กระแสไฟคืออัตราการไหลของประจุ ทำไมแอมป์ไม่ใช่ปริมาณไฟที่เหลือ

เมื่อพูดว่าอุปกรณ์กินไฟ 2 แอมป์ เรากำลังบอกอัตราการไหลของประจุผ่านจุดหนึ่งของวงจรในเงื่อนไขที่ระบุ ไม่ได้บอกว่าอุปกรณ์เก็บไฟไว้ 2 แอมป์ หรือแบตเตอรี่เหลือไฟเท่านั้น การแยกอัตราออกจากปริมาณสะสมช่วยให้คำนวณภาระของสายและทำความเข้าใจการใช้ไฟตามเวลาได้ โดยไม่ปะปนกับการประเมินสภาพแบตเตอรี่ซึ่งต้องใช้ข้อมูลเพิ่มเติม

หนึ่งแอมป์หมายถึงประจุผ่านจุดหนึ่งต่อเวลา

กระแสเฉลี่ยเขียนได้เป็น I = Q/t เมื่อ Q คือปริมาณประจุที่ผ่านหน้าตัดซึ่งสนใจในช่วงเวลา t หนึ่งแอมป์เท่ากับหนึ่งคูลอมบ์ต่อวินาที หากมีประจุผ่าน 30 คูลอมบ์ใน 10 วินาที กระแสเฉลี่ยช่วงนั้นคือ 3 แอมป์ นิยามนี้สนใจสิ่งที่ผ่านจุดหนึ่ง ไม่ใช่การนับประจุทั้งหมดที่อยู่ในสาย เพราะในตัวนำมีประจุอยู่แล้วและการส่งพลังงานไม่ใช่การรอประจุจากแบตเตอรี่เดินทางมาถึงโหลดทีละชุด

ค่าเฉลี่ยต้องมีช่วงเวลา หากโหลดทำงานไม่สม่ำเสมอ ตัวเลขเฉลี่ยหนึ่งนาทีอาจต่างจากค่าระหว่างเปิดใช้งานหนึ่งวินาทีมาก จึงควรใช้คำว่ากระแสขณะทำงาน กระแสเฉลี่ยตลอดรอบ หรือกระแสสูงช่วงเริ่มต้นให้ตรงข้อมูล การใช้คำว่าแอมป์เพียงคำเดียวโดยไม่บอกช่วงที่สนใจทำให้คนอ่านนำเลขไปเลือกสายหรือคำนวณระยะเวลาใช้งานผิดประเภทได้

1. 1
   ค่าขณะเปิด

   โหลดแรกใช้ 3 แอมป์เฉพาะช่วงเปิด อีกตัวใช้ 0.5 แอมป์ตลอดตามโจทย์

2. 2
   รวมตามเวลา

   คูณกระแสแต่ละสถานะด้วยเวลาที่สถานะนั้นเกิดเพื่อหาประจุ

3. 3
   แยกผลลัพธ์

   กระแสสูงสุดใช้พิจารณาช่วงภาระ ส่วนกระแสเฉลี่ยใช้คำนวณประจุตลอดรอบ

หนึ่งแอมป์คือหนึ่งคูลอมบ์ต่อวินาที แอมป์ชั่วโมงต้องมีช่วงเวลาประกอบ

แอมป์ชั่วโมงเป็นปริมาณประจุ ไม่ใช่กระแสอีกชื่อหนึ่ง

เมื่อคูณกระแสหน่วยแอมป์กับเวลาหน่วยชั่วโมงจะได้แอมป์ชั่วโมง ซึ่งเป็นหน่วยปริมาณประจุ หนึ่งแอมป์ชั่วโมงเท่ากับ 3,600 คูลอมบ์ เพราะหนึ่งชั่วโมงมี 3,600 วินาที อุปกรณ์ที่ดึง 1 แอมป์ต่อเนื่องหนึ่งชั่วโมงกับอุปกรณ์ที่ดึง 2 แอมป์ครึ่งชั่วโมงมีประจุผ่านเท่ากันตามสมมติฐานกระแสคงที่ แต่ไม่ได้แปลว่ามีกระแสสูงสุดหรือการเกิดความร้อนในสายเท่ากัน

แอมป์ชั่วโมงยังไม่ใช่หน่วยพลังงาน หากต้องการคุยเรื่องพลังงานต้องพิจารณาแรงดันด้วย ตัวอย่างปริมาณประจุเดียวกันที่ผ่านโหลดด้วยแรงดันต่างกันย่อมสัมพันธ์กับพลังงานต่างกัน การเห็นฉลากความจุหน่วยแอมป์ชั่วโมงจึงไม่ควรตีความเป็นเวลาที่ใช้งานได้แน่นอนโดยไม่มีเงื่อนไข นอกจากนี้อัตราการจ่าย อุณหภูมิ สภาพแบตเตอรี่ และขอบเขตแรงดันที่ยอมให้ใช้งานยังเกี่ยวข้องกับความจุที่ใช้ได้จริง

ตัวอย่างสมมติ: โหลดสลับทำงานกับโหลดเปิดตลอด

สมมติโหลดประกอบการเรียนสองตัวใช้วงจรจ่ายร่วมกัน ตัวแรกกินกระแสคงที่ 3 แอมป์เฉพาะตอนเปิด และเปิด 20 วินาทีในทุกหนึ่งนาที ตัวที่สองกิน 0.5 แอมป์ตลอดเวลา ให้การเปลี่ยนสถานะเกิดทันที ไม่มีช่วงกระชาก และไม่มีอุปกรณ์อื่นในโจทย์ ช่วงที่ทั้งคู่ทำงาน สายก่อนแยกแขนงมีกระแส 3.5 แอมป์ ส่วนช่วงที่ตัวแรกหยุด สายช่วงเดียวกันเหลือ 0.5 แอมป์

ในหนึ่งนาที ตัวแรกมีประจุผ่าน 3 คูณ 20 เท่ากับ 60 คูลอมบ์ ตัวที่สองมี 0.5 คูณ 60 เท่ากับ 30 คูลอมบ์ รวม 90 คูลอมบ์ กระแสเฉลี่ยของสายร่วมจึงเท่ากับ 90 หาร 60 คือ 1.5 แอมป์ ถ้ารอบนี้ซ้ำเหมือนเดิมหนึ่งชั่วโมง จะมีประจุผ่านรวม 1.5 แอมป์ชั่วโมง แต่สายยังต้องรองรับสภาวะ 3.5 แอมป์ในช่วงเปิดพร้อมกัน ไม่ใช่รับเพียง 1.5 แอมป์ทุกขณะ

ตัวเลขนี้ยังอธิบายความร้อนเฉลี่ยของความต้านทานร่วมได้ต่างจากการใช้กระแสเฉลี่ยตรง ๆ หากความต้านทานช่วงสายนั้นคงที่ 0.1 โอห์ม กำลังสูญเสียเฉลี่ยเป็น 0.1 คูณผลเฉลี่ยของกระแสยกกำลังสอง คือ 0.1 คูณ [(3.5 ยกกำลังสอง)/3 + (0.5 ยกกำลังสอง) คูณ 2/3] เท่ากับ 0.425 วัตต์ ขณะที่นำ 1.5 ยกกำลังสองคูณ 0.1 จะได้เพียง 0.225 วัตต์ การใช้ค่ากระแสเฉลี่ยผิดงานจึงประเมินความร้อนต่ำไป แม้คำนวณประจุถูกต้อง

1. 1
   โหลดสลับ

   3 แอมป์ × 20 วินาที = 60 คูลอมบ์

2. 2
   โหลดต่อเนื่อง

   0.5 แอมป์ × 60 วินาที = 30 คูลอมบ์

3. 3
   ค่าเฉลี่ย

   ประจุรวม 90 คูลอมบ์หาร 60 วินาที = 1.5 แอมป์

4. 4
   ช่วงภาระสูง

   ช่วงเปิดพร้อมกันรับ 3.5 แอมป์ แม้ทำซ้ำหนึ่งชั่วโมงมีประจุรวมเพียง 1.5 แอมป์ชั่วโมง

สมมติเปลี่ยนสถานะทันที ไม่มีกระแสกระชาก

วิธีนำไปใช้กับสายหลักและสายแยก

ให้วาดจุดที่สายหลักแยกไปหาโหลดแต่ละตัว แล้วเขียนกระแสของแต่ละแขนงในสถานะเดียวกัน สำหรับสภาวะคงตัวที่ไม่มีการสะสมประจุ ณ จุดต่อ ผลรวมกระแสเข้าต้องเท่ากับผลรวมกระแสออก ถ้ามีแขนงหนึ่งใช้ 3 แอมป์และอีกแขนงใช้ 0.5 แอมป์ กระแสด้านจ่ายก่อนแยกต้องเป็น 3.5 แอมป์ ส่วนสายของแขนงแรกไม่จำเป็นต้องรับกระแสของแขนงที่สอง การเลือกจุดที่กำลังพูดถึงจึงสำคัญพอ ๆ กับการระบุเวลา

1. แยกข้อมูลแต่ละค่าเป็นกระแสขณะทำงาน กระแสเฉลี่ย หรือปริมาณแอมป์ชั่วโมง และเขียนหน่วยให้ครบ
2. ระบุช่วงเวลาที่อุปกรณ์ทำงานร่วมกันได้จริง ไม่รวมค่าจากสถานะที่ไม่เกิดพร้อมกันโดยไม่อธิบาย
3. ทำบัญชีกระแสแต่ละจุดแยกของผัง พร้อมระบุว่าสายใดอยู่ก่อนจุดแยกและสายใดเป็นแขนง
4. หากกำลังประเมินความร้อน ให้ใช้ลักษณะกระแสตามเวลาและข้อมูลพิกัดที่เหมาะสม ไม่ใช้ค่าเฉลี่ยสำหรับคำนวณประจุแทนทุกกรณี

ข้อผิดพลาด: โหลดไม่ได้ใช้กระแสจนทางกลับเหลือน้อยลง

ในลูปเดียวที่คงตัวและไม่มีแขนง กระแสผ่านโหลดกับกระแสกลับมีขนาดเท่ากัน โหลดเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นรูปอื่น เช่น แสงหรือความร้อน ไม่ได้กินประจุจนเหลือกลับน้อยลง หากมีสายกลับร่วมหลายโหลด สายนั้นอาจรับผลรวมกระแสจากหลายแขนงเช่นเดียวกับสายจ่ายร่วม การคิดว่าด้านกลับเป็นด้านที่เหลือไฟน้อยจึงอาจทำให้มองข้ามภาระของขั้วต่อกราวด์

ค่ากระแสจากพิกัดของอุปกรณ์ไม่ได้แทนค่าทุกสภาวะเสมอไป มอเตอร์หรืออุปกรณ์ควบคุมอาจใช้กระแสเปลี่ยนตามงานที่ทำ บทนี้ไม่สอนการเปิดวงจรเพื่อต่อเครื่องมือวัดกระแส และไม่เสนอวิธีต่อคร่อมแหล่งจ่ายเพื่อดูจำนวนแอมป์ การฝึกคำนวณใช้ข้อมูลสมมติหรือข้อมูลที่ได้จากวิธีตรวจที่ถูกต้องอยู่แล้ว โดยไม่แตะวงจรแรงดันสูงและอุปกรณ์จุดระเบิดเพื่อความปลอดภัย

ตรวจสอบผลด้วยการคำนวณคนละเส้นทาง

ย้อนตรวจตัวอย่างหนึ่งชั่วโมงด้วยสัดส่วนเวลา ตัวแรกเปิดรวม 20 นาทีหรือหนึ่งในสามชั่วโมง จึงมีประจุผ่าน 3 คูณหนึ่งในสามเท่ากับ 1 แอมป์ชั่วโมง ตัวที่สองเปิดหนึ่งชั่วโมงจึงได้ 0.5 แอมป์ชั่วโมง รวมเป็น 1.5 แอมป์ชั่วโมงตรงกับวิธีคูลอมบ์ หากสองวิธีไม่ตรงกัน ให้ตรวจว่ามีการเปลี่ยนนาทีเป็นชั่วโมงและแอมป์ชั่วโมงเป็นคูลอมบ์ครบหรือไม่ ก่อนสงสัยหลักการทางไฟฟ้า

ส่วนการตรวจความเข้าใจ ให้ลองตอบว่าสายร่วมมีกระแสสูงสุดตามโจทย์เท่าใด กระแสเฉลี่ยเท่าใด และหนึ่งชั่วโมงมีประจุผ่านเท่าใด คำตอบคือ 3.5 แอมป์ 1.5 แอมป์ และ 1.5 แอมป์ชั่วโมงตามลำดับ ค่าทั้งสามถูกพร้อมกันได้เพราะตอบคนละคำถาม การแยกสามความหมายนี้ได้จะช่วยให้คุยเรื่องภาระวงจรได้ตรงประเด็นโดยไม่อ้างระยะเวลาใช้งานจริงของแบตเตอรี่เกินข้อมูลที่มี