หน่วยที่ 4

หน่วยที่ 4 4.1 ศักย์ไฟฟ้าและประจไุ ฟฟ้า ประจไุ ฟฟ้า (Electric Charge) และศกั ยไ์ ฟฟ้า (Electric Potential) เป็นปริมาณทางไฟฟ้าทเ่ี กิดข้ึนมาในเวลา พร้อมกนั มีความสัมพนั ธ์และเก่ียวขอ้ งกนั อยา่ งใกลช้ ิด จนไม่สามารถแยกปริมาณท้งั สองออกจากกนั ได้ การ กล่าวถึงศกั ยไ์ ฟฟ้าจะตอ้ งมีประจไุ ฟฟ้าเขา้ มาเกี่ยวขอ้ งดว้ ย และถา้ กล่าวถงึ ประจุไฟฟ้าจะตอ้ งมศี กั ยไ์ ฟฟ้าเขา้ มา เก่ียวขอ้ งดว้ ยเช่นกนั ปริมาณไฟฟ้าท้งั สองเป็ นตวั แสดงให้ทราบถึงจาํ นวนไฟฟ้าที่กาํ เนิดข้ึนมาว่ามีมากน้อย เพียงไร ความหมายของประจุไฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้า เป็นดงั น้ี ประจุไฟฟ้า คือ ข้วั ของไฟฟ้าที่แตกต่างกัน แบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ข้วั คือ ข้วั บวก (+) หรือประจุบวก (Positive Charge) และข้วั ลบ (–) หรือประจุลบ (Negative Charge) ในทุกๆ อะตอมจะประกอบดว้ ยประจุบวก หรือโปรตอน และประจุลบหรืออิเล็กตรอนรวมกนั อยู่ ในสภาวะปกติประจุไฟฟ้าท้งั สองมีค่าสมดุลกนั หรือ เทา่ กนั ศกั ยไ์ ฟฟ้า คือ ค่าของไฟฟ้า หรือปริมาณของไฟฟ้าทแี่ สดงออกมาในขณะเกิดความไม่สมดุลของประจุ ไฟฟ้า แบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ค่า คือ ศกั ย์บวก (Positive Potential) หมายถึง การมีประจุไฟฟ้าบวกมากกว่าประจุ ไฟฟ้าลบ และศกั ยล์ บ (Negative Potential) หมายถึง การมีประจไุ ฟฟ้าลบมากกวา่ ประจไุ ฟฟ้าบวก ประจุไฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้ามีพลงั งานในตวั เอง สามารถเคลื่อนที่และเปล่ียนแปลงค่าได้ และพร้อมจะ เคลอ่ื นทีแ่ ละเปลย่ี นแปลงค่าตลอดเวลา เมื่ออยใู่ นสภาวะที่เหมาะสมและเอ้ืออาํ นวย ประจุไฟฟ้าหรือศกั ยไ์ ฟฟ้ามี อาํ นาจไฟฟ้าแผ่ออกรอบตวั เองในรูปของเส้นแรง (Line of Force) เรียกว่า เส้นแรงสนามไฟฟ้า (Electric Field Lines) ส่งผลตอ่ พลงั งานหรือแรงที่เกิดข้ึน เส้นแรงสนามไฟฟ้าเกิดข้ึนท่ีประจไุ ฟฟ้ามีลกั ษณะดงั น้ี ถา้ เป็นประจุไฟฟ้าบวก (+) เส้นแรงสนามไฟฟ้าจะ เคลื่อนท่ีออกจากประจุ ถ้าเป็ นประจุไฟฟ้าลบ (–) เส้นแรงสนามไฟฟ้าจะเคล่ือนที่เข้าหาประจุ เส้นแรง สนามไฟฟ้าจะเกิดข้ึนมากหรือนอ้ ย ข้นึ อยกู่ บั ปริมาณศกั ยไ์ ฟฟ้าทเ่ี กิดข้ึน เสน้ แรงสนามไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนรอบประจุ ไฟฟ้า แสดงดงั รูปท่ี 4.1

+- (ก) ประจุไฟฟ้าบวก (ข) ประจุไฟฟ้าลบ รูปท่ี 4.1 เส้นแรงสนามไฟฟ้าเกิดข้ึนรอบประจุไฟฟ้า คุณสมบตั ิของประจไุ ฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้าแตล่ ะชนิด เป็นดงั น้ี  ประจุไฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้ามคี ่าตา่ งกนั จะดดู กนั เช่น ประจุไฟฟ้าบวกดูดกบั ประจุไฟฟ้าลบ เกิดเส้นแรง สนามไฟฟ้ารวมกนั จากประจุไฟฟ้าท้งั สองรวมเป็นชุดเดียวกนั  ประจุไฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้ามีค่าเหมือนกนั จะผลกั กนั เช่น ประจุไฟฟ้าบวกผลกั กบั ประจุไฟฟ้าบวก หรือประจุไฟฟ้าลบผลกั กบั ประจุไฟฟ้าลบ เกิดเส้นแรงสนามไฟฟ้าแยกจากกนั ของประจุไฟฟ้าแต่ละตวั การ ดึงดดู กนั และการผลกั กนั ของประจุไฟฟ้า แสดงดงั รูปที่ 4.2 +- ++ (ก) ประจุไฟฟ้าต่างกนั ดดู กนั (ข) ประจุไฟฟ้าเหมอื นกนั ผลกั กนั รูปที่ 4.2 การดงึ ดดู กนั และการผลกั กนั ของประจไุ ฟฟ้า

4.2 กฎของโอห์ม กฎของโอหม์ (Ohm’s Law) ถกู คน้ พบโดยนกั วิทยาศาสตร์ชาวเยอรมนั ช่ือ จอร์จ ไซมอน โอหม์ (George Simon Ohm) กฎของโอห์มกาํ หนดข้นึ มาจากความสัมพนั ธ์ของแรงดนั กระแส และความตา้ นทาน เกิดข้ึนตาม ความเป็นจริงของการทาํ งานในวงจรไฟฟ้า คือ วงจรไฟฟ้าวงจรหน่ึงตอ้ งประกอบดว้ ยส่วนประกอบอยา่ งนอ้ ย 3 ส่วน คือ แรงดัน กระแส และความต้านทาน จึงจะสามารถทําให้วงจรไฟฟ้าวงจรน้ันทํางานได้ เม่ือมีการ เปลย่ี นแปลงไปของแต่ละส่วนที่สมั พนั ธ์กนั ยอ่ มมีผลตอ่ การทาํ ให้วงจรไฟฟ้าทาํ งานเปล่ียนแปลงไปดว้ ย ความสัมพนั ธ์ของปริมาณไฟฟ้าท้ังสามเก่ียวข้องกัน ตามหน่วยมาตรฐาน คือ กระแสมีหน่วยเป็ น แอมแปร์ (A) แรงดนั มีหน่วยเป็ นโวลต์ (V) และความตา้ นทานมีหน่วยเป็ นโอห์ม (Ω) มีความสัมพนั ธ์กนั ดงั น้ี จํานวนกระแสท่ีไหลในวงจรไฟฟ้า เปลี่ยนแปลงตามค่าแรงดันท่ีจ่ายให้กับวงจรน้ัน แต่เปลี่ยนแปลงเป็ นส่วนกลับ กับความต้านทานในวงจร คาํ กล่าวน้ีสามารถเขียนออกมาเป็นสภาวะการทาํ งานได้ 2 สภาวะดงั น้ี 1. ถา้ กาํ หนดให้ความตา้ นทาน (R) ในวงจรคงที่ กระแส (I) ในวงจรจะไหลไดม้ ากเม่ือจ่ายแรงดนั (E) ให้วงจรมาก และกระแส (I) ในวงจรจะไหลไดน้ อ้ ย เมอ่ื จา่ ยแรงดนั (E) ในวงจรนอ้ ย เขยี นความสัมพนั ธ์ออกมา ไดด้ งั รูปท่ี 4.3 และเขยี นเป็นสมการไดด้ งั สมการท่ี (4 – 1) + I = 0.3 A + E I = 0.6 A R 3V RE 10 Ω 10 Ω 6 V - - (ก) แรงดนั นอ้ ยกระแสไหลนอ้ ย (ข) แรงดนั มากกระแสไหลมาก รูปที่ 4.3 เมอื่ ความตา้ นทานคงท่ี กระแสไหลเปลี่ยนแปลงตามแรงดนั I ∝ E เมื่อ R คงท่ี .....(4-1)

2. ถา้ กาํ หนดให้แรงดนั (E) ในวงจรคงท่ี กระแส (I) ในวงจรจะไหลไดม้ ากเมื่อต่อตวั ตา้ นทานในวงจร มีค่าความต้านทาน (R) น้อย และกระแส (I) ในวงจรจะไหลได้น้อยเม่ือต่อตวั ต้านทานในวงจรมีค่าความ ตา้ นทาน (R) มาก เขยี นความสมั พนั ธอ์ อกมาไดด้ งั รูปท่ี 4.4 และเขยี นเป็นสมการไดด้ งั สมการที่ (4 – 2) + + I = 0.3 A I = 0.6 A E RE R 6 V 20 Ω 6 V 10 Ω -- (ก) ความตา้ นทานมากกระแสไหลน้อย (ข) ความตา้ นทานนอ้ ยกระแสไหลมาก รูปท่ี 4.4 เมอ่ื แรงดนั คงที่ กระแสไหลเปลี่ยนแปลงตามความตา้ นทาน I ∝ 1 เมอื่ E คงท่ี .....(4-2) R จากสมการท่ี (4 – 1) และ (4 – 2) นาํ มาเขียนเป็ นสมการทางไฟฟ้า เรียกว่ากฎของโอห์มเขียนเป็ น สมการไดด้ งั น้ี I = E .....(4-3) R เมือ่ I = กระแส หน่วยแอมแปร์ (A) E = แรงดนั หน่วยโวลต์ (V) R = ความตา้ นทานหน่วยโอห์ม (Ω) E IR จากสมการที่ 4-3 เป็ นการหาค่ากระแส (I) โดย สามารถยา้ ยสมการเพ่ือหาค่าแรงดนั (E) หรือค่าความ รูปท่ี 4.5 วงกลมสมการกฎของโอหม์ ตา้ นทาน (R) ไดเ้ ช่นเดียวกนั เพื่อให้เขา้ ใจง่ายข้ึน จะนาํ สมการกฎของโอห์มมาเขียนไวใ้ นวงกลม แสดงดงั รูปที่ 4.5

การหาสมการในแต่ละส่วนของวงกลม ทาํ ไดโ้ ดยใชน้ ิ้วมอื ปิ ดส่วนที่ตอ้ งการหาไว้ ส่วนท่เี หลือคือสูตรท่ี ใชใ้ นการคาํ นวณ สมการที่ไดถ้ า้ อยใู่ นแถวเดียวกนั เป็นการคูณกนั และถา้ สมการท่ไี ดอ้ ยตู่ า่ งแถวกนั เป็นการหาร กนั การหาคา่ แรงดนั กระแส และความตา้ นทาน จากวงกลมสมการกฎของโอหม์ แสดงไดด้ งั รูปที่ 4.6 E E=IR IR (ก) สมการหาค่าแรงดนั (E) I=ER E IR (ข) สมการหาค่ากระแส (I) E R=EI IR (ค) สมการหาคา่ ความตา้ นทาน (R) รูปที่ 4.6 การหาคา่ แรงดนั กระแส และความตา้ นทานจากวงกลมสมการกฎของโอห์ม 4.3 การแก้ปัญหาวงจรไฟฟ้าด้วยกฎของโอห์ม

เราสามารถนาํ กฎของโอห์มไปช่วยแกป้ ัญหาการคาํ นวณค่าต่างๆ ในวงจรไฟฟ้าได้ โดยการแทนค่า ปริมาณไฟฟ้าดว้ ยกฎของโอห์ม คาํ นวณหาค่าปริมาณไฟฟ้าท่ีตอ้ งการออกมา ช่วยให้เกิดความสะดวกต่อการ ทาํ งานทางไฟฟ้า ช่วยลดข้นั ตอนในการปฏบิ ตั ิงานลง และทาํ ให้เกิดความปลอดภยั ในการทาํ งานของวงจรไฟฟ้า สิ่งสาํ คญั ของการใชก้ ฎของโอหม์ คอื การแทนคา่ ในการคาํ นวณทุกคร้ัง จาํ เป็นตอ้ งทาํ ใหค้ า่ ปริมาณไฟฟ้าท้งั หมด ที่ใชค้ าํ นวณ อยใู่ นหน่วยมาตรฐานทถี่ กู ตอ้ ง จึงจะทาํ ใหค้ ่าทค่ี าํ นวณไดม้ ีความถกู ตอ้ ง ส่วนผลลพั ธท์ ่คี าํ นวณได้ ควรแสดงค่าตวั เลข ให้มหี ลกั ทเ่ี หมาะสม และบอกบททเ่ี หมาะสมกาํ กบั ไว้ เพ่อื ลดความผิดพลาดจากการเขียนค่า และการอ่านค่าเหล่าน้นั ตัวอย่างท่ี 4.1 เตาไฟฟ้าใช้แรงดนั ไฟสลบั 220 V มกี ระแสไหลผ่าน 5 A จงหาค่าความตา้ นทานของเตาไฟฟ้า เครื่องน้ี I=5A R=?Ω E 220 V รูปท่ี 4.7 วงจรเตาไฟฟ้าตอ้ งการหาคา่ ความตา้ นทาน วธิ ที าํ E I สูตร R = เม่ือ R = ? E = 220 V I = 5A 220 V แทนค่า R = 5A = 44 Ω = 44 Ω ∴ ความตา้ นทานของเตาไฟฟ้า ตอบ

ตัวอย่างท่ี 4.2 กระตกิ ตม้ น้าํ ไฟฟ้ามคี วามตา้ นทาน 16 Ω ใชก้ บั แรงดนั ไฟสลบั 220 V จะมกี ระแสไหลผ่านกระติก น้าํ ร้อนเท่าไร I=?A R = 16 Ω E 220 V รูปท่ี 4.8 วงจรกระตกิ น้าํ รอ้ นตอ้ งการหาค่ากระแส วธิ ีทาํ E R สูตร I = เมื่อ I = ? E = 220 V R = 16 Ω 220 V แทนคา่ I = 16 Ω = 13.75 A ∴ กระแสไหลผ่านกระติกตม้ น้าํ ไฟฟ้า = 13.75 A ตอบ ตวั อย่างที่ 4.3 เคร่ืองขยายเสียงมีความตา้ นทาน 240 Ω ขณะทาํ งานมกี ระแสไหลในวงจร 0.5 A จะมแี รงดนั จ่ายให้ เคร่ืองขยายเสียงเทา่ ไร I = 0.5 A R = 240 Ω + E=?V -

วิธีทํา รูปท่ี 4.9 วงจรเคร่ืองขยายเสียงตอ้ งการหาคา่ แรงดนั สูตร E = IR เมอื่ E = ? I = 0.5 A R = 240 Ω แทนค่า E = 0.5 A × 240 Ω = 120 V ∴ แรงดนั จา่ ยใหเ้ คร่ืองขยายเสียง = 120 V ตอบ 4.4 กาํ ลงั ไฟฟ้าสัมพนั ธ์กับกฎของโอห์ม กาํ ลงั (Power) คอื อตั ราการทาํ งานในหน่ึงหน่วยเวลา โดยกาํ ลงั จะมคี วามสัมพนั ธก์ บั เวลาเสมอ กาํ ลงั มี หน่วยเป็ นวตั ต์ (W) เมอื่ กาํ ลงั ถูกใช้งานทางดา้ นไฟฟ้า จึงเรียกว่า กาํ ลงั ไฟฟ้า (Electrical Power ; P) คือ อตั ราการ ใชพ้ ลงั งานไฟฟ้า (W) มีหน่วยเป็นจูล (J) ทาํ ให้อิเล็กตรอนเคลื่อนท่ีจากจุดหน่ึงไปยงั อีกจุดหน่ึง ในเวลา (t) มี หน่วยเป็นวนิ าที (s) เขียนออกมาเป็นสมการไดด้ งั น้ี P = W .....(4-4) t เมอ่ื P = กาํ ลงั ไฟฟ้า หน่วยวตั ต์ (W) W = พลงั งานไฟฟ้าหรืองาน หน่วยจลู (J) t = เวลา หน่วยวินาที (s) กาํ ลงั ไฟฟ้าเมือ่ ถกู นาํ มาใชง้ านร่วมกบั กฎของโอหม์ สามารถเขยี นความสัมพนั ธ์กนั ไดด้ งั น้ี กาํ ลังไฟฟ้า (P) 1 วัตต์ (W) คือ อัตราของงานที่ถูกกระทําในวงจรไฟฟ้าซึ่งเกิดกระแส (I) ไหล 1 แอมแปร์ (A) เมื่อมีแรงดัน (E) จ่ายให้วงจร 1 โวลต์ (V) กาํ ลงั ไฟฟ้าหาไดจ้ ากผลคณู ของแรงดนั มหี น่วยเป็นโวลต์ คณู ดว้ ยกระแส มหี น่วย เป็นแอมแปร์ เขยี นเป็นสมการไดด้ งั น้ี .....(4-5)

P = EI เมื่อ P = กาํ ลงั ไฟฟ้า หน่วยวตั ต์ (W) E = แรงดนั หน่วยโวลต์ (V) I = กระแส หน่วยแอมแปร์ (A) จากสมการที่ 4 – 5 เป็นการหาคา่ กาํ ลงั ไฟฟ้า (P) เราสามารถย้ายสมการเพ่ือหาค่าแรงดัน (E) หรื อ P ค่ากระแส (I) ไดเ้ ช่นเดียวกนั เพ่ือให้เขา้ ใจง่ายข้ึน EI โดยนาํ สมการหาค่ากาํ ลงั ไฟฟ้ามาเขียนไวใ้ นวงกลม แสดงดงั รูปท่ี 4.10 ต้องการหาค่าปริมาณไฟฟ้าใด ให้ใช้นิ้วมือ ปิ ดปริมาณไฟฟ้าน้นั ไว้ ส่วนที่เหลอื คอื คา่ สมการทหี่ า รูปท่ี 4.10 วงกลมสมการกาํ ลงั ไฟฟ้า ได้ สมการทไี่ ดอ้ ยใู่ นแถวเดียวกนั คอื การคณู กนั สมการท่ีไดอ้ ยู่ต่างแถวกนั คอื การหารกนั เมื่อนาํ กฎของโอห์มมาแทนค่าลงในสมการหากาํ ลงั ไฟฟ้า ทาํ ให้สมการใช้คาํ นวณกาํ ลงั ไฟฟ้าเกิดการ เปลยี่ นแปลงไป สมการมีความสัมพนั ธ์กนั แสดงให้เห็นไดด้ งั ตวั อยา่ งดงั น้ี จากสมการกาํ ลงั ไฟฟ้า P = EI E นาํ สมการกฎของโอหม์ I = R แทนคา่ ลงไป จะได้ P = E × E = E2 เป็ นตน้ R R เม่ือนาํ สมการกฎของโอห์มและสมการกาํ ลงั ไฟฟ้า มาเขียนรวมกนั ในรูปวงกลม สามารถเขยี นออกมาได้ หลายคา่ แสดงดงั รูปที่ 4.11

รูปที่ 4.11 วงกลมสมการกฎของโอหม์ สมั พนั ธก์ บั กาํ ลงั ไฟฟ้า 4.5 การแปลงหน่วยปริมาณไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้าท้งั 4 ค่า ไดแ้ ก่ แรงดนั กระแส ความตา้ นทาน และกาํ ลงั ไฟฟ้า ทน่ี าํ ไป ใชง้ าน หรือใชใ้ น การคาํ นวณคา่ โดยปกติหน่วยของปริมาณไฟฟ้าเหล่าน้นั จะตอ้ งอยใู่ นหน่วยมาตรฐาน คอื แรงดนั (E) มหี น่วยเป็น โวลต์ (V) กระแส (I) มีหน่วยเป็ นแอมแปร์ (A) ความตา้ นทาน (R) มีหน่วยเป็ นโอห์ม (Ω) และกาํ ลงั ไฟฟ้า (P) มี หน่วยเป็ นวตั ต์ (W) แต่การใชง้ านแต่ละคร้ังมีโอกาสใช้หน่วยปริมาณไฟฟ้าท่ีแตกต่างไปจากหน่วยปกติ จึง จาํ เป็นตอ้ งแปลงหน่วยใชง้ านใหอ้ ยใู่ นหน่วยปกติก่อนการคาํ นวณค่าเสมอ เพราะถา้ ใช้หน่วยไม่ถูกตอ้ ง จะทาํ ให้ ผลลพั ธท์ ่ีคาํ นวณไดเ้ กิดความผิดพลาด หน่วยของปริมาณไฟฟ้าท้งั 4 ค่า แบง่ ยอ่ ยออกไดด้ งั น้ี 1. หน่วยแรงดัน แบ่งออกเป็ นหน่วยยอ่ ย คือ ไมโครโวลต์ (µV) มิลลิโวลต์ (mV) โวลต์ (V) กิโลโวลต์ (kV) และเมกะโวลต์ (MV) ความสมั พนั ธ์ของหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี 1 โวลต์ (V) = 1,000 มลิ ลิโวลต์ (mV) = 1 × 103 มลิ ลโิ วลต์ (mV) = 1,000,000 ไมโครโวลต์ (µV) = 1 × 106 ไมโครโวลต์ (µV) 1 1 มลิ ลิโวลต์ (mV) = 1,000 โวลต์ (V) = 1 × 10-3 โวลต์ (V) 1 ไมโครโวลต์ (µV) = 1 × 10-6 โวลต์ (V) = 1 โวลต์ (V) 1,000,000 1 กิโลโวลต์ (kV) = 1,000 โวลต์ (V) = 1 × 103 โวลต์ (V) 1 เมกะโวลต์ (MV) = 1,000,000 โวลต์ (V) = 1 × 106 โวลต์ (V) 2. หน่วยกระแส แบ่งออกเป็ นหน่วยยอ่ ย คือ ไมโครแอมแปร์ (µA) มิลลิแอมแปร์ (mA) แอมแปร์ (A) กิโลแอมแปร์ (kA) และเมกะแอมแปร์ (MA) ความสัมพนั ธข์ องหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี

1 แอมแปร์ (A) = 1,000 มิลลแิ อมแปร์ (mA) = 1 × 103 มิลลแิ อมแปร์ (mA) = 1,000,000 ไมโครแอมแปร์ (µA) = 1 × 106 ไมโครแอมแปร์ (µA) 1 มลิ ลิแอมแปร์ (mA) 1 = 1 × 10-3 แอมแปร์ (A) 1ไมโครแอมแปร์ (µA) = 1,000 แอมแปร์ (A) 1 กิโลแอมแปร์ (kA) = 1 × 10-6 แอมแปร์ (A) 1 เมกะแอมแปร์ (MA) = 1 แอมแปร์ (A) = 1 × 103 แอมแปร์ (A) 1,000,000 = 1 × 106 แอมแปร์ (A) = 1,000 แอมแปร์ (A) = 1,000,000 แอมแปร์ (A) 3. หน่วยความต้านทาน แบง่ ออกเป็นหน่วยยอ่ ย คอื ไมโครโอห์ม (µΩ) มิลลโิ อหม์ (mΩ) โอห์ม (Ω) กิโลโอหม์ (kΩ) และเมกะโอหม์ (MΩ) ความสมั พนั ธข์ องหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี 1 โอหม์ (Ω) = 1,000 มิลลิโอห์ม (mΩ) = 1 × 103 มิลลิโอห์ม (mΩ) = 1,000,000 ไมโครโอห์ม (µΩ) = 1 × 106 ไมโครโอหม์ (µΩ) 1 มิลลโิ อหม์ (mΩ) 1 = 1 × 10-3 โอหม์ (Ω) 1 ไมโครโอห์ม (µΩ) = 1,000 โอห์ม (Ω) 1 กิโลโอหม์ (kΩ) = 1 × 10-6 โอห์ม (Ω) 1 เมกะโอห์ม (MΩ) = 1 โอห์ม (Ω) = 1 × 103 โอห์ม (Ω) 1,000,000 = 1 × 106 โอห์ม (Ω) = 1,000 โอห์ม (Ω) = 1,000,000 โอห์ม (Ω) 4. หน่วยกําลังไฟฟ้า แบ่งออกเป็นหน่วยย่อย คือ มิลลิวตั ต์ (mW) วตั ต์ (W) กิโลวตั ต์ (kW) และเมกะ วตั ต์ (MW) ความสมั พนั ธ์ของหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี 1 วตั ต์ (W) = 1,000 มิลลิวตั ต์ (mW) = 1 × 103 มิลลิวตั ต์ (mW) 1 มลิ ลวิ ตั ต์ (mW) 1 = 1 × 10-3 วตั ต์ (W) 1 กิโลวตั ต์ (kW) = 1,000 วตั ต์ (W) = 1 × 103 วตั ต์ (W) 1 เมกะวตั ต์ (MW) = 1 × 106 วตั ต์ (W) = 1,000 วตั ต์ (W) = 1,000,000 วตั ต์ (W)

ตวั อย่างท่ี 4.4 แปลงหน่วยปริมาณไฟฟ้าให้อยใู่ นบทที่ตอ้ งการ (1) 632,850 V ใหเ้ ป็นหน่วย kV (2) 412,900 µV ใหเ้ ป็นหน่วย mV (3) 25,800 µV ให้เป็นหน่วย V (4) 5,620 mA ให้เป็นหน่วย A (5) 0.075 A ให้เป็นหน่วย mA (6) 4,750,000 µA ให้เป็นหน่วย A (7) 2.65 MΩ ใหเ้ ป็นหน่วย Ω (8) 68.5 kΩ ให้เป็นหน่วย Ω (9) 560,000 Ω ให้เป็นหน่วย kΩ (10) 8,490,000 W ให้เป็นหน่วย MW (11) 42,800 mW ใหเ้ ป็นหน่วย W (12) 560 MW ใหเ้ ป็นหน่วย kW วิธที าํ 632,850 1,000 (1) เป็นหน่วย kV 632,850 V = V = 632.85 kV (2) เป็นหน่วย mV 412,900 µV = 412,900 mV = 412.9 mV 1,000 25,800 (3) เป็นหน่วย V 25,800 µV = 1,000,000 V = 0.0258 V (4) เป็นหน่วย A 5,620 mA = 5,620 A = 5.62 A 1,000 (5) เป็นหน่วย mA 0.075 A = 0.075 × 1,000 mA = 75 mA 4,750,000 (6) เป็นหน่วย A 4,750,000 µA = 1,000,000 A = 4.75 A (7) เป็นหน่วย Ω 2.65 MΩ = 2.65 × 1,000,000 Ω = 2,650,000 Ω (8) เป็นหน่วย Ω 68.5 kΩ = 68.5 × 1,000 Ω = 68,500 Ω 560,000 (9) เป็นหน่วย kΩ 560,000 Ω = 1,000 kΩ = 560 kΩ

(10) เป็นหน่วย MW 8,490,000 W = 8,490,000 MW = 8.49 MW 1,000,000 (11) เป็นหน่วย W 42,800 mW 42,800 = 42.8 W (12) เป็นหน่วย kW 560 MW = 1,000 W = 560,000 kW ตอบ = 560 × 1,000 kW 4.6 การคาํ นวณค่ากําลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า ส่วนใหญ่กาํ ลงั ไฟฟ้าจะถูกบอกค่ากาํ กบั ไวท้ ี่เคร่ืองใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น เตาไฟฟ้า กระติกตม้ น้าํ ไฟฟ้า เตา รีดไฟฟ้า หม้อหุงข้าวไฟฟ้า เตาไมโครเวฟ และหลอดไฟฟ้า เป็ นต้น นอกจากน้ันยงั ถูกบอกไวก้ ับอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์อีกหลายชนิด เช่น เครื่องเสียง ลาํ โพง ตวั ตา้ นทาน และหัวแร้งไฟฟ้า เป็ นตน้ กาํ ลงั ไฟฟ้าของ อุปกรณ์ไฟฟ้า และเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เป็ นตัวบอกให้ทราบถึงค่าการใช้กระแสของอุปกรณ์ไฟฟ้า และ เคร่ืองใชไ้ ฟฟ้าเหลา่ น้ัน ทาํ ให้ทราบถงึ คา่ ความสิ้นเปลอื งการใชไ้ ฟฟ้า การคาํ นวณหาคา่ กาํ ลงั ไฟฟ้าทาํ ไดห้ ลาย วธิ ีดว้ ยกนั โดยใชส้ ูตรคาํ นวณในวงกลมสมการกฎของโอห์มสมั พนั ธก์ บั กาํ ลงั ไฟฟ้าตามรูปท่ี 4.11 ตัวอย่างที่ 4.5 หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้าใชแ้ รงดนั 220 V มีกระแสไหลผ่าน 7.5 A จงหาค่ากาํ ลงั ไฟฟ้าของหมอ้ หุงขา้ ว ไฟฟ้าเคร่ืองน้ี I = 7.5 A P=?W E 220 V รูปที่ 4.12 หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้าตอ้ งการหาคา่ กาํ ลงั ไฟฟ้า วธิ ที าํ สูตร P = EI เมื่อ P = ? E = 220 V I = 7.5 A แทนค่า P = 220 V × 7.5 A = 1,650 W

∴ หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้าใชก้ าํ ลงั ไฟฟ้า = 1,650 W ตอบ ตวั อย่างท่ี 4.6 เตารีดไฟฟ้ามคี วามตา้ นทาน 24.2 Ω ใชก้ บั แรงดนั 220 V จงหาค่ากระแส และกาํ ลงั ไฟฟ้าของเตา รีดไฟฟ้าเคร่ืองน้ี P=?W I=?A R = 24.2 Ω E 220 V รูปที่ 4.13 เตารีดไฟฟ้าตอ้ งการหาคา่ กระแส และกาํ ลงั ไฟฟ้า วธิ ที าํ E R 1. หากระแสทไ่ี หลในวงจร จากสูตร I = เมอื่ I = ? E = 220 V R = 24.2 Ω 220 V แทนคา่ I = 24.2Ω = 9.09 A 2. หากาํ ลงั ไฟฟ้าของเตารีดไฟฟ้า จากสูตร P = E2 R เม่ือ P = ? E = 220 V R = 24.2 Ω (220 V)2 48,400 V2 แทนค่า P = 24.2 Ω = 24.2 Ω = 2,000 W ∴ กระแสที่ไหลในวงจร = 9.09 A

∴ กาํ ลงั ไฟฟ้าของเตารีดไฟฟ้า = 2,000 W ตอบ ตัวอย่างที่ 4.7 หลอดไฟฟ้าขนาด 108 W เมื่อทาํ งานมกี ระแสไหลผา่ น 9 A จงหาค่าแรงดนั ทจ่ี ่ายให้วงจร และคา่ ความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้าหลอดน้ี I=9A + R=?Ω P = 108 W E=?V - รูปท่ี 4.14 หลอดไฟฟ้าตอ้ งการหาคา่ แรงดนั และความตา้ นทาน วธิ ีทํา P I 1. หาแรงดนั ทจ่ี ่ายใหว้ งจร จากสูตร E = เมอ่ื E = ? P = 108 W I = 9A 108W แทนคา่ E = 9A = 12 V 2. หาความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้า จากสูตร R = P I2 เมื่อ R = ? P = 108 W I = 9A แทนคา่ R = 108W = 108W = 1.33 Ω (9A)2 81 A2 ∴ แรงดนั ท่ีจ่ายใหว้ งจร = 12 V ตอบ ∴ ความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้า = 1.33 Ω

4.7 พลงั งานไฟฟ้า พลงั งาน (Energy) คือ ความสามารถของสิ่งใดๆ ที่เมื่อทาํ งานแลว้ ไดง้ าน (Work) ออกมา เมื่อพลงั งานถกู ใช้งานทางด้านไฟฟ้า จึงเรียกว่า พลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy ; W) คือ พลังงานที่ต้องการสําหรับ เคลอื่ นยา้ ยประจไุ ฟฟ้า จาํ นวน 1 คูลอมบ์ (C) ผา่ นเขา้ ไปในทม่ี ีความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้า 1 โวลต์ (V) หรือ 1 คลู อมบ์ โวลต์ (CV) อีกความหมายหน่ึงของพลงั งานไฟฟ้า คอื พลงั งานทใ่ี ชไ้ ปหรือสร้างข้ึนมาใหม่จากกาํ ลงั ไฟฟ้าทส่ี ่งเขา้ มา หรือส่งออกไป โดยมีความสัมพนั ธ์กบั เวลา เช่นใชก้ าํ ลงั ไฟฟ้า 1 วตั ต์ (W) ต่อเน่ือง กนั เป็นเวลา 1 วินาที (s) หรือ 1 วตั ต์ วินาที (Ws) ปกติพลงั งานไฟฟ้าแสดงหน่วยไวเ้ ป็นจูล (J) เขียนออกมาเป็นสมการไดด้ งั น้ี W = Pt .....(4-6) เมื่อ W = พลงั งานไฟฟ้า หน่วยจลู (J) P = กาํ ลงั ไฟฟ้า หน่วยวตั ต์ (W) t = เวลา หน่วยวินาที (s) ไฟฟ้ากระแสสลบั ที่ถูกจ่ายไปใชง้ านตามบา้ นเรือน และในงานอุตสาหกรรมตา่ งๆ อย่าง แพร่หลายใน ปัจจุบนั ถูกผลิตข้ึนมาจากหน่วยงานที่ผลิตไฟฟ้าออกจาํ หน่าย เช่น การไฟฟ้านครหลวง และการไฟฟ้าส่วน ภมู ภิ าค เป็นตน้ การนาํ ไฟฟ้ามาใช้งานจาํ เป็นตอ้ งซ้ือไฟฟ้ามาใช้ การคิดค่าพลงั งานไฟฟ้าท่ใี ชไ้ ป ไมไ่ ดบ้ อกหน่วย พลงั งานไฟฟ้าออกมาเป็นจูล (J) แต่จะบอกออกมาในหน่วยกิโลวตั ต์ – ช่วั โมง (Kilowatt – Hour ; kWh) มกั จะ ถูกเรียกว่า หน่วย หรือยูนิต (Unit) โดยใช้เคร่ืองวดั พลงั งานไฟฟ้า มีช่ือเรียกว่า วตั ต์อาวร์มิเตอร์ (Watthour Meter) ติดต้งั ไวต้ ามฝาผนงั บา้ นเรือน หรือเสาไฟฟ้าใกลบ้ า้ น รูปร่างและการติดต้งั วตั ต์อาวร์มเิ ตอร์ แสดงดงั รูปท่ี 4.15

(ก) รูปร่าง (ข) การติดต้งั ใชง้ าน รูปที่ 4.15 วตั ตอ์ าวร์มเิ ตอร์ การคาํ นวณหาค่าพลงั งานไฟฟ้าใน 1 หน่วย หรือ 1 ยูนิต ที่วดั ออกมาไดด้ ว้ ยวตั ตอ์ าวร์มเิ ตอร์ โดยการ วดั ค่าการใช้พลงั งานไฟฟ้าไป 1 กิโลวตั ต์ (kW) เป็ นเวลา 1 ชัว่ โมง (h) ใชส้ ูตรคาํ นวณในสมการท่ี (4 – 6) ได้ ดงั น้ี W = Pt เม่ือ W = พลงั งานไฟฟ้าหน่วยกิโลวตั ต-์ ชว่ั โมง (kWh) หรือหน่วย, ยนู ิต P = กาํ ลงั ไฟฟ้า หน่วยกิโลวตั ต์ (kW) t = เวลา หน่วยช่วั โมง (h) ตัวอย่างท่ี 4.8 เตาไมโครเวฟขนาด 1,600 W ใช้งานเป็ นเวลา 25 ช่วั โมง จะใช้พลงั งานไฟฟ้าไปเท่าไร และคา่ พลงั งานไฟฟ้าหน่วยละ 3.1381 บาท จะตอ้ งเสียค่าใชจ้ ่ายเทา่ ไร P = 1,600 W E 220 V วิธีทาํ รูปที่ 4.16 วตั ตอ์ าวร์มิเตอร์

1. หาพลงั งานไฟฟ้าท่ใี ชไ้ ป จากสูตร W = Pt เมือ่ W = ? 1,600W P = 1,600 W = 1,000 = 1.6 kW t = 25 h แทนคา่ W = 1.6 kW × 25 h = 40 หน่วย 2. หาคา่ ใชจ้ ่ายในการใชไ้ ฟฟ้า คา่ พลงั งานไฟฟ้าหน่วยละ 3.1381 บาท ใชไ้ ฟฟ้าไป 40 หน่วย เสียคา่ ใชจ้ ่ายในการใชไ้ ฟฟ้า = 3.1381 บาท × 40 หน่วย = 125.52 บาท ตอบ ∴ พลงั งานไฟฟ้าทใี่ ชไ้ ป = 40 หน่วย ∴ เสียค่าใชจ้ า่ ยในการใชไ้ ฟฟ้า = 125.52 บาท 4.8 บทสรุป กฎของโอห์มกาํ หนดข้ึนมาจากความสัมพนั ธ์ของ แรงดนั กระแส และความตา้ นทาน การทาํ งานใน วงจรไฟฟ้าตอ้ งประกอบดว้ ยส่วนประกอบอยา่ งนอ้ ย 3 ส่วน คือ แรงดนั กระแส และความตา้ นทาน วงจรไฟฟ้าจึง สามารถทาํ งานได้ กฎของโอห์มเขียนออกมาเป็ นสูตรได้ E = IRหน่วยปริมาณไฟฟ้าตอ้ งอยู่ในหน่วยพ้ืนฐาน คือ กระแสเป็นแอมแปร์ (A) แรงดนั เป็นโวลต์ (V) และความตา้ นทานเป็นโอห์ม (Ω) กาํ ลงั ไฟฟ้า (P) 1W คือ อตั ราของงานท่ีถูกกระทาํ ในวงจรซ่ึงเกิดกระแส (I) 1A เม่ือมีแรงดนั (E) 1V เขียนเป็นสูตรออกมาได้ P = EI นอกจากน้นั ยงั สามารถนาํ สมการกฎของโอห์มมาแทนค่าสมการของกาํ ลงั ไฟฟ้า (P) ได้ ทาํ ให้สูตรใชใ้ นการคาํ นวณทางไฟฟ้าเพิม่ ข้ึน พลังงานไฟฟ้า (W) คือ พลงั งานท่ีถูกใช้ไปหรือถูกสร้างข้ึนมาใหม่ จากกาํ ลงั ไฟฟ้าที่ส่งเข้ามาหรือ ส่งออกไป โดยมคี วามสัมพนั ธก์ บั เวลา พลงั งานไฟฟ้าทถี่ ูกนาํ มาใชง้ านตามบา้ นเรือนอยใู่ นรูปไฟฟ้ากระแสสลบั จะคิดออกมาเป็นกิโลวตั ต-์ ชว่ั โมง (kWh) โดยใชเ้ คร่ืองวดั พลงั งานไฟฟ้า เรียกว่า วตั ตอ์ าวร์มิเตอร์ การคาํ นวณหาค่าพลงั งานไฟฟ้าใน 1 หน่วย หรือ 1 ยนู ิต ที่วดั ออกมาไดด้ ว้ ยวตั ตอ์ าวร์มิเตอร์ โดยการวดั ค่าการใชพ้ ลงั งานไฟฟ้าไป 1 กิโลวตั ต์ (kW) เป็นเวลา 1 ชว่ั โมง (h) เขียนเป็นสูตรออกมาได้ W = Pt