บทที่ 6 กลไก ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น

6บทท่ี • กลไก • ไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนิกส์เบ้ืองตน้จดุ ประสงค์ ออกแบบชน้ิ งานโดยประยกุ ต์ใช้ความรู้เรอ่ื งกลไกหรอื วงจรไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ สเ์ บอ้ื งตน้

กลไก ไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนกิ ส์เบอ้ื งตน้ เมอ่ื สังเกตเทคโนโลยที ่ีพบเหน็ ในชีวิตประจำวนัจะพบว่ำบำงอยำ่ งมีกำรใช้กลไกทำงำน เช่นลกู บดิ ประตูที่เปดิ กระป๋อง จักรยำน ลอ้ รถ บำงอย่ำงใชไ้ ฟฟำ้ และอิเล็กทรอนิกส์ เชน่ หลอดไฟ พัดลม สัญญำณไฟ และบำงอย่ำงใชท้ ั้งกลไกไฟฟ้ำและอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ประตูเปดิ ปดิ อัตโนมตั ิ รถไฟฟำ้หำกเรำเขำ้ ใจกำรทำงำนจะช่วยใหส้ ำมำรถนำไปประยุกตใ์ ชไ้ ด้

6.1 กลไก (mechanism) กลไก หมำยถงึ สว่ นของอปุ กรณท์ ท่ี ำหนำ้ ท่ีส่งผ่ำนกำรเคล่อื นทท่ี ำใหเ้ ปลี่ยนตำแหน่งจำกตน้ ทำงไปยงั ปลำยทำงหรือทำหนำ้ ท่ีเปล่ียนทิศทำง ควำมเร็ว ลักษณะกำรเคลอ่ื นท่ีนอกจากช่วยผอ่ นแรงแลว้ ยังชว่ ยให้มีประสทิ ธิภาพมากขน้ึและทาได้ตามทีเ่ ราต้องการกลไกต้องมีกำรควบคมุ กำรทำงำนเสมอ เชน่ รถยนต์ รถจักรยำนตอ้ งใชก้ ลไกในกำรขับเคลื่อนมีระบบควบคุมควำมเรว็ หรอืเคลอ่ื นทเี่ พ่อื ให้เป็นไปตำมควำมตอ้ งกำร การทางานของกลไกตอ้ งอาศยั อุปกรณ์หรอื ชน้ิ ส่วนเป็นตัวทาใหเ้ กดิ การทางานในทนี่ ้จี ะยกตัวอย่างลอ้ และเพลาซ่ึงเปน็ กลไกอยา่ งงา่ ยทพี่ บเห็นได้โดยท่วั ไปในชวี ติ ประจาวัน

ล้อและเพลา เป็นกลไกท่ีช่วยผอ่ นแรงในกำรทำงำนประกอบดว้ ยวตั ถุทรงกระบอก 2 อันท่มี ีขนำดแตกตำ่ งกนั และอยตู่ ิดกนัโดยวตั ถทุ ่มี ขี นาดใหญ่เรียกว่าลอ้ และวตั ถุที่มีขนาดเล็กกว่าเรยี กว่าเพลา เมือ่ ล้อหรือเพลำหมนุ จะทำใหอ้ ีกสว่ นหมนุ ตำมเรำนำหลกั กำรลอ้ และเพลำมำประยกุ ตใ์ ชใ้ น 2 ลักษณะคือ 1. ออกแรงหมุนล้อจะทาใหเ้ พลาหมุน ซ่ึงช่วยในกำรผอ่ นแรง เชน่ กว๊ำนตกั นำ้ ลูกบดิ ประตู ไขควง ท่ีเปดิกระป๋องสวำ่ นมือ พวงมำลยั รถยนต์ ไขควง เมื่อออกแรงหมุนดำ้ นจับ(ลอ้ ) ซง่ึ มีขนำดใหญ่กวำ่ ทำใหส้ ่วนเกนิ ไขควง(เพลำ) ซึ่งมีขนำดเลก็ กว่ำหมนุ ตำม

กวา๊ นตักนา้ เมือ่ ออกแรงหมุนล้อของกวำงตักน้ำจะทำใหเ้ พลำหมนุ ส่งผลใหเ้ ชอื กทอ่ี ยตู่ ดิ กบัเพลำเลอ่ื นข้ึนหรอื ลงตำมทิศทำงของล้อได้ ลกู บิดประตู กลไกกำรลอ็ ก ประตูอยภู่ ำยในลกู บิด ซงึ่ เป็น กำรยำกในกำรหมุนเพลำเพ่อื เปิดประตู ดังนัน้ กำรเพิ่มสว่ น ของดำ้ มลูกบิด (ลอ้ ) ชว่ ยทำ ให้งำ่ ยในกำรจับและเปดิ ประตูสว่านมอื เมอ่ื ออกแรงหมุนดำ้ มหมุนจะทำใหเ้ ฟือง(ลอ้ )หมนุสง่ ผลใหส้ ว่ นแกนและหัวจบั ดอกสวำ่ น(เพลำ) หมุนตำม

2. ออกแรงหมนุ เพลา จะทำใหล้ อ้ หมุน เชน่ พัดลมลอ้ รถยนต์ สวำ่ นไฟฟ้ำ พัดลม เมอ่ื กดสวิตซ์เปิด พดั ลมไฟฟ้ำทำให้แกน มอเตอร์ (เพลำ) หมนุ สง่ ผล ให้ใบพดั (ลอ้ ) ท่ีติดอยกู่ บั แกนมอเตอร์หมุนตำมลอ้ รถยนต์ เคร่อื งยนตท์ ำให้เพลำหมุนส่งผลทำให้รอ้ นรถยนต์หมุนตำมรถยนต์จงึ เคล่ือนท่ีได้สว่านไฟฟ้า เมอ่ื กดสวิตซ์ใช้งำน ไฟฟ้ำทำให้แกนขับมอเตอร์หมนุ โดยมีเฟืองช่วยลดควำมเรว็ กำรหมุนของมอเตอร์ลงทำให้แกนขับ (เพลำ) หมุนชำ้ กว่ำมอเตอรแ์ ละส่วนหวั จับดอกสวำ่ น(ลอ้ ) ท่ีติดกับแกนคลบั หมนุ ตำม

6.2 ไฟฟา้ และอิเล็กทรอนกิ ส์เบอื้ งตน้ ไฟฟา้ คือ พลงั งำนรูปแบบหนึง่ เกย่ี วข้องกบั กำรเคลอ่ื นที่ของอิเลก็ ตรอนหรอื โปรตอน นำมำใชป้ ระโยชนท์ ำให้เปล่ยี นเป็นพลงั งำนรปู แบบอื่นๆได้ เช่น แสงสว่ำง ควำมรอ้ นเสียงกำรเคล่ือนท่ี ตัวอย่ำงกำรนำไฟฟำ้ มำใชป้ ระโยชนใ์ นชวี ิตประจำวนัเชน่ แสงสวำ่ งทเ่ี กดิ จำกหลอดไฟ ควำมร้อนท่ีเกดิ จำกเตำรดีหรือหมอ้ หุงข้ำว อเิ ล็กทรอนกิ ส์ คอื กำรควบคุมกำรเคลอ่ื นทีข่ องกระแสไฟฟำ้ เพื่อให้ไดป้ ริมำณหรอื ทศิ ทำงกำรเคลอ่ื นท่ีของกระแสไฟฟ้ำตำมตอ้ งกำร น่นั คอื เรำใชอ้ ปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ ส์ เพ่อืควบคมุ กำรเคล่ือนท่ีของไฟฟำ้ นัน่ เอง อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์มีหลำยชนดิ ทีพ่ บทั่วไป เชน่ หลอด LED ตัวต้ำนทำน

ไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ เปน็ สง่ิ ท่ีมคี วำมสัมพันธ์กันในกำรสรำ้ งเครือ่ งใช้ไฟฟำ้ ตำ่ งๆ ภายในเคร่ืองใชไ้ ฟฟ้านัน้จะมอี ุปกรณท์ ี่เชือ่ มต่อกนั อยมู่ ีสว่ นท่ีให้กระแสไฟฟ้าผ่านครบวงจรเรยี กว่า วงจรไฟฟา้ ซง่ึ ประกอบดว้ ยอปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกสเ์ ชือ่ มตอ่ กนั ภำยในวงจรไฟฟ้ำดว้ ยวธิ ีท่ีแตกต่ำงกนั ข้นึ อยู่กับชนดิ หรอื หนำ้ ท่ขี องอปุ กรณ์น้ัน เพื่อทำหนำ้ ที่ควบคมุ ปรมิ ำณหรือทิศทำงของกระแสไฟฟ้ำ หำกขำดไฟฟ้ำกจ็ ะทำให้อุปกรณอ์ เิ ล็กทรอนิกสไ์ ม่สำมำรถทำงำนได้

ตวั อย่างวงจรไฟฟา้ อย่างง่ายทพ่ี บเหน็ ไดใ้ นชวี ติ ประจาวัน ไดแ้ ก่ วงจรไฟฟำ้ ของไฟฉำยซึ่งประกอบดว้ ย1. แหล่งกาเนดิ ไฟ คอื ถ่ำนไฟฉำยหรือแบตเตอร่ีทำหนำ้ ที่จำ่ ยไฟกระแสตรงให้กบั อุปกรณ์ในวงจร2. ตัวนาไฟฟ้า คอื สำยไฟหรอื โลหะท่ีเช่ือมตอ่ ระหว่ำงอปุ กรณ์ตำ่ งๆในวงจร เชน่ ขวั้ ของถ่ำนไฟฉำยหรือหลอดไฟขั้วของหลอดไฟหรือขำของสวิตช์3. อุปกรณ์ไฟฟ้า คอื อุปกรณท์ ท่ี ำหน้ำทีเ่ ปลย่ี นพลังงำนไฟฟ้ำเปน็ พลังงำนรูปอ่นื ๆ เช่น หลอดไฟทำหนำ้ ท่เี ปล่ยี นพลังงำนไฟฟ้ำเปน็แสงสว่ำง โดยมีสวทิ ชท์ ำหนำ้ ท่ีตดั ตอ่ วงจรไฟฟำ้เพ่อื บงั คับให้เปิดหรอื ปิด



นอกจำกนย้ี งั มอี ปุ กรณ์ไฟฟ้ำและอิเลก็ ทรอนกิ สท์ ี่เรำพบเหน็ ในชวี ติ ประจำวันและนำมำใช้งำนเพอื่ เกดิ แสงเชน่LED ชว่ ยให้เกดิ เสียง เชน่ ออดไฟฟำ้ และช่วยให้เกดิ กำรเคลอ่ื นไหวหรือเคลือ่ นทเ่ี ช่น มอเตอรไ์ ฟฟ้ำกระแสตรงมอเตอร์ไฟฟ้ำ กระแสสลบั1. อุปกรณ์ไฟฟา้ ท่ที าใหเ้ กิดแสง

2. อปุ กรณไ์ ฟฟา้ ที่ทาใหเ้ กิดเสยี ง

3. อปุ กรณ์ไฟฟา้ ท่ที าใหเ้ กิดการเคลื่อนท่ี

ไฟฟำ้ และอิเลก็ ทรอนิกสเ์ ปน็ ส่งิ ท่มี ีควำมสำคญั ต่อกำรดำรงชวี ติ ของมนุษย์ในปจั จุบันอยำ่ งย่งิเพรำะชว่ ยอำนวยควำมสะดวกและเพิ่มประสทิ ธภิ ำพ ของกำรทำงำนของมนุษย์ได้ ดงั น้ันองคค์ วำมรู้เร่ืองไฟฟำ้ และอิเล็กทรอนกิ ส์ จึงมีควำมสำคัญอยำ่ งยงิ่ ทช่ี ว่ ยให้กำรสรำ้ งสง่ิ ของ เครอื่ งใช้มีประสิทธภิ ำพและสำมำรถ ตอบสนองต่อควำมตอ้ งกำรของมนุษย์ไดด้ ยี ิ่ง

ขน้ึ สญั ลักษณแ์ ละตวั อยา่ งการใช้งานของอปุ กรณไ์ ฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนิกสพ์ ื้นฐาน

สรุปทา้ ยบท กลไกไฟฟ้ำและอิเล็กทรอนิกสเ์ ป็นองคป์ ระกอบสำคญั ในสิ่งของ เครอ่ื งใช้ทม่ี นษุ ยใ์ ช้งำน เพอื่ ใหค้ วำมสะดวกและมปี ระสทิ ธิภำพมำกข้นึ หำกสังเกตจะพบวำ่ มีกำรเปล่ยี นแปลงกำรทำงำนที่ซบั ซอ้ น มำกขน้ึ ตำมควำมสำมำรถในกำรค้นพบควำมร้ใู หมๆ่ ของมนุษย์ เพ่อื แกป้ ัญหำและตอบสนองควำมตอ้ งกำรนน้ั เอง

ใบงานเรอ่ื ง กลไกล้อและเพลาหรืออปุ กรณไ์ ฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ คาช้แี จง นกั เรยี นคดิ วำ่ ส่ิงของเครอ่ื งใชต้ ่อไปน้ีใชก้ ลไกลอ้ และเพลำ และอุปกรณไ์ ฟฟำ้ อิเลก็ ทรอนกิ ส์หรือไม่ ถา้ ใช้ ให้อธบิ ำยวำ่ ใช้ท่สี ่วนใดหรืออปุ กรณ์ใด ของสิ่งของเครอ่ื งใชน้ ั้น