พลังงานไฟฟ้า เกิดขึ้นได้อย่างไร ปัจจุบันนี้มีวิธีผลิตกี่แบบ มาหาคำตอบกัน

     สวัสดีน้องๆ ทุกคน บทความนี้ พี่ TUTOR VIP จะมาแชร์เรื่องราวของ “พลังงานไฟฟ้า” ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร ปัจจุบันนี้มีวิธีผลิตกี่แบบ?  วันนี้เราจะมาไขความลับไปพร้อมกัน!

พลังงานไฟฟ้าคืออะไร?

    พลังงานไฟฟ้า คือ พลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในตัวนำไฟฟ้า เมื่อประจุไฟฟ้าเหล่านี้เคลื่อนผ่านตัวนำจะเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นให้แสงสว่าง การให้ความร้อน การผลิตพลังงาน หรือการขับเคลื่อนเครื่องจักรต่าง ๆ หลักการสำคัญที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งค้นพบโดยไมเคิล ฟาราเดย์ 

    ไฟฟ้าเกิดจากอนุภาคมูลฐานสองชนิด ได้แก่ โปรตอน (มีประจุบวก) และอิเล็กตรอน (มีประจุลบ) โดยอะตอมของทุกธาตุประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนในจำนวนเท่ากัน จึงทำให้วัตถุส่วนมากไม่แสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม หากอะตอมได้รับแรงหรืออิทธิพลจากภายนอก อิเล็กตรอนบางส่วนอาจหลุดออกจากวงโคจร ส่งผลให้เกิดพลังงานไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า หรือปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าต่าง ๆ ตามมา

การเกิดพลังงานไฟฟ้า

    พลังงานไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้จากหลายกระบวนการ ดังต่อไปนี้

• พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากการเสียดสี

เมื่อวัตถุต่างชนิดถูกขัดถูเข้าด้วยกัน จะทำให้ประจุไฟฟ้าในวัตถุทั้งสองไม่สมดุล และเกิดการถ่ายเทประจุจนเกิดเป็นไฟฟ้าสถิต ซึ่งเกิดเพียงชั่วคราวแล้วหมดไป ตัวอย่างเช่น การถูแท่งยางกับผ้าขนสัตว์ แท่งแก้วกับผ้าแพร หรือหวีพลาสติกกับเส้นผม

• พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาทางเคมี

สารเคมีบางชนิดสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะ ทำให้เกิดการถ่ายเทอิเล็กตรอนและแยกประจุออกเป็นขั้วบวกและขั้วลบ เซลล์ไฟฟ้าชนิดนี้เรียกว่า “โวลตาอิกเซลล์” (Voltaic cell) ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับแบตเตอรี่ ถ่านไฟฉาย และเซลล์แห้งต่าง ๆ

• พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากความร้อน

เมื่อนำโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน เช่น ทองแดงและเหล็ก มาต่อปลายเข้าด้วยกันและให้ความร้อนที่จุดเชื่อมต่อ จะทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิและทำให้ประจุไฟฟ้าแยกตัว เกิดเป็นแรงดันไฟฟ้า หลักการนี้ถูกนำมาใช้ใน “เทอร์โมคัปเปิล” (Thermocouple) สำหรับวัดอุณหภูมิซึ่งจะแปลงความร้อนให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า

• พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากแสงสว่าง

เมื่อแสงตกกระทบโฟโต้เซลล์ จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่และเกิดกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ที่ใช้หลักการนี้คือ “เซลล์แสงอาทิตย์” หรือ “โซลาร์เซลล์” ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง

• พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากแรงกดอัด

สารบางชนิด เช่น หินเขี้ยวหนุมาน ทูร์มาลีน หรือเกลือโรเชล เมื่อได้รับแรงกดอัด จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมและเคลื่อนที่ เกิดเป็นพลังงานไฟฟ้า หลักการนี้ถูกนำไปใช้ในการผลิตไมโครโฟนที่เปลี่ยนพลังงานเสียงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า

• พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากสนามแม่เหล็ก

หากนำขดลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก หรือให้แม่เหล็กเคลื่อนที่ผ่านขดลวด จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในตัวนำ การตัดผ่านของตัวนำกับสนามแม่เหล็กนี้สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้ในปริมาณมาก และเป็นหลักการเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วโลกในปัจจุบัน

วิธีการผลิตไฟฟ้ามีวิธีใดบ้าง?

    การผลิตไฟฟ้าในปัจจุบันสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ พลังงานจากแหล่งที่ใช้แล้วหมดไป (Non-renewable Energy) และ พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

1.แหล่งพลังงานที่มีจำกัด

เป็นแหล่งพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป ไม่สามารถผลิตหรือสร้างขึ้นทดแทนได้ในระยะเวลาสั้น ๆ ได้แก่ 

• เชื้อเพลิงที่ได้จากน้ำมันดิบ ได้จากการขุดเจาะชั้นหินใต้ดินหรือใต้ทะเล เมื่อนำน้ำมันดิบเข้าสู่กระบวนการกลั่น จะได้เชื้อเพลิงหลากหลายชนิด เช่น ดีเซล น้ำมันเตา และก๊าซปิโตรเลียม ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้าได้
• ก๊าซธรรมชาติ เกิดจากการทับถมของซากพืชและสัตว์เป็นเวลาหลายล้านปี ต้องผ่านกระบวนการแยกก๊าซก่อนนำไปใช้ โดยก๊าซที่ผ่านการแปรรูปแล้วจะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม
• ถ่านหิน เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีปริมาณมาก นำไปใช้ผลิตไฟฟ้าโดยการเผาไหม้เพื่อให้ความร้อน ต้มน้ำให้เป็นไอน้ำ และใช้ไอน้ำหมุนกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ ใช้การแตกตัวของอะตอมยูเรเนียมหรือพลูโตเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อสร้างความร้อน แล้วนำความร้อนนั้นไปผลิตไอน้ำหมุนกังหันไฟฟ้า จุดเด่นคือผลิตไฟฟ้าได้เป็นปริมาณมากและปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยมาก แต่มีข้อกังวลด้านความปลอดภัยและการจัดการของเสียกัมมันตรังสี

2. แหล่งพลังงานหมุนเวียน

คือ แหล่งพลังงานที่นำมาใช้แล้วสามารถนำมากลับมาใช้ใหม่ได้หรือเป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมดไป ได้แก่

• พลังงานแสงอาทิตย์ ใช้แผงโซลาร์เซลล์เปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ ระดับแสงแดด และฤดูกาล
• พลังงานลม ใช้กังหันลมรับแรงลมเพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีลมพัดแรงสม่ำเสมอ เช่น พื้นที่ชายฝั่งทะเลและยอดเขา 
• พลังงานน้ำ อาศัยแรงดันน้ำจากเขื่อนหรือแหล่งน้ำตกเพื่อหมุนกังหันที่เชื่อมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้าที่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและความสูงของระดับน้ำ
• พลังงานชีวมวล ผลิตจากการเผาไหม้วัสดุอินทรีย์ เช่น เศษไม้ ซังข้าวโพด ฟางข้าว หรือวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร เพื่อผลิตความร้อนและนำไปผลิตไฟฟ้า
• พลังงานความร้อนใต้พิภพ คือ เป็นพลังงานความร้อนที่อยู่ภายในแกนกลางของโลก สามารถนำไอน้ำหรือความร้อนใต้พิภพขึ้นมาใช้ในการหมุนกังหันผลิตไฟฟ้า เป็นพลังงานสะอาดและมีความต่อเนื่องสูง

ความสำคัญของพลังงานไฟฟ้า

   พลังงานไฟฟ้าเป็นปัจจัยพื้นฐานที่ขับเคลื่อนการดำเนินชีวิต เศรษฐกิจ และระบบสังคมในยุคปัจจุบัน ช่วยเพิ่มความสะดวกสบายและยกระดับคุณภาพชีวิตของประชาชน อีกทั้งยังเป็นแรงขับสำคัญของภาคอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสมัยใหม่

ข้อดีของพลังงานไฟฟ้า

• ด้านคมนาคม พลังงานไฟฟ้าช่วยขับเคลื่อนยานพาหนะสมัยใหม่ เช่น รถไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้า และระบบขนส่งอัตโนมัติ ทำให้การเดินทางและการขนส่งมีความสะดวก รวดเร็ว และปลอดภัยยิ่งขึ้น

• ด้านคุณภาพชีวิต ไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ชีวิตประจำวันสะดวกสบายขึ้น ทั้งในบ้านเรือนและพื้นที่สาธารณะ สะท้อนผ่านการใช้ไฟฟ้าที่เพิ่มสูงขึ้นต่อเนื่องตามจำนวนประชากรและการเติบโตของเศรษฐกิจ

• ด้านอุปโภคและสาธารณูปโภค ไฟฟ้าเป็นพลังงานหลักที่ใช้ในบริการสาธารณะต่าง ๆ เช่น ระบบสูบน้ำ ระบบไฟถนน รวมถึงการใช้พลังงานหมุนเวียนที่เข้ามามีบทบาทเพิ่มขึ้น เช่น โซลาร์รูฟท็อปสำหรับครัวเรือนหรือชุมชน

• ด้านเศรษฐกิจ การมีไฟฟ้าที่เพียงพอและมีเสถียรภาพช่วยกระตุ้นเศรษฐกิจให้เติบโต สนับสนุนความสามารถในการผลิตทั้งด้านอุตสาหกรรมและการเกษตร ทำให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพมากขึ้น

• ด้านการเกษตร ไฟฟ้ามีบทบาทในทุกสาขาการเกษตร ทั้งพืช ปศุสัตว์ ประมง และการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ โดยใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องจักรกล เครื่องมืออำนวยความสะดวก และระบบเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต เช่น ระบบสูบน้ำและระบบให้อาหารอัตโนมัติ
• ด้านอุตสาหกรรม เครื่องจักรและอุปกรณ์ทุกประเภทในโรงงานอุตสาหกรรมจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าเป็นพลังงานหลักในกระบวนการผลิต

ข้อจำกัดของพลังงานไฟฟ้า

     แม้ว่าพลังงานไฟฟ้าจะมีความสำคัญอย่างมากต่อการดำเนินชีวิตและภาคธุรกิจต่าง ๆ แต่อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อจำกัดที่ควรตระหนัก ได้แก่

• ความเสี่ยงต่อความปลอดภัย ไฟฟ้าสามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อชีวิตและทรัพย์สินได้ หากเกิดไฟฟ้าลัดวงจร ใช้งานไม่ถูกต้อง หรือขาดการบำรุงรักษาอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างเหมาะสม

• ความยั่งยืนของแหล่งพลังงาน การผลิตไฟฟ้าจำนวนมากยังคงพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นหลัก หากมีการใช้เชื้อเพลิงในอัตราเท่าเดิมต่อไป โดยไม่มีการค้นพบแหล่งเชื้อเพลิงใหม่หรือเพิ่มสัดส่วนพลังงานหมุนเวียน เชื้อเพลิงฟอสซิลอาจลดน้อยลงจนไม่เพียงพอต่อการผลิตไฟฟ้าในอนาคต

    การรู้จักวิธีการผลิตไฟฟ้าและความสำคัญของพลังงานแต่ละประเภทช่วยให้เข้าใจที่มาและกระบวนการของไฟฟ้าที่พวกเราใช้กันทุกวัน รวมถึงสนับสนุนแนวทางการใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างมีสติและยั่งยืนมากขึ้น

    เป็นอย่างไรกันบ้าง? หวังว่าหลังอ่านบทความนี้แล้ว น้อง ๆ จะได้รับความรู้เกี่ยวกับ “พลังงานไฟฟ้า” กันมากขึ้นนะ 

    สำหรับใครที่กำลังมองหาที่ติวตัวต่อตัว หรือมีข้อสงสัยเพิ่มเติมก็มาปรึกษาพี่ TUTOR VIP ได้นะ พี่ ๆ ยินดีให้คำปรึกษาเสมอ

   บทความต่อไป TUTOR VIP จะมาแนะนำอะไรอีกนั้น ฝากติดตามกันด้วยนะ

ด้วยความร่วมมือของ TUTOR-VIP X Clearnote Thailand