พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า

รูปที่ 1 แบตเตอรี่หรือเซลล์ไฟฟ้าต่อเข้ากับตัวต้านทานไฟฟ้า 1 ตัวแบบอนุกรมครบวงจรในการต่อแบบนี้แบตเตอรี่จะให้พลังงานกับตัวต้านทาน ทำให้เกิดการถ่ายเทพลังงานจากแบตเตอรี่ไปยังตัวต้านทาน

ในวงจรไฟฟ้าเซลล์ไฟฟ้าหรือถ่านไฟฉายจะเป็นอุปกรณ์ที่ให้พลังงานไฟฟ้าแก่วงจร

หากนักเรียนสังเกตให้ดีแล้วจะพบว่ากระแสไฟฟ้านั้นไหลผ่านเซลล์ไฟฟ้าจากขั้วลบไปยังขั้วบวกของเซลล์ไฟฟ้า (จากจุด A ไปยังจุด B) การไหลของกระแสไฟฟ้าดังกล่าวมีลักษณะที่ไหลจากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง

ดังนั้นอิเล็กตรอนอิสระซึ่งเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามจะเคลื่อนที่จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ (จากจุด B ไปยังจุด A) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในลักษณะดังกล่าวนี้จะเกิดขึ้นได้
ก็ต่อเมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ได้รับพลังงาน
ในกรณีนี้เซลล์ไฟฟ้าเปลี่ยนพลังงานเคมีไปเป็นพลังงานไฟฟ้าให้กับอิเล็กตรอนอิสระ โดยพลังงานที่เปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานไฟฟ้าให้กับอิเล็กตรอนต่อหนึ่งหน่วยประจุมีชื่อเรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ e.m.f. ε (electromotive force)

ในทางกลับกันเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลจากจุดที่ศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ (ตัวอย่างเช่นเมื่อกระแสไฟฟ้าเคลื่อนจากจุด C ผ่านตัวต้านทานไปยังจุด D) อิเล็กตรอนอิสระจะเกิดการการถ่ายเทพลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมอยู่ไปเป็นพลังงานรูปอื่นให้กับตัวต้านทาน เช่น พลังานงานความร้อน โดยพลังงานไฟฟ้าที่เปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปอื่นต่อหนึ่งหน่วยประจุมีชื่อเรียกว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือ p.d. (potential difference)

ทั้ง e.m.f. และ p.d. เป็นพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปต่อหนึ่งหน่วยประจุทั้งคู่ ดังนั้นหน่วยของทั้งสองปริมาณจึงเป็นหน่วยเดียวกัน นั่นคือ จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์

ความแตกต่างกันของปริมาณทั้งสองคือการเปลี่ยนรูปพลังงานโดย

• e.m.f. จะสื่อถึงการเปลี่ยนรูปของพลังงานรูปอื่น ๆ
  ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า 
• p.d. จะสื่อถึงการเปลี่ยนรูปของพลังงานไฟฟ้า
  ไปเป็นพลังงานรูปอื่น ๆ
  

จากนิยามของ p.d. นักเรียนสามารถคำนวณหาพลังงานไฟฟ้า W ที่เปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปอื่นได้จากความสัมพันธ์

          

ในทางกลับกันหากนักเรียนต้องการคำนวณพลังงานไฟฟ้า W ที่ได้รับจากเซลล์ไฟฟ้า นักเรียนสามารถหาได้จากนิยามของ e.m.f. นั่นคือ

         

กำลังไฟฟ้า

กำลังไฟฟ้า (P) คือ อัตราที่พลังงานไฟฟ้าที่ถูกเปลี่ยนรูปไปในหนึ่งหน่วยเวลาหรืออัตราการเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าเทียบกับเวลา โดยกำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็น วัตต์ (W)

        

จากความสัมพันธ์ นักเรียนสามารถเขียนสมการของกำลังไฟฟ้าได้เป็น

        

ดังนั้นประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า () มีค่าเท่ากับ

           

ในการคิดค่าไฟเราจะคิดจากพลังงานไฟฟ้าที่เราใช้งาน นักเรียนสามารถคำนวณหาพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ได้เมื่อนักเรียนรู้กำลังไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าและระยะเวลาที่เราใช้ไฟฟ้า

           

โดยกำลังไฟฟ้าจะถูกวัดในหน่วย กิโลวัตต์ และระยะเวลาที่ใช้จะอยู่ในหน่วยของ ชั่วโมง และหน่วยของพลังงานไฟฟ้าจะอยู่ในหน่วยของ “กิโลวัตต์ ชั่วโมง (kW h)” หรือ “หน่วย (unit)”

หลังจากที่เราได้จำนวนหน่วยของไฟฟ้าที่เราใช้แล้ว ค่าไฟฟ้าจะคิดตามจำนวนหน่วยที่เราใช้ ตัวอย่างเช่น หากอัตราค่าไฟฟ้ามีค่าอยู่ที่ 2 บาทต่อหน่วย หากเราใช้ไฟฟ้าไป 4 หน่วย เราจะเสียค่าไฟฟ้า 8 บาท เป็นต้น