ไฟฟ้า (Electricity) คืออะไร

มันคือสิ่งที่อยู่ในสายระโยงระยางที่พาดผ่านไปทั่วบ้าน อยู่ในปลั๊กพ่วง อยู่ในสายชาร์จแบตเตอรีมือถือ อยู่ในถ่าน อยู่ในนาฬิกา อยู่บนเสาไฟ อยู่ในหม้อแปลงไฟฟ้าที่ตั้งอยู่กลางชุมชน อยู่ในเสาไฟฟ้าแรงสูง มันคือสิ่งที่เขื่อนส่วนใหญ่ผลิตได้นอกเหนือจากการกักเก็บน้ำ และมันก็เป็นแหล่งพลังงานที่ขับเคลื่อนเศรษฐกิจ และสำหรับประชากรส่วนใหญ่ของโลกนี้ ไฟฟ้าเป็นปัจจัยในการดำเนินชีวิตที่ขาดไม่ได้ เทียบเท่ากับอาหารหรือที่อยู่อาศัยเลยทีเดียว

กระแสไฟฟ้า (Electric current) คือ การไหลของประจุไฟฟ้าผ่านวงจร​ โดยวงจรนี้อาจจะเล็กเพียงแค่นาฬิกาข้อมือ หรืออาจจะเป็นโครงข่ายของสายไฟฟ้าที่ครอบคลุมทั้งเมือง สัญลักษณ์ของกระแสไฟฟ้าคือ I ซึ่งมีที่มาจากคำในภาษาฝรั่งเศสคือ intensité de courant หรือ Intensity of current หมายถึง ความเข้มของกระแส กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการไหลของอิเล็กตรอนผ่านจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งผ่านวัสดุตัวนำ นั่นคือการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าซึ่งก็คืออิเล็กตรอน โดยกระแสไฟฟ้าจะเคลื่อนที่หรือไหลจากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า

หน่วยของกระแสไฟฟ้า (I) เรียกว่า แอมแปร์  (A) โดยสามารถคำนวณได้จากผลรวมของประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดจุดหนึ่ง ๆ ของตัวนำในหนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งผลรวมของประจุไฟฟ้าใช้สัญลักษณ์แทนว่า Q และมีหน่วยเป็นคูลอมป์ (C) ส่วนเวลา ใช้สัญลักษณ์ t มีหน่วยเป็นวินาที (S) จากตรงนี้สามารถเขียนเป็นสูตรการคำนวณปริมาณกระแสไฟฟ้าได้ ดังนี้
I (A) = Q (C) / t (s)

เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเกิดจากการไหลของอิเล็กตรอนในสายไฟ ซึ่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้ต้องมีแรงมากระทำต่ออิเล็กตรอน จึงทำให้มันหลุดจากอะตอมหนึ่งเคลื่อนตัวผ่านไปยังอะตอมถัดไปได้ แรงที่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่นี้เรียกว่า แรงดันไฟฟ้า (Voltage) หรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (​Volt) ซึ่งหมายถึงแรงดันที่ทำให้กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์​ (Ampere, A) เคลื่อนที่ผ่านความต้านทาน 1 โอห์ม (Ohm, Ω) ได้ โดยความต้านทานไฟฟ้า (Resistance) คือคุณสมบัติเฉพาะของวัตถุแต่ละชนิด ที่จะต้านทานการไหลของไฟฟ้าไม่ให้ผ่านไปได้โดยง่าย มีหน่วยเป็น​โอห์ม ( Ω)

วัตถุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำหรือยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้โดยง่ายเรียกว่า ตัวนำไฟฟ้า ​(Conductor) ซึ่งมักเป็นโลหะ และเรานำมันมาใช้ประโยชน์ในการเป็นตัวนำไฟฟ้าในสายไฟ เป็นต้น ส่วนวัตถุที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าผ่านได้ยากมากหรืออาจผ่านไม่ได้เลยอย่างยาง แก้ว หรือพลาสติก เรียกว่า เป็นฉนวนไฟฟ้า (Insulator) แน่นอนว่ามีวัตถุบางส่วนที่อยู่ระหว่างกลางระหว่างตัวนำและฉนวนไฟฟ้า ทำให้เราสามารถควบคุมการไหลผ่านได้ จึงเรียกว่า สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor)

สำหรับกระแสไฟฟ้าที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมีสองรูปแบบ คือ
1. ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current, DC) ไฟฟ้ากระแสตรงมีทิศทางการไฟลของประจุไฟฟ้าคงที่ ส่วนใหญ่ไม่มีอันตรายเพราะกระแสต่ำ มักพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่ใช้คู่กับแบตเตอรี หรือกระแสไฟฟ้าซึ่งเกิดจากเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น
2. ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current, AC) ไฟฟ้ากระแสสลับคือ ไฟฟ้าที่เราใช้ตามบ้าน โดยถูกส่งตรงมาจากโรงงานไฟฟ้า กระแสไฟฟ้ามีทิศทางการไหลกลับไปกลับมาอย่างรวดเร็ว มีรูปร่างคลื่นเหมือน Sine Wave หรืออาจจะเป็นสามเหลี่ยม บ้างก็สี่เหลี่ยม มีกระแสสูงและอันตรายมาก ปัจจุบันมีอุปกรณ์แปลงไฟฟ้าที่ใช้เปลี่ยนกระแสไฟฟ้าไปมาจาก DC เป็น AC ได้