บทที่ 2 กฏของโอห์ม

1 วชิ า วงจรไฟฟา้ กระแสตรง บทที่ 2 รหสั วชิ า 2104 – 2202 บทที่ 2 กฎของโอหม์ วัตถปุ ระสงค์ 1. อธบิ ายความสมั พันธ์ระหวา่ งกระแสไฟฟา้ แรงดันไฟฟา้ และความต้านทาน ในวงจรไฟฟา้ 2. เข้าใจความสมั พนั ธ์ระหวา่ งกาลงั ไฟฟา้ พลงั งานไฟฟ้า และกฎของโอหม์ 3. คานวณวงจรไฟฟา้ เบ้อื งต้นและกาลังไฟฟ้าได้ ดว้ ยกฎของโอหม์ 1.1 กฎของโอห์ม จอร์จ ไซมอน โอห์ม(George Simon Ohm) นักฟิสิกส์ ชาวเยอรมันได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของ ไฟฟ้าทง้ั 3 ตัว คือ ระหว่างกระแสไฟฟ้า (I ) แรงดันไฟฟ้า ( E ) และตัวต้านทาน (R ) และได้สรุปค่าความสัมพันธ์ ดงั กลา่ วไว้ว่า “กระแสไฟฟ้านั่นวงจรไฟฟ้านั้น จะแปรผัน ตรงกับ แรงดันของแหล่งจ่ายไฟฟ้าแต่จะแปรผกผันกับค่า ความต้านทานในวงจรไฟฟา้ ” ดังสมการ E (1) I= R เมอ่ื I  กระแสไฟฟ้ามีหนว่ ยเปน็ แอมป์แปร์ (A) E แรงดันไฟฟา้ มีหนว่ ยเปน็ โวลต์ (V) R ความต้านทานมีหนว่ ยเป็น โอห์ม () ELWE (THAI LAND) หน้า 1 NAPAT WATJANATEPIN

2 วิชา วงจรไฟฟา้ กระแสตรง บทท่ี 2 รหัสวิชา 2104 – 2202 จากกฎของโอหม์ อธบิ ายได้วา่ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะมีคา่ เพ่ิมขึ้นถ้าแรงดันที่แหล่งจ่าย มีค่าเพ่ิมขึ้น และในทางกลับกันถ้าแหล่งจ่ายไฟฟ้ามีค่าคงท่ี กระแสไฟฟ้าจะมีค่าลดลง เมื่อค่าความต้านทานในวงจรไฟฟ้ามีค่ามากข้ึน ความสัมพันธ์ตามกฎของโอห์มอาจเขียน ในรูปสามเหลยี่ ม ดังรูปที่ 1.1 รูปท่ี 1.1 สามเหล่ยี มหาค่าความสมั พนั ธ์ตามกฎของโอห์ม ในการหาค่าความสัมพันธ์จากรูปที่ 1.1 ถ้าต้องการทราบค่าแรงดันไฟฟ้า ทาได้โดยใช้ น้ิวมือปิดท่ีตัวอักษร E จะได้คาตอบคือ E เท่ากับ I คูณ R ทานองเดียวกัน จะหาค่า ความต้านทาน จะได้ R เท่ากบั I หาร E เป็นต้น รปู ท่ี 1.2 กราฟความสมั พนั ธ์ตามกฎของโอหม์ ELWE (THAI LAND) หนา้ 2 NAPAT WATJANATEPIN

3 วชิ า วงจรไฟฟ้ากระแสตรง บทท่ี 2 รหัสวชิ า 2104 – 2202 ความสัมพันธ์ตามกฎของโอห์มเป็นแบบเชิงเส้นดังแสดงในกราฟรูปท่ี 1.2 คือ ถ้าความต้านทานคงท่ี ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า เป็นสัดส่วนโดยตรง กลา่ วคือ กระแสไฟฟา้ จะเพิ่มขึน้ เป็นสัดส่วนโดยตรงกบั แรงดนั ท่ีเพม่ิ ข้ึน ตัวอย่างท่ี 1.1 จากวงจรไฟฟา้ รูปที่ 1.3 จงใช้กฎของโอห์มคานวณหาค่ากระแสไฟฟ้า รูปที่ 1.3 วธิ ที า I E  12V R 2 ตอบ I  6A ตัวอย่างท่ี 1.2 หลอดไฟฟ้าหลอดหน่ึงมีความต้านทาน 96  ต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า 220 V จะมีกระแสไฟฟา้ ไหลผ่านหลอดไฟฟา้ นี้เทา่ ไร วธิ ที า จากโจทยเ์ ม่ือ E  220V , R  200 I  E  220V R 200  I 1.10 A ตอบ กระแสไฟฟา้ ท่ไี หลผ่านหลอดไฟฟ้าเท่ากบั 1.10 A ตวั อยา่ งท่ี 1.3 หลอดไฟฟ้าหลอดหนึ่งเมอ่ื ใชก้ ับแรงดันไฟฟ้า 12 V จะเกดิ กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านหลอดเทา่ กับ 0.8 A จงหาค่าความต้านทานของหลอดไฟฟา้ นี้ ELWE (THAI LAND) หนา้ 3 NAPAT WATJANATEPIN

4 วิชา วงจรไฟฟ้ากระแสตรง บทท่ี 2 รหสั วิชา 2104 – 2202 วิธที า จากโจทย์เมือ่ E 12V และ I 0.8A R E  12 R 15 I 0.8 ตอบ ความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้าคือ 15  1.2 กาลังไฟฟา้ กาลงั ไฟฟ้า(Electrical Power) หมายถึง พลงั งานไฟฟา้ ทเี่ คร่อื งใช้ไฟฟา้ ได้ใช้ไปในเวลา 1 วินาที เครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชนิด เช่น หม้อหุงข้าว เตารีด เครื่องซักผ้า พัดลม ฯลฯ จะมีป้ายบอก ตวั เลขกากบั ไวท้ เ่ี ครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น พัดลม มีตัวเลขกากบั ว่า 220V 100W มคี วามหมายดังนี้ พัดลม เคร่ืองนี้ ใชก้ บั แรงดนั ไฟฟ้า 220 V พดั ลมเครอื่ งน้ี ใช้กาลงั ไฟฟ้า 100 วัตต์ หรือ หมายความว่า พัดลมเครือ่ งนี้ จะใช้พลังงานไฟฟ้าจานวน 1000 J (Joule, จูล) ในเวลา 1 S(Second,วินาที) กาลังไฟฟา้ คานวณได้จาก พลังงานไฟฟ้าท่เี คร่ืองใชไ้ ฟฟา้ ใช้ไปในเวลา1วนิ าที กำลังไฟฟำ้ x เวลำ = พลังงำนไฟฟ้ำ กาลังไฟฟา้ คานวณได้จากปรมิ าณกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า ถ้ามีกระแส ไฟฟ้า ไหลผ่านมาก แสดงว่า เคร่ืองใช้ไฟฟ้านั้นใช้พลังงานไฟฟ้ามาก น่ันคือได้ใช้กาลังไฟฟ้ามาก ไปดว้ ย กาลังไฟฟ้า จะแปรผนั ตรงกบั คา่ ของกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะเปล่ียนไปตามความสัมพันธ์ จากกฎของโอหม์ ด้วย เม่ือสมการกาลงั ไฟฟ้าแสดงดงั สมการที่ 2 ELWE (THAI LAND) หน้า 4 NAPAT WATJANATEPIN

5 วิชา วงจรไฟฟ้ากระแสตรง บทท่ี 2 รหสั วิชา 2104 – 2202 P EI (Watt, W) (2) จากกฎของโอห์มเมอ่ื I = E นาค่า I ไปแทนค่าใน สมการที่ 2 จะได้ R E E2 P= ×E = RR E2 ดังนน้ั P= (3) R จากกฎของโอหม์ เมือ่ E  I  R แทนค่า E ใน สมการที่ 2 จะได้ P = I × (IR) = I 2 R ดงั นั้น P = I 2R (4) ตัวอยา่ งท่ี 1.4 จงหาขนาดกาลงั ไฟฟา้ เครือ่ งทาน้าอ่นุ ขนาด 220 V ใช้กระแสไฟฟ้า 3A วิธที า เม่ือ E  220 V และ I 3A P  E  I  220 3 P 660W ตอบ กาลังไฟฟ้าของเคร่ืองทานา้ อ่นุ เทา่ กบั 660 W ตัวอย่างท่ี 1.5 จงหาค่าของกระแสไฟฟ้าของเคร่ืองขยาย เสียงขนาด 200 W ใชก้ ับแรงดนั ไฟฟ้าขนาด 220 V วธิ ีทา โจทย์กาหนดให้ P  200W และ E  220V ELWE (THAI LAND) หนา้ 5 NAPAT WATJANATEPIN

6 วชิ า วงจรไฟฟา้ กระแสตรง บทที่ 2 รหสั วชิ า 2104 – 2202 I  P  200 E 220 I 0.9A ตอบ เครอ่ื งขยายสียงใช้กระแสไฟฟา้ เทา่ กบั 0.9 A ตัวอยา่ งที่ 1.6 จากวงจรรปู ที่ 1.4 จงคานวณคา่ กาลังไฟฟ้าท่เี กดิ ขนึ้ กับหลอด LED วธิ ที า จากสมการกาลังไฟฟา้ รปู ท่ี 1.4 P  E2  122 R 100 P 1.44W ตอบ กาลงั ไฟฟา้ ของหลอด LED คือ 1.44 W 1.3 พลังงานไฟฟ้า พลงั งานไฟฟ้า (Electrical Energy) คือพลังงานทใี่ ชไ้ ปหรือสรา้ งขึ้นมาใหม่จากกาลังไฟฟ้าที่ ส่งเข้ามาหรือส่งออกไป โดยมีความสัมพันธ์กับเวลา มีหน่วยวัดค่าพลังงานเป็นจูล (J) พลงั งานไฟฟ้าใชส้ ญั ลกั ษณ์ W สามารถเขียนสมการไดด้ งั นี้ W = Pt ELWE (THAI LAND) หนา้ 6 NAPAT WATJANATEPIN

7 วชิ า วงจรไฟฟ้ากระแสตรง บทท่ี 2 รหสั วิชา 2104 – 2202 เม่อื W = พลงั งานไฟฟา้ หนว่ ยจลู (J) P = กาลงั ไฟฟ้า หนว่ ยวัตต์ (W) t = เวลา หนว่ ยวินาที (s) ไฟฟ้ากระแสสลับที่ถูกนามาใช้งานในชีวิตประจาวัน เราต้องซ้ือมาจาก หน่วยงานท่ีผลิตกระแสไฟฟ้าออกจาหน่าย เช่น การไฟฟ้าฝ่ายผลิต การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และการไฟฟ้านครหลวง เป็นตน้ พลงั งานไฟฟ้าเหล่านี้มิได้ถูกคิดออกมาเป็นหน่วยจูล (J) แต่ จะคิดออกมาเป็นหน่วยกิโลวัตต์ - ช่ัวโมง (Kilowatt-hour, kWh) หรือเรียกว่า หน่วยไฟฟ้า (UNIT, ยูนิต) โดยคิดค่ากาลังไฟฟ้าที่ใช้เป็นกิโลวัตต์ (kW) คิดในเวลาเป็นชั่วโมง (h) เขียน สมการออกมาได้ดังนี้ W(kWh) = P(kW) x t(h) ตัวอย่างท่ี 1.7 เครอื่ งปรับอากาศขนาด 1,100 วัตต์ เปิดใชง้ านเปน็ เวลา 5 ชั่วโมง จะใช้ พลงั งานไฟฟ้าไปเท่าไร วธิ ีทา สตู ร W = Pt P = 1,100 W = 1.1kW t=5h W = 1,100 W x 5 h = 5.5 kWh ตอบ เคร่อื งปรับอากาศใช้พลังงานไฟฟา้ ไปเท่ากบั 5.5 kWh ELWE (THAI LAND) หนา้ 7 NAPAT WATJANATEPIN

8 วชิ า วงจรไฟฟา้ กระแสตรง บทท่ี 2 รหัสวชิ า 2104 – 2202 ตวั อยา่ งท่ี 1.8 มอเตอรข์ นาด 24V ใช้กาลังไฟฟา้ 500 W จะตอ้ ง ใชม้ อเตอรต์ ัวนีน้ านเท่าใดจงึ จะสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟา้ ไป 1 ยนู ติ (1kWh) วิธีทา จากสูตร W = Pt เมอ่ื 1ยูนิต = 1000 Wh = 1kWh แทนคา่ ในสูตร t = 1000Wh/500W t = 2 h = 2 ชัว่ โมง ตอบ มอเตอร์ตัวน้ีใช้งานนาน 2 ช่ัวโมง จงึ จะส้นิ เปลอื งพลงั งานไฟฟา้ ไป 1 ยูนติ ELWE (THAI LAND) หน้า 8 NAPAT WATJANATEPIN

9 วิชา วงจรไฟฟ้ากระแสตรง บทท่ี 2 รหัสวิชา 2104 – 2202 แบบฝึกหัด เรอ่ื งกฎของโอหม์ จงเลือกคาตอบที่ถกู ต้องท่สี ดุ เพียงคาตอบเดยี ว 1.การหาค่าความต้านทานจากกฎของโอห์ม ข้อใดถูกต้อง ก. R = EI ข. R = I/E ค. R = E/I ง. R = P/E 2.กระแสไฟฟ้า 5A ไหลผา่ นหลอดไฟฟา้ หลอดหนึ่ง ซึ่งมแี รงดันไฟฟา้ ตกครอ่ ม หลอดเท่ากบั 100V หลอดไฟฟา้ หลอดนี้ มคี วามต้านทานเทา่ ไร ก. 20 Ω ข. 10 Ω ค. 24 Ω ง. 100 Ω 3.ข้อใดกลา่ วไม่ถกู ต้องเกยี่ วกับกฎของโอหม์ ก. I = E ข. E = IR R ง. E = I2 R ค. R = E I 4.ขอ้ ใดคือหนว่ ยของพลังงานไฟฟา้ ก. Joule ข. Second ค. Watt ง. Volt 5.ขอ้ ใดกล่าวถูกตอ้ งเกยี่ วกับกาลังไฟฟ้า ก. P = IR ข. P = EI ค. P = E ง. P = E2R R 6.เครอ่ื งปรับอากาศขนาดกาลงั ไฟฟ้า 2200W ใชก้ ับแรงดนั ไฟฟา้ 220V เครื่องปรบั อากาศ จะใช้กระแสไฟฟ้าเท่ากับข้อใด ก. 5.00A ข. 4.00A ค. 10.00A ง. 4.54A ELWE (THAI LAND) หน้า 9 NAPAT WATJANATEPIN

10 วิชา วงจรไฟฟา้ กระแสตรง บทที่ 2 รหสั วชิ า 2104 – 2202 7.หลอดไฟฟ้าใช้กับแรงดันไฟฟ้า 110V มีความต้านทานหลอดเท่ากับ 40Ω จงหาค่า กาลังไฟฟ้าของหลอดนี้ ก. 262W ข. 282W ค. 302W ง. 312W 8.ข้อใดกล่าวถกู ตอ้ งเกี่ยวกับพลังงานไฟฟา้ ก. พลงั งานไฟฟา้ คือ กาลงั ไฟฟ้าท่ีใช้ใน ชว่ งเวลาหนึง่ ข. พลังงานไฟฟ้า คือ กาลังไฟฟ้าท่ีใช้ คณู กับแรงคณู ไฟฟา้ ค. กาลงั ไฟฟา้ เทา่ กบั พลงั งานไฟฟา้ คณู เวลา ง. กาลงั ไฟฟา้ คือ พลงั งานไฟฟ้าสะสม 9. เคร่อื งถ่ายเอกสารขนาด 220V ใชก้ าลงั ฟ้า 840W เปดิ ใชง้ านอยา่ งตอ่ เนอื่ งเป็นเวลา 3 ชัว่ โมง จงหาคา่ พลังงานไฟฟ้าทใ่ี ช้ไปทงั้ หมด ก. 525 Wh ข. 25,200 Wh ค. 2.52 kWh ง. 25.2 kWh 10. กระทะไฟฟา้ มีกาลังไฟฟา้ 1000W มีแรงดนั 220V จงหาค่าความต้านทานของกระทะไฟฟา้ ก. 14.8 Ω ข. 28.4 Ω ค. 44.0 Ω ง. 48.4 Ω ELWE (THAI LAND) หน้า 10 NAPAT WATJANATEPIN