E-book เรื่อง กฏของโอห์ม กำลังไฟฟ้า และพลังงาน

1 ใบความร้ทู ่ี 1 เรอื่ ง กฎของโอห์ม กาลังไฟฟา้ และพลงั งาน กฏของโอห์มกำหนดขึ้นมำจำกคำมสัมพนั ธ์ของแรงดนั กระแส และควำมตำ้ นทำน เกดิ ขน้ึ ตำมควำม เป็นจรงิ ของกำรทำงำนในวงจรไฟฟำ้ คอื วงจรไฟฟ้ำตอ้ งประกอบด้วยสว่ นประกอบอย่ำง นอ้ ย 3 ส่วน คือ แรงดัน กระแส และควำมต้ำนทำน วงจรไฟฟ้ำจึงสำมำรถทำงำนได้ ควำมสัมพนธเ์ ป็น ดงั นี้ จำนนของกระแสทไ่ี หลในวงจรไฟฟ้ำ เปลยี่ นแปลงไปตำมค่ำแรงดนั ที่จำ่ ยให้กบั วงจรนั้น แต่เปลยี่ นแปลง เป็นส่วนกลับกับควำมตำ้ นทำนในวงจร ศักย์ไฟฟ้า ศักย์ไฟฟา้ หรือ เรียกวำ่ ศกั ดำไฟฟ้ำ คือระดับของพลงั งำนศักย์ไฟฟำ้ ณ จุดใดๆ ในสนำมไฟฟำ้ จำกรูป ศักยไ์ ฟฟำ้ ที่ A สงู กวำ่ ศกั ย์ไฟฟ้ำท่ี B เพรำะวำ่ พลังงำนศกั ย์ไฟฟ้ำท่ี A สูงกวำ่ ที่ B ศกั ย์ไฟฟำ้ มี 2 ชนดิ คอื ศักย์ไฟฟำ้ บวก เปน็ ศักย์ของจุดท่ีอยู่ในสนำมของประจบุ วก และศักยไ์ ฟฟำ้ ลบ เป็นศกั ย์ของจุดท่ีอยใู่ นสนำมของ ประจลุ บ ศักย์ไฟฟำ้ จะมคี ่ำมำกที่สุดทีป่ 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 ดังนั้น จึงใหน้ ิยำมของศักยไ์ ฟฟำ้ ได้วำ่ ศักย์ไฟฟ้ำ ณ จุดใดๆ ในสนำมไฟฟ้ำ คือ พลงั งำนน้ีส้ินเปลอื งไปในกำรเคลื่อนประจุ 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 ย(์ 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 เพรำะฉะนน้ั ควำมสำคัญของ วงจร ที่จะต้อง คำนงึ ถงึ เม่ือมกี ำรต่อวงจรไฟฟ้ำ ใดๆ เกิดขึ้นคือ ทำอยำ่ ง ไรจงึ จะไม่ให้กระแสไฟฟ้ำไหล ผ่ำนเขำ้ ไปในวงจรมำก เกินไป ซ่ึง จะ ทำให้อุปกรณไ์ ฟฟำ้ ชำรุดเสยี หำย หรือวงจรไหม้เสยี หำยได ้ ยอร์จซีมอนโอห์ม นกั ฟิสิกสช์ ำว เยอรมนั ให้ควำม สำคัญ ของ วงจรไฟฟ้ำ และสรปุ เปน็ กฏออกมำดังน้ี คอื 1. ในวงจรใด ๆ กระแสไฟฟำ้ ทไ่ี หลในวงจรนัน้ จะเปน็ ปฏภิ ำคโดยตรงกับแรงดนั ไฟฟ้ำ 2. ในวงจรใด ๆ กระแสไฟฟำ้ ทีไ่ หลในวงจรนั้นจะเป็นปฏิภำคโดยกลับกบั ควำมตำ้ นทำนไฟฟ้ำ เม่ือรวมควำมสัมพนั ธท์ ้งั 2 เข้ำดว้ ยกัน และเม่ือ K เปน็ ค่ำคงท่ขี องตัวนำไฟฟ้ำ จะไดส้ ตู ร

4 ถ้ำให้ควำมต้ำนทำนไฟฟ้ำเท่ำเดมิ ต่ออยู่กับวงจรใด ๆ แรงดันไฟฟ้ำที่เพ่มิ ขึ้นจะทำให้กระแสไฟฟ้ำ เพมิ่ ขน้ึ ตำมควำมสมั พนั ธ์ซึ่งกัน และกนั เชน่ แรงดันไฟฟำ้ 10 โวลต์ ไฟฟ้ำกระแสตรงตอ่ อย่กู ับควำมตำ้ นทำน ไฟฟ้ำ 20 โอหม์ จะมีกระแส ไฟฟ้ำไหลผำ่ นวงจร 1 แอมแปร์ ดงั รูป แตถ่ ำ้ เปล่ยี นเป็นแรงดันไฟฟ้ำ 40 โวลต์ กระแสไฟฟ้ำก็จะเพ่มิ ข้นึ ตำมทันที หรอื ในทำนองเดียวกัน ถ้ำควำม ต้ำนทำนไฟฟ้ำเปลย่ี นแปลงไป แรงดันไฟฟำ้ คงท่ี กระแสไฟฟำ้ จะเปลี่ยนตำมไปด้วย ควำมตำ้ นทำนไฟฟ้ำเพิม่ ขึน้ กระแสไฟฟ้ำท่ีไดจ้ ะลดลง ควำมต้ำนทำนไฟฟ้ำลดลง กระแสไฟฟำ้ ท่ีไดจ้ ะเพิ่มขึ้น การแกป้ ัญหาวงจรไฟฟ้าด้วยกฏของโอหม์ กำรนำกฏของโอห์มไปใชง้ ำน ส่ิงสำคญั ทีจ่ ะต้องจำเปน็ พืน้ ฐำน คือ หน่วยของปรมิ ำณไฟฟ้ำทใี่ ชง้ ำนแต่ ละชนดิ ตอ้ งอยุ่ในหน่วยมำตรฐำนดังนี้

5 I = กระแส หนว่ ยมำตรฐำนเป็นแอมแปร์ R = ควำมต้ำนทำน หนว่ ยมำตรฐำนเป็นโอห์ม E = แรงดัน หนว่ ยมำตรฐำนเป็นโวลต์ ในกำรคำนวณคำ่ แต่ละครัง้ ต้องทำกำรแปลงหนว่ ยของปริมำณไฟฟำ้ ที่เกย่ี วข้องทงั้ หมดให้อยู่ในหน่วย มำตรฐำนก่อนจึงสำมำรถคำนวณได้ เพ่ือไม่ให้เกดิ ควำมควำมผิดพลำดจำกผลลัพธ์ทีค่ ำนวณออกมำได้ กาลังไฟฟา้ และพลังงานไฟฟ้า กาลังไฟฟ้า (Electrical Power) กำลังไฟฟ้ำในทำงไฟฟ้ำใช้สญั ลักษณ์ P มีหนว่ ยเป็นวัตต์ หมำยถงึ ปริมำณไฟฟำ้ ท่มี แี รงดนั ไฟฟำ้ และ กระแสไฟฟำ้ ใช้ไปใหก้ บั อุปกรณ์ มีคำ่ เท่ำกบั แรงดนั ไฟฟ้ำคูณกบั กระแสไฟฟ้ำ ควำมสัมพันธ์ P ~ E และ P ~ I I=E/R เพรำะฉะนัน้ P = E x I มีหนว่ ยเปน็ วตั ต์ ( W) แต่ แทนค่ำ P = E • ( E / R ) เพรำะฉะนน้ั P = E2 / R แต่ E = I • R แทนค่ำ P = ( I • R ) • I เพรำะฉะน้ัน P = I 2 • R

6 ในทางกลกาลงั จะวัดเปนน หนววยของ แรงมา้ (HP, Horse Power) ,1 HP = 746 วัตต์ พลงั งานไฟฟา้ (Electric Energy),W Kilowatt Hour Meter หมำยถงึ พลังงำนไฟฟำ้ (W) เป็นปรมิ ำณไฟฟ้ำท่ีอปุ กรณไ์ ฟฟ้ำใชไ้ ปทง้ั หมด หรือ แหล่งจำ่ ยไฟฟ้ำจ่ำยให้ ทัง้ หมด คิดในชว่ งระยะเวลำใดเวลำหนงึ่ มหี น่วยเป็น วัตต์ – ชม.(Wh) W = P x t หนววยวดั เปนน W-h การคิดค่ากระแสไฟฟ้าคิดจากหน่วยยูนิต (KW –h) จะได้ 1,000 W – h = 1 Unit 1 KW-h = 1 Unit หรือพลังงำนไฟฟำ้ อำจวดั เป็นหนว่ ย จูล (J) เม่ือ เม่ือ 1 J = 1 วตั ต์ – วินำที เพรำะฉะนั้น 1Wh(1 วัตต-์ ชั่วโมง) = 1 W x 3600 วนิ ำที

7 3600 W –s = 3600 W – s (วตั ต์ - วนิ ำท)ี = 3600 J W = P x t เมอ่ื P = V • I ดงั นนั้ W = V • I x t