ทฤษฎีแรงดันโนด

แผนการสอน หน่วยท่ี 13 สอนคร้ังที่ 13 ชอ่ื วิชา วงจรไฟฟ้ากระแสตรง ชว่ั โมง 4 ชื่อหนว่ ย ทฤษฎีแรงดันโนด สาระสาคญั ในการแก้ปญั หาวงจรไฟฟ้าท่ีมีความยุ่งยากและซับซ้อน วิธแี รงดนั โนดหรือเรยี กวา่ โหนด โวลทเ์ ตจ ที่เป็นอกี วิธีหนงึ่ ที่นยิ มใช้วเิ คราะห์วงจรไฟฟ้ากัน วธิ กี ารนี้นอกจากจะช่วยวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าได้ เปน็ อย่างดีแลว้ ยังสามารถทดแทนวธิ ีกระแสเมช ซึ่งมขี ้อจากัดในแง่ของสมการและความยุง่ ยากในการแก้ สมการ วธิ ีแรงดันโนดเป็นวธิ กี ารนากฎกระแสของเคอร์ชอฟฟ์ มาใช้งาน จดุ ประสงค์ท่ัวไป 1. ศกึ ษาการกาหนดโนดหลกั 2. ใหร้ ู้การกาหนดทิศทางของกระแส 3. ใหร้ กู้ ารเขียนสมการกระแส 4. ศึกษาตัวอย่างการคานวณวธิ ีแรงดนั โนด 5. เพื่อปฏิบตั ิการทดลองตามวิธีแรงดนั โนด จุดประสงคเ์ ชงิ พฤติกรรม 1. บอกหลักการกาหนดโนดหลักไดถ้ ูกต้อง 2. อธิบายการกาหนดทิศทางของกระแสไดถ้ ูกต้อง 3. เขยี นสมการกระแสไดถ้ กู ต้อง 4. คานวณแก้ปัญหาโจทย์ด้วยวธิ ีแรงดันโนดได้ถูกต้อง 5. ตอ่ วงจรทดลองตามวธิ แี รงดันโนดได้ถูกตอ้ ง

เนื้อหาสาระ หนว่ ยท่ี 13 ชอ่ื หน่วยการสอน ทฤษฎีแรงดนั โนด วิธแี รงดนั โนด (Node Voltage Theories) ในการแกป้ ญั หาวงจรไฟฟ้าท่ีมีความยุ่งยากและซับซอ้ น วิธแี รงดันโนดหรอื เรียกว่า “โนดโวลตเ์ ตจ” (Node Voltage) กเ็ ปน็ อีกวธิ ีหนึ่งทนี่ ิยมใชว้ ิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากนั วิธีการน้ีนอกจากจะ ชว่ ยวิเคราะหว์ งจรไฟฟ้าไดเ้ ป็นอย่างดแี ลว้ ยังสามารถทดแทนวธิ ีกระแสเมช (Mesh Current) ซึง่ มีข้อจากดั ในแง่ของสมการและความยุ่งยากในการแกส้ มการ วิธแี รงดันโนดเป็นวิธกี ารนากฎกระแสของเคอรช์ อฟฟ์ (Kirchhoff Current Law) มาใชง้ าน 1. วิธแี รงดนั โนด โนด (Node) คือ จดุ ต่อในวงจรไฟฟ้าท่ีมีจานวนสาขาของวงจรตอ่ อยตู่ งั้ แต่ 2 สาขาขน้ึ ไป โนดหลกั (Principal Node) หรือจดุ ต่อเชอ่ื ม คอื จุดตอ่ ในวงจรไฟฟา้ ทีม่ จี านวนสาขาของวงจรตอ่ อยู่ตง้ั แต่ 3 สาขาขึ้นไปมาต่อรวมกัน โนดเปรียบเทียบ (Reference Node) หรือจดุ อ้างองิ ซงึ่ จะกาหนดให้เปน็ จุดเชอ่ื มต่อใดจุดหน่งึ เป็นจุดอ้างอิงก็ได้ แต่โดยทวั่ ไปแล้วจะเลือกจุดอา้ งอิงท่ีตอ่ ร่วมอยูก่ ับกราวด์ (Ground) เสมอเพราะงา่ ยตอ่ การพจิ ารณาและการคานวณ แรงดนั โนด (Node Voltage) คือความแตกต่างของระดบั แรงดนั ท่ีจุดใดๆ กไ็ ด้ในวงจรเม่อื นาไป เปรียบเทียบกับจดุ อ้างองิ (Reference Node) การเขยี นสมการของแรงดันโนด (Node Voltage) จะ พิจารณาเปน็ ขนั้ ๆ ดังต่อไปนี้ 1. กาหนดจุดตอ่ ลงในวงจรซึง่ จะมีทัง้ จุดต่อเชื่อม (โนดหลัก) และจดุ อา้ งอิง 2. การพจิ ารณาแรงดนั โนด (Node Voltage) จะให้ระดับของแรงดนั ไฟฟา้ ท่ีจดุ ต่อเช่ือม

(Principal Node) มีคา่ สูงกว่าระดบั อ้างอิง (Reference Node) 3. สมมตแิ ละกาหนดทิศทางของกระแสทจ่ี ดุ เชอื่ มต่อ (Principal Node) การกาหนดทิศทาง ของกระแสไฟฟ้าที่จดุ เชื่อมต่อจะกาหนดให้กระแสไหลเขา้ หรือไหลออกก็ได้เพราะผลลพั ธ์ทไ่ี ด้ จะมีค่าเหมอื นกัน 4. เขียนสมการกระแสของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff Current Law) รูปท่ี 1 จากวงจรรูปท่ี 1 กาหนดจุดเช่ือมต่อ (Principal Node) ในวงจรเปน็ A, B และ C โดยกาหนดให้ จดุ C เปน็ จดุ อ้างองิ (Reference Node) และสมมติให้กระแสไฟฟ้าไหลออกในทุกๆ สาขาทีจ่ ุด A คือ กระแสไฟฟ้า I1, I2 และ I3 (Kirchhoff Current Law) จะไดผ้ ลของกระแสไฟฟ้ารวมทจ่ี ุด A มคี า่ เทา่ กับ ศูนย์ นน่ั คอื I1+I2+I3 = 0 แต่ I1  VA  E1 , I2  VA , I3 VA  VB R1 R2 R3 VA  E1  VA  VA  VB  0 ดงั นั้นจะได้ R1 R2 R3 ................................. (1) สาขาท่จี ดุ B คือ กระแสไฟฟ้า I4, I5 และ I6 จากกฎกระแสของเคอรช์ อฟฟ์ (Kirchhoff Current

Law) จะไดผ้ ลของกระแสไฟฟา้ รวมที่จดุ B มีค่าเท่ากบั ศนู ย์ นั่นคือ I4+I5+I6 = 0 แต่ I4  VB  VA , I5  VB , I6 VB  E2 R3 R4 R5 VB  VA  VB  VB  E2  0 จะได้ R3 R4 R5 ................................. (2) จากสมการท่ี (1) และ (2) จะได้  1 1 1 VA   1 VB   1 E1 ........... (3) R1 R2 R3 R3 R1   1 VA   1 1 1 VB   1 E2 ..... (4) R3 R3 R4 R5 R5 จากวงจรรูปที่ 1 พจิ ารณาวา่ เม่ือกาหนดจดุ เช่อื มตอ่ (Principal Node) จะทาให้ทราบจานวน สมการของแรงดันโนด (Node Voltage) คือกาหนดจุด A, B และ C เป็นจุดเช่อื มต่อโดยกาหนดจุด C เป็น จดุ อา้ งอิง (Reference Node) จากน้ันเอาจานวนจดุ เช่ือมตอ่ ลบกบั จานวนจดุ อา้ งอิงกจ็ ะไดจ้ านวนสมการ ของแรงดันโนด นั่นคอื จานวนสมการของแรงดนั โนดจะมีค่าน้อยกวา่ จานวนจุดเชอื่ มตอ่ (Principal Node) อยู่หน่ึงเสมอ จากรูป 1 กาหนดให้ จุดเชื่อมต่อ (Principal Node) = 3 จดุ อา้ งอิง (Reference Node) = 1 จานวนสมการของแรงดันโนด 3-1 = 2 จานวนสมการของแรงดนั โนด = 2 การนาหลักการของแรงดนั โนด (Node Voltage) มาใชแ้ ก้ปัญหาโจทย์นัน้ ควรเลอื กวธิ ที งี่ ่ายและ

รวดเร็วกว่ามาใช้ ซงึ่ ทัง้ น้กี ็ข้นึ อยู่กับลกั ษณะของวงจร แต่ถ้าเปน็ ลักษณะวงจรทีป่ ระกอบดว้ ยหลายๆ สาขาต่อขนานกนั เม่อื นาวธิ ีการของแรงดนั โนดมาใช้ก็จะพบวา่ มคี วามง่ายและรวดเร็วกวา่ เพราะมจี านวน สมการนอ้ ยกวา่ ตวั อย่างท่ี 1 จงคานวณหาค่ากระแสไฟฟ้า I1, I2 และ I3 วงจรรปู ท่ี 2 วธิ ที า จากกฎกระแสของเคอรช์ อฟฟ์จะเขียนสมการได้ดงั น้ี ท่จี ุด A จะได้ I1  I2  I3  0 แต่ I1  VA  E1 , I2  VA , I3 VA  E2 R1 R2 R3 ดังนนั้ จะได้ &nb

กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ตรวจความพร้อมของผเู้ รยี นโดยการเขา้ แถวแลว้ ขานช่อื 2. แจกแบบทดสอบก่อนเรยี น หน่วยท่ี13/เก็บแบบทดสอบ 3. ทบทวนก่อนเรยี น อธิบายและซกั ถาม ทฤษฎกี ระแสเมชกล่าวว่าอยา่ งไร 4. ครนู าเขา้ ส่บู ทเรยี นโดยการกลา่ วนาว่าในวงจรไฟฟา้ มีแหล่งจา่ ยแรงดันมากกว่าหนึ่งแหล่ง การแก้ปัญหาโจทยจ์ ะทาได้หลายวธิ ีเช่นวธิ ีแรงดนั โนดอธบิ ายประกอบการฉายซดี ี/ รับฟัง ความคิดเหน็ 5. ครอู ธบิ ายวธิ แี รงดนั โนดพร้อมตัวอยา่ งการคานวณ /ตอบคาถาม 6. ซกั ถามนักเรียนวา่ ทฤษฎกี ระแสเมชมหี ลักการอย่างไร / รับฟัง-ตอบคาถาม 7. สาธิตการปฏบิ ัติการทดลอง 8. แจกใบงานและควบคุมการปฏิบตั กิ ารทดลอง 9. ครูและนักเรยี นชว่ ยกันสรุปตอบข้อสงสยั 10. ประเมนิ ผลการเรยี นของนักเรียนในหน่วยท่ี 13 จากแบบทดสอบหนว่ ยท่ี13 11. มอบหมายงานใหน้ ักเรยี นไปศึกษาในหน่วยที่ 14 ต่อไป

งานทม่ี อบหมายหรือกิจกรรม (ก่อนเรยี น, ขณะเรยี น,หลงั เรียน) ก่อนเรียน ให้ศกึ ษาและฟงั การอธิบาย มอบหมายงานกล่มุ มารายงานหน้าชนั้ เรียนเก่ยี วกับ แรงดนั โหนด ขณะเรยี น ใหน้ ักเรยี นมารายงานหนา้ ช้ันเรียนเกีย่ วกบั แรงดันโหนด หลงั เรียน สรปุ เน้ือหาจากทน่ี ักเรียนไดม้ ารายงานหนา้ ช้ันเรียนและประเมินผล

ส่อื การเรยี นการสอน จากแผนการสอน ได้กาหนดสื่อการสอนท่ใี ชใ้ หส้ อดคลอ้ งกบั เนอ้ื หาหรอื วัตถปุ ระสงคไ์ ว้ดังน้ี หนว่ ยการสอน ประเภทสอื่ การสอน รหัสของสอ่ื ( สง่ิ พิมพ์, โสตทัศน์, หุน่ จาลองหรอื ของจริง ) 13 หนงั สืออ้างอิง ชยั วัฒน์ ลม้ิ พรวิจิตรวไิ ล , สมเกยี รติ พึ่งอาตม์ และ จิราภรณ์ จนั แดง,สมศักดิ์ แสงศรี.วงจรไฟฟ้ากระแสตรง. : ศนู ยส์ ่งเสริม-อาชีวะ, 2546. ส่ือ - ซีดกี ารบรรยายเรื่อง แรงดนั โหนด - แบบฝกึ หดั

การประเมนิ ผล จากแผนการสอน วัดผลประเมินผล กอ่ นการเรียน ขณะเรยี น และหลังเรียน วิธีการ โจทยป์ ัญหาหรอื หลกั เกณฑ์ ก่อนเรยี น 1.สงั เกตพฤติกรรมการปฏบิ ตั ิงานรายบุคคล/รายกลุม่ ขณะเรยี น 2.สังเกตและประเมินผลพฤติกรรมดา้ นคุณธรรม จริยธรรม ค่านิยม และคณุ ลกั ษณะ อันพงึ ประสงค์ 1.ใหน้ ักเรียนมีสว่ นร่วมในการอธิบายโดยการสาธติ หนา้ ชน้ั เรยี น 2.ประเมนิ ตามแบบพฤติกรรมการปฏิบัติงานรายบคุ คล/รายกลุ่ม หลงั เรียน 1.ประเมินตามแบบพฤติกรรมการปฏิบตั ิงานรายบคุ คล/รายกลมุ่ 2.ประเมินตามแบบพฤติกรรมดา้ นคณุ ธรรม จรยิ ธรรม ค่านิยม และคุณลกั ษณะอัน พึงประสงค์ วธิ ีการ เชน่ การสมั ภาษณ์, การถามตอบ, การสอบถาม, การทาแบบทดสอบ, การทาแบบ ฝึกหดั , การรายงานผล, การปฏิบัติงาน, การตรวจสอบผลงาน ฯลฯ สาระการเรียนรู้ การบูรณาการเชือ่ มโยง กิจกรรม การบรู ณาการ แรงดนั โหนด นาเสนอผลงานกลมุ่ ภาษาไทย

วนั ที.่ ....../........./......... สอนคร้งั ที่...........สัปดาห์ท่ี............เรอื่ ง................................................................... บนั ทกึ หลงั การสอน หลังจากได้ทาการสอนเสรจ็ เรยี บร้อยแล้ว ควรพจิ ารณาสรุปประเมินผลการสอนคร้ังนโ้ี ดย ทาเคร่อื งหมาย / ลงในช่อง ใช่ หรือ ไม่ใช่ หรือบนั ทึกใหค้ าแนะนาเพ่มิ เตมิ ก็ได้ พร้อมรายงาน ตามลาดับขน้ั เพ่ือไดร้ ับทราบ รายการหวั ข้อประเมนิ ใช่ ไมใ่ ช่ หมายเหตุ 1. ทาการสอนได้ครบตามวัตถปุ ระสงค์ 2. นาเข้าสู่บทเรียนตรงตามท่กี าหนด 3. สามารถดาเนินการสอนตามแผนการสอน 4. ใชส้ ่ือการสอนครบตามแผนการสอน 5. ใชค้ าถามในระหว่างการสอนได้ครบ 6. อื่น ๆ (โปรดระบุ)......................................... บันทกึ เพ่ิมเติม ( ผลการใชแ้ ผนการสอน, ผลการเรียนของนกั เรยี น, ผลการสอนของครู ) ............................................................................................................................. ................................................ ............................................................................................................................. ................................................ ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................. ................................................ ............................................................................................................................. ................................. ความคดิ เห็นของหัวหนา้ แผนกวชิ า ..................................................................................................................................................................... ........ ........................................................................................................................... .................................................. ............................................................................................................................. ....................................... ลงช่ือ..................................... ลงช่ือ.................................. ผ้สู อน หวั หน้าแผนก