ใบความรู้ที่ 1 เรื่องกฏของโอห์ม กำลังไฟฟ้า และพลังงาน

1 ใบความร้ทู ่ี 1 เรอื่ ง กฎของโอห์ม กาลังไฟฟา้ และพลงั งาน กฏของโอหม์ กำหนดขนึ้ มำจำกคำมสัมพนั ธ์ของแรงดนั กระแส และควำมตำ้ นทำน เกดิ ขน้ึ ตำมควำม เป็นจรงิ ของกำรทำงำนในวงจรไฟฟำ้ คอื วงจรไฟฟ้ำตอ้ งประกอบดว้ ยสว่ นประกอบอย่ำง นอ้ ย 3 ส่วน คอื แรงดนั กระแส และควำมต้ำนทำน วงจรไฟฟ้ำจึงสำมำรถทำงำนได้ ควำมสัมพนธเ์ ป็น ดงั นี้ จำนนของกระแสทไี่ หลในวงจรไฟฟ้ำ เปลยี่ นแปลงไปตำมค่ำแรงดนั ที่จำ่ ยให้กบั วงจรนั้น แต่เปลยี่ นแปลง เป็นส่วนกลับกับควำมต้ำนทำนในวงจร ศักย์ไฟฟ้า ศักย์ไฟฟา้ หรือ เรียกว่ำศกั ดำไฟฟ้ำ คือระดับของพลงั งำนศักย์ไฟฟำ้ ณ จุดใดๆ ในสนำมไฟฟำ้ จำกรูป ศักยไ์ ฟฟำ้ ที่ A สงู กวำ่ ศกั ย์ไฟฟำ้ ท่ี B เพรำะวำ่ พลังงำนศกั ย์ไฟฟ้ำท่ี A สูงกวำ่ ที่ B ศกั ย์ไฟฟำ้ มี 2 ชนดิ คอื ศักย์ไฟฟำ้ บวก เป็นศักย์ของจุดทอี่ ยู่ในสนำมของประจบุ วก และศักย์ไฟฟำ้ ลบ เปน็ ศกั ย์ของจุดท่ีอยใู่ นสนำมของ ประจลุ บ ศักย์ไฟฟำ้ จะมคี ่ำมำกท่ีสุดทีป่ ระจุต้นกำเนิดสนำม และมีคำ่ น้อยลง เมอื่ ห่ำงออกไป จนกระท่งั เป็นศูนย์ท่ี ระยะอนันต์ (infinity) ในกำรวัดศกั ยไ์ ฟฟ้ำ ณ จุดใดๆ วดั จำกจำนวนพลังงำนศกั ย์ไฟฟ้ำ ท่เี กิดจำกกำรเคลื่อนประจุ ทดสอบ +1 หนว่ ย ไปยงั จดุ น้นั ดงั นั้น จึงใหน้ ิยำมของศักยไ์ ฟฟำ้ ได้วำ่ ศักย์ไฟฟ้ำ ณ จุดใดๆ ในสนำมไฟฟ้ำ คือ พลงั งำนน้ีส้ินเปลอื งไปในกำรเคลือ่ นประจุ ทดสอบ +1 หนว่ ยประจุจำก infinity มำยังจดุ น้ัน หรอื จำกจดุ นั้นไปยงั infinity ศักย์ไฟฟ้ำมีหน่วยเป็นโวลต์

2 ควำมต่ำงศกั ย์ไฟฟำ้ ( Potential difference) ควำมต่ำงศักยข์ องศักย์ไฟฟำ้ ระหว่ำงจุด 2 จดุ มคี ่ำเทำ่ กบั กำรเปลย่ี นแปลงพลังงำนเมื่อประจุไฟฟ้ำบวกหนงึ่ หนว่ ยเคลือ่ นที่ จำกจุดหนง่ึ ไปยงั อกี จุดหน่ึงในสนำมไฟฟ้ำหน่วย ของควำมตำ่ งศกั ย์ไฟฟ้ำคือ โวลต์ บำงทเี รยี กควำมตำ่ งศักย์ไฟฟ้ำวำ่ โวลเตจ พลังงำนไฟฟ้ำจะเปลยี่ น ไป 1 จูล เมื่อประจุไฟฟำ้ 1 คูลอมบ์ เคลื่อนทีร่ ะหว่ำงจุดสองจดุ ท่ีมีควำมตำ่ งศักย์ 1 โวลต์ มกี ำรกำหนดจุดอำ้ งองิ จุดหน่ึง(ตอ่ ลงดิน) ใหม้ ีศกั ย์ไฟฟำ้ ศนุ ย์ จดุ สมศกั ย์( Equipotential) หมำยถงึ ผวิ ท่มี ีศักย์ไฟฟำ้ คงที่

3 กฏของโอห์ม ยอรจ์ ซีมอน โอหม์ นักฟิสกิ ส์ชำวเยอรมัน กฏของโอห์มในวงจรไฟฟำ้ ใด ๆ จะประกอบดว้ ยสว่ นสำคญั 3 ส่วน คือ แหลง่ จ่ำยพลังงำนไฟฟำ้ และ ตัวต้ำนทำนหรอื อปุ กรณ์ ไฟฟ้ำท่ีจะ ใสเ่ ขำ้ ไปในวงจร ไฟฟ้ำนน้ั ๆ เพรำะฉะน้ัน ควำมสำคัญของ วงจร ที่จะต้อง คำนงึ ถงึ เม่ือมกี ำรต่อวงจรไฟฟ้ำ ใดๆ เกิดขึ้นคือ ทำอยำ่ ง ไรจงึ จะไม่ให้กระแสไฟฟ้ำไหล ผ่ำนเขำ้ ไปในวงจรมำก เกินไป ซ่ึง จะ ทำให้อุปกรณไ์ ฟฟำ้ ชำรุดเสยี หำย หรือวงจรไหม้เสยี หำยได ้ ยอรจ์ ซีมอนโอห์ม นกั ฟิสิกสช์ ำว เยอรมนั ให้ควำม สำคัญ ของ วงจรไฟฟ้ำ และสรปุ เปน็ กฏออกมำดังน้ี คอื 1. ในวงจรใด ๆ กระแสไฟฟำ้ ทไ่ี หลในวงจรนัน้ จะเปน็ ปฏภิ ำคโดยตรงกบั แรงดนั ไฟฟ้ำ 2. ในวงจรใด ๆ กระแสไฟฟำ้ ทีไ่ หลในวงจรนั้นจะเป็นปฏิภำคโดยกลับกับควำมตำ้ นทำนไฟฟ้ำ เม่ือรวมควำมสัมพนั ธท์ ้งั 2 เข้ำดว้ ยกัน และเม่ือ K เปน็ ค่ำคงท่ขี องตัวนำไฟฟ้ำ จะไดส้ ตู ร

4 ถำ้ ให้ควำมต้ำนทำนไฟฟ้ำเท่ำเดมิ ต่ออยู่กับวงจรใด ๆ แรงดันไฟฟ้ำทเี่ พ่ิมขนึ้ จะทำให้กระแสไฟฟ้ำ เพ่ิมขึ้นตำมควำมสมั พันธ์ซงึ่ กัน และกนั เชน่ แรงดนั ไฟฟำ้ 10 โวลต์ ไฟฟำ้ กระแสตรงตอ่ อยกู่ ับควำมตำ้ นทำน ไฟฟ้ำ 20 โอห์ม จะมีกระแส ไฟฟ้ำไหลผำ่ นวงจร 1 แอมแปร์ ดังรปู แตถ่ ำ้ เปลี่ยนเปน็ แรงดันไฟฟำ้ 40 โวลต์ กระแสไฟฟ้ำกจ็ ะเพ่มิ ขน้ึ ตำมทันที หรือในทำนองเดียวกนั ถำ้ ควำม ต้ำนทำนไฟฟ้ำเปล่ยี นแปลงไป แรงดันไฟฟ้ำคงที่ กระแสไฟฟำ้ จะเปลี่ยนตำมไปดว้ ย ควำมตำ้ นทำนไฟฟำ้ เพมิ่ ขน้ึ กระแสไฟฟ้ำที่ไดจ้ ะลดลง ควำมต้ำนทำนไฟฟ้ำลดลง กระแสไฟฟำ้ ที่ไดจ้ ะเพ่ิมขน้ึ การแกป้ ญั หาวงจรไฟฟ้าด้วยกฏของโอหม์ กำรนำกฏของโอห์มไปใช้งำน สงิ่ สำคญั ท่จี ะต้องจำเปน็ พ้ืนฐำน คอื หนว่ ยของปริมำณไฟฟ้ำทใี่ ชง้ ำนแต่ ละชนดิ ต้องอยุ่ในหน่วยมำตรฐำนดงั น้ี I = กระแส หนว่ ยมำตรฐำนเปน็ แอมแปร์ R = ควำมตำ้ นทำน หนว่ ยมำตรฐำนเปน็ โอหม์ E = แรงดัน หน่วยมำตรฐำนเปน็ โวลต์ ในกำรคำนวณคำ่ แต่ละครงั้ ต้องทำกำรแปลงหนว่ ยของปริมำณไฟฟ้ำทเี่ กี่ยวข้องทั้ง หมดให้อยู่ในหนว่ ย มำตรฐำนก่อนจึงสำมำรถคำนวณได้ เพ่ือไม่ให้เกดิ ควำมควำมผดิ พลำดจำกผลลพั ธ์ที่คำนวณออกมำได้

5 กาลงั ไฟฟา้ และพลังงานไฟฟ้า กาลงั ไฟฟา้ (Electrical Power) กำลงั ไฟฟำ้ ในทำงไฟฟ้ำใช้สญั ลกั ษณ์ P มีหนว่ ยเปน็ วตั ต์ หมำยถงึ ปริมำณไฟฟำ้ ท่มี แี รงดันไฟฟำ้ และ กระแสไฟฟำ้ ใช้ไปใหก้ บั อุปกรณ์ มีคำ่ เท่ำกบั แรงดนั ไฟฟ้ำคูณกับกระแสไฟฟ้ำ ควำมสมั พนั ธ์ P ~ E และ P ~ I I=E/R เพรำะฉะนน้ั P = E x I มหี น่วยเปน็ วัตต์ ( W) แต่ แทนคำ่ P = E • ( E / R ) เพรำะฉะน้ัน P = E2 / R แต่ E = I • R แทนค่ำ P = ( I • R ) • I เพรำะฉะนัน้ P = I 2 • R ในทางกลกาลังจะวัดเปน็ หน่วยของ แรงมา้ (HP, Horse Power) ,1 HP = 746 วตั ต์

6 พลงั งานไฟฟ้า (Electric Energy),W Kilowatt Hour Meter หมำยถงึ พลงั งำนไฟฟ้ำ (W) เป็นปรมิ ำณไฟฟ้ำท่ีอปุ กรณ์ไฟฟำ้ ใช้ไปทง้ั หมด หรือ แหล่งจำ่ ยไฟฟ้ำจำ่ ยให้ ท้ังหมด คิดในชว่ งระยะเวลำใดเวลำหนง่ึ มหี นว่ ยเปน็ วตั ต์ – ชม.(Wh) W = P x t หนว่ ยวดั เปน็ W-h การคิดค่ากระแสไฟฟ้าคดิ จากหน่วยยนู ติ (KW –h) จะได้ 1,000 W – h = 1 Unit 1 KW-h = 1 Unit หรือพลังงำนไฟฟ้ำ อำจวัดเป็นหน่วย จูล (J) เม่อื เม่อื 1 J = 1 วตั ต์ – วนิ ำที เพรำะฉะนั้น 1Wh(1 วตั ต-์ ชว่ั โมง) = 1 W x 3600 วินำที 3600 W –s = 3600 W – s (วัตต์ - วินำที) = 3600 J W = P x t เมือ่ P = V • I ดังน้นั W = V • I x t