมือนกับแรงเสียดทานที่ต้านการเคลื่อนที่  

การต้านทานการไหลของไฟฟ้าซึ่งมีหน่วยวัดเป็นโอห์ม ใช้ตัวย่อว่า  

สามารถหาได้จากค่าความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดบนตัวนำที่มีค่าเท่ากับ 1 โวลต์ มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 1 แอมแปร์ คือ ความต้านทานทาน 1 โอห์ม หมายถึง ความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ที่ไหลผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้า แล้วทำให้เกิดกำลังไฟฟ้า 1 วัตต์ 

การเปลี่ยนหน่วยความต้านทาน

พลังงานไฟฟ้า 

        พลังงานไฟฟ้า คือ ความสามารถในการใช้กำลังไฟฟ้าของภาระโหลด เช่น พลังงานไฟฟ้า ทำให้เกิดความร้อน กำลังทางกล เสียงและแสง เป็นต้น จากสมการของกำลังไฟฟ้าสามารถเขียนสมการได้ดังนี้    W    =    EQ      และ    Q   =     It      ดังนั้น   W     =     EIt 

ดังนั้น                       W = Pt                      ....... (W-s)            

เมื่อW   คือ พลังงานไฟฟ้า       มีหน่วยเป็นวัตต์-วินาที (W-s) 

 P    คือ กำลังไฟฟ้า           มีหน่วยเป็นวัตต์ (W)  

 t     คือ เวลา                      มีหน่วยเป็นวินาที (s)      

พลังงานไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์-วินาที (W-s) หรือวัตต์-ชั่วโมง (W-h) หากพลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากโหลดไฟฟ้าถูกใช้พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดโดยคิดในช่วงระยะเวลาใดเวลาหนึ่งเท่ากับ 1,000 วัตต์ในเวลา 1 ชั่วโมงในทางการค้าเรียกหน่วยพลังงานไฟฟ้านี้ว่า 1 ยูนิต (Unit) หรือ 1 หน่วย  

หน่วยของพลังงานไฟฟ้า

W-s=     1  W × 1 s 

W-h=     1  W × 3,600 s  

 kW-h=     1,000  W × 3,600 s     =     1  หน่วย (1 Unit)  

ความถี่ (frequency) 

       คือจำนวนรอบของกระแสไฟฟ้าสลับ จำนวนไซเคิลของรูปคลื่นที่เกิดขึ้นในระยะเวลาหนึ่งวินาที(f) มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ Hz 

        รอบ (cycle) 

        คือการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าครบ 360 องศาซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงไฟฟ้าค่าบวกและค่าลบได้สมบูรณ์   การเคลื่อนที่ของรูปคลื่นของกระแสหรือแรงดันของไฟกระแสสลับครบ 1 รอบหรือ 1 รูปคลื่นพอดี  

แรงม้า (horse power)  

หรือกำลังม้า เป็นหน่วยวัดกำลังหรืออัตราการทำงาน 1 แรงม้า = 550 ฟุต-ปอนด์ หรือ 745.7 วัตต์ ประมาณ 746 วัตต์ 

การเปลี่ยนแปลงหน่วย 

      ในการเปลี่ยนแปลงหน่วยบางครั้งจำเป็นจะต้องเพิ่มหรือลดขนาดของหน่วยให้เหมาะสมโดยเฉพาะหน่วยของปริมาณทางไฟฟ้า ซึ่งต้องอาศัยความสัมพันธ์ของเลขจำนวนเต็ม เลขทศนิยม และเลขยกกำลังฐาน 10 ดังต่อไปนี้   

      1.3.1  ความสัมพันธ์ของเลขจำนวนเต็ม เลขทศนิยมและเลขยกกำลังฐาน 10 

1.3.2  การเลื่อนตำแหน่งของจำนวนเต็มที่มีค่ามากเป็นเลขยกกำลังฐาน 10  

       1.3.3  การเลื่อนตำแหน่งของเลขทศนิยมที่มีค่าน้อยเป็นเลขยกกำลังฐาน 10 

เพื่อให้ง่ายในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของเลขจำนวนเต็ม เลขทศนิยม และเลขยกกำลังฐาน 10  ได้โดยแสดงวิธีการเลื่อนตำแหน่งเลขทศนิยมบนแนวเส้นจำนวนจริงในทิศทางที่มีค่าเพิ่มขึ้นและที่มีค่าลดลงได้ดังแสดงในรูปที่ 1.1 ดังนี้ 

รูปที่ 1.1  แสดงการเลื่อนตำแหน่งเลขจำนวนเป็นเลขยกกำลังฐาน 10 

แหล่งอ้างอิง

http://www.scribd.com/doc/23014921/บทที่-1-ความรู้พื้นฐานทางไฟฟ้า

http://www.elecnet.chandra.ac.th/courses/ELTC1203/electricbasic/unit.htm

http://www.stable.co.th/index.php?lay=show&ac=article&Id=539181775&Ntype=17

http://www.froydwess.com/2013/01/data-and-signals-analog-digital.html

http://www.snr.ac.th/main/elearning/viroj/o-2.htm