แรงเคลื่อนไฟฟ้ากับความต่างศักย์: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

แรงดันไฟฟ้ามีคำศัพท์หลายประเภท ราวกับว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าและความต่างศักย์เป็นส่วนหนึ่งของประเภทนี้ โดยสรุป แรงดันไฟฟ้าคือแรงดันที่เกิดขึ้นในแหล่งพลังงานของวงจรไฟฟ้าที่ผลักอิเล็กตรอนที่มีประจุผ่านตัวนำ ซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม แนวคิดทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้ามีการใช้งานเหมือนกัน นั่นคือ ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า 

ประเด็นที่สำคัญ

1. แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) เป็นแหล่งพลังงานที่ขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าในวงจร ในขณะที่ความต่างศักย์ไฟฟ้า (PD) คือพลังงานที่ใช้ต่อหน่วยประจุ
2. EMF เกี่ยวข้องกับการสร้างแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่ PD เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมส่วนประกอบในวงจร
3. แบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะผลิต EMF ในขณะที่ PD วัดจากตัวต้านทานและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ

แรงเคลื่อนไฟฟ้า vs ความต่างศักย์

แรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่ขึ้นอยู่กับความต้านทานของวงจร และกำหนดความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับความต้านทานระหว่างจุดสองจุดและกำหนดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดต่างๆ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่ใช่แรงประเภทหนึ่ง แต่เป็นการกระทำทางไฟฟ้าที่เกิดจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้า นอกจากนี้ emf คือ ศักย์ไฟฟ้า เกิดจากสนามแม่เหล็กเช่นเดียวกับเซลล์ไฟฟ้าเคมี

การวัดของ แรงดันไฟฟ้า เป็นงานที่ทำในหนึ่งหน่วยประจุไฟฟ้า มันแทนด้วย ε และหน่วย SI คือ โวลต์ (V)

ในทางกลับกัน ความต่างศักย์คือความแตกต่างที่คำนวณเป็นปริมาณพลังงานที่ประจุส่งจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในวงจร อย่างไรก็ตามจะแสดงเป็นแรงดันไฟฟ้า แสดงด้วย PD และหน่วย SI คือ โวลต์ (V) 

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	แรงเคลื่อนไฟฟ้า	ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น
ความหมาย	แรงเคลื่อนไฟฟ้าคือพลังงานต่อหน่วยประจุที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าหรือไม่ใช่ไฟฟ้าในวงจร มันเขียนแทนด้วย Ɛ และหน่วย SI ของมันคือ Volts (V)	ความต่างศักย์คือปริมาณพลังงานที่คำนวณจากความแตกต่างระหว่างจุดหนึ่งกับอีกจุดหนึ่งในวงจร ความต่างศักย์จะแสดงเป็น PD และหน่วย SI คือโวลต์ (V)
ประวัติขององค์กร	ในช่วงทศวรรษที่ 1830 ไมเคิล ฟาราเดย์ได้สร้างปฏิกิริยาเคมีขึ้นใหม่ โดยอิเล็กโทรด-อิเล็กโทรไลต์สองขั้วสร้าง EMF สำหรับเซลล์โวลตาอิก	ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นหลังจากทฤษฎีของ Alessandro Volta ได้รับการพิสูจน์แล้ว
เกิด	แรงเคลื่อนไฟฟ้าอาจเกิดจากเซลล์ไฟฟ้าเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของสนามแม่เหล็ก	ความต่างศักย์เกิดขึ้นเมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำ ซึ่งอิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปมาและทำให้เกิดความต่างศักย์จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในที่สุด
สูตร	E=W/Qแรงเคลื่อนไฟฟ้า=งาน (แบ่ง) ประจุ	V=IRVoltage=กระแส (หลาย) ความต้านทาน
การสร้าง	แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดจากเซลล์ไฟฟ้าเคมีหรือสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ EMF อาจก่อตัวได้แม้ไม่มีกระแสไหลในวงจร	ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าเท่านั้น

แรงเคลื่อนไฟฟ้าคืออะไร?

ดังนั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) จึงค่อนข้างเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้า แต่เป็นพลังงานต่อหน่วยประจุที่ได้รับจากแหล่งไฟฟ้า เช่น แบตเตอรี่หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มันไม่ได้เป็นแนวคิดเกี่ยวกับแรงเลย แต่เป็นศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเซลล์ไฟฟ้าเคมีหรือสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง

EMF เกิดขึ้นในวงจรที่มีแบตเตอรี่หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใดๆ และขั้วหนึ่งมีประจุเป็นบวก ในขณะที่ขั้วหลังมีประจุลบ ต่อจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลเนื่องจากอิเล็กโทรดอาจมีประจุ มันถูกแสดงเป็น ε และหน่วย SI คือโวลต์ 

นอกจากนี้ กฎฟาราเดย์ยังเกี่ยวข้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าในตอนแรกโดยระบุว่าการพัฒนาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเกิดจากการเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้า การวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าคือผลรวมของแรงดันแหล่งจ่ายและผลิตภัณฑ์ (ความต้านทานกระแสและภายใน)

ตัวเลขคืออัตราส่วนของงานที่ทำกับหน่วยประจุไฟฟ้าในวงจรทั้งหมด อย่างไรก็ตามค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะคงที่ตลอดวงจร 

ความต่างศักย์คืออะไร? 

ในทางตรงกันข้าม ความต่างศักย์คือความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดในวงจร พูดง่ายๆ ก็คือ พลังงานไฟฟ้าที่ถ่ายโอนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในวงจรไฟฟ้า

เมื่อกระแสไหลผ่านก ตัวนำอิเล็กตรอนอิสระมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ และการเคลื่อนไหวนี้ทำให้เกิดความแตกต่างในพลังงานทั่วทั้งส่วนประกอบ ซึ่งเรียกว่าความต่างศักย์ไฟฟ้า 

อย่างไรก็ตาม PD จะไม่คงที่ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดการวัดพลังงานระหว่างจุดสองจุดใดๆ ของวงจร แสดงเป็น PD โดยมีหน่วย SI โวลต์

ค่าของความต่างศักย์คำนวณตามกฎของโอห์มที่เกี่ยวข้อง โดยที่ความต่างศักย์จะเท่ากับผลคูณของกระแสและความต้านทานของวงจร

นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดได้ด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าโวลต์มิเตอร์ ตามส่วนของ EMF ในสนามโน้มถ่วง สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นเมื่อมีสนามไฟฟ้าเท่านั้น 

ความแตกต่างหลักระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าและความต่างศักย์

1. แรงเคลื่อนไฟฟ้าคือพลังงานต่อหน่วยประจุที่ได้รับจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าหรือไม่ใช่ไฟฟ้าของวงจร ในทางกลับกัน ความต่างศักย์คือปริมาณพลังงานที่คำนวณได้ซึ่งส่งผ่านจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในวงจร
2. แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดจากเซลล์ไฟฟ้าเคมีในแหล่งกำเนิดหรือการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ในขณะที่ความต่างศักย์เกิดจากการที่อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ผ่านตัวนำระหว่างจุดสองจุด 
3. แรงเคลื่อนไฟฟ้าได้มาจาก Michael Faraday ในปี 1830 หลังจากวิเคราะห์ปฏิกิริยาทางเคมีของอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์สองตัว ในขณะที่ความต่างศักย์ถูกกำหนดขึ้นหลังจากอัตราความสำเร็จของทฤษฎีของ Alessandro Volta
4. สูตรแรงเคลื่อนไฟฟ้าคืองาน/ประจุ (EMF=W/Q) อย่างไรก็ตาม สูตรศักย์ไฟฟ้าได้มาจาก Voltage=Current x Resistance (V=IR)
5. แรงเคลื่อนไฟฟ้าก่อตัวผ่านแหล่งที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเช่นเดียวกับแหล่งไฟฟ้าโดยการแสดงค่าคงที่ในวงจร แต่ความต่างศักย์จะปรากฏเฉพาะในแหล่งไฟฟ้าเท่านั้นและแปรผันตามปริมาณพลังงานที่ส่งผ่าน

อ้างอิง

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1191804/
2. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JA079i019p02853

อัพเดตล่าสุด : 14 กรกฎาคม 2023