11.. sc 21001

233 เพือสนับสนุนการพฒั นาเทคโนโลยีพลงั งานทดแทน ทังในด้านวิชาการเชิงทฤษฎี และอุปกรณ์ เครืองมอื ทดลอง และการทดสอบ รวมถงึ การส่งเสริมและเผยแพร่ ซึงจะเป็นการสนบั สนุน และรองรับ ความพร้อมในการจัดตังโครงการใหม่ ๆ ในโครงการศึกษาวิจยั ด้านพลงั งานและโครงการอืน ๆ ทีเกียวขอ้ ง เช่น การศึกษาค้นควา้ เบืองตน้ การติดตามความกา้ วหน้าและร่วมมือประสานงานกบั หน่วยงานทีเกียวขอ้ งในการพฒั นาตน้ แบบ ทดสอบ วเิ คราะห์ และประเมนิ ความเหมาะสมเบืองตน้ และ เป็นงานส่งเสริมการพฒั นาโครงการทีกาํ ลงั ดาํ เนินการใหม้ คี วามสมบูรณ์ยงิ ขึน ตลอดจนสนบั สนุนให้ โครงการทีเสร็จสินแล้วไดน้ าํ ผลไปดาํ เนินการส่งเสริม และเผยแพร่และการใช้ประโยชน์อย่าง เหมาะสมต่อไป เรืองที ไฟฟ้ า 3.1 พลงั งานไฟฟ้ า เกิดจากการเคลอื นทีของอิเลก็ ตรอนจากจดุ หนึงไปยงั อกี จุดหนึงภายในตวั นาํ ไฟฟ้ าการเคลือนที ของอเิ ลก็ ตรอน เรียกว่า กระแสไฟฟ้ า Electrical Current ซึงเกิดจากการนาํ วตั ถทุ ีมีประจุไฟฟ้ าต่างกนั นาํ มาวางไวใ้ กลก้ นั โดยจะใชต้ วั นาํ ทางไฟฟ้ คือ ทองแดงการเคลอื นทีของอเิ ลก็ ตรอนจะเคลอื นทีจาก วตั ถุทีมีประจุไฟฟ้ าบวกไปยงั วตั ถุ ทีมปี ระจุไฟฟ้ าลบมีหน่วยเป็น Ampere อกั ษรยอ่ คือ “ A ” รูปการเคลือนทขี องอิเลก็ ตรอนในตวั นาํ ไฟฟ้ า

234 กระแสไฟฟ้ าสามารถแบ่งออกได้เป็ น 2 ชนิด 1. ไฟฟ้ ากระแสตรง (Direct Current) เป็ นกระแสไฟฟ้ าทีเกิดจากการเคลือนทีของ อิเลก็ ตรอนจากแหลง่ จ่ายไฟฟ้ าไปยงั อุปกรณ์ไฟฟ้ าใด ๆไดเ้ พยี งทิศทางเดียว สาํ หรับแหลง่ จ่ายไฟฟ้ านนั มาจากเซลลป์ ฐมภูมิคือถ่านไฟฉาย หรือเซลลท์ ุติยภมู คิ ือ แบตเตอร์รี หรือเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ ากระแสตรง รูปแบตเตอร์รีหรือเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ ากระแสตรง 2. ไฟฟ้ ากระแสสลบั (Alternating Current) เป็ นกระแสไฟฟ้ าทีเกิดจากการเคลือนทีของ อิเล็กตรอนจากแหล่งจ่ายไฟไปยงั อุปกรณ์ไฟฟ้ าใด ๆโดยมีการเคลือนทีกลบั ไปกลบั มาตลอดเวลา สาํ หรับแหล่งจ่ายไฟนันมาจากเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั ชนิดหนึงเฟสหรือเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ า กระแสสลบั ชนิดสามเฟส รูปที เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั แรงดนั ไฟฟ้ า (Voltage) เป็นแรงทีทาํ ใหอ้ ิเลก็ ตรอนเกิดการเคลือนที หรือแรงทีทาํ ให้เกิดการ ไหลของไฟฟ้ าโดยแรงดนั ไฟฟ้ าทีมรี ะดบั ต่างกนั จะมปี ริมาณไฟฟ้ าสูงเนืองจากปริมาณประจุไฟฟ้ าทงั สองดา้ นมีความแตกต่างกนั ทาํ ใหเ้ กิดการเคลอื นทีของอเิ ลก็ ตรอน โดยทวั ๆไปแลว้ แรงดนั ไฟฟ้ าทีตก คร่อมอุปกรณ์ไฟฟ้ าแต่ละตวั ภายในวงจรไฟฟ้ าหรือแรงดนั ไฟฟ้ าของแหล่งจ่ายไฟฟ้ า จะใชห้ น่วยของ แรงดนั ไฟฟ้ าจะใชต้ วั อกั ษร V ตวั ใหญ่ธรรมดา จะแทนคาํ วา่ Volt ซึงเป็นหน่วยวดั ของแรงดนั ไฟฟ้ า

235 รูปการเคลือนทขี องอิเลก็ ตรอนจากศกั ยส์ ูงไปศกั ยต์ าํ ความต้านทานไฟฟ้ า (Resistance) เป็นการต่อตา้ นการไหลของกระแสไฟฟ้ าของวตั ถุซึงจะมี ค่ามากหรือค่านอ้ ยจะขึนอยกู่ บั ชนิดของวตั ถุนัน ๆ ความตา้ นทานจะมีหน่วยวดั เป็ น โอห์ม และจะใช้ สญั ลกั ษณ์เป็น (Ohms) ตวั นาํ ไฟฟ้ า (Conductors) วตั ถุทีกระแสไฟฟ้ าสามารถไหลผา่ นไดโ้ ดยง่ายหรือวตั ถุทีมีความ ตา้ นทานตาํ เช่นทองแดง อลมู ิเนียม ทอง และเงิน ซึงเป็ นตวั นาํ ไฟฟ้ าทีดีทีสุด ค่าความนาํ ไฟฟ้ าจะมี สญั ลกั ษณ์เป็น G และมีหน่วยเป็น ซีเมนส์ (S) โดยมีสูตรการคาํ นวณดงั นี G = 1/R …………………… (6) ตวั อย่าง วตั ถชุ นิดหนึงมคี ่าความตา้ นทานไฟฟ้ า 25 โอหม์ จงคาํ นวณหาค่าความนาํ ไฟฟ้ าของวตั ถุชนิดนี มีค่าเป็ นเท่าไร จากสูตร G = 1/R แทนค่า G = 1/25 คาํ ตอบ G = 40 mS ฉนวนไฟฟ้ า (Insulators) วตั ถทุ ีซึงไมย่ อมให้กระแสไฟฟ้ าไหลผา่ นไปได้ หรือวตั ถุทีมีความ ตา้ นทานไฟฟ้ าสูง ซึงสามารถตา้ นทานการไหลของกระแสได้ เช่น ไมกา้ แกว้ และพลาสติก

236 3.2 กฎของโอห์ม กระแสไฟฟ้ าทีไหลในวงจรไฟฟ้ าไดน้ ัน เกิดจากแรงดนั ไฟฟ้ าทีจ่ายให้กบั วงจรและ ปริมาณกระแสไฟฟ้ าภายในวงจรจะถูกจาํ กดั โดยความตา้ นทานไฟฟ้ าภายในวงจรไฟฟ้ านันๆ ดงั นัน ปริมาณกระแสไฟฟ้ าภายในวงจรจะขนึ อยกู่ บั แรงดนั ไฟฟ้ าและค่าความตา้ นทานของวงจร ซึงวงจรนีถกู คน้ พบดว้ ย George Simon Ohm เป็ นนักฟิ สิกส์ชาวเยอรมนั และนาํ ออกมาเผยแพร่ในปี ค.ศ.1826 ซึงวงจรนีเรียกว่า กฎของโอห์ม กลา่ วว่ากระแสไฟฟ้ าทีไหลในวงจรจะแปรผนั ตรงกบั แรงดนั ไฟฟ้ าและ แปรผกผนั กบั ค่าความตา้ นทานไฟฟ้ า โดยเขียนความสมั พนั ธไ์ ดด้ งั นี แอมแปร์ …… (7) ตวั อย่าง จงคาํ นวนหาค่าปริมาณกระแสไฟฟ้ าของวงจรไฟฟ้ าทีมีแรงดนั ไฟฟ้ าขนาด 50 โวลต์ และมคี ่า ความตา้ นทานของวงจรเท่ากบั 5โอห์ม วธิ ที ํา จากสูตร แทนค่า

237 กจิ กรรมการเรียนรู้เรือง การทดลองกฎของโอห์ม อุปกรณ์ทดลอง V . เครืองจ่ายไฟฟ้ ากระแสตรงปรับค่าได้ . . มลั ติมเิ ตอร์ . ตวั ตา้ นทานขนาดต่าง ๆ จาํ นวน ตวั . สายไฟ การทดลอง รูปที แสดงการต่อวงจรเพอื พิสูจนก์ ฎของโอห์ม . นาํ ตวั ตา้ นทาน แหล่งจ่ายไฟฟ้ ากระแสตรงทีปรับค่าได้ ต่อวงจรดงั รูป . ปรับค่าโวลตท์ ีแหลง่ จ่ายไฟ ประมาณ ค่า และแต่ละครังทีปรับค่าโวลต์ ใหว้ ดั ค่ากระแสไฟ ทีไหลผา่ นวงจร บนั ทึกผลการทดลอง V . หาค่าระหว่าง I . นาํ ค่าทีไดไ้ ปเขียนกราฟระหว่าง V กบั I . หาค่าความชนั เปรียบเทียบกบั ค่าทีไดใ้ นข้อ เปรียบเทียบตัวตา้ นทานและทาํ การทดลอง เช่นเดียวกนั กบั ขอ้ - คาํ ถาม V I ค่า ทีทดลองไดเ้ ป็นไปตามกฎของโอห์มหรือไม่ เพราะเหตุใด 3.3 การต่อความต้านทานแบบต่าง ๆ การต่อความต้านทาน หมายถึง การนาํ เอาความตา้ นทานหลายๆ ตวั มาต่อรวมกนั ใน ระหว่างจุดสองจุดซึงในบทนีจะกล่าวถึงการต่อความตา้ นทานในลกั ษณะต่างๆ กนั โดยตงั แต่การต่อ ความต้านทานแบบอนุกรม การต่อความตา้ นทานแบบขนานและการต่อความตา้ นทานแบบผสม นอกจากนีลกั ษณะของตวั อยา่ งต่าง ๆ ทีเราจะพบใน บทนีนนั ส่วนใหญ่แลว้ จะแนะนาํ ถงึ วิธีการพจิ ารณา และวิธีการคาํ นวณทีง่าย ๆ เพือให้รวดเร็วทีสุดเท่าทีจะกระทาํ ไดท้ ังนีก็เพือให้เป็ นแนวทางในการ

238 นาํ ไปใชใ้ นการคาํ นวณเกียวกบั วงจรไฟฟ้ าทีประกอบดว้ ยความต้านทานหลาย ๆ ตวั ทีต่อกันใน ลกั ษณะยุ่งยากและซับซอ้ นไดอ้ ย่างถูกตอ้ งรวดเร็วและมีความมนั ใจในการแกป้ ัญหาโจทยเ์ กียวกบั วงจรไฟฟ้ าโดยทวั ๆ ไป การต่อความต้านทานแบบอนกุ รม การต่อความตา้ นทานแบบอนุกรม หมายถึง การนาํ เอาความตา้ นทานมาต่อเรียงกนั โดยให้ ปลายสายของความตา้ นทานตวั ทีสองต่อเชือมกบั ปลายของความตา้ นทานตวั ทีสาม ถา้ หากว่ามีความ ตา้ นทานตวั ทีสีหรือตวั ต่อ ๆ ไป กน็ าํ มาต่อเรียงกนั ไปเรือย ๆ เป็นลกั ษณะในแบบลกู โซ่ ซึงเราสามารถ ทีจะเขา้ ใจไดง้ ่าย โดยการพจิ ารณาจาก รูปการต่อความตา้ นทานแบบอนุกรม จากรูปการต่อความตา้ นทานแบบอนุกรม จะได้ Rt = R1 + R2 + R3 ในทีนี Rt = ความตา้ นทานรวมหรือความตา้ นทานทงั หมด R1 , R2 , R3 = ความตา้ นทานยอ่ ย การต่อความต้านทานแบบขนาน การต่อความตา้ นทานแบบขนาน หมายถึง การนาํ เอาความตา้ นทานหลายๆ ตวั มาต่อเชือมกนั ใหอ้ ยใู่ นระหวา่ งจุด 2 จุด โดยใหป้ ลายดา้ นหนึงของความตา้ นทานทุก ๆ ตวั มาต่อรวมกนั ทีจุด ๆ หนึง และใหป้ ลายอกี ดา้ นหนึงของความตา้ นทานทุก ๆ ตวั มาต่อรวมกนั อีกทีจุดหนึง ๆ ซึงพิจารณาไดอ้ ย่าง ชดั เจนจาก รูปการต่อความตา้ นทานแบบขนาน รูปการต่อความตา้ นทานแบบขนาน

239 จากรูปการต่อความตา้ นทานแบบขนานจะได้ 1/Rt = (1/R1+1/R2+1/R3) = (R2R3+R1R3+R1R2)/(R1R2R3) ดงั นนั Rt = (R1R2R3)/(R2R3+R1R3+R1R2) ในทีนี Rt = ความตา้ นทานรวม หรือความตา้ นทานทงั หมด R1,R2,R3 = ความตา้ นทานยอ่ ย ข้อสังเกต เมอื ความตา้ นทาน 2 ตวั ต่อขนานกนั และมีค่าเท่ากนั การคาํ นวณหาค่าความตา้ นทาน รวมใหใ้ ชค้ ่าความตา้ นทานตวั ใดตวั หนึงเป็ นตวั ตงั (เพราะมีค่าเท่ากนั ) แลว้ หารดว้ ยจาํ นวนของความ ตา้ นทาน คือ 2 ในลกั ษณะทาํ นองเดียวกนั ถา้ หากว่ามีความตา้ นทานทงั หมด n ตวั ต่อขนานกนั และ แต่ละตวั มีค่าเท่า ๆ กนั แลว้ เมือคาํ นวณหาค่าความตา้ นทานรวม ก็ให้ใชค้ ่าของความตา้ นทานตวั ใด ตวั หนึงเป็นตวั ตงั แลว้ หารดว้ ยจาํ นวนของตวั ตา้ นทาน คือ n วงจรแบบผสม วงจรไฟฟ้ าแบบผสม คือ วงจรทีประกอบดว้ ยวงจรอนุกรม (Series Circuit) และวงจรขนาน (Parallel Circuit) ยอ่ ย ๆ อยใู่ นวงจรใหญ่เดียวกนั ดงั นนั ในการคาํ นวณเพือวิเคราะห์หาค่าปริมาณทาง ไฟฟ้ าต่าง ๆ เช่น กระแสไฟฟ้ า (Current) แรงดนั ไฟฟ้ า (Voltage) และค่าความตา้ นทานรวม จึงตอ้ งใช้ ความรู้จากวงจรไฟฟ้ าแบบอนุกรม วงจรไฟฟ้ าแบบขนาน และกฎของโอห์ม (Ohm’s Law) วงจรไฟฟ้ าแบบผสม โดยทวั ไปจะมีอยู่ 2 ลกั ษณะ คือ แบบอนุกรม - ขนาน (Series -Parallel) และแบบ ขนาน * อนุกรม (Parallel - Series) ดงั รูป วงจรไฟฟ้ ากระแสตรงแบบผสม (อนุกรม - ขนาน) รูปวงจรไฟฟ้ ากระแสตรงแบบผสม (อนุกรม - ขนาน) การหาค่าความตา้ นทานรวม (RT ) จึงตอ้ งหาค่าความตา้ นทานรวม (RT2 ) ระหว่างตวั ตา้ นทาน ตวั ที 2 และความตา้ นทานตวั ที 3 แบบวงจรขนานก่อน จากนนั จึงนาํ ค่าความตา้ นทานรวม (RT2 ) มารวม กบั ค่าความตา้ นทานตวั ที 1 (RT1) แบบวงจรไฟฟ้ าอนุกรม (Series Circuit) ในการหาค่ากระแสไฟฟ้ า

240 (Current) และแรงดนั ไฟฟ้ า (Voltage)ให้หาค่าในวงจรโดยใช้ลกั ษณะและวิธีการเดียวกนั กบั วงจร อนุกรม วงจรขนานดงั ทีผา่ นมาโดยใหห้ าค่าต่าง ๆ ในวงจรรวม กจ็ ะไดค้ ่าต่างๆตามทีตอ้ งการ 3.4 การคาํ นวณหาค่าความต้านทาน วงจรอนุกรม และวงจรขนาน ตวั ตา้ นทานทีต่อแบบขนาน จะมีความต่างศกั ยเ์ ท่ากนั ทุกตวั เราจึงหาความตา้ นทานทีสมมลู ( R eq ) เสมอื นวา่ มตี วั ตา้ นทานเพียงตวั เดียว ไดด้ งั นี เราสามารถแทนตวั ตา้ นทานทีต่อขนานกนั ดว้ ยเสน้ ตรง 2 เสน้ \" || \" ได้ สาํ หรับตวั ตา้ นทาน 2 ตวั เราจะ เขียนดงั นี กระแสไฟฟ้ าทีไหลผา่ นตวั ตา้ นทานแบบอนุกรมจะเท่ากนั เสมอ แต่ความต่างศกั ยข์ องตวั ตา้ นทาน แต่ละ ตวั จะไมเ่ ท่ากนั ดงั นนั ความต่างศกั ยท์ งั หมดจึงเท่ากบั ผลรวมของความต่างศกั ย์ เราจึงหาความตา้ นทาน ไดเ้ ท่ากบั ตวั ต้านทานทีต่อแบบขนานและแบบอนุกรม รวมกันนัน เราสามารถแบ่งเป็ นส่วนเล็กๆก่อน แลว้ คาํ นวณความตา้ นทานทีละส่วนได้ ดงั ตวั อยา่ งนี ตวั ต้านทานแบบ 4 แถบสี ตวั ตา้ นทานแบบ 4 แถบสีนนั เป็นแบบทีนิยมใชม้ ากทีสุด โดยจะมแี ถบสีระบายเป็ นเส้น 4 เสน้ รอบตวั ตา้ นทาน โดยค่าตวั เลขของ 2 แถบแรกจะเป็น ค่าสองหลกั แรกของความตา้ นทาน แถบที 3 เป็ น ตวั คณู และ แถบที 4 เป็นค่า ขอบเขตความเบียงเบน ซึงมคี ่าเป็น 2% , 5% , หรือ 10%

241 ค่าของรหัสสีตามมาตรฐาน EIA EIA-RS- 279 สี แถบ 1 แถบ 2 แถบ 3 แถบ 4 สมั ประสิทธิของอุณหภมู ิ ( ตวั คูณ) ( ขอบเขตความเบียงเบน) ดาํ 0 0 ?10 0 ?1% (F) 100 ppm นาํ ตาล 1 1 ?10 1 แดง 2 2 ?10 2 ?2% (G) 50 ppm สม้ 3 3 ?10 3 15 ppm เหลือง 4 4 ?10 4 25 ppm เขียว 5 5 ?10 5 ?0.5% (D) นาํ เงิน 6 6 ?10 6 ?0.25% (C) มว่ ง 7 7 ?10 7 ?0.1% (B) เทา 8 8 ?10 8 ?0.05% (A) ขาว 9 9 ?10 9 ?5% (J) ทอง ?0.1 ?10% (K) เงิน ?0.01 ไมม่ ีสี ?20% (M) หมายเหตุ : สีแดง ถึง มว่ ง เป็นสีรุ้ง โดยทีสีแดงเป็นสีพลงั งานตาํ และ สีมว่ งเป็นสีพลงั งานสูง ค่าทพี งึ ประสงค์ ตวั ตา้ นทานมาตรฐานทีผลิต มีค่าตงั แต่มิลลโิ อหม์ จนถงึ กิกะโอหม์ ซึงในช่วงนี จะมีเพียงบาง ค่าทีเรียกว่า ค่าทีพงึ ประสงค์ เท่านนั ทีถกู ผลิต และตวั ทรานซิสเตอร์ทีเป็นอุปกรณ์แยกในทอ้ งตลาด เหล่านีนนั ในทางปฏิบตั ิแลว้ ไมไ่ ดม้ คี ่าตาม อุดมคติ ดงั นนั จึงมีการระบุขอบเขตของ การเบียงเบนจาก ค่าทีระบุไว้ โดยการใชแ้ ถบสีแถบสุดทา้ ย ตวั ต้านทานแบบมี 5 แถบสี 5 แถบสีนันปกติใช้สําหรับตวั ต้านทานทีมีความแม่นยาํ สูง (โดยมีค่าขอบเขตของความ เบียงเบน 1%, 0.5%, 0.25% , 0.1%) แถบสี 3 แถบแรกนันใชร้ ะบุค่าความตา้ นทาน แถบที 4 ใชร้ ะบุ ค่าตวั คูณ และ แถบที 5 ใชร้ ะบุขอบเขตของความ เบียงเบน ส่วนตวั ตา้ นทานแบบ 5 แถบสีทีมีความ แมน่ ยาํ ปกติ มพี บไดใ้ นตวั ตา้ นทานรุ่นเก่า หรือ ตวั ตา้ นทานแบบพเิ ศษ ซึงค่าขอบเขตของความเบียงเบน จะอยใู่ นตาํ แหน่งปกติคือ แถบที 4 ส่วนแถบที 5 นนั ใชบ้ อกค่าสมั ประสิทธิของอุณหภูมิ ตวั ต้านทานแบบ SMT ตวั ตา้ นทานแบบประกบผวิ หนา้ ระบุค่าความตา้ นทานดว้ ยรหัสตวั เลข โดยตวั ตา้ นทาน SMT ความแม่นยาํ ปกติ จะระบุดว้ ยรหสั เลข 3 หลกั สองหลกั แรกบอกค่าสองหลกั แรกของความตา้ นทาน

242 และ หลกั ที 3 คือค่าเลขยกกาํ ลงั ของ 10 ตวั อยา่ งเช่น \"472\" ใชห้ มายถงึ \"47\" เป็นค่าสองหลกั แรกของค่า ความตา้ นทาน คูณดว้ ย 10 ยกกาํ ลงั สอง โอห์ม ส่วนตวั ตา้ นทาน SMT ความแม่นยาํ สูง จะใชร้ หสั เลข 4 หลกั โดยที 3 หลกั แรกบอกค่าสามหลกั แรกของความตา้ นทาน และ หลกั ที 4 คือค่าเลขยกกาํ ลงั ของ 10 การวดั ตวั ต้านทาน ตวั ตา้ นทานกค็ ือตวั นาํ ทีเลวได้ หรือในทางกลบั กนั ตวั นาํ ดีหรือตวั นาํ สมบูรณ์ เช่น ซูเปอร์คอน ดกั เตอร์ จะไม่มีค่าความตา้ นทานเลย ดงั นัน ถา้ ตอ้ งการทดสอบเครืองมือวดั ของเราว่า มีค่าเทียงตรง ในการวดั มากนอ้ ยเท่าใด เราสามารถทดสอบ ไดโ้ ดยการนาํ เครืองมอื วดั ของเราไปวดั ตวั นาํ ทีมีค่าความ ตา้ นทาน ศนู ยโ์ อหม์ เครืองมือทีนาํ ไปวดั จะตอ้ งวดั ค่าไดเ้ ท่ากบั ศนู ยโ์ อห์มทุก ยา่ นวดั (รูปที 1) ตวั นาํ ที ดีทีสุดหรือตวั นาํ ที ค่อนขา้ งดี จาํ เป็นมากสาํ หรับวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ทวั ไป ในงานอิเล็กทรอนิกส์จะใช้ อุปกรณ์ทีรู้จกั กนั ในชือวา่ โอห์มมิเตอร์ เป็นเครืองมอื ทีใชต้ รวจสอบค่าความตา้ นทานของตวั ตา้ นทาน รูปที ถา้ เราวดั ความตา้ นทานของตวั นาํ ทีดีจะไม่มคี วามตา้ นทานคือวดั ไดศ้ นู ยโ์ อห์ม