หน่วยที่ 1

หน่วยที่ 1 พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า บทคดั ยอ่ 1. อธิบายพ้นื ฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า 2. บอกความสัมพนั ธต์ ามกฎของโอห์ม USER [ทอ่ี ย่อู เี มล]

แผนการสอน/แผนการเรียนรู้ภาคทฤษฎี หน่วยที่ 1 สอนสัปดาหท์ ่ี แผนการสอน/การเรียนรู้ภาคทฤษฎี 1-2 ชื่อวิชา วงจรไฟฟ้ากระแสตรง คาบรวม 8 ช่ือหน่วย พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า ชื่อเรื่อง พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า จานวนคาบ 8 หัวข้อเร่ือง ด้านความรู้ 1. อธิบายพ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า 2. บอกความสัมพนั ธต์ ามกฎของโอหม์ ด้านทกั ษะ 1. คานวณวงจรไฟฟ้า ด้านคณุ ธรรม จริยธรรม 1. ความรับผิดชอบ 2. ความสนใจใฝ่รู้ สาระสาคัญ พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า เริ่มแรกท่ีควรทาความเขา้ ใจคอื การคานวณตามกฎของโอหม์ กาลงั ไฟฟ้า พลงั งานไฟฟ้า รวมถึงแหลง่ กาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เพราะตอ้ งใชใ้ นการทดลองดว้ ย สมรรถนะอาชีพประจาหน่วย 1. คานวณวงจรไฟฟ้า

คาศัพท์สาคัญ 1. จอร์จ ไซมอน โอห์ม (George Simon Ohm) การคน้ พบความสมั พนั ธ์ระหวา่ งความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้าและ ความตา้ นทานไฟฟ้าและต้งั กฎของโอห์ม (Ohm's Law) 2. ศักย์ไฟฟ้า( Potential difference)ศกั ยไ์ ฟฟ้า หรือ เรียกวา่ ศกั ดาไฟฟ้า คือระดบั ของพลงั งานศกั ยไ์ ฟฟ้า ณ จุดใด ๆ ในสนาม- ไฟฟ้า จุดประสงค์การสอน/การเรียนรู้ • จุดประสงค์ท่ัวไป / บูรณาการเศรษฐกจิ พอเพยี ง 1. เพื่อใหม้ ีความรู้เกี่ยวกบั พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า (ด้านความรู้) 2. เพอ่ื ใหม้ ีทกั ษะใชง้ าน พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า (ด้านทักษะ) 3. เพอื่ ใหม้ ีเจตคติที่ดีต่อการเตรียมความพร้อมดา้ น วสั ดุ อุปกรณ์ และการปฏิบตั ิงานอยา่ งถูกตอ้ ง สาเร็จ ภายในเวลาท่ีกาหนด มีเหตแุ ละผลตามหลกั ปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง (ด้านคุณธรรม จริยธรรม) • จดุ ประสงค์เชิงพฤตกิ รรม / บูรณาการเศรษฐกจิ พอเพยี ง 1. อธิบายพ้นื ฐานการคานวณวงจรไฟฟ้า ได้ (ด้านความรู้) 2. บอกความสัมพนั ธ์ตามกฎของโอหม์ ได้ (ด้านทักษะ) 3. การเตรียมความพร้อมดา้ นการเตรียม วสั ดุ อปุ กรณ์นกั ศึกษาจะตอ้ งกระจายงานไดท้ วั่ ถึง และตรง ตามความสามารถของสมาชิกทุกคน มีการจดั เตรียมสถานที่ สื่อ วสั ดุ อปุ กรณ์ไวอ้ ยา่ งพร้อมเพรียง (ด้านคณุ ธรรม จริยธรรม/บูรณาการเศรษฐกิจพอเพยี ง) 4. ความมีเหตมุ ีผลในการปฏิบตั ิงาน ตามหลกั ปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง นกั ศึกษาจะตอ้ งมีการใช้ เทคนิคท่ีแปลกใหมใ่ ชส้ ื่อและเทคโนโลยปี ระกอบการนาเสนอที่น่าสนใจนาวสั ดุในทอ้ งถ่ินมา ประยกุ ตใ์ ช้ อยา่ งคุม้ ค่าและประหยดั (ด้านคุณธรรม จริยธรรมพอเพยี ง) /บูรณาการเศรษฐกิจ

เนื้อหาสาระการสอน/การเรียนรู้ • ด้านความรู้(ทฤษฎี) 1. อธิบายพ้นื ฐานการคานวณวงจรไฟฟ้าได้ (จุดประสงคเ์ ชิงพฤติกรรมขอ้ 1) พ้ืนฐานการคานวณวงจรไฟฟ้าอยา่ งงา่ ยที่สุดคอื การวิเคราะห์หรือหาคาตอบดว้ ยกฎของโอหม์ เนื่องจากมีหลกั เกณฑต์ ายตวั ไม่ซบั ซอ้ น ดงั น้นั ผูเ้ รียนจะตอ้ งทาความเขา้ ใจส่วนท่ีเป็นทฤษฎีตวั แปรตา่ ง ๆ ท่ี กล่าวไวใ้ นกฎของโอหม์ เพราะจะทาใหส้ ามารถนาไปประยกุ ตใ์ ชก้ บั การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าที่มีความซบั ซอ้ น ไดเ้ ป้นอยา่ งดี ท้งั การวิเคราะหว์ งจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC Circuit Analysis) และการวิเคราะหว์ งจรไฟฟ้า กระแสสลบั (AC Circuit Analysis) 2. บอกความสมั พนั ธต์ ามกฎของโอห์มได้ (จุดประสงคเ์ ชิงพฤติกรรมขอ้ 2) กฎของโอห์ม จอร์จ ไซมอน โอห์ม (George Simon Ohm) เกิดเมื่อวนั ท่ี 16 มีนาคม ค.ศ. 1787 ที่เมือง เออร์แลงเกน ประเทศเยอรมนี เสียชีวิตเมื่อวนั ท่ี 27 กรกฎาคม ค.ศ. 1854 ที่เมืองมิวนิค ประเทศเยอรมนีผลงานของจอร์จ ไซ มอน โอหม์ คอื การคน้ พบความสัมพนั ธ์ระหวา่ งความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้าและความตา้ นทานไฟฟ้าและต้งั กฎของโอห์ม (Ohm's Law) บิดาของเขาชื่อว่าโจฮัน โอห์ม (John Ohm) มีอาชีพเป็ นช่างทากุญแจและปื น แมว้ ่าฐานะทาง ครอบครัวของโอห์มจะค่อนขา้ งยากจน แต่โอห์มก็ขวนขวายหาความรู้อยูเ่ สมอ โอหม์ เขา้ เรียนข้นั ตน้ ในโรงเรียน รีลสคูลในแบมเบิร์ก หลังจากจบการศึกษาข้ันต้นแล้วโอห์มได้เข้าศึกษาเกี่ยวกับวิชาคณิตศาสตร์ และ วิทยาศาสตร์ท่ีมหาวิทยาลยั แห่งเมืองเออร์แลงเกน (University of Erlangen) แต่เรียนอยู่ไดเ้ พียงปี กว่า ๆ เท่าน้นั เขาก็ลาออก เพราะขาดทุนทรัพย์ จากน้ันโอห์มได้สมัครงานเป็ นครูสอนหนังสือที่ Gattstodt ในเมืองเบิร์น (Bern)ประเทศสวติ เซอร์แลนด์ ตอ่ มาโอหม์ ไดเ้ ขา้ ศึกษาต่ออีกคร้ังหน่ึง และไดร้ ับปริญญาเอกทางคณิตศาสตร์ แต่ เขาก็ยงั คงทางานอยู่ท่ีโรงเรียนแห่งน้ันจนกระทง่ั ปี ค.ศ. 1817 โอห์มไดร้ ับเชิญจากพระเจ้าเฟรดเดอริคแห่งป รัสเซีย (King Frederick of Prussia) ให้ดารงตาแหน่งศาสตราจารยส์ อนวิชาคณิตศาสตร์ ประจาวิทยาลยั จีสุท (Jesuit College) แห่งมหาวิทยาลยั โคโลญ (Cologne University) ประเทศสวติ เซอร์แลนด์

ในปี ค.ศ. 1822 โจเซฟ ฟอร์เรอร์ (Joseph Fourier) นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ไดเ้ ผยแพร่ผลงานออกมา เล่มหน่ึง ช่ือวา่ การไหลของความร้อน (Analytic Theory of Heat) ภายในหนงั สือเลม่ น้ีไดอ้ ธิบายเกี่ยวกบั การ เคล่ือนที่ของความร้อนไวว้ า่ \"อตั ราการเคล่ือนท่ีของความร้อนจากจุด A ไปยงั จุด B ข้ึนอยกู่ บั ความแตกตา่ ง ระหวา่ งอุณหภมู ิของจุดท้งั สอง และข้นึ อยกู่ บั ตวั นาดว้ ยว่าสามารถถา่ ยทอดความร้อนไดด้ ีขนาดไหน\" เม่ือโอห์ม ไดอ้ า่ นผลงานชิ้นน้ีเขาไดเ้ กิดความสนใจ ที่จะทาการทดลองเช่นเดียวกนั น้ีกบั ไฟฟ้าข้ึนบา้ ง หลงั จากทาการ ทดลองโดยอาศยั หลกั การเดียวกบั ฟอร์เรอร์ เขาพบวา่ การเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าระหวา่ งจุด 2 จุด จะตอ้ ง ข้ึนอยกู่ บั วตั ถทุ ี่นามาใชเ้ ป็นตวั นาไฟฟ้าเช่นกนั คือ ควรเลือกโลหะท่ีเป็นตวั นาไฟฟ้าท่ีดี เช่น เงิน ทองแดง หรือ อะลูมิเนียม เป็นตน้ นอกจากน้ีเม่ือโลหะที่เป็นตวั นาไฟฟ้ามีความร้อนมากข้ึนจะทาใหก้ ระแสไฟฟ้าไหลได้ นอ้ ยลงดว้ ย หลงั จากการทดลองไฟฟ้าในข้นั ตน้ สาเร็จลงแลว้ โอห์มไดเ้ ดินทางไปยงั เมืองโคโลญ เพ่อื เขา้ เป็น อาจารยส์ อนที่ยมิ เนเซียม (Gymnasium) ในระหวา่ งน้ีในปี ค.ศ. 1826 โอหม์ ไดจ้ ดั พิมพห์ นงั สือออกมาเล่มหน่ึงช่ือ วา่ Bestimmung des Gesetzes nach Welohem die Metalle die Kontaktee ในปี ต่อมาโอห์มไดท้ าการทดลองเก่ียวกบั การนาไฟฟ้าต่ออีก และเขาก็พบคุณสมบตั ิเกี่ยวกบั การไหล ของไฟฟ้าเพิ่มเติมอีก 2 ประการ คือ ความยาวของสายไฟ (ถา้ ยิ่งมีความยาวมากจะมีความตา้ นทานไฟฟ้ามาก) และพ้ืนที่หนา้ ตดั ของสายไฟ(ถา้ ยง่ิ มีพ้ืนที่หนา้ ตดั มากจะมีความตา้ นทานไฟฟ้ามาก) กระแสไฟฟ้าไหลไดน้ ้อยลง การพบคุณสมบตั ิข้อน้ีเขาได้เขียนลงในหนงั สือช่ือว่า Die Galvanisehe Katte Mathemetisoh Bearbeitet ภายใน หนังสือเล่มน้ีมีรายละเอียดเก่ียวกบั การทดลอง ซ่ึงเขาต้งั เป็ นกฎชื่อว่า กฎของโอห์ม (Ohm's Law) โดยมีหลกั สาคญั ว่า การเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตวั นาไฟฟ้า เป็นปฏิภาคโดยตรงกบั ความต่างศกั ย์ และเป็นปฏิภาค ผกผนั กบั ความตา้ นทาน กลา่ วคอื การเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า ระหวา่ งจุด 2 จุด ยอ่ มข้นึ อยกู่ บั คณุ สมบตั ิสาคญั 4 ประการของตวั นาไฟฟ้า คือ 1. วสั ดุที่ใชเ้ ป็นตวั นาไฟฟ้าไดด้ ี 2. วสั ดุท่ีใชต้ อ้ งทนความร้อนไดส้ ูง 3. ความยาวของสายไฟตอ้ งไม่มากจนเกินไป 4. พ้ืนท่ีหนา้ ตดั ของสายไฟตอ้ งไมใ่ หญ่จนเกินไป

โดยสามารถคานวณความต่างศกั ยร์ ะหวา่ งจุดท้งั 2 จากสมการดงั ต่อไปน้ี E I = R เม่ือ I หมายถึง ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลในสายไฟตวั นา E หมายถึง แรงดนั ทางไฟฟ้า R หมายถึง ความตา้ นทานของสายไฟตวั นา จากผลงานชิ้นดงั กลา่ ว แทนท่ีโอห์มจะไดร้ ับการยกย่องแต่โอหม์ กลบั ไดร้ ับการต่อตา้ นอยา่ งมากจากชาว เยอรมนั เน่ืองจากความไม่รู้ และไม่เขา้ ใจนน่ั เอง ทาให้ในระหว่างน้ีโอห์มไดร้ ับความลาบาก แต่ชาวต่างประเทศ กลบั เห็นวา่ ผลงานชิ้นน้ีของโอหม์ เป็นงานที่มีคณุ ประโยชนม์ ากและในปี ค.ศ. 1841 โอหม์ ไดร้ ับมอบเหรียญคอพ เลย์ (Copley Medal) จากราชสมาคมแห่งกรุงลอนดอน (Royal Society of London) และในปี ต่อมาโอห์มได้รับ เชิญให้ร่วมสมาคมน้ีดว้ ย เมื่อรัฐบาลเยอรมนี เห็นดงั น้นั จึงเร่ิมหันมาให้ความสนในผลงานของโอห์ม และในปี ค.ศ. 1849 เม่ือโอห์มเดินทางกลบั จากประเทศองั กฤษ โอห์มไดร้ ับเชิญให้เป็นศาสตราจารย์ ประจามหาวิทยาลยั มิวนิค (Munich University) ไม่เฉพาะเร่ืองไฟฟ้าเท่าน้นั ท่ีโอห์มทาการคน้ ควา้ โอห์มยงั คน้ ควา้ เกี่ยวกบั เร่ืองแสง ดว้ ย แต่ไม่เป็ นท่ีสนใจมากเท่ากบั เร่ืองไฟฟ้า โอห์มเสียชีวิตในวนั ท่ี 27 กรกฎาคม ค.ศ.1854 ที่มิวนิค ประเทศ เยอรมนี ถึงแมว้ า่ โอห์มจะเสียชีวิตไปแลว้ แต่ช่ือของโอห์มยงั ถูกนามาใชเ้ ป็นหน่วยวดั ความตา้ นทานไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1881 สมาคมไฟฟ้านานาชาติ (International Congress of Electrical Engineers) ไดต้ กลงร่วมกนั ท่ีกรุงปารีส ว่าควรใชช้ ่ือของโอห์ม เป็นหน่วยวดั ความตา้ นทานไฟฟ้า โดยความตา้ นทาน 1 โอห์ม หมายถึง กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ ไหลผา่ นบนตวั นาไฟฟ้าภายใตค้ วามตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้า 1 โวลต์