ความต้านทานไฟฟ้าของอากาศบริสุทธิ์และแห้งสนิทถือว่า สูงมาก จนเกือบเป็นฉนวนไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ (Ideal Insulator) ในทางทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมจริง ความชื้นในอากาศ (Humidity) มีบทบาทสำคัญในการลดความสามารถในการเป็นฉนวนของอากาศลงอย่างมาก ซึ่งส่งผลกระทบต่อปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า และต่อระบบไฟฟ้าแรงสูง
1. ความต้านทานไฟฟ้าของอากาศแห้ง (Dry Air Resistance)
อากาศแห้งบริสุทธิ์ประกอบด้วยก๊าซส่วนใหญ่ เช่น ไนโตรเจน (N2) และออกซิเจน (O2) ซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลที่เสถียร ทำให้ยากที่อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากวงโคจรเพื่อนำกระแสไฟฟ้า
- คุณสมบัติ: อากาศแห้งมีความสามารถในการเป็นฉนวนสูงมาก โดยมีค่า ความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก (Dielectric Strength) ที่สูงถึงประมาณ 30 kV/cm (กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร) หมายความว่าต้องใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงถึง 30,000 โวลต์ ต่อระยะห่าง 1 เซนติเมตร จึงจะสามารถทำให้เกิดการแตกตัวของประจุ (Breakdown) และกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าได้
- การนำไฟฟ้า: ในสภาวะปกติ อากาศแห้งนำไฟฟ้าได้น้อยมาก การนำไฟฟ้าส่วนใหญ่มาจากไอออนอิสระที่มีอยู่น้อยมากในชั้นบรรยากาศ
2. บทบาทของความชื้นในการลดความต้านทาน
เมื่ออากาศมี ไอน้ำ (Water Vapor) หรือความชื้นเพิ่มขึ้น โมเลกุลของน้ำ (H2O) จะเข้าไปแทรกในโครงสร้างของอากาศ และทำให้ความต้านทานโดยรวมลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
- น้ำเป็นตัวนำ: โมเลกุลของน้ำเป็นโมเลกุลมีขั้ว (Polar Molecule) และไอน้ำมีความสามารถในการดึงดูดและจับกับไอออนอิสระ (Free Ions) ที่มีอยู่ในอากาศได้ง่ายกว่าโมเลกุลของก๊าซอื่นๆ
- การสร้างทางเดิน: เมื่อมีความชื้นสูง ไอน้ำสามารถรวมตัวกันเป็น หยดน้ำเล็ก ๆ หรือ ละอองน้ำ (Mist) ที่มองไม่เห็น ซึ่งหยดน้ำเหล่านี้จะห่อหุ้มไอออนหรือฝุ่นละอองในอากาศ ทำให้เกิด ทางเดินที่นำไฟฟ้า ได้ดีกว่าอากาศแห้ง
- ลดแรงดันวิกฤต: ความชื้นสูงจะลดค่า ความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก ของอากาศลง ทำให้แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นต้องใช้ในการทำให้เกิดการวาบไฟ (Flashover) หรือการเกิดประกายไฟ (Arc) ลดลงตามไปด้วย
สรุป: ความชื้นในอากาศทำให้อากาศมีไอออนและหยดน้ำขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เป็น ตัวกลางในการนำกระแสไฟฟ้า ได้ง่ายขึ้น ทำให้ความต้านทานไฟฟ้าของอากาศลดลง
3. ผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าและปรากฏการณ์ธรรมชาติ
ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและความชื้นส่งผลกระทบโดยตรงต่อทั้งเทคโนโลยีและธรรมชาติ:
- ฟ้าผ่า (Lightning): ฟ้าผ่าเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของการที่อากาศเป็นฉนวนได้พังทลายลง หากไม่มีความชื้นในอากาศ การเกิดฟ้าผ่าจะทำได้ยากขึ้นมาก เนื่องจากไอน้ำและหยดน้ำเล็ก ๆ ในเมฆและอากาศคือส่วนสำคัญที่ช่วยสร้าง ช่องทางนำไฟฟ้า (Stepped Leader) ให้ประจุจากเมฆวิ่งลงสู่พื้นดินได้ง่ายขึ้น
- ระบบไฟฟ้าแรงสูง (High Voltage Systems): สถานีไฟฟ้าหรือสายส่งไฟฟ้าแรงสูงในบริเวณที่มีความชื้นสูงหรือหมอกจัดมีความเสี่ยงต่อการเกิด วาบไฟ (Flashover) ที่พื้นผิวฉนวนไฟฟ้า (Insulators) ได้ง่ายกว่า เนื่องจากละอองน้ำที่เกาะบนฉนวนจะลดระยะห่างของฉนวนไฟฟ้าที่แท้จริงและทำให้ค่าความแข็งแรงของไดอิเล็กทริกลดลง
- ไฟฟ้าสถิต (Static Electricity): ในทางกลับกัน ในสภาพอากาศ แห้งจัด (ความชื้นต่ำ) การสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิววัสดุต่างๆ จะเกิดขึ้นได้ง่ายและนานกว่า เนื่องจากอากาศแห้งเป็นฉนวนที่ดีมากจึงไม่ช่วยในการปล่อยประจุสู่พื้นดิน ทำให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดประกายไฟจากไฟฟ้าสถิตได้
ดังนั้น ความชื้นจึงเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดว่าอากาศในสภาวะหนึ่งๆ จะทำหน้าที่เป็นฉนวนที่ดีหรือกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่มีการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูงหรือเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ไฟฟ้าในธรรมชาติ
บริการงานระบบไฟฟ้า ไฟบ้าน ไฟอาคาร ไฟสำนักงาน ไฟฟ้าโรงงาน #ช่างไฟดอทคอม
แจ้งปัญหาหรือปรึกษาเกี่ยวกับระบบไฟฟ้า ฟรี!!!
HOTLINE-061-417-5732
https://www.facebook.com/changfidotcom
Line: @changfi
ขั้นตอนการใช้บริการ
แอดไลน์ > แจ้งปัญหา > รอราคา > ตกลงราคา > รับบริการ
