(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมฟิสิกส์4

ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส 285 ครูให้นกั เรียนอภปิ รายเก่ียวกับ กราฟเส้นตรงทีไ่ ด้จากกจิ กรรม 14.2 กับสมการ 14.6 จนสรปุ ไดว้ า่ ความชันของกราฟเส้นตรงทไ่ี ดจ้ ากกิจกรรม 14.2 คือ คา่ ตดิ ลบของความต้านทานภายใน และ จดุ ตดั แกน คอื จุดทคี่ วามต่างศักย์ระหว่างขวั้ แบตเตอรเี่ ท่ากบั อเี อม็ เอฟของแบตเตอรี่ แนวคำ�ตอบชวนคิด ความตา้ นทานภายในของแบตเตอร่ี มคี า่ คงตวั หรอื ไม่ แนวคำ�ตอบ ความตา้ นทานภายในของแบตเตอรมี่ คี า่ คงตวั ในชว่ งเวลาหนง่ึ เนอ่ื งจากความตา้ นทาน ภายในของแบตเตอรี่ r มีค่าเท่ากับค่าติดลบของความชันของกราฟเส้นตรงตามสมการ 'V E  Ir ซึ่งเป็นกราฟเส้นตรง แต่เมื่อแบตเตอร่ีเก่ามากขึ้น ความต้านทานภายในจะมีค่า มากข้นึ ดว้ ย ครอู าจใหน้ กั เรยี นศกึ ษาคน้ ควา้ เพม่ิ เตมิ เกย่ี วกบั แนวทางการใชแ้ บตเตอรที่ ปี่ ลอดภยั มปี ระสทิ ธภิ าพ และช่วยให้แบตเตอร่ีมีอายุการใชง้ านไดน้ าน แล้วน�ำ มาเสนอและอภิปรายร่วมกันในช้ันเรยี น ครูใหน้ ักเรยี นศกึ ษาตวั อย่าง 14.7 โดยมคี รแู นะน�ำ จากนัน้ ใหน้ กั เรียนตอบค�ำ ถามตรวจสอบความ เขา้ ใจและท�ำ แบบฝกึ หดั 14.3 โดยเลอื กเฉพาะขอ้ ทเ่ี กยี่ วขอ้ งกบั พลงั งานไฟฟา้ และความตา่ งศกั ยข์ องวงจร ไฟฟ้ากระแสตรง ท้งั นี้ อาจมกี ารเฉลยคำ�ตอบและอภปิ รายค�ำ ตอบรว่ มกัน แนวการวดั และประเมนิ ผล 1. ความรู้เก่ียวกับพลังงานและความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง จากคำ�ถามตรวจสอบ ความเขา้ ใจ 14.3 2. ทักษะการวัด การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป ความร่วมมือ การทำ�งานเป็น ทมี และภาวะผู้น�ำ จากการอภิปรายร่วมกนั และรายงานผลการทำ�กจิ กรรม 14.2 3. ทักษะการส่ือสารสารสนเทศและการรเู้ ทา่ ทนั สือ่ จากการอภปิ รายร่วมกนั 4. ทักษะการแก้ปัญหาและการใช้จำ�นวน จากการหาความชันของกราฟ การแก้โจทย์ปัญหาและ การค�ำ นวณปรมิ าณตา่ ง ๆ เกย่ี วกบั พลงั งานและความตา่ งศกั ยใ์ นวงจรไฟฟา้ กระแสตรง ในการท�ำ กจิ กรรม 14.2 และในแบบฝึกหัด 14.3 5. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความมเี หตผุ ล ความมงุ่ มนั่ อดทน และดา้ นความรอบคอบ จากการอภปิ ราย รว่ มกัน และการทำ�กจิ กรรม 14.2 6. จิตวิทยาศาสตรด์ า้ นความซ่ือสตั ย์ จากรายงานผลการทดลอง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

286 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟิสิกส์ เล่ม 4 14.3.2 พลงั งานไฟฟ้าและก�ำ ลังไฟฟา้ ของเครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ กระแสตรง ความเขา้ ใจคลาดเคลอ่ื นที่อาจเกดิ ข้ึน ความเขา้ ใจคลาดเคล่ือน แนวคิดที่ถกู ต้อง 1. เคร่ืองใช้ไฟฟ้าท่ีใช้กับอีเอ็มเอฟหรือ แรงดัน 1. เครอื่ งใชไ้ ฟฟา้ ทมี่ คี วามตา้ นทานมากกวา่ จะมี ไฟฟ้าเดียวกัน เคร่ืองใช้ท่ีมีความต้านทาน กำ�ลงั ไฟฟา้ น้อยกว่า ไฟฟ้ามากจะมีก�ำ ลังไฟฟา้ มากกว่า 2. กำ�ลังไฟฟ้าของเคร่ืองใช้ไฟฟ้าที่ระบุไว้ 2. กำ�ลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้าท่ีระบุไว้ บนฉลาก เป็นกำ�ลังไฟฟ้าที่ได้ออกมาจาก บนฉลาก โดยทวั่ ไปจะหมายถงึ อตั ราการสนิ้ เปลอื ง เคร่อื งใชไ้ ฟฟา้ นัน้ พลังงานของเคร่ืองใช้ไฟฟ้าน้ัน สิง่ ทค่ี รูต้องเตรียมลว่ งหนา้ 1. มอบหมายใหน้ กั เรยี นแตล่ ะคนน�ำ ใบแจง้ คา่ ไฟฟา้ ทบี่ า้ นของนกั เรยี นมา โดยเปน็ ใบแจง้ คา่ ไฟฟา้ ของเดือนท่ผี ่านมา แนวการจดั การเรยี นรู้ ครชู ้แี จงจดุ ประสงคก์ ารเรียนร้ขู ้อท่ี 11 ของหัวข้อ 14.3 ตามหนังสอื เรียน ครนู ำ�เขา้ สู่หัวขอ้ 14.3.2 โดยน�ำ อภิปรายทบทวนเกย่ี วกบั ความรูเ้ รอื่ ง งาน พลงั งาน และ ก�ำ ลงั ที่ได้ เรียนรู้ในหัวข้องานและพลังงาน ที่ผ่านมา จากนั้นครูถามนักเรียนว่า พลังงานไฟฟ้า และ กำ�ลังไฟฟ้า หมายถงึ อะไร และสามารถหาคา่ ไดอ้ ยา่ งไร โดยเปดิ โอกาสใหน้ กั เรยี นแสดงความคดิ เหน็ อยา่ งอสิ ระ ไมค่ าดหวงั คำ�ตอบที่ถกู ตอ้ ง ครูให้นักเรียนศึกษาเกี่ยวกับพลังงานไฟฟ้าและกำ�ลังไฟฟ้า ในหนังสือเรียนหน้า 210 - 211 แล้ว อภิปรายรว่ มกนั จนสรุปได้สมการ (14.7) และ (14.8) โดยครูควรเนน้ วา่ กำ�ลังไฟฟ้าคือพลังงานที่เครอื่ ง ใชไ้ ฟฟา้ ใชไ้ ปในหนง่ึ หน่วยเวลา ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 14.8 และ 14.9 โดยครูเป็นผู้ให้คำ�แนะนำ� จากน้ัน ครูต้ังคำ�ถามให้ นักเรียนอภิปรายว่า หน่วยวัดพลังงานไฟฟ้าท่ีบ้านของนักเรียนใช้ไปซึ่งปรากฏในใบแจ้งค่าไฟฟ้า ที่ใช้มี หนว่ ยเป็นอะไร เพราะเหตุใด แลว้ ครนู ำ�อภิปรายจนสรปุ ได้ตามรายละเอยี ดในหนังสอื เรียนหน้า 213 ท้งั น้ี ครอู าจใหน้ กั เรยี นค�ำ นวณพลงั งานไฟฟา้ ในหนว่ ยจลู จากใบแจง้ คา่ ไฟฟา้ ทน่ี �ำ มา และอภปิ รายรว่ มกนั เกย่ี วกบั ปริมาณพลังงานไฟฟ้าท่ีบ้านนักเรียนใช้ไปรวมทั้งแนวทางการใช้พลังงานไฟฟ้าให้น้อยลง เพ่ือให้นักเรียน ตระหนกั ถึงการประหยัดพลังงานไฟฟา้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส 287 ครูตรวจสอบความเข้าใจนักเรียนโดยให้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจและทำ� แบบฝกึ หดั 14.3 เฉพาะขอ้ ทเ่ี กย่ี วขอ้ งกบั พลงั งานไฟฟา้ และก�ำ ลงั ไฟฟา้ ของเครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ กระแสตรง ทง้ั น้ี อาจมกี ารเฉลยคำ�ตอบและอภิปรายค�ำ ตอบรว่ มกัน แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู้เก่ียวกับพลังงานไฟฟ้าและกำ�ลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง จากคำ�ถาม ตรวจสอบความเขา้ ใจ 14.3 2. ทักษะการแก้ปัญหาและการใช้จำ�นวน จากการแก้โจทย์ปัญหาและการคำ�นวณปริมาณต่าง ๆ เกยี่ วกบั พลังงานในวงจรไฟฟา้ กระแสตรง ในแบบฝึกหดั 14.3 3. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความมเี หตผุ ล จากการอภปิ รายรว่ มกนั และดา้ นความรอบคอบ จากการท�ำ แบบฝึกหดั 14.3 แนวค�ำ ตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ 14.3 1. อเี อ็มเอฟคอื อะไร แนวค�ำ ตอบ อีเอ็มเอฟคือพลังงานจากแหล่งกำ�เนิดไฟฟ้าท่ีประจุไฟฟ้าได้รับต่อหนึ่งหน่วย ประจุเมือ่ เคลือ่ นที่ผา่ นแหลง่ ก�ำ เนดิ ไฟฟา้ 2. ส�ำ หรบั วงจรไฟฟา้ ทม่ี แี บตเตอรแ่ี ละตวั ตา้ นทาน การถา่ ยโอนพลงั งานจากแบตเตอรไ่ี ปยงั ตวั ตา้ นทาน เปน็ ไปตามกฎการอนุรกั ษพ์ ลงั งานหรือไม่ อยา่ งไร แนวคำ�ตอบ ถ้าพิจารณาเฉพาะแบตเตอรี่กับตัวต้านทาน ถือว่าไม่เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์ พลังงาน เพราะมพี ลังงานส่วนหน่งึ สญู เสยี ไปกบั ความตา้ นทานภายในแบตเตอร่ี โดยพลังงาน ไฟฟา้ ทแ่ี บตเตอรจ่ี า่ ยออกมาจะมากกวา่ ผลรวมพลงั งานไฟฟา้ ทต่ี วั ตา้ นทานในวงจรไดร้ บั แตถ่ า้ พิจารณาทั้งวงจร ถือวา่ เป็นไปตามกฎการอนรุ ักษ์พลังงาน ตามสมการ E 'V  Ir 3. เพราะเหตุใด เมอื่ ใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ จากแบตเตอร่ี จงึ ท�ำ ให้แบตเตอรรี่ ้อน แนวค�ำ ตอบ เพราะแบตเตอรม่ี คี วามตา้ นทานภายใน เมอ่ื มกี ระแสไฟฟา้ ในวงจร จะมปี ระจไุ ฟฟา้ เคลอ่ื นทผ่ี า่ นความตา้ นทานภายในของแบตเตอร่ี จงึ ใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ ไปจ�ำ นวนหนง่ึ เปลย่ี นเปน็ ความรอ้ น ทำ�ใหแ้ บตเตอร่รี อ้ นซง่ึ เปน็ พลังงานไฟฟา้ ทส่ี ญู เสียไป สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

288 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟิสกิ ส์ เล่ม 4 4. ถ้านำ�โทรศัพท์เคลื่อนที่รุ่นใหม่ที่ประหยัดพลังงานกว่ารุ่นเก่า มาใช้กับแบตเตอรี่ขนาดเท่าเดิม กระแสไฟฟ้าทีแ่ บตเตอรีใ่ หก้ ับโทรศพั ท์รนุ่ ใหม่จะมากขนึ้ หรือลดลง จงอธิบาย แนวคำ�ตอบ โทรศพั ทท์ ป่ี ระหยดั พลงั งานกวา่ แสดงวา่ มกี �ำ ลงั ไฟฟา้ นอ้ ยกวา่ เมอ่ื ใชก้ บั แบตเตอร่ี ท่ีมีอีเอ็มเอฟเทา่ กนั จะใช้กระแสไฟฟา้ นอ้ ยกวา่ ตามสมการ P I 'V 5. การพิจารณาพลังงานไฟฟ้าที่เครื่องใช้ไฟฟ้าเครื่องหนึ่งใช้ไปในช่วงเวลาหนึ่ง ให้พิจารณาจาก ปรมิ าณอะไรทีร่ ะบบุ นฉลากของเครอ่ื งใช้ไฟฟา้ แนวค�ำ ตอบ กำ�ลังไฟฟ้า หรือ ผลคูณระหว่างกระแสไฟฟ้ากับความต่างศักย์ ตามสมการ P I 'V 6. กโิ ลวตั ต์ ชัว่ โมง เปน็ หน่วยของปริมาณใด แนวค�ำ ตอบ พลังงานไฟฟ้า เฉลยแบบฝึกหัด 14.3 1. แบตเตอร่มี ีอีเอม็ เอฟ 3 โวลต์ และความตา้ นทานภายใน 1 โอหม์ ตอ่ กบั ตัวตา้ นทานแล้วพบวา่ มกี ระแสไฟฟา้ ในวงจร 0.5 แอมแปร์ จงหาความต่างศักย์ระหวา่ งปลายของตัวต้านทาน วิธีท�ำ ความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทาน คือ ความต่างศักย์ระหว่างข้ัวแบตเตอร่ี ซ่ึงหาได้จากความสมั พนั ธต์ ามสมการ E 'V  Ir จาก 'V E  Ir แทนคา่ จะได ้ 'V 3V  (0.5 A)(1:) 3V  0.5 V 2.5 V ตอบ ความต่างศักยร์ ะหวา่ งปลายของตวั ต้านทาน เท่ากบั 2.5 โวลต์ 2. แบตเตอร่ีมีอีเอ็มเอฟ 6 โวลต์ ต่อใช้งานกับเครื่องใช้ไฟฟ้าพบว่าความต่างศักย์ที่เคร่ืองใช้ไฟฟ้า ไดร้ ับมคี ่า 4.5 โวลต์ จงหา ก. ความต่างศักยท์ ่ีความตา้ นทานภายในเป็นเทา่ ใด ข. ถ้าในวงจรไฟฟ้ามีกระแสไฟฟ้า 0.5 แอมแปร์ ความต้านทานภายในของแบตเตอร่ีมีค่า เท่าใด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 289 วิธที �ำ ก. ความต่างศักย์ท่ีความต้านทานภายในเท่ากับ Ir ซึ่งหาได้จากความสัมพันธ์ตาม สมการ E 'V  Ir จาก Ir E  'V แทนคา่ จะได ้ Ir 6 V  4.5 V 1.5 V ตอบ ความตา่ งศกั ย์ทค่ี วามตา้ นทานภายในเท่ากบั 1.5 โวลต์ วธิ ีทำ� ข. หาความตา้ นทานภายในจากความตา่ งศกั ยท์ ค่ี วามตา้ นทานภายใน Ir ทไ่ี ดจ้ ากขอ้ ก. ดังน้ัน 1.5 V Ir (0.5 A)r r 3: ตอบ ความตา้ นทานภายในของแบตเตอร่เี ท่ากบั 3 โอห์ม 3. หลอดไฟของไฟฉายมีก�ำ ลงั ไฟฟ้า 20 วตั ต์ ใชก้ บั แบตเตอร่ที ่มี ีอีเอ็มเอฟ์ 9 โวลต์ จงหา ก. กระแสไฟฟา้ ทผี่ า่ นหลอดไฟ ข. ถ้าใชง้ านไฟฉายเป็นเวลานาน 10 นาที ไฟฉายนใ้ี ช้พลังงานไฟฟา้ ไปกจ่ี ูล วธิ ที ำ� ก. โจทย์ไม่ได้กำ�หนดความต้านทานภายในแบตเตอร่ี ดังนั้น จากความสัมพันธ์ E 'V  Ir จะได้ว่า ความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอร่ีท่ีหลอดไฟได้รับ เท่ากบั อเี อม็ เอฟของแบตเตอร่ี หรอื E 'V หากระแสไฟฟ้าผา่ นหลอดไฟจากความสมั พันธ์ P I 'V แทนค่า จะได้ 20 W = I (9 V) I = 20 W 9V = 2.22 A ตอบ กระแสไฟฟ้าทผี่ ่านหลอดไฟ เทา่ กบั 2.22 แอมแปร์ วธิ ีทำ� ข. พลงั งานไฟฟา้ ทใี่ ชไ้ ปหาไดจ้ ากความสมั พันธ์ W P't แทนค่า จะได ้ W = (20W)(10× 60 s) = 1200 J = 12 kJ ตอบ ในเวลานาน 10 นาที ไฟฉายนใี้ ช้พลังงานไฟฟ้าไป 12 กโิ ลจลู สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

290 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟิสิกส์ เลม่ 4 4. เมื่อต่อมอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรงเขา้ กบั วงจรไฟฟ้าพบวา่ ความต่างศกั ยร์ ะหว่างข้ัวของมอเตอร์ มีคา่ 10 โวลต์ และมกี ระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟา้ 2 แอมแปร์ มอเตอร์น้ีมีกำ�ลังไฟฟา้ กีว่ ตั ต์ วธิ ีท�ำ กำ�ลงั ไฟฟ้ามอเตอรห์ าไดจ้ ากความสมั พนั ธ์ P I 'V แทนคา่ จะได ้ P = (2A)(10V) = 20W ตอบ มอเตอร์นม้ี ีก�ำ ลังไฟฟ้าเทา่ กับ 20 วัตต์ 5. เตารีดเคร่อื งหน่ึง ใชไ้ ฟฟา้ 1400 วัตต์ เมือ่ ต่อใช้งานกับแหลง่ จ่ายไฟฟา้ 220 โวลต์ จงหา ก. กระแสไฟฟา้ ที่ผ่านเตารดี ข. ความต้านทานของวงจรไฟฟ้าเตารีด ค. พลังงานไฟฟา้ ที่เตารดี ใชไ้ ปเม่ือใชง้ านเป็นเวลา 10 นาที วิธที ำ� ก. กระแสไฟฟา้ เตารีดหาไดจ้ ากความสัมพนั ธ์ P I 'V แทนค่า จะได ้ 1400 W = I (220 V) I = 1400 W 220 V = 6.36 A ตอบ กระแสไฟฟา้ ท่ผี า่ นเตารีด เท่ากบั 6.36 แอมแปร์ วธิ ีทำ� ข. ความต้านทานของวงจรไฟฟา้ ของเตารีด หาไดจ้ ากความสมั พนั ธ์ P ('V )2 R แทนค่า จะได ้ 1400 W = (220 V)2 R R (220 V)2 1400 W 34.57 : ตอบ ความตา้ นทานของวงจรไฟฟ้าของเตารดี เทา่ กบั 34.57 โอห์ม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 291 วธิ ที ำ� ค. พลงั งานไฟฟ้าท่เี ตารดี ใชไ้ ปหาได้จากความสมั พนั ธ์ W P't ดังน้นั W = (1 400)(10× 60 s) = 840 000 J = 840 kJ ตอบ ในเวลานาน 10 นาที พลังงานไฟฟ้าทเี่ ตารีดใชไ้ ปเทา่ กับ 840 000 จูล หรือ 840 กโิ ลจลู 14.4 แบตเตอร่ีและวงจรไฟฟา้ กระแสตรงเบือ้ งต้น จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. ทดลองเพ่ืออธิบายอีเอ็มเอฟสมมูลและความต้านทานภายในสมมูล เมื่อต่อแบตเตอร่ีแบบอนุกรม และแบบขนาน 2. ค�ำ นวณปรมิ าณตา่ ง ๆ ทเี่ กยี่ วขอ้ งในวงจรไฟฟา้ กระแสตรงซง่ึ ประกอบดว้ ยแบตเตอร่ี และตวั ตา้ นทาน แนวการจัดการเรยี นรู้ ครนู ำ�เขา้ ส่หู ัวขอ้ 14.4 โดยใหน้ กั เรยี นยกตัวอยา่ งการใช้งานอปุ กรณไ์ ฟฟา้ ท่ีใช้แบตเตอรหี่ ลาย ๆ กอ้ น เช่น ไฟฉาย ของเล่น แบตเตอรี่สำ�รอง และถามนักเรียนต่อว่าแบตเตอรี่เหล่านั้นต่อกันแบบใด และ เพราะเหตใุ ดจงึ ตอ้ งตอ่ เชน่ นนั้ โดยใหน้ กั เรยี นแสดงความคดิ เหน็ ไดอ้ ยา่ งอสิ ระ ไมค่ าดหวงั ค�ำ ตอบทถ่ี กู ตอ้ ง 14.4.1 การต่อแบตเตอร่ี ความเข้าใจคลาดเคลือ่ นทอี่ าจเกิดขน้ึ - แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูชแี้ จงจุดประสงคก์ ารเรยี นร้ขู ้อที่ 12 ของหัวข้อ 14.4 ตามหนงั สือเรียน ครูนำ�เข้าสูห่ ัวขอ้ 14.4.1 โดยใหน้ ักเรียนศกึ ษาลกั ษณะการตอ่ แบตเตอรใ่ี นรปู 14.27 และ 14.28 แลว้ อภิปรายร่วมกันเกีย่ วกับลักษณะการตอ่ แบตเตอร่ี จนสรุปได้วา่ การตอ่ แบตเตอร่มี ี 2 ลกั ษณะ คอื 1. การต่อแบบอนุกรม เปน็ การตอ่ แบบน�ำ ขัว้ ลบต่อกบั ขวั้ บวกของแบตเตอร่ีเรียงกนั ไป 2. การต่อแบบขนาน เป็นการนำ�ข้ัวบวกของแบตเตอร่ีแต่ละก้อนมาต่อรวมกัน และนำ�ขั้วลบ ของทุกแบตเตอรแ่ี ตล่ ะก้อนมาตอ่ รวมกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

292 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟสิ ิกส์ เลม่ 4 แบตเตอรท่ี ตี่ อ่ กนั แลว้ จะเสมอื นเปน็ แบตเตอรกี่ อ้ นใหมเ่ พยี งกอ้ นเดยี วทมี่ อี เี อม็ เอฟสมมลู และความ ต้านทานภายในสมมลู ค่าหนึง่ ให้นักเรียนศึกษาการหาอีเอ็มเอฟสมมูลและความต้านทานภายในสมมูลจากการทำ�กิจกรรม 14.3 ในหนงั สอื เรยี น กจิ กรรม 14.3 อเี อม็ เอฟสมมลู และความตา้ นทานภายในสมมลู ของแบตเตอร่ี จดุ ประสงค์ 1. หาอีเอม็ เอฟสมมูลของแบตเตอร่ีที่ต่อแบบอนกุ รมและแบบขนาน 2. หาความตา้ นทานภายในสมมลู ของแบตเตอรีท่ ต่ี อ่ แบบอนุกรม 3. หาความตา้ นทานภายในสมมลู ของแบตเตอรท่ี ี่ต่อแบบขนาน เวลาที่ใช้ 120 นาที วสั ดแุ ละอุปกรณ์ 2 ชดุ 1. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 1 กอ้ น พรอ้ มกระบะ 1 เคร่อื ง 2. แอมมิเตอร์ 1 ตวั 3. ตวั ตา้ นทานขนาด 10 - 100 Ω 1 เครื่อง 4. โวลต์มิเตอร์ 8 เสน้ 5. สายไฟพร้อมปากหนีบ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 293 ตัวอยา่ งผลการท�ำ กจิ กรรม อเี อ็มเอฟ ตอนท่ี 1 E = 1.50 V แบตเตอรี่ 1 กอ้ นท่ี 1 กอ้ นที่ 2 E2 = 1.51V แบตเตอรี่ 2 กอ้ นท่ีตอ่ แบบ อนกุ รม อีเอม็ เอฟสมมูล ขนาน E = 3.03 V s Ep = 1.50 V แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามท้ายกจิ กรรม ในการตอ่ แบตเตอรแ่ี บบอนกุ รม อเี อม็ เอฟสมมลู แตกตา่ งจากอเี อม็ เอฟของแบตเตอรแ่ี ตล่ ะกอ้ น หรือไม่ อย่างไร แนวค�ำ ตอบ แตกต่างกัน การต่อแบตเตอรี่แบบอนุกรม อีเอ็มเอฟสมมูลเพ่ิมขึ้นและใกล้เคียง จนถือได้วา่ เท่ากบั ผลบวกอเี อม็ เอฟของแบตเตอร่ีท่นี ำ�มาต่อกัน ในการต่อแบตเตอร่ีแบบขนาน อีเอ็มเอฟสมมูลแตกต่างจากอีเอ็มเอฟของแบตเตอร่ีแต่ละก้อน หรอื ไม่ อยา่ งไร แนวคำ�ตอบ ไม่แตกตา่ งกนั การต่อแบตเตอร่แี บบขนาน อเี อ็มเอฟสมมลู เทา่ กบั อเี อม็ เอฟของ แบตเตอร่ีแต่ละก้อน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

294 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ ิกส์ เล่ม 4 อภปิ รายหลงั การทำ�กิจกรรม ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามท้ายกิจกรรมตอนท่ี 1 จากน้ันครูนำ�นักเรียนอภิปรายโดยใช้คำ�ตอบ จากคำ�ถามท้ายกิจกรรม จนได้ข้อสรุปว่า การต่อแบตเตอรี่แบบอนุกรมทำ�ให้อีเอ็มเอฟสมมูล เพิ่มมากขึ้น โดยมีค่าเท่ากับผลบวกอีเอ็มเอฟของแบตเตอร่ีที่นำ�มาต่อกัน ส่วนการต่อแบตเตอร่ี แบบขนาน อเี อ็มเอฟสมมูลจะมคี า่ เทา่ กบั อเี อม็ เอฟของแบตเตอรีแ่ ต่ละกอ้ น ตอนที่ 2 แบตเตอร่ี กระแสไฟฟ้า ความต่างศกั ย์ ความตา้ นทานภายใน r 1 (E  'V ) แบตเตอรกี่ อ้ นที่ 1 I1 = 78.2 mA 'V1 1.39V I I2 = 76.7 mA 'V2 1.46V r1 = 1.41 Ω แบตเตอร่ีกอ้ นท่ี 2 I = 78.8 mA r2 = 1.04 Ω แบตเตอรี่ 2 ก้อนที่ 'Vce 2.83V r = 2.54 Ω ตอ่ แบบอนกุ รม แนวคำ�ตอบคำ�ถามทา้ ยกิจกรรม ในการต่อแบตเตอร่ีแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้า I1 , I2 และ I ต่างกันหรือไม่ และผลรวมของ 1.46V 'V1 แล1ะ.39'VV2 เท1า่ .ก4ับ6V'Vceหรอื 2ไ.ม8่3อVย่างไร แนวคำ�ตอบ การต่อแบตเตอรี่แบบอนุกรม I1 = I2 = I และ ผลรวมของ 'V1 ก1ับ.3'9VV2 ใกล้เคียงจนถอื ไดว้ า่ เท่ากบั 'Vce 2.83V ในการต่อแบตเตอร่แี บบอนกุ รม ผลรวมของ r1 และ r2 เท่ากบั r หรือไม่ อย่างไร แนวค�ำ ตอบ การตอ่ แบตเตอรแ่ี บบอนกุ รม ผลรวมของ r1 และ r2 ใกลเ้ คยี งจนถอื ไดว้ า่ เทา่ กบั r สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 295 อภปิ รายหลงั การทำ�กิจกรรม ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามท้ายกิจกรรมตอนท่ี 2 จากนั้นครูนำ�นักเรียนอภิปรายร่วมกันจนได้ ข้อสรุปว่า การต่อแบตเตอรี่แบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอร่ีท่ีต่อแบบอนุกรมกันเท่ากับ กระแสไฟฟา้ ทผ่ี า่ นแบตเตอรแ่ี ตล่ ะกอ้ น และ ความตา้ นทานภายในของแบตเตอรท่ี ต่ี อ่ แบบอนกุ รมกนั มคี า่ เทา่ กบั ผลบวกความต้านทานภายในของแบตเตอรี่แตล่ ะกอ้ น ตอนท่ี 3 แบตเตอรี่ กระแสไฟฟ้า ความตา่ งศักย์ ความตา้ นทานภายใน r = 1 (E − ∆V ) แบตเตอรกี่ อ้ นท่ี 1 I1 = 21.13 mA ∆V1 = 1.4379VV I I2 = 21.58 mA ∆V2 =1.5416V r1 = 1.42 แบตเตอรีก่ อ้ นที่ 2 r2 = 1.39 I = 41.85 mA แบตเตอร่ี 2 กอ้ นท่ี ∆Vef = 1.47V r = 0.72 Ω ตอ่ แบบอนุกรม แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามท้ายกจิ กรรม ในการต่อแบตเตอรี่แบบขนาน ผลรวมของกระแสไฟฟ้า I1 I2 เท่ากับ I หรือไม่ และ ความตา่ งศักย์ ∆V1 =∆1V.32 9=แVล1ะ.4∆6VVef ต=่างกนั หรือไม่ อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ การตอ่ แบตเตอรแ่ี บบขนาน ผลรวมของกระแสไฟฟ้า I1 กบั I2 ใกล้เคยี งจนถือ ได้ว่าเท่ากบั I และ ความต่างศักย์ ∆V1 ==1.∆3V92V==1∆.4V6eVf = ในการตอ่ แบตเตอรแี่ บบขนาน ผลรวมของสว่ นกลบั ของ r1 กบั สว่ นกลบั ของ r2 เทา่ กบั สว่ นกลบั ของ r หรือไม่ อย่างไร แนวค�ำ ตอบ การต่อแบตเตอร่แี บบขนาน ผลรวมของส่วนกลับของ r1 กับส่วนกลับของ r2 ใกลเ้ คยี งจนถอื ไดว้ า่ เทา่ กบั สว่ นกลบั ของ r สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

296 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟิสิกส์ เลม่ 4 อภปิ รายหลังการทำ�กจิ กรรม ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามท้ายกิจกรรมตอนท่ี 3 จากน้ันครูนำ�นักเรียนอภิปรายร่วมกันจนได้ ขอ้ สรปุ วา่ การตอ่ แบตเตอรแ่ี บบขนาน กระแสไฟฟา้ จากแบตเตอรที่ ต่ี อ่ ขนานกนั เทา่ กบั ผลบวกของ กระแสไฟฟ้าท่ีผ่านแบตเตอรี่แต่ละก้อน และ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วแบตเตอร่ีที่ต่อขนานกัน เท่ากับความต่างศักย์ระหว่างข้ัวของแบตเตอร่ีแต่ละก้อน ส่วนกลับความต้านทานภายในของ แบตเตอรท่ี ต่ี อ่ ขนานกนั เทา่ กบั ผลบวกของสว่ นกลบั ของความตา้ นทานภายในของแบตเตอรแ่ี ตล่ ะกอ้ น หลงั จากสรปุ ผลการท�ำ กจิ กรรม 14.3 ครบทงั้ 3 ตอน ครแู ละนกั เรยี นอภปิ รายทบทวนเพอื่ วเิ คราะห์ ความต้านทานภายในสมมูลของแบตเตอรี่ที่ต่อกันแบบอนุกรมและแบตเตอรี่ที่ต่อกันแบบขนาน ตามรายละเอียดในหนังสอื เรียนหนา้ 221 - 223 จนไดข้ อ้ สรปุ เก่ียวกับอเี อม็ เอฟสมมลู และความต้านทาน ภายในสมมลู ของการตอ่ แบตเตอรจี่ �ำ นวน n กอ้ นแบบอนกุ รมและแบบขนาน ตามสมการ (14.9a) (14.9b) (14.10a) และ (14.10b) จากน้ัน ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกันเกี่ยวกับประโยชน์ของการใช้งานในการต่อแบตเตอรี่แบบ อนุกรมและแบบขนานจนสรุปไดต้ ามรายละเอียดในหนงั สอื เรยี น ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 14.10 และ 14.11 โดยครูเป็นผู้ให้คำ�แนะนำ� แล้วให้นักเรียนตอบ คำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจและทำ�แบบฝึกหัด 14.4 โดยเลือกเฉพาะข้อท่ีเก่ียวข้องกับการต่อแบตเตอรี่ ท้งั น้ีอาจมกี ารเฉลยค�ำ ตอบและอภิปรายค�ำ ตอบรว่ มกัน แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เก่ียวกับการต่อแบตเตอร่ี อีเอ็มเอฟสมมูล และความต้านทานภายในสมมูล จากคำ�ถาม ตรวจสอบความเขา้ ใจ 14.4 2. ทักษะการวัด การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป ความร่วมมือ การทำ�งาน เป็นทมี และภาวะผู้น�ำ จากการอภิปรายร่วมกันและรายงานผลการท�ำ กจิ กรรม 14.3 3. ทักษะการสื่อสารสารสนเทศและการรู้เท่าทันสื่อ จากการอภิปรายร่วมกันและการนำ�เสนอ ผลการทำ�กิจกรรม 14.3 4. ทกั ษะการแกป้ ัญหาและการใชจ้ �ำ นวน จากการค�ำ นวณปริมาณต่าง ๆ เกี่ยวกบั อเี อม็ เอฟสมมลู และความตา้ นทานภายในสมมลู และการแก้โจทย์ปญั หา ในการทำ�กจิ กรรม 14.3 และ ในแบบฝกึ หัด 14.4 5. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความมเี หตผุ ล ความมงุ่ มน่ั อดทน และดา้ นความรอบคอบ จากการอภปิ ราย รว่ มกนั และการท�ำ กิจกรรม 14.3 6. จติ วิทยาศาสตร์ด้านความซือ่ สัตย์ จากรายงานผลการทดลอง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 297 14.4.2 การวเิ คราะห์วงจรไฟฟา้ กระแสตรง ความเข้าใจคลาดเคล่อื นทีอ่ าจเกิดขึ้น - แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชแ้ี จงจดุ ประสงคก์ ารเรยี นร้ขู อ้ ที่ 13 ของหัวขอ้ 14.4 ตามหนงั สอื เรยี น ครนู ำ�เข้าสหู่ ัวขอ้ 14.4.2 โดยยกตวั อย่างวงจรไฟฟ้ากระแสตรง เชน่ รูป 14.23 และ รูป 14.24 ใน หนังสือเรียนหน้า 207 หรือวงจรอ่นื ท่เี หมาะสม ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกัน จนสรุปได้ว่าวงจรไฟฟ้า กระแสตรงเป็นวงจรที่ประกอบด้วยเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือตัวต้านทานท่ีต่ออยู่กับแหล่งกำ�เนิดไฟฟ้า กระแสตรง และสามารถคำ�นวณปริมาณต่าง ๆ ท่ีเกี่ยวข้องกับวงจร เช่น อีเอ็มเอฟสมมูล ความต้านทาน ภายในสมมลู กระแสไฟฟ้า ความต่างศกั ย์ และ พลังงานไฟฟ้า โดยใชค้ วามรู้ทเ่ี รยี นมา เชน่ กฎของโอหม์ การตอ่ ตวั ตา้ นทาน การตอ่ แบตเตอร่ี พลงั งานไฟฟา้ ก�ำ ลงั ไฟฟา้ และกฎการอนรุ กั ษพ์ ลงั งานกบั วงจรไฟฟา้ จากนนั้ ใหน้ กั เรยี นศึกษาตัวอยา่ ง 14.12 – 14.15 โดยครูเป็นผู้ใหค้ �ำ แนะนำ� แล้วตรวจสอบความ เข้าใจนักเรียนโดยให้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ 14.4 เฉพาะข้อที่เกี่ยวข้องกับ การวิเคราะห์วงจรไฟฟา้ กระแสตรง ทง้ั น้ีอาจมกี ารเฉลยคำ�ตอบและอภิปรายคำ�ตอบรว่ มกัน แนวคำ�ตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 14.4 1. เมอ่ื ตอ่ แบตเตอรท่ี เ่ี หมอื นกนั จ�ำ นวนหนง่ึ แบบอนกุ รมกบั ตวั ตา้ นทานใหค้ รบวงจร ปรมิ าณใดตอ่ ไปน้ี ของแบตเตอรแี่ ตล่ ะกอ้ นมีคา่ เทา่ กัน ก. กระแสไฟฟ้าทผ่ี ่านแบตเตอร่ี ข. ความต่างศักยร์ ะหวา่ งขว้ั แบตเตอรี่ ค. อเี อ็มเอฟ ง. ความต้านทานภายใน แนวคำ�ตอบ ก. กระแสไฟฟา้ ที่ผ่านแบตเตอรแี่ ตล่ ะก้อนมคี ่าเท่ากนั ข. ความต่างศกั ยร์ ะหว่างข้วั แบตเตอร่แี ตล่ ะกอ้ นมคี า่ เทา่ กัน ค. อเี อม็ เอฟแบตเตอร่แี ต่ละกอ้ นมีค่าเท่ากัน ง. ความต้านทานภายในของแบตเตอรแี่ ตล่ ะกอ้ นมคี า่ เท่ากนั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

298 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 2. ถ้าตอ้ งการต่อแบตเตอร่ใี หม้ อี ีเอ็มเอฟสงู ขึ้น จะต้องต่อแบตเตอร่ีแบบใด และเมื่อน�ำ ไปใชง้ าน กบั เครอื่ งใชไ้ ฟฟ้า จะมผี ลดีและผลเสียอยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ ตอ้ งตอ่ แบบอนกุ รม ผลดคี อื ไดอ้ เี อม็ เอฟสงู ขน้ึ ตามตอ้ งการ ผลเสยี คอื มคี วามตา้ นทาน ภายในสูงข้นึ ดว้ ย ทำ�ใหเ้ กดิ การสญู เสียพลังงานไฟฟา้ ในแบตเตอรี่มากขน้ึ ดว้ ย 3. การตอ่ แบตเตอรแี่ บบขนานมผี ลดอี ย่างไร ให้ระบุมา 2 ขอ้ แนวค�ำ ตอบ มีผลดีคือ 1. ใช้งานได้ยาวนานขึ้น 2. มีความต้านทานภายในลดลง ทำ�ให้ สูญเสยี พลังงานในแบตเตอร่นี ้อยลง 3. แบตเตอรี่จะรอ้ นนอ้ ยลง 4. ในวงจรไฟฟ้าทีป่ ระกอบด้วยแบตเตอรอ่ี ีเอ็มเอฟ E และตวั ต้านทาน R มกี ระแสไฟฟ้าในวงจร I ดังรูป ให้ตอบคำ�ถามต่อไปน้ี I R ก. ข้ัวของแบตเตอร่ีท่ีต่อกับจุด a เป็นข้ัวบวก หรอื ลบ cd แนวค�ำ ตอบ ขัว้ บวก ε ข. กระแสไฟฟ้าท่ีผ่านแต่ละจุด มีค่าแตกต่างกัน ab หรอื ไม่ อยา่ งไร รูป คำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ 14.4 ข้อ 4 แนวค�ำ ตอบ ไมแ่ ตกตา่ งกนั กระแสไฟฟา้ ทผ่ี า่ น แตล่ ะจุดมีค่าเทา่ กัน ค. ความตา่ งศกั ย์ระหวา่ งจุด a กับ b และระหว่างจดุ c กับ d มคี า่ แตกตา่ งกนั หรอื ไม่ อย่างไร แนวคำ�ตอบ ความต่างศกั ย์ระหวา่ งจุด a กบั b และระหวา่ งจดุ c กับ d มีคา่ ไม่ แตกต่างกัน โดยศกั ยไ์ ฟฟา้ ทจ่ี ดุ a เทา่ กบั ศกั ยไ์ ฟฟา้ ทจ่ี ดุ c และศกั ยไ์ ฟฟา้ ทจ่ี ดุ b เทา่ กบั ศกั ยไ์ ฟฟา้ ทจ่ี ดุ d 5. ในวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่อีเอ็มเอฟ E ที่มีความต้านทานภายในเป็นศูนย์และ ตัวต้านทานทมี่ ีความตา้ นทาน R1 ถา้ มกี ารต่อตวั ตา้ นทานท่มี คี วามต้านทาน R2 เพิ่มอกี ตัว แบบอนุกรม โดยท่ี R2 เท่ากับ R1 ให้ตอบค�ำ ถามตอ่ ไปนี้ ก. กระแสไฟฟ้าทผี่ า่ น R1 เปลยี่ นแปลงหรือไม่ อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เนือ่ งจากความตา้ นทานภายในแบตเตอร่เี ปน็ ศนู ย์ การต่อตัวตา้ นทาน 2 ตัวแบบอนกุ รม จะท�ำ ใหก้ ระแสไฟฟา้ ท่ีผา่ น R1 มีค่าลดลง ข. ความตา่ งศักยร์ ะหวา่ งปลาย R1 เปลีย่ นแปลงไปหรือไม่ อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ ความตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ งปลาย R1 มีคา่ ลดลง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 299 เฉลยแบบฝึกหดั 14.4 1. น�ำ แบตเตอรขี่ นาด 1.5 โวลต์ ความตา้ นทานภายใน 0.2 โอหม์ จ�ำ นวน 4 กอ้ นมาตอ่ แบบอนกุ รม สำ�หรับน�ำ ไปเปน็ แหลง่ กำ�เนดิ ไฟฟ้าใหก้ บั เคร่ืองใช้ไฟฟ้า จงหา ก. อเี อ็มเอฟสมมลู ของแบตเตอรท่ี ี่ตอ่ แบบอนกุ รม ข. ความต้านทานภายในสมมูลของแบตเตอร่ีทตี่ ่อแบบอนุกรม วิธที �ำ ก. หาอเี อม็ เอฟสมมลู ของแบตเตอรที่ ่ตี ่อแบบอนุกรมไดจ้ ากสมการ E = E 1 + E 2 + ... + E n E = 1.5 V +1.5 V +1.5 V +1.5 V แทนค่า จะได ้ = 6.0V ตอบ อีเอ็มเอฟสมมูลของแบตเตอรท่ี ต่ี ่อแบบอนุกรม เท่ากับ 6.0 โวลต์ วิธีทำ� ข. หาความตา้ นทานภายในสมมลู ของแบตเตอรี่ทต่ี ่อแบบอนกุ รมได้จากสมการ r = r1+ r2+ ... + rn r = 0.2 Ω + 0.2 Ω + 0.2 Ω + 0.2 Ω แทนค่า จะได ้ = 0.8Ω ตอบ ความต้านทานภายในสมมลู ของแบตเตอรที่ ีต่ อ่ แบบอนกุ รมเท่ากบั 0.8 โอหม์ 2. น�ำ แบตเตอรี่ขนาด 3 โวลต์ ความต้านทานภายใน 0.3 โอหม์ จ�ำ นวน 3 กอ้ นมาตอ่ แบบขนาน ส�ำ หรบั นำ�ไปเป็นแหล่งกำ�เนิดไฟฟ้าใหก้ ับเคร่ืองใชไ้ ฟฟา้ จงหา ก. อเี อม็ เอฟสมมูลของแบตเตอรีท่ ี่ตอ่ แบบขนาน ข. ความต้านทานภายในสมมูลของแบตเตอร่ีทตี่ ่อแบบขนาน วิธีท�ำ ก. หาอเี อม็ เอฟสมมลู ของการต่อแบตเตอรี่ทต่ี ่อแบบขนานจากสมการ E = E 1 + E 2 + ... + E n แทนคา่ จะได ้ =E E=1 E=2 E=3 3 V ตอบ อีเอ็มเอฟสมมูลของแบตเตอร่ที ่ีตอ่ แบบขนาน เทา่ กับ 3 โวลต์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

300 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 วิธีทำ� ข. หาความตา้ นทานภายในสมมลู ของแบตเตอรี่ท่ตี อ่ แบบขนาน จากสมการ 1 = 1 + 1 + ... + 1 r r1 r2 rn 1= 1 + 1 + 1 แทนคา่ จะได ้ r 0.3Ω 0.3Ω 0.3Ω =3 0.3 Ω r = 0.1Ω ตอบ อีเอ็มเอฟสมมลู ของแบตเตอร่ที ต่ี อ่ แบบขนาน เทา่ กบั 0.1 โอหม์ 3. เมอ่ื น�ำ แบตเตอรสี่ กี่ อ้ นซงึ่ ตอ่ กนั แบบอนกุ รมไปตอ่ กบั ตวั ตา้ นทานขนาด 5.6 โอหม์ กระแสไฟฟา้ ในวงจรจะมีค่าเทา่ ใด ถา้ แบตเตอรีแ่ ตล่ ะก้อนมอี ีเอม็ เอฟ 1.5 โวลต์ และความต้านทานภายใน 0.1 โอหม์ วิธีท�ำ แบตเตอรีส่ ก่ี อ้ นท่ีตอ่ แบบอนกุ รม จะได้อีเอม็ เอฟสมมลู E = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 แทนคา่ จะได ้ E = 1.5V +1.5V +1.5V +1.5V = 6.0 V ความต้านทานภายในสมมูลของการตอ่ แบตเตอร่ีแบบอนุกรมได้จากสมการ r = r1+ r2+ ... + rn แทนค่า จะได้ r = 0.1Ω + 0.1Ω + 0.1Ω + 0.1Ω = 0.4 Ω หากระแสไฟฟ้าได้จากสมการ I= E R+r แทนคา่ จะได้ I = 6V 5.6 Ω + 0.4 Ω = 6V 6Ω = 1A ตอบ กระแสไฟฟ้าในวงจรเทา่ กับ 1.0 แอมแปร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เล่ม 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 301 4. ตัวต้านทานสามตัวมีความต้านทาน 1 โอห์ม 100 โอห์ม และ 1000 โอห์ม ถ้านำ�ตัวต้านทาน แต่ละตัวไปต่อกับแบตเตอรี่ท่ีมีอีเอ็มเอฟ 3 โวลต์ และความต้านทานภายใน 0.5 โอห์ม ความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานเป็นเท่าใด และความต่างศักย์ระหว่างปลายของ ตัวต้านทานใด มคี า่ ใกล้อเี อม็ เอฟของแบตเตอร่มี ากกว่า เพราะเหตุใด E วธิ ีท�ำ หากระแสไฟฟ้าทผี่ ่านตัวตา้ นทานท่ตี ่อกับแบตเตอรไ่ี ด้จากสมการ I Rr จากนนั้ หาความต่างศักย์ระหวา่ งปลายตัวตา้ นทานจาก 'V IR ส�ำ หรับตัวต้านทานท่มี คี วามตา้ นทาน 1 โอหม์ หากระแสไฟฟา้ ได้จาก I1 3.0 V 1:  0.5: 2.0 A หาความต่างศกั ยร์ ะหว่างปลายของตวั ต้านทาน 'V1 (2.0 A)(1:) 2.0 V ท�ำ นองเดียวกนั ส�ำ หรบั ตวั ตา้ นทานทม่ี คี วามตา้ นทาน 100 โอหม์ หากระแสไฟฟ้าไดจ้ าก I100 3.0 V 100 :  0.5: 0.02985 A หาความตา่ งศกั ยร์ ะหว่างปลายของตวั ตา้ นทาน 'V100 (0.02985 A)(100 :) 2.985 V ท�ำ นองเดียวกนั สำ�หรบั ตวั ต้านทานทีม่ คี วามตา้ นทาน 1000 โอหม์ หากระแสไฟฟ้าได้จาก I1000 3.0 V 1000 :  0.5: 0.002999 A หาความตา่ งศักย์ระหว่างปลายของตวั ตา้ นทาน 'V1000 (0.002999 A)(1000 :) 2.999 V ตอบ ความต่างศักย์ระหว่างปลายตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1 โอห์ม 100 โอห์ม และ 1000 โอห์ม เท่ากับ 2.0 โวลต์ 2.985 โวลต์ และ 2.999 โวลต์ ตามลำ�ดับ โดยความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวต้านทานขนาด 1000 โอห์ม มีค่าใกล้ อีเอ็มเอฟมากที่สุด เพราะเมื่อความต้านทานมีค่ามาก กระแสไฟฟ้าจะมีค่าน้อย ทำ�ให้ Ir มีค่านอ้ ยกวา่ จึงไดค้ วามตา่ งศักย์ระหว่างปลายของตัวตา้ นทานมากกว่า สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

302 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟสิ ิกส์ เลม่ 4 5. ในวงจรไฟฟ้า ดงั รปู ก. และ ข. ε ε3 = 3 V, r3 = 0.2 Ω 4 = 6 V, r4 = 0.3 Ω ε1 = 3 V, r1 = 0.2 Ω ε2 = 3 V, r2 = 0.2 Ω R1 = 2 Ω R3 = 2 Ω R4 = 4 Ω ก. ข. รูป ประกอบแบบฝึกหดั 14.4 ขอ้ 5 กระแสไฟฟ้าผ่านตวั ต้านทานแตล่ ะตวั เท่าใด E Rr วธิ ที ำ� หากระแสไฟฟ้าไดจ้ ากสมการ I รปู ก. แบตเตอรี่ตอ่ กันแบบขนาน จะได้ I 3V 2 :  ª 0.2 : º ¬« 2 ¼» 1.429 A รปู ข. ต่อแบตเตอรแ่ี บบอนกุ รม และ ตวั ตา้ นทานตอ่ กันแบบอนุกรม จะได้ I 3V + 6V (2 :  4 :)  (0.2 :  0.3:) 9V 6 :  0.5: 1.385 A ตอบ มีกระแสผ่านตวั ต้านทานท่ีมคี วามต้านทาน 2 โอหม์ ในรูป ก. เท่ากับ 1.43 แอมแปร์ มีกระแสผ่านตัวต้านทานท่ีมีความต้านทาน 2 โอห์ม และ 4 โอห์ม ในรูป ข. เท่ากัน และเท่ากับ 1.39 แอมแปร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส 303 14.5 พลงั งานไฟฟา้ จากพลงั งานทดแทนและเทคโนโลยดี ้านพลังงาน จดุ ประสงค์การเรยี นรู้ 1. อธิบายการเปลยี่ นพลงั งานทดแทนเป็นพลงั งานไฟฟา้ 2. อธิบายประสทิ ธิภาพของพลงั งานทดแทน 3. ประเมนิ ความคุม้ ค่าดา้ นค่าใช้จ่ายของพลังงานทดแทน 4. สืบค้นและยกตวั อยา่ งเทคโนโลยที ่นี �ำ มาแกป้ ัญหาหรอื ตอบสนองความตอ้ งการดา้ นพลงั งาน สิ่งทค่ี รูต้องเตรียมล่วงหน้า 1. รปู หรือคลปิ วดี ิทศั น์การทำ�กิจกรรมตา่ ง ๆ ในชวี ิตประจำ�วนั ทีใ่ ชพ้ ลงั งานไฟฟา้ แนวการจดั การเรียนรู้ ครนู �ำ เขา้ สหู่ วั ขอ้ 14.5 โดยใหน้ กั เรยี นพจิ ารณารปู หรอื คลปิ วดี ทิ ศั นก์ ารท�ำ กจิ กรรมตา่ ง ๆ ในชวี ติ ประจ�ำ วนั ท่ีใช้พลังงานไฟฟ้า แล้วให้ระบุแหล่งของพลังงานในการผลิตไฟฟ้าที่ใช้กับกิจกรรมในรูปหรือคลิปวีดิทัศน์ จากนั้น ครูให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า แหล่งพลังงานหลักของประเทศไทยที่ใช้ผลิตไฟฟ้าคือ แหลง่ พลังงานชนดิ ใด และ ในอนาคตจะมแี หล่งพลังงานน้นั ใชเ้ พียงพอหรือไม่ โดยใชร้ ปู 14.30 ประกอบ และถา้ ไม่เพยี งพอ นกั เรียนจะมีแนวทางแกป้ ัญหาอย่างไร โดยครูเปิดโอกาสใหน้ กั เรียนแสดงความคดิ เหน็ อยา่ งอสิ ระ ไม่คาดหวังค�ำ ตอบทถี่ กู ต้อง 14.5.1 พลังงานทดแทน ความเขา้ ใจคลาดเคล่อื นท่อี าจเกดิ ข้ึน ความเขา้ ใจคลาดเคล่ือน แนวคิดทถี่ ูกตอ้ ง 1. ในปัจจุบัน แหล่งพลังงานส่วนใหญ่ท่ีใช้ผลิต 1. ในปัจจุบัน แหล่งพลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้ผลิต ไฟฟ้าในประเทศไทย คือพลังงานน้ำ� และ ไฟฟา้ ในประเทศไทยคอื ซากดกึ ด�ำ บรรพ์ เชน่ ถา่ นหนิ กา๊ ซธรรมชาติ ถ่านหิน และน้ำ�มัน 2. การใช้เซลล์สุริยะกับเคร่ืองใช้ไฟฟ้าในบ้าน 2. เน่ืองจากเซลล์สุริยะให้กระแสไฟฟ้าท่ีเป็น สามารถต่อเซลล์สุริยะเข้ากับเคร่ืองใช้ไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสตรง แต่เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน ทกุ ชนดิ ไดโ้ ดยตรง ที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ ก่อนใช้ จำ�เป็นต้องมี การแปลงไฟฟา้ กระแสตรงจากเซลลส์ รุ ยิ ะเปน็ ไฟฟ้ากระแสสลบั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

304 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 ความเข้าใจคลาดเคล่ือน แนวคดิ ท่ถี กู ต้อง 3. การใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์สุริยะสามารถ 3. การใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ จากเซลลส์ รุ ยิ ะ นอกจาก ใช้ได้เฉพาะเวลาที่มีแสงแดดเทา่ นน้ั สามารถใช้ได้ในช่วงเวลาที่มีแสงแดดแล้ว ยัง สามารถกักเก็บไว้ในแบตเตอร่ี สำ�หรับใช้ใน เวลามีแสงแดดน้อย หรอื เวลากลางคนื 4. น�ำ้ หรอื ไอน�ำ้ ทป่ี ลอ่ ยออกจากโรงไฟฟา้ พลงั งาน 4. น้ำ�หรือไอน้ำ�ที่ปล่อยออกจากโรงไฟฟ้า นิวเคลียร์เป็นของเสียและมีสารกัมมันตรังสี พลังงานนิวเคลียร์ไม่มีสารกัมมันตรังสี ปนเปอ้ื น ปนเป้ือน เพราะมาจากสว่ นระบายความร้อน ข อ ง โ ร ง ไ ฟ ฟ้ า ซ่ึ ง ไ ม่ มี ก า ร สั ม ผั ส กั บ สารกัมมันตรังสี สิง่ ท่ีครตู ้องเตรยี มลว่ งหน้า 1. รปู หรอื คลปิ วดี ทิ ศั น์ เกยี่ วกบั ยานพาหนะ อปุ กรณ์ หรอื เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ทเี่ ปลยี่ นพลงั งานทดแทน ชนดิ ตา่ ง ๆ เป็นพลงั งานไฟฟ้า 2. กอ่ นเรยี นหวั ขอ้ 14.5 หนงึ่ วนั ใหค้ รบู อกใหน้ กั เรยี นน�ำ ใบแจง้ คา่ ไฟฟา้ ทบ่ี า้ นนกั เรยี นมา ส�ำ หรบั ใช้ในการทำ�กิจกรรม 14.4 แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูชแ้ี จงจุดประสงคก์ ารเรยี นรขู้ อ้ ที่ 14 - 16 ของหัวข้อ 14.5 ตามหนังสอื เรยี น จากนัน้ ครูนำ�เขา้ สหู่ วั ข้อ 14.5.1 โดยให้นกั เรียนดรู ูปหรือคลิปวีดทิ ัศน์เกย่ี วกบั การนำ�พลังงานชนดิ ต่าง ๆ มาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า เช่น การใช้เซลล์สุริยะเปล่ียนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า การเปลี่ยนพลังงานชีวมวลเป็นพลังงานไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานชีวมวล หรือการใช้กังหันลมเปลี่ยน พลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟ้า พร้อมต้ังคำ�ถามให้นักเรียนอภิปรายว่า พลังงานเหล่าน้ีสามารถนำ�มาใช้ ทดแทนแหล่งพลังงานหลักที่ใช้อยู่อย่างเช้ือเพลิงซากดึกดำ�บรรพ์ได้หรือไม่ อย่างไร จนได้ข้อสรุป เก่ยี วกับความหมายของพลังงานทดแทน และศกั ยภาพของประเทศไทยในการใชพ้ ลังงานแสงอาทิตยแ์ ละ พลังงานชวี มวลเปน็ พลังงานทดแทน ตามรายละเอยี ดในหนงั สอื เรียน จากนนั้ ครใู หน้ กั เรยี นอภปิ รายรว่ มกนั วา่ การน�ำ พลงั งานทดแทนเหลา่ นม้ี าเปลย่ี นเปน็ พลงั งานไฟฟา้ มหี ลักการอย่างไร โดยครใู ห้นกั เรยี นแสดงความคิดเหน็ อยา่ งอสิ ระ ไม่คาดหวังคำ�ตอบท่ถี ูกตอ้ ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 305 ครูให้นักเรียนศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าของเซลล์สุริยะ จากหนังสือเรียนหน้า 235 – 236 และอาจสืบค้นเพ่ิมเติมจากแหล่งเรียนรู้อื่น ๆ โดยมีครูให้คำ�แนะนำ� จากนั้น ให้นักเรียนนำ�เสนอ โดยครูสะท้อนผลการนำ�เสนอและตั้งคำ�ถามให้มีการอภิปรายส่วนที่นักเรียน ยังไม่เข้าใจเพ่ิมเติม จนได้ข้อสรุปเกี่ยวกับหลักการท่ีเซลล์สุริยะเปล่ียนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน ไฟฟ้าตามรายละเอยี ดในหนงั สือเรยี น ครูอาจให้นักเรียนทำ� กิจกรรมลองทำ�ดู ปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์สุริยะ ตามแต่เวลาจะอำ�นวย โดยอาจตั้งคำ�ถามเพื่อนำ�เข้าสู่กิจกรรมว่า การที่เซลล์สุริยะท่ีติดต้ังบนหลังคาบ้าน หรือในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ มีการจัดวางในลกั ษณะเอียงท�ำ มุมกบั แนวระดับ มีความเก่ียวขอ้ งกับ ปริมาณพลังงานไฟฟา้ ท่ไี ด้จากเซลล์สรุ ยิ ะหรือไม่ อยา่ งไร กิจกรรมลองทำ�ดู ปจั จยั ท่ีมีผลต่อพลังงานไฟฟ้าทีไ่ ด้จากเซลล์สุรยิ ะ จดุ ประสงค์ 1. บอกความสมั พันธร์ ะหว่างพลงั งานไฟฟา้ ทีไ่ ดจ้ ากเซลล์สุรยิ ะกับมมุ ที่แหล่งกำ�เนดิ แสงทำ�กบั ระนาบของแผน่ เซลล์สรุ ยิ ะ และปรมิ าณฝนุ่ ละอองบนผวิ หน้าของเซลลส์ ุริยะ 2. บอกความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์สุริยะหลายเซลล์ท่ีต่อกันแบบขนาน และตอ่ กันแบบอนกุ รม วัสดุและอปุ กรณ์ 2 เซลล์ 1. เซลลส์ รุ ิยะ ขนาด 3 โวลต ์ 1 เครอื่ ง 2. มัลติมเิ ตอร์ 3 คู่ 3. สายไฟพร้อมปากหนีบสแี ดงและดำ� 1 อนั 4. ไฟฉาย 1 เครอื่ ง 5. นาฬิกาจับเวลา 1 อัน 6. ครึง่ วงกลมวดั องศา 1 กระปุก 7. แป้งฝนุ่ 1 ม้วน 8. เทปกาว 1 เล่ม 9. กรรไกร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

306 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟิสกิ ส์ เล่ม 4 วธิ กี ารทำ�กจิ กรรม ตอนท่ี 1 1. จดั เซลลส์ รุ ยิ ะ 1 เซลลใ์ หม้ รี ะนาบตงั้ ฉากกบั พน้ื โตะ๊ โดยอาจน�ำ ไปตดิ กบั ก�ำ แพงหรอื วตั ถุ ทีม่ ลี ักษณะเปน็ กล่อง 2. วัดระยะห่างจากจุดก่ึงกลางของเซลล์สุริยะไปในแนวระดับตามแนวเส้นสมมติเป็นระยะ 1 เมตร ท�ำ เครอื่ งหมายโดยใชเ้ ทปกาวดังรปู จากนัน้ ใช้ครึ่งวงกลมวัดมมุ จากเส้นสมมติ เป็นมุม 30 60 และ 90 องศา ตามลำ�ดับ โดยแต่ละมุมให้ใช้ไม้เมตรวัดระยะจากจุด กึ่งกลางของเซลล์สุริยะไปยังตำ�แหน่งที่ห่างออกไป 1 เมตร และทำ�เครื่องหมายแต่ละ ตำ�แหน่งบนพ้ืนโตะ๊ โดยใช้เทปกาว ดงั รูป มุมมองจากดา� นบน 100 CM 1 เส�นสมมติ 2 เทปกาวใชท� ำเครือ่ งหมายของ ตำแหนง� ที่ห�างจากเซลล�สุรยิ ะ 1 เมตร ท่ที ำมุมต�าง ๆ กับเส�นสมมติ 50 CM1m 1m 3 30o 4 60o 1m 0 10 90o 180 170 20 30 150 160 40 140 60 50 120 130 110 70 CM0 80 100 90 50 100 80 110 70 60 120 40 130 ไมเ� มตร 160 140 30 20 180 170 150 0 10 1m เซลล�สรุ ิยะวางต้งั ฉากกบั พน้ื โตะ� และยึดติดกับแทง� ไม� รปู ตัวอย่างการทำ�เคร่ืองหมายบนโต๊ะตามตำ�แหน่งท่ีทำ�มุม 0 30 60 และ 90 องศากับเส้นสมมติ และหา่ งจากจุดกงึ่ กลางของเซลลส์ ุรยิ ะเปน็ ระยะทาง 1 เมตร 3. นำ�ไฟฉายไปวางไว้ท่ีตำ�แหน่งที่ 1 และเปิดสวิตซ์ของไฟฉายเพ่ือให้ลำ�แสงจากไฟฉายไป ตกกระทบเซลล์สุรยิ ะ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 4 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส 307 4. เลือกย่านการวดั ของมัลตมิ ิเตอรเ์ ปน็ ย่านการวดั ความตา่ งศกั ย์ของไฟฟา้ กระแสตรง ในชว่ งทเ่ี หมาะสม จากน้นั ตอ่ มลั ตมิ ิเตอรเ์ ข้ากบั เซลล์สุริยะ ดังรูป รูป การจดั วางอปุ กรณเ์ พอื่ ศกึ ษาความสมั พนั ธ์ระหว่างพลงั งานไฟฟ้าทไ่ี ด้จากเซลล์ สุริยะกับมมุ ท่แี หล่งกำ�เนิดแสงทำ�กับระนาบของแผ่นเซลลส์ รุ ยิ ะ 5. เปดิ สวติ ชไ์ ฟฉาย เพอ่ื ใหแ้ สงจากไฟฉายไปตกกระทบเซลลส์ รุ ยิ ะ จากนน้ั บนั ทกึ ความตา่ งศกั ย์ ที่อ่านได้จากมัลติมิเตอร์ และค่ามุมของตำ�แหน่งทวี่ างไฟฉาย 6. ปดิ ไฟฉาย จากนน้ั เปลย่ี นต�ำ แหนง่ ของไฟฉายเปน็ ต�ำ แหนง่ ท่ี 2, 3 และ 4 แลว้ ทำ�ซ้�ำ ข้อ 5. 7. อภิปรายและสรุปเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างมุมท่ีแสงตกกระทบทำ�กับระนาบเซลล์ สุริยะกับพลงั งานไฟฟา้ ท่ไี ด้จากเซลล์สุริยะ ตอนที่ 2 1. จัดเซลลส์ รุ ิยะใหม้ รี ะนาบขนานกบั พืน้ โดยให้ด้านที่รบั แสงของเซลล์สุรยิ ะหงายขึ้น 2. เลือกย่านการวัดของมัลติมิเตอร์เป็นย่านการวัดความต่างศักย์ของไฟฟ้ากระแสตรง ในชว่ งทเ่ี หมาะสม ตอ่ มลั ตมิ เิ ตอรก์ บั เซลลส์ รุ ยิ ะ จากนนั้ ฉายแสงจากไฟฉายไปตกกระทบ เซลลส์ รุ ยิ ะ 3. โรยแป้งฝุ่นบนเซลล์สุริยะ พร้อมสังเกตความต่างศักย์ของไฟฟ้ากระแสตรงที่แสดงบน จอแสดงผลของมลั ตมิ เิ ตอร์ 4. อภปิ รายและสรปุ เกยี่ วกบั ผลของปรมิ าณฝนุ่ ละอองทผี่ วิ หนา้ ของเซลลส์ รุ ยิ ะกบั พลงั งาน ไฟฟ้าท่ีได้จากเซลลส์ ุรยิ ะ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

308 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ กิ ส์ เลม่ 4 ตอนที่ 3 1. น�ำ เซลลส์ รุ ยิ ะ 2 เซลลม์ าตอ่ กนั แบบอนุกรม โดยใช้สายไฟพรอ้ มปากหนบี สีแดงและสีดำ� ชว่ ยในการตอ่ 2. เลือกย่านการวัดของมัลติมิเตอร์เป็นย่านการวัดความต่างศักย์ของไฟฟ้ากระแสตรง ในช่วงทเี่ หมาะสม์ ต่อมลั ติมิเตอร์กบั เซลล์สรุ ยิ ะทัง้ 2 ตามลกั ษณะดังรูป 3. เปิดสวติ ช์ไฟฉาย สังเกตความตา่ งศกั ยร์ วมบนจอมัลติมเิ ตอร์ บนั ทกึ ผล −+ −+ ΩV AV A COM V Ω รูป การตอ่ เซลลส์ รุ ยิ ะ 2 เซลลแ์ บบอนกุ รม และการตอ่ กบั มลั ตมิ เิ ตอรเ์ พอ่ื วดั ความตา่ งศกั ย์ 4. ทำ�ซ้ำ�ข้อ 1. – 4. แตเ่ ปลย่ี นการตอ่ เซลลส์ รุ ิยะ 2 เซลลจ์ ากแบบอนุกรมเป็นแบบขนาน ดงั รปู −+ −+ ΩV AV A COM V Ω รูป การต่อเซลลส์ ุรยิ ะ 2 เซลลแ์ บบขนาน และการต่อกบั มลั ตมิ ิเตอรเ์ พ่ือวัดความต่างศักย์ 5. อภิปรายและสรุปเกี่ยวกับความต่างศักย์รวมท่ีวัดได้จากการต่อเซลล์สุริยะแบบอนุกรม และแบบขนาน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 4 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส 309 แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม มุมท่ีระนาบของเซลล์สุริยะทำ�ต่อลำ�แสงของไฟฉายมีความสัมพันธ์อย่างไรกับพลังงานไฟฟ้า ท่ไี ด้จากเซลล์สุริยะ ปรมิ าณผงแปง้ ทบี่ รเิ วณผวิ หนา้ ของเซลลส์ รุ ยิ ะมผี ลอยา่ งไรกบั พลงั งานไฟฟา้ ทไี่ ดจ้ ากเซลลส์ รุ ยิ ะ การต่อเซลล์สรุ ิยะ 2 เซลล์ แบบอนกุ รมและแบบขนาน สง่ ผลอย่างไรกบั พลังงานไฟฟ้าทไี่ ดจ้ าก เซลล์สุรยิ ะ ครูนำ�เข้าสู่กิจกรรม 14.4 โดยต้ังคำ�ถามว่าถ้าบ้านนักเรียนจะเปล่ียนมาใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้จาก พลงั งานแสงอาทติ ย์ นกั เรยี นคดิ วา่ จะคมุ้ คา่ หรอื ไม่ โดยครใู หน้ กั เรยี นแสดงความคดิ เหน็ อยา่ งอสิ ระ ไมค่ าด หวงั ค�ำ ตอบทถ่ี ูกต้อง จากน้ัน ใหน้ ักเรียนท�ำ กจิ กรรม 14.4 บา้ นพลงั งานแสงอาทิตย์ กิจกรรม 14.4 บ้านพลงั งานแสงอาทิตย์ จดุ ประสงค์ 1. คำ�นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการนำ�เซลล์สุริยะมาใช้เป็นแหล่งให้พลังงานไฟฟ้า สำ�หรับท่พี ักอาศยั 2. ประเมนิ ความค้มุ ค่าของการใช้เซลล์สรุ ยิ ะเป็นแหล่งให้พลงั งานไฟฟ้าส�ำ หรบั ท่พี ักอาศัย เวลาท่ีใช้ 60 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. อปุ กรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์ช่วยในการค�ำ นวณ เชน่ เครื่องคิดเลข โทรศัพท์เคลือ่ นท่ี 2. ใบแจง้ คา่ ไฟฟ้าท่ใี ช้ในบ้านของนกั เรียน ตวั อยา่ งผลการท�ำ กิจกรรม กรณใี ชค้ า่ พลงั งานไฟฟ้าเฉลย่ี 170 หนว่ ยตอ่ เดอื น คำ�นวณพลังงานไฟฟ้าทใี่ ช้ต่อวนั พลงั งานไฟฟ้าทใ่ี ชต้ อ่ เดอื น 170 kWh พลงั งานไฟฟ้าทใี่ ช้ต่อวนั (170 kWh/30 วนั ) = 5.67 kWh = 5670 Wh สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

310 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 คำ�นวณพลงั งานไฟฟ้าตอ่ วนั ทไี่ ดจ้ ากมอดูลเซลลส์ รุ ยิ ะ 1 มอดูล ถา้ ในเวลา 1 วนั จ�ำ นวนชว่ั โมงทแี่ สงอาทติ ยท์ ม่ี คี วามเขม้ สงู พอน�ำ มาผลติ ไฟฟา้ ไดส้ อ่ งมา บรเิ วณบา้ นของนกั เรยี นเฉลยี่ 5 ชวั่ โมง และถา้ เลอื กใชม้ อดลู เซลลส์ รุ ยิ ะขนาด 250 วตั ต์ ต่อมอดูล ในเวลา 1 วนั พลังงานไฟฟา้ ท่ีไดจ้ ากเซลลส์ รุ ิยะ คิดเปน็ 250 W × 5 h = 1250 Wh ค�ำ นวณจ�ำ นวนมอดลู เซลล์สุริยะและคา่ ใช้จ่าย ถ้าเปลี่ยนมาใช้พลังงานจากเซลล์สุริยะเพียงอย่างเดียว และเลือกใช้มอดูลเซลล์สุริยะ ขนาด 250 วัตต์จำ�นวน (5 670 Wh/1 250 Wh) = 4.54 มอดูล ซง่ึ พจิ ารณาเปน็ จ�ำ นวนเต็มได้ 5 มอดลู ถ้ามอดูลเซลล์สุริยะขนาด 250 วัตต์มีราคาพร้อมค่าติดตั้ง 9 000 บาทต่อ 1 มอดูล การตดิ ตงั้ มอดูลเซลลส์ ุรยิ ะจะตอ้ งเสียค่าเซลลส์ ุรยิ ะรวมกับค่าตดิ ตัง้ ทงั้ หมด 5 มอดูล × 9000 บาท = 45000 บาท เปรยี บเทยี บคา่ ใชจ้ า่ ยระหวา่ งการใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ ตามปกตกิ บั การใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ จากเซลลส์ รุ ยิ ะ เพอ่ื หาระยะเวลาท่มี ีคา่ ใช้จา่ ยเท่ากนั ถ้าใชค้ ่าไฟฟ้า 4 บาทต่อหนว่ ย ในเวลา 1 เดือน ตอ้ งเสยี คา่ ไฟฟา้ 170 หน่วย × 4 บาท = 680 บาท ในเวลา 1 ปี ตอ้ งเสียคา่ ไฟฟา้ 680 บาท × 12 เดอื น = 8160 บาท ถา้ ติดต้งั มอดูลเซลล์สรุ ิยะจำ�นวน 5 มอดูล จำ�นวนปีท่คี า่ ไฟฟ้าท่ตี ้องจ่ายปกตจิ ะเทา่ กับ ค่าใช้จา่ ยในการตดิ ตง้ั เซลลส์ รุ ยิ ะ ต้องใชเ้ วลา (45000 บาท ÷ 8160 บาท) = 5.51 ปี หรอื ประมาณ 5 ปี 6 เดอื น แนวค�ำ ตอบคำ�ถามท้ายกจิ กรรม ในการเปลย่ี นมาใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ จากเซลลส์ รุ ยิ ะเพยี งอยา่ งเดยี ว คา่ ใชจ้ า่ ยในการซอ้ื และตดิ ตง้ั เซลล์ สรุ ยิ ะน้อยหรือมากกวา่ คา่ ไฟฟ้าทีต่ อ้ งเสยี ในเวลา 1 ปี แนวค�ำ ตอบ คา่ ใชจ้ า่ ยในการการซอ้ื และตดิ ตง้ั เซลลส์ รุ ยิ ะมากกวา่ คา่ ไฟฟา้ ทต่ี อ้ งเสยี ในเวลา 1 ปี การท่ีบ้านหลังหน่ึงจะเปล่ียนมาใช้พลังงานจากเซลล์สุริยะเพียงอย่างเดียว มีความคุ้มค่า ดา้ นคา่ ใช้จา่ ยหรอื ไม่ อย่างไร แนวค�ำ ตอบ ความคมุ้ คา่ ขนึ้ อยกู่ บั ระยะเวลาการใชง้ าน ถา้ เปน็ การใชง้ านในระยะเวลาสนั้ จะไม่ คุ้มค่า เน่ืองจากมีค่าใช้จ่ายในการติดต้ังเซลล์สุริยะสูง แต่จะคุ้มค่าเม่ือใช้งานเป็นระยะเวลา นานมากพอ และต้องค�ำ นงึ ว่า ระหว่างใชง้ าน ระบบเซลล์สุริยะยงั มีคา่ ใช้จ่ายในการบ�ำ รงุ รักษา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 311 อภปิ รายหลังการทำ�กิจกรรม ครนู �ำ นกั เรยี นอภปิ รายผลการท�ำ กจิ กรรมจนไดข้ อ้ สรปุ เกย่ี วกบั สง่ิ ทต่ี อ้ งพจิ ารณาในการน�ำ เซลลส์ รุ ยิ ะ มาใช้ผลิตพลงั งานไฟฟา้ ในทพ่ี กั อาศัย ตามรายละเอียดในหนงั สือเรยี น หลังจากกิจกรรม 14.4 ครูแบ่งกลุ่มให้นักเรียนศึกษาเพ่ิมเติมเกี่ยวกับการนำ�พลังงานทดแทน ชนดิ อืน่ ไดแ้ ก่ พลงั งานชวี มวล พลังงานลม พลงั งานน�ำ้ พลังงานนิวเคลยี ร์ มาเปลี่ยนเปน็ พลังงาน ไฟฟา้ โดยก�ำ หนดให้แตล่ ะกลมุ่ ต้องน�ำ เสนอในประเดน็ ต่าง ๆ ดังนี้ หลักการส�ำ คญั ท่เี ก่ยี วข้องกบั การเปลย่ี นพลงั งานทดแทนเปน็ พลังงานไฟฟ้า ประสทิ ธภิ าพ ความคุ้มค่าด้านคา่ ใช้จ่าย โดยให้นักเรียนได้มีการนำ�เสนอหน้าช้ันเรียน ร่วมกับการถาม-ตอบ จากน้ัน ครูนำ�นักเรียน อภปิ รายจนสรุปได้ตามรายละเอียดในหนงั สอื เรียน ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจทา้ ยหวั ขอ้ 14.5 โดยเลือกเฉพาะขอ้ ทเี่ กีย่ วข้อง กบั พลงั งานทดแทน ทง้ั นี้ อาจมีการเฉลยค�ำ ตอบและอภิปรายคำ�ตอบรว่ มกนั แนวการวดั และประเมนิ ผล 1. ความรเู้ กยี่ วกบั การเปลย่ี นพลงั งานทดแทนเปน็ พลงั งานไฟฟา้ ประสทิ ธภิ าพของพลงั งานทดแทน และความค้มุ คา่ ด้านค่าใชจ้ า่ ยของพลงั งานทดแทน จากค�ำ ถามตรวจสอบความเข้าใจ 14.5 2. ทักษะการแก้ปัญหาและการใช้จำ�นวน จากการคำ�นวณปริมาณต่าง ๆ เกี่ยวกับพลังงานและ คา่ ใชจ้ า่ ยในการใช้เซลล์สรุ ยิ ะเป็นแหล่งพลงั งานไฟฟา้ ภายในท่พี ักอาศยั ในการท�ำ กจิ กรรม 14.4 3. ทกั ษะการใชเ้ ทคโนโลยสี ารสนเทศ ความรว่ มมอื และการท�ำ งานเปน็ ทมี จากการสบื คน้ ขอ้ มลู และ การนำ�เสนอผลการท�ำ กจิ กรรม 14.4 และการน�ำ เสนอเก่ยี วกับพลงั งานทดแทน 4. ทักษะการคิดอย่างมีวิจารณญาณ การสร้างสรรค์และนวัตกรรมและการสื่อสาร จากข้อมูล ที่น�ำ เสนอและการน�ำ เสนอ 5. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความมีเหตุผล ความมุ่งมั่นอดทน ความร่วมมือ และการทำ�งานเป็นทีม จากการทำ�กิจกรรม 14.4 6. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นการเหน็ คณุ คา่ ทางวทิ ยาศาสตร์ จากการอภปิ รายรว่ มกนั และการน�ำ เสนอ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

312 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ ิกส์ เล่ม 4 14.5.2 เทคโนโลยดี า้ นพลงั งาน สง่ิ ทค่ี รตู อ้ งเตรยี มลว่ งหนา้ 1. รูป คลิปวีดิทัศน์ หรือ อุปกรณ์สาธิต เก่ียวกับการประยุกต์ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่หรือเซลล์ เชอ้ื เพลงิ แนวการจดั การเรยี นรู้ ครชู แ้ี จงจดุ ประสงคก์ ารเรยี นรขู้ อ้ ที่ 17 ของหวั ขอ้ 14.5 ตามหนงั สอื เรยี น จากนน้ั ครนู �ำ เขา้ สหู่ วั ขอ้ 14.5.2 โดยใหน้ ักเรียนท�ำ กจิ กรรมอยา่ งใดอย่างหน่งึ หรอื ท้งั หมด ดงั นี้ - ชมรปู คลปิ วดี ทิ ศั น์ หรอื การสาธติ อปุ กรณ์ เกย่ี วกบั การประยกุ ตใ์ ชพ้ ลงั งานจากแบตเตอรห่ี รอื เซลลเ์ ช้อื เพลิง เชน่ การท�ำ งานของรถยนตไ์ ฟฟ้าทใ่ี ชแ้ บตเตอร่ี หรือ รถยนต์ไฟฟา้ ทีใ่ ช้เซลลเ์ ชือ้ เพลิง - สบื คน้ รปู หรอื คลปิ วดี ทิ ศั นใ์ นอนิ เทอรเ์ นต็ เกย่ี วกบั การประยกุ ตใ์ ชแ้ บตเตอรห่ี รอื เซลลเ์ ชอ้ื เพลงิ แลว้ มานำ�เสนอ โดยใหม้ กี ารลงคะแนนเลอื กรปู หรือคลปิ วดี ทิ ศั นท์ ี่นักเรียนชื่นชอบ สำ�หรับแต่ละกิจกรรม ครูต้ังคำ�ถามว่า แบตเตอรี่ หรือ เซลล์เช้ือเพลิง สามารถช่วยแก้ปัญหา ดา้ นพลงั งานไดห้ รอื ไม่ อยา่ งไร โดยใหน้ กั เรยี นแสดงความคดิ เหน็ อยา่ งอสิ ระ และไมค่ าดหวงั ค�ำ ตอบทถ่ี กู ตอ้ ง จากนั้นแบ่งกลุ่มใหน้ กั เรียนท�ำ กจิ กรรมอย่างใดอยา่ งหน่ึง หรือ ท้งั หมด ดังนี้ 1. กจิ กรรมใหน้ กั เรยี นออกแบบทอ่ี ยอู่ าศยั โดยใชเ้ ทคโนโลยดี า้ นพลงั งานตา่ ง ๆ แลว้ ออกมาน�ำ เสนอ ในประเด็นการเปล่ียนรูปพลังงาน การนำ�เทคโนโลยีนั้น ๆ มาใช้ในการช่วยแก้ปัญหาด้านพลังงาน และ ประสิทธภิ าพ 2. กจิ กรรมสบื ค้นและน�ำ เสนอ โดยใหน้ ักเรียนเลอื กศกึ ษา สบื คน้ และนำ�เสนอเกีย่ วกับเทคโนโลยี ด้านพลงั งานดังน้ี ก. แบตเตอรี่ ข. เซลลเ์ ชอ้ื เพลิง ค. เทคโนโลยดี า้ นพลงั งานในอาคารและทพ่ี กั อาศัย ง. เทคโนโลยดี ้านพลังงานอน่ื ๆ ทีน่ ักเรียนสนใจ โดยกำ�หนดใหแ้ ตล่ ะกลมุ่ ต้องน�ำ เสนอเทคโนโลยนี นั้ ๆ ในประเด็น การนำ�เทคโนโลยีนน้ั ๆ มาใช้ใน การช่วยแกป้ ัญหาด้านพลังงานอย่างไร การนำ�เสนอของนกั เรียน อาจมีการแนะใหน้ กั เรียนสรา้ งสรรคว์ ธิ กี ารนำ�เสนอในรปู แบบต่าง ๆ และ เม่ือจบการนำ�เสนอ เปิดโอกาสให้ถาม ตอบ และวิจารณ์ โดยครูและนักเรียนร่วมกันประเมินให้คะแนน การน�ำ เสนอของแตล่ ะกลมุ่ จากนนั้ ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ รายละเอยี ดเกยี่ วกบั เทคโนโลยี ดา้ นพลงั งานได้ตามรายละเอยี ดในหนังสือเรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส 313 ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจท้ายหัวข้อ 14.5 โดยอาจมีการเฉลยคำ�ตอบและ อภปิ รายค�ำ ตอบรว่ มกนั แนวการวดั และประเมนิ ผล 1. ความร้เู ก่ยี วกับเทคโนโลยดี ้านพลังงานจากค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 14.5 2. ทกั ษะการใชเ้ ทคโนโลยสี ารสนเทศ ความรว่ มมอื และการท�ำ งานเปน็ ทมี จากการสบื คน้ ขอ้ มลู และ การน�ำ เสนอ 3. ทักษะการคิดอย่างมีวิจารณญาณ การสร้างสรรค์และนวัตกรรมและการสื่อสาร จากข้อมูล ท่นี �ำ เสนอและการนำ�เสนอ 4. จติ วิทยาศาสตร์ด้านความอยากรอู้ ยากเห็น ความใจกวา้ ง และ ความมเี หตุผล จากการอภิปราย รว่ มกนั และการนำ�เสนอ 5. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความรว่ มมอื ชว่ ยเหลอื จากความรว่ มมอื และการท�ำ งานเปน็ ทมี ในการสบื คน้ ขอ้ มูลและการนำ�เสนอ 6. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นการเหน็ คณุ คา่ ทางวทิ ยาศาสตร์ จากการอภปิ รายรว่ มกนั และการน�ำ เสนอ แนวคำ�ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 14.5 1. เซลลส์ รุ ิยะเปลี่ยนพลงั งานแสงอาทติ ย์เป็นพลงั งานไฟฟ้าได้อยา่ งไร แนวคำ�ตอบ เมอ่ื แสงอาทติ ยต์ กกระทบเซลลส์ รุ ยิ ะ พลงั งานจากแสงอาทติ ยจ์ ะถา่ ยโอนพลงั งาน ให้กับอิเล็กตรอนบางตัวในเซลล์สุริยะ ทำ�ให้อิเล็กตรอนมีพลังงานมากพอและประพฤติตนเป็น อิเล็กตรอนอิสระ และถ้ามีการต่อเซลล์สุริยะกับวงจรไฟฟ้า จะทำ�ให้อิเล็กตรอนอิสระดังกล่าว เคลอ่ื นทไ่ี ปตามสายไฟ สง่ ผลใหเ้ กดิ กระแสไฟฟา้ และการถา่ ยโอนพลงั งานไฟฟา้ ใหก้ บั เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ในวงจร ช่วยให้เครือ่ งใชไ้ ฟฟา้ ท�ำ งานได้ 2. ประสทิ ธิภาพของเซลล์สรุ ิยะสามารถหาไดจ้ ากอัตราส่วนระหวา่ งปรมิ าณใด แนวค�ำ ตอบ อัตราส่วนระหว่างพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์สุริยะกับพลังงานแสงอาทิตย์ ท่ีตกกระทบเซลล์สุริยะทั้งหมด 3. การนำ�พลังงานนำ�้ มาเปลยี่ นเป็นพลงั งานไฟฟ้า มีลำ�ดับการเปล่ียนพลงั งานอยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เรม่ิ จากพลงั งานศกั ยข์ องมวลน�ำ้ ทส่ี ะสมอยใู่ นระดบั สงู กวา่ พน้ื ทด่ี า้ นลา่ ง เปลย่ี นเปน็ พลงั งานจลนเ์ มื่อถูกปลอ่ ยให้น�้ำ ไหลจากท่ีสูงลงส่ทู ่ีต�่ำ จากน้นั พลงั งานจลน์เปลยี่ นเป็นพลังงาน ไฟฟ้าเมอื่ มวลน้ำ�เคลือ่ นท่ไี ปหมุนเครื่องกำ�เนิดไฟฟ้า สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

314 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ กิ ส์ เลม่ 4 4. เครอ่ื งปฏกิ รณน์ วิ เคลียรม์ ีหน้าที่หลักคอื อะไร แนวค�ำ ตอบ สร้างและควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ท่ีเกิดขึ้นอย่างต่อเน่ือง หรือ ปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) ใหเ้ กิดขึน้ ในอัตราทเี่ หมาะสม 5. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้พลังงานนวิ เคลียร์ไปผลิตไฟฟา้ ได้อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ โรงไฟฟา้ นวิ เคลยี รน์ �ำ พลงั งานนวิ เคลยี รท์ ไี่ ดจ้ ากเครอ่ื งปฏกิ รณน์ วิ เคลยี รใ์ นรปู ของ พลังงานความร้อนไปถ่ายโอนให้กับน้ำ� ทำ�ให้น้ำ�มีอุณหภูมิสูงข้ึนจนกระทั่งกลายเป็นไอนำ้�ที่มี แรงดนั สงู มาก ซงึ่ ไอน�ำ้ ทไ่ี ดจ้ ะถกู สง่ ตอ่ ไปหมนุ กงั หนั ขนาดใหญท่ มี่ เี พลาเชอื่ มตอ่ กบั เครอ่ื งก�ำ เนดิ ไฟฟา้ ท�ำ ให้เครื่องกำ�เนิดไฟฟ้าหมนุ เกดิ การเปลี่ยนพลงั งานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า 6. เหตุใดโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลยี รส์ ่วนใหญจ่ ึงต้องตั้งอยใู่ กล้แหลง่ น�้ำ แนวค�ำ ตอบ เพราะ ไอน�ำ้ แรงดนั สงู ทใ่ี ชผ้ ลติ ไฟฟา้ ในโรงไฟฟา้ นวิ เคลยี รต์ อ้ งใชน้ �ำ้ จากแหลง่ น�ำ้ มา ระบายความรอ้ นเพอ่ื ใหไ้ อน�ำ้ แรงดนั สงู เปลยี่ นกลบั เปน็ น�้ำ ส�ำ หรบั กลบั ไปรบั การถา่ ยโอนพลงั งาน ความร้อนจากเคร่อื งปฏิกรณ์นวิ เคลยี รไ์ ดอ้ กี เรอื่ ย ๆ 7. แบตเตอรีเ่ ปลีย่ นพลงั งานชนิดใดเปน็ พลงั งานไฟฟา้ แนวค�ำ ตอบ พลังงานเคมี 8. ยกตัวอย่างเทคโนโลยีท่ีช่วยลดการถ่ายโอนความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่ภายในอาคารหรือ ท่ีพักอาศยั มา 2 ชนิด แนวค�ำ ตอบ 1. วัสดุฉนวนความรอ้ นทผ่ี นงั หรอื ใต้หลงั คา 2. กระจกสีเขียวตดั แสง 3. ฟลิ ม์ กันความรอ้ นส�ำ หรับตดิ กระจก 9. เซลลเ์ ชื้อเพลงิ ใช้อะไรเปน็ เชือ้ เพลิงและได้ผลผลิตคอื อะไร แนวค�ำ ตอบ เซลลเ์ ชอ้ื เพลงิ ใชอ้ อกซเิ จนกบั ไฮโดรเจนเปน็ เชอื้ เพลงิ และไดผ้ ลผลติ เปน็ พลงั งาน ไฟฟา้ ความร้อนและน�ำ้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เลม่ 4 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส 315 เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบทท่ี 14 คำ�ถาม 1. เพราะเหตใุ ด การท�ำ ใหเ้ กิดกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ�จงึ ต้องอาศยั แหล่งกำ�เนิดไฟฟ้า แนวคำ�ตอบ เน่ืองจากกระแสไฟฟ้าเกิดจากการมีประจุไฟฟ้าลัพธ์เคล่ือนที่ผ่านตำ�แหน่งใด ตำ�แหน่งหนึ่ง ซ่ึงการท่ีประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ได้ จะต้องมีแรงไฟฟ้ากระทำ�ต่อประจุ และแรง ไฟฟ้าจะเกิดข้ึนในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีความต่างศักย์ ระหว่างต�ำ แหนง่ สองต�ำ แหน่งในตัวน�ำ แหล่งกำ�เนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ทำ�ให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างตำ�แหน่งสอง ต�ำ แหนง่ ของลวดตวั น�ำ อย่างต่อเน่อื ง 2. กระแสไฟฟา้ ในลวดตวั น�ำ ทต่ี อ่ กบั แบตเตอร่ี มที ศิ จากขว้ั ใดเขา้ สขู่ ว้ั ใดของแบตเตอร่ี เพราะเหตใุ ด แนวคำ�ตอบ มีทิศจากขั้วบวกเข้าสู่ขั้วลบของแบตเตอรี่ เพราะกระแสไฟฟ้ามีทิศจากบริเวณ ทีม่ ศี ักยไ์ ฟฟ้าสงู ไปยงั บริเวณทมี่ ีศกั ย์ไฟฟา้ ต่�ำ 3. ถา้ ลวดตวั น�ำ เสน้ หนง่ึ มขี นาดไมส่ ม�ำ่ เสมอ โดยในสว่ นแรกมพี นื้ ทหี่ นา้ ตดั A และสว่ นทส่ี องมพี น้ื ท่ี หน้าตัด A ดังรูป 2 A พ้ืนท่ีหนา� ตัด A 2 พ้นื ทหี่ นา� ตดั I e- vd e- e- e- I e- e- e- e- e- รูป ประกอบค�ำ ถามข้อ 3 ถ้ามีกระแสไฟฟ้าขนาด I ผ่านลวดตัวนำ�เส้นนี้ ความเร็วลอยเล่ือนของอิเล็กตรอนในส่วนแรก จะแตกต่างกบั ส่วนท่สี องอยา่ งไร แนวคำ�ตอบ ความเรว็ ลอยเลอ่ื นของอเิ ลก็ ตรอน vd แปรผนั ตรงกบั กระแสไฟฟา้ แตแ่ ปรผกผนั กับพื้นท่ีหน้าตัด จำ�นวนอิเล็กตรอนอิสระต่อหน่ึงหน่วยปริมาตร และประจุของอิเล็กตรอน ดงั นนั้ ถา้ ลวดตวั น�ำ มพี น้ื ทห่ี นา้ ตดั เลก็ ลงครง่ึ หนงึ่ ความเรว็ ลอยเลอื่ นจะมคี า่ เพมิ่ ขนึ้ เปน็ สองเทา่ อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระในลวดตวั น�ำ สว่ นทส่ี องจงึ มคี วามเรว็ ลอยเลอ่ื นเปน็ สองเทา่ ของอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ ในลวดตัวน�ำ ส่วนแรก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

316 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ ิกส์ เล่ม 4 4. ถา้ ใหก้ ระแสไฟฟ้าขนาด I ผา่ นลวดตัวน�ำ ขนาดเทา่ กันสองเส้น โดยเส้นหน่ึงที่ท�ำ จากเหลก็ และ อีกเส้นหน่ึงทำ�จากทองแดง ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระในลวดตัวนำ�ทั้งสองจะ แตกต่างกันหรอื ไม่ อย่างไร จงอธบิ าย แนวค�ำ ตอบ ความเรว็ ลอยเลอ่ื นของอเิ ลก็ ตรอน แปรผนั ตรงกบั กระแสไฟฟา้ แตแ่ ปรผกผนั กบั พน้ื ท่ีหน้าตดั จ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนอิสระตอ่ หนึ่งหน่วยปรมิ าตร และประจุของอเิ ลก็ ตรอน ซงึ่ จาก ตาราง 14.1 จะเห็นวา่ เหล็กมจี ำ�นวนอิเลก็ ตรอนอิสระ เทา่ กบั 17.0× 1028 ตอ่ ลกู บาศก์เมตร สว่ นทองแดงมีจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนอิสระ เท่ากบั 8.47× 1028 ตอ่ ลูกบาศกเ์ มตร ดงั นั้น ความเรว็ ลอยเลื่อนของอเิ ลก็ ตรอนอิสระในเหลก็ จึงมคี า่ น้อยกวา่ ในทองแดงประมาณคร่งึ หน่งึ 5. เสน้ ตรง A และ B ในรปู แสดงความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งกระแสไฟฟา้ และความตา่ งศกั ยใ์ นตวั น�ำ สองชนดิ ตวั น�ำ ใด (A หรอื B) มีความตา้ นทานมากกว่า กระแสไฟฟ�า A B ความต�างศักย� รปู ประกอบคำ�ถามขอ้ 5 แนวค�ำ ตอบ เนอ่ื งจากความตา้ นทานของตวั น�ำ สามารถหาไดจ้ ากความสมั พนั ธข์ องกระแสไฟฟา้ และความต่างศักย์ ตามกฎของโอห์ม ดังน้ี R 'V I ถ้านำ�ความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้ามาเขียนกราฟ ให้แกนต้ังเป็นกระแสไฟฟ้า แกนนอน เปน็ ความต่างศักย์ ความชันของกราฟ หาไดด้ งั นี้ I 1 'V R ความชัน ซึ่งเท่ากับส่วนกลับของความต้านทานของตัวนำ�นั่นเอง จากรูปจะเห็นได้ว่ากราฟ A ชันกว่า กราฟ B ดังนัน้ ความต้านทานของตัวนำ� A น้อยกว่าความตา้ นทานของตวั นำ� B สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 317 6. ถ้าความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวนำ�ชนิดหน่ึงเพ่ิมเป็นสองเท่า พบว่ากระแสไฟฟ้าที่ผ่าน ตวั นำ�เพิ่มเปน็ สามเท่า ตัวน�ำ น้มี ีพฤตกิ รรมทเ่ี ป็นไปตามกฎของโอห์มหรือไม่ อธิบาย แนวค�ำ ตอบ ไมเ่ ปน็ ไปตามกฎของโอหม์ หากเปน็ ไปตามกฎของโอหม์ แลว้ กระแสทผ่ี า่ นตวั น�ำ นน้ั จะต้องแปรผันตรงกบั ความต่างศกั ยร์ ะหว่างปลายทง้ั สองของตวั น�ำ นนั้ หรอื หมายความวา่ ถ้า I เพิ่ม 2 เทา่ ∆V ก็ตอ้ งเพิ่ม 2 เทา่ เช่นกัน หรอื ถ้า ∆V เพิม่ 3 เทา่ I ก็ตอ้ งเพม่ิ 3 เท่าด้วย 7. เมื่อต่อตัวต้านทานจำ�นวนหนึ่งแบบ ก. อนุกรม และ ข. ขนาน สำ�หรับตัวต้านทานแต่ละตัว ปริมาณใดต่อไปนี้มีคา่ เท่ากัน ความตา่ งศักย์ กระแสไฟฟ้า กำ�ลงั ไฟฟา้ แนวค�ำ ตอบ ก. ต่อแบบอนกุ รม ส�ำ หรบั ตวั ตา้ นทานแตล่ ะตวั จะมกี ระแสไฟฟา้ ผา่ นเทา่ กนั และถา้ แตล่ ะตวั มคี วามตา้ นทาน เทา่ กนั ทกุ ตวั จะมกี �ำ ลงั ไฟฟา้ เทา่ กนั ดว้ ย แตถ่ า้ ความตา้ นทานตา่ งกนั ก�ำ ลงั ไฟฟา้ กจ็ ะตา่ งกนั (พิจารณาได้จากความสมั พันธ์ P = I 2R) ในกรณีความต่างศกั ย์ ความตา่ งศักย์ระหว่างจดุ A กบั C จะเทา่ กบั ผลรวมของความตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ งปลายของตวั ตา้ นทาน R1 และ R2 หรอื 'VAC 'V1  'V2 A IB I C R1 R2 ∆V1 ∆V2 ข. ต่อแบบขนาน ตวั ตา้ นทานแตล่ ะตวั จะมคี วามตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ งปลายทง้ั สองเทา่ ๆ กนั ถา้ ตวั ตา้ นทานแตล่ ะตวั มคี วามตา้ นทานเทา่ กนั จะท�ำ ใหแ้ ตล่ ะตวั มกี �ำ ลงั ไฟฟา้ เทา่ กนั ดว้ ย แตถ่ า้ มคี วามตา้ นทานตา่ งกนั ก�ำ ลังไฟฟา้ ของตวั ต้านทานแตล่ ะตวั จะไมเ่ ทา่ กัน ตามรปู ทจ่ี ดุ แยกของกระแส (จดุ A) จะได้ I = I1+I2 ท่จี ุดรวมของกระแส (จุด B) สมการนี้ ก็ใชไ้ ด้เช่นกัน I1 R1 IA B R2 I2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

318 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ กิ ส์ เล่ม 4 8. ตอ่ หลอดไฟกบั แหลง่ ก�ำ เนดิ ไฟฟา้ กระแสตรง 6 โวลต์ โดยใชส้ ายตอ่ สนั้ จะใหค้ วามสวา่ งมากกวา่ เม่อื ต่อด้วยสายต่อทย่ี าวมาก หรือไม่ เพราะเหตใุ ด แนวค�ำ ตอบ เนื่องจากสายไฟมีความต้านทาน เม่ือต่อกับแหล่งกำ�เนิดไฟฟ้ากระแสตรง จะท�ำ ใหเ้ กดิ ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ ระหวา่ งปลายของสายไฟฟา้ ถา้ สายไฟฟา้ ยาวมาก ความตา้ นทาน l ก็จะมาก ( R U A ) ทำ�ให้ความต่างศักย์ที่ระหว่างปลายของสายไฟเพ่ิมขึ้น ('V IR) ความต่างศักย์ที่ระหว่างปลายของหลอดไฟจะลดลง ความสว่างก็จะลดลง ดังน้ันสายต่อท่ีส้ัน จะทำ�ให้หลอดไฟสวา่ งมากกว่าสายต่อทยี่ าว อยา่ งไรกต็ ามเน่อื งจาก ρ ของโลหะของสายไฟ (เชน่ ทองแดง) ต่ำ�มาก ดังนัน้ โดยทัว่ ไป R ของสายไฟจะน้อยมาก ถ้าจะให้เห็นความแตกต่างของความสว่างของหลอดไฟ ต้องใช้สายไฟ ท่มี ีความยาวมาก ๆ 9. ราวหลอดไฟทป่ี ระดบั ตามตน้ ไม้ รว้ั และอาคาร เมอ่ื หลอดหนง่ึ ขาด หลอดอน่ื ๆ ยงั สวา่ ง จะอธบิ ายได้ อย่างไร แนวค�ำ ตอบ แสดงว่าหลอดไฟต่าง ๆ เหล่าน้ีต่อแบบขนานเข้ากับวงจร ดังน้ัน เมื่อหลอดใด หลอดหนงึ่ ขาด หลอดอน่ื ๆ ก็จะยงั ทำ�งานได้ ดังรูป หลอดท่ไี มข่ าดจะสว่างหมด หลอดขาด ∆V 10.A1 A2 และ A3 เป็นแอมมิเตอร์ท่ีต่อไว้ใกล้จุด P และเป็นส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้า ดังรูป ถา้ แอมมิเตอร์ A1 อ่านได้ 8 แอมแปร์ แอมมเิ ตอร์ A2 อา่ นได้ 2 แอมแปร์ แอมมิเตอร์ A3 จะ อา่ นไดเ้ ท่าใด 8A 2A A1 P A2 A3 รปู ประกอบค�ำ ถามขอ้ 10 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 319 แนวค�ำ ตอบ กรณที ี่ 1 I 1 8AA 1 P 2A I2 ถ้าทิศของกระแสเปน็ ดังรูป I3 = I1+I2 A2 = 8+2 I 3 = 10 A A3 กรณที ี่ 2 I1 8AA 1 P I3 2A I2 ถ้าทศิ ของกระแสเป็นดงั รูป I1 = I1+I3 A2 8 A = 2 A + I3 A 3 I3 = 6 A สรุป A3 อาจจะอา่ นได้ 2 คา่ คือ 10 A หรอื 6 A แล้วแตท่ ศิ ทางของกระแส I1, I2 และ I3 11.อเี อ็มเอฟแตกตา่ งจากความต่างศักยอ์ ย่างไร แนวคำ�ตอบ อีเอ็มเอฟคือพลังงานที่แหล่งกำ�เนิดไฟฟ้าจ่ายให้กับประจุไฟฟ้าหนึ่งหน่วยท่ี เคลอ่ื นทีผ่ ่าน สว่ นความต่างศกั ยร์ ะหวา่ ง 2 จดุ ใด ๆ ในวงจรท่มี กี ระแสไฟฟา้ คือพลังงานไฟฟ้า ท่ีประจุไฟฟ้าหน่ึงหน่วยถ่ายโอนให้กับส่วนต่าง ๆ ของวงจร หรือ พลังงานไฟฟ้าต่อหนึ่งหน่วย ประจุท่ีสูญเสียไประหว่าง 2 จุดนั้น กรณีท่ีไม่ได้ต่อแหล่งกำ�เนิดไฟฟ้าเข้ากับวงจร (ไม่มีกระแส ไฟฟ้าผ่าน) ความต่างศักย์ระหวา่ งข้วั ของแหลง่ กำ�เนิดไฟฟ้าจะเทา่ กบั อเี อ็มเอฟ 12.ภายใตเ้ งอื่ นไขใดทคี่ วามตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ งขวั้ ของแบตเตอรจี่ ะเทา่ กบั อเี อม็ เอฟ และความตา่ งศกั ย์ ระหว่างขัว้ ของแบตเตอรจี่ ะมีคา่ มากกว่าอเี อม็ เอฟไดห้ รอื ไม่ แนวค�ำ ตอบ จากกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าได้รับจากแบตเตอรี่จะ เทา่ กับพลงั งานไฟฟา้ ท่ปี ระจุไฟฟ้าใชไ้ ปในวงจร หรอื QE Q'VR  Q'Vr E 'VR  'Vr (1) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

320 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 โดย E เป็นอีเอ็มเอฟของแบตเตอร่ี ∆VR คอื ความตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ งปลายของตวั ตา้ นทานซงึ่ จะเทา่ กบั ความตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ ง ข้ัวแบตเตอรี่ ∆Vr คือความต่างศกั ย์เนอ่ื งจากความต้านทานภายในของแบตเตอร่ี จากกฎของโอหม์ จะเขยี น (1) ใหมไ่ ด้ดงั น้ี E IR  Ir หรือ E 'V  Ir 'V E  Ir (2) ในกรณีท่ี 'V E หมายความว่า Ir จะต้องมีค่าน้อยมากหรือเข้าใกล้ศูนย์ ซึ่งกรณีน้ี ก็คือ ไม่ได้ต่อแบตเตอรี่ให้ครบวงจร หรือไม่มีกระแสไฟฟ้าจ่ายออกมาจากแบตเตอรี่น้ัน ดังนั้น ความตา่ งศกั ยร์ ะหว่างขว้ั ของแบตเตอรีจ่ ะนอ้ ยกวา่ อีเอม็ เอฟเสมอ 13.ตวั ต้านทานแปรคา่ ต่อกบั แหล่งกำ�เนิดไฟฟ้าท่ีไม่มีความต้านทานภายใน ดงั รปู ก. กำลงั ฟ�า (1) (2) ความตา� นทาน ก. ข. รปู ประกอบคำ�ถามขอ้ 13 เม่ือปรับความต้านทานของตัวต้านทานแปรค่า กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกำ�ลังไฟฟ้าบน ตวั ต้านทานกบั ความต้านทานควรเปน็ เสน้ ใดในรปู ข. อธบิ าย แนวค�ำ ตอบ เส้น (2) เพราะ จากสมการ P ('V )2 เมอ่ื ∆V คงตวั P มีคา่ แปรผกผันกับ R 1 R หรือ P∝ R ดังนนั้ เมื่อความตา้ นทาน R มีค่าเพม่ิ ขึน้ ก�ำ ลังไฟฟา้ P จะมีคา่ ลดลง เสน้ ท่ี (2) ถกู เพราะ เม่ือค่าของ R มากขน้ึ P นอ้ ยลง เส้นท่ี (1) ผิดเพราะ เมื่อคา่ ของ R มากขึน้ P มีคา่ คงเดิม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส 321 14.ถ้าภายในบ้านมีหลอดไฟขนาด 70 วัตต์ และ ขนาด 80 วัตต์ ต่อแบบขนานกับวงจรไฟฟ้าที่ให้ ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ 220 โวลต์ หลอดไฟหลอดใดมีกระแสไฟฟ้าผา่ นมากกวา่ กนั จงอธิบาย แนวค�ำ ตอบ หลอดไฟขนาด 80 วตั ตจ์ ะมกี ระแสไฟฟา้ ผา่ นมากกวา่ เนอ่ื งจาก ในการตอ่ หลอดไฟ แบบขนาน ความต่างศักย์ระหว่างปลายของหลอดไฟแต่ละหลอดจะเท่ากัน ส่วนกระแสไฟฟ้า ที่ผ่านหลอดไฟ จะมีความสัมพันธ์กับกำ�ลังไฟฟ้าของหลอดไฟและความต่างศักย์ระหว่างปลาย ของหลอดไฟ ดังสมการ P I 'V ดังน้ัน หลอดไฟที่มีกำ�ลังไฟฟ้ามากกว่า จะมีกระแสไฟฟ้า ผ่านมากกว่า 15.เม่ืออุณหภูมิของหลอดไฟสูงข้ึน ความต้านทานของหลอดไฟจะเพ่ิมขึ้น จะมีผลทำ�ให้พลังงาน ไฟฟา้ ทห่ี ลอดไฟใชใ้ นช่วงเวลาเท่ากันเพม่ิ ขึน้ หรอื ลดลง เพราะเหตใุ ด แนวคำ�ตอบ พลังงานไฟฟ้าที่หลอดไฟใช้จะยิ่งเพิ่มขึ้น เพราะพลังงานไฟฟ้าท่ีหลอดไฟใช้ ไปแปรผนั ตรงกบั ความตา้ นทาน ดงั สมการ P = I 2R ดงั นน้ั ยง่ิ ความตา้ นทานของหลอดไฟเพม่ิ ขน้ึ พลงั งานไฟฟ้าทห่ี ลอดไฟใชไ้ ปในช่วงเวลาเท่ากัน จะยงิ่ เพม่ิ ขึ้น 16.จากรูป 'V0 เป็'นVคaวbามตIR่าaงbศักย์ระหว่าง จุด a b และ b ขณะที่ต่อเคร่ืองใช้ไฟฟ้าระหว่าง 2 จุดน้ี กับ เมอ่ื ไมต่ อ่ กบั เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ระหวา่ ง 2 จดุ ∆V0 ดงั กลา่ ว คา่ 'V0 จะเ'หVมaอื bนหรIอืRแabตกตา่ งกนั เพราะเหตใุ ด a รูป ประกอบค�ำ ถามขอ้ 16 แนวคำ�ตอบ จากรูปท่โี จทย์กำ�หนด แบง่ ตวั ตา้ นทานเป็น 2 สว่ น คือ R1 และ Rab ไดด้ ังรปู ก. I R1 I R1 a a ε ε Rab ∆V0 R ab R ∆V0 b b ก. ข. รปู ประกอบแนวคำ�ตอบค�ำ ถามขอ้ 16 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

322 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟิสิกส์ เลม่ 4 รูป ก. จะได้ 'V0 'Vab IRab H เมอ่ื I คือ กระแสในวงจร หา I ไดจ้ าก I R1  Rab H V0 R1  Rab u Rab H (1) V0 1 R1 Rab เมอื่ ตอ่ เครื่องใช้ไฟฟา้ ทม่ี คี วามตา้ นทาน R กบั จดุ ab ดังรูป ข. ความต้านทานระหว่างจุด a และ b จะเปลี่ยนเปน็ Ra′b ซึ่งประกอบดว้ ย Rab เดิมต่อขนานกับ R Racb § 1  1 ·1 (2) ¨ Rab R ¸ © ¹ จะได้ว่า Ra′b จะมีค่าน้อยกว่า Rab เม่ือพิจารณาจากสมการ (2) 'V0 จะ'มVีคab่าลดIลRงab จงึ สรุปไดว้ ่า ถา้ มีความต้านทานมาตอ่ ระหวา่ ง a และ b ความตา่ งศักยร์ ะหวา่ ง 2 จุดนจี้ ะลด 17.P Q และ R เป็นหลอดไฟท่ีเหมือนกันทุก ε ประการและนำ�มาต่อเป็นวงจรกับแบตเตอรี่ R ดงั รูป ถา้ สับสวติ ซ์ S ความสว่างของหลอดไฟ S P และ Q จะเปลีย่ นแปลงอยา่ งไร P Q รูป ประกอบคำ�ถามข้อ 17 แนวคำ�ตอบ ก่อนสับสวิตซ์ S หลอดไฟ P และ Q สว่างเท่ากัน หลอด R จะไม่สว่าง เพราะ กระแสท่ผี ่านเปน็ กระแสเดียวกนั เมอ่ื สับสวิตซ์ S หลอด R จะสว่าง กระแสในวงจรจะเพม่ิ ขน้ึ เล็กนอ้ ย เพราะความต้านทานสมมลู ของวงจรล ดลง หลอดไฟ P สวา่ งขนึ้ เลก็ นอ้ ย แตห่ ลอดไฟ Q ความสว่างจะลดลง เน่ืองจากกระแสไฟฟ้าที่ผ่านหลอด Q ลดลง เพราะมีการแบ่งกระแส ไฟฟ้าแยกไปทางหลอด R สว่ นหนง่ึ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 4 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส 323 18.แบตเตอรี่ หลอดไฟส่ีหลอด (L1 L2 L3 L2 S3 S4 L4 และ L4) สวิตช์ (S1 S2 S3 S4 S5 และ S6) S5 ตอ่ กนั เปน็ วงจรไฟฟา้ ดงั รปู หลอดใดสวา่ งถา้ S2 S6 ก. สบั สวิตช์ S2 เท่าน้นั ข. สบั สวิตช์ S3 เท่าน้นั L1 S1 L3 ค. สับสวิตช์ S3 และ S4 เทา่ นน้ั รปู ประกอบคำ�ถามข้อ 18 แนวคำ�ตอบ ก. หลอดท่ีจะสว่างคือ L1, L2 และ L3 ส่วนหลอดอืน่ กระแสไฟฟา้ ไมผ่ า่ น เพราะ ไมค่ รบวงจร จึงไม่สวา่ ง ข. หลอดท่จี ะสวา่ งคือ L1 และ L3 ค. หลอดทีจ่ ะสว่างคือ L1 ส่วนหลอด L3 ไม่สว่างเพราะ S4 จะทำ�หน้าทลี่ ดั วงจร ท�ำ ใหก้ ระแสไฟฟา้ ไมผ่ า่ นหลอด L3 นอกจากนห้ี ลอด L4 ไมต่ ดิ เพราะกระแส ไฟฟ้าไมไ่ หลผา่ น 19.วงจรไฟฟา้ ดังรูป a b c และ d เปน็ ตัวตา้ นทาน มคี วามตา้ นทานเทา่ กนั พจิ ารณา จดุ 1, 2, 3, 4 และ 5 ซ่งึ เปน็ จุดในวงจร a ก. จุดใดท่มี กี ระแสไฟฟ้าผา่ นนอ้ ยท่ีสุด ข. จุดคู่ใดทมี่ คี วามตา่ งศกั ยเ์ ทา่ กบั ศูนย์ 12 c4 b ค. จุดคู่ใดทมี่ คี วามต่างศกั ยม์ ากท่สี ดุ 5d 3 แนวคำ�ตอบ ก. 4 ข. 3, 4 ค. 1, 5 รูป ประกอบคำ�ถามขอ้ 19 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

324 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟิสิกส์ เลม่ 4 ปญั หา 1. หลอดบรรจุแก๊สหลอดหนึ่ง ในเวลา 10 วินาที มีอนุภาคประจุบวกจำ�นวน 1016 อนุภาค และ อนภุ าคประจลุ บจ�ำ นวน 1018 อนภุ าค เคลอ่ื นทผี่ า่ นพน้ื ทหี่ นา้ ตดั ของหลอดท�ำ ใหเ้ กดิ กระแสไฟฟา้ ผ่านเทา่ ใด (อเิ ล็กตรอนมปี ระจไุ ฟฟ้าขนาด 1.6× 10-19 คลู อมบ)์ วธิ ที �ำ กระแสไฟฟ้าในหลอดเกดิ จากการเคลอ่ื นท่ีทง้ั ประจบุ วกและลบ ให้ q+ เปน็ ปรมิ าณประจุบวก และ q- ปรมิ าณประจุลบ จากสมการ IQ 't I q  q จะได ้ t แทนคา่    1016 u1.6u1019 C  1018 u1.6u1019 C I (10 s) 16.16 u103 A 16.16mA # 16 mA ตอบ กระแสไฟฟ้าผ่านหลอดเทา่ กับ 16 มลิ ลิแอมแปร์ 2. ตัวนำ�มีพ้ืนที่หน้าตัด 2 ตารางมิลลิเมตร ถ้ามีประจุไฟฟ้า -7.8 คูลอมบ์เคล่ือนที่ผ่านพ้ืนท่ีน้ี ในเวลา 3.0 วนิ าที จงหากระแสไฟฟา้ ท่ีผา่ นตวั นำ�น้ี วิธีทำ� กระแสไฟฟ้าท่ผี ่านตัวน�ำ เทา่ กับประจุไฟฟา้ ทเ่ี คล่อื นท่ผี า่ นตวั น�ำ ในหน่ึงหน่วย เวลาตามสมการ IQ แทนคา่ 't I = 7.8C 3.0 s = 2.6 A ตอบ กระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำ�เทา่ กบั 2.6 แอมแปร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส 325 3. ลวดทองแดงพน้ื ทหี่ นา้ ตัด 0.5 ตารางมลิ ลิเมตร ยาว 50 เมตร เมอ่ื ให้กระแสไฟฟ้าผ่านเสน้ ลวด ทำ�ให้อิเล็กตรอนอิสระเคล่ือนท่ีด้วยความเร็วลอยเลื่อน 2 มิลลิเมตรต่อวินาที (จำ�นวน อิเลก็ ตรอนอสิ ระของทองแดงเทา่ กบั 8.47× 1028 ต่อลกู บาศกเ์ มตร) จงหาจำ�นวนอิเล็กตรอนท่ี เคลือ่ นทผ่ี า่ นพน้ื ทหี่ น้าตดั ของลวดน้ีแต่ละวนิ าที วธิ ที ำ� กระแสไฟฟา้ ในลวดทองแดง มคี วามสมั พนั ธก์ บั ความเรว็ ลอยเลอื่ นของอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ (vd) ความหนาแนน่ ของอเิ ลก็ ตรอนตอ่ หนงึ่ หนว่ ยปรมิ าตร (n) ประจขุ องอเิ ลก็ ตรอน (e) และ พนื้ ทห่ี น้าตัด (A) ตามสมการ I = nevdA แทนคา่ ปริมาณอื่น ๆ ในสมการ ยกเว้นประจุอิเล็กตรอน I = (8.47 ×1028 m−3 )e(2 ×10−3 m / s)(0.5×10−6 m2 ) = (8.47 ×1019 s−1)e น่นั คือในหนงึ่ วินาที มีประจไุ ฟฟ้า (8.47 × 1019)e คูลอมบ์ เคล่อื นทผ่ี ่านพน้ื ท่ีหน้าตดั ของลวดเส้นนี้ ดังนน้ั จ�ำ นวนอิเล็กตรอนทเ่ี คลือ่ นทผี่ า่ นพ้นื ท่ีหนา้ ตดั ในแต่ละวนิ าทเี ทา่ กบั (8.47 ×1019 )e = 8.47 ×1019 อนุภาค e ตอบ ในแตล่ ะวนิ าที มอี ิเลก็ ตรอนจ�ำ นวน 8.47× 1019 อนภุ าค เคลื่อนทีผ่ า่ นพื้นทห่ี น้าตัดของ ลวดเสน้ น้ีเทา่ กัน 4. ลวดตัวนำ�โลหะขนาดสมำ่�เสมอมีพื้นท่ีหน้าตัด 1.0 ตารางมิลลิเมตร วัดปริมาณกระแสไฟฟ้า ทผี่ ่านได้ 1.5 แอมแปร์ จะมขี นาดของความเรว็ ลอยเลอื่ นของอิเลก็ ตรอนอสิ ระเท่าไร (ก�ำ หนดให้จำ�นวนอเิ ล็กตรอนอิสระ 4.0× 1028 ต่อลกู บาศกเ์ มตร) วิธที ำ� กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ� มีความสัมพันธ์กับความเร็วลอยเล่ือนของอิเล็กตรอนอิสระ (vd) ความหนาแนน่ ของอเิ ลก็ ตรอนตอ่ หนง่ึ หนว่ ยปรมิ าตร (n) ประจขุ องอเิ ลก็ ตรอน (e) และ พ้ืนที่หนา้ ตัด (A) ตามสมการ I = nevdA จัดรูปสมการเพอ่ื หาความเรว็ ลอยเลอ่ื น จะได้ vd = I neA สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

326 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟิสกิ ส์ เล่ม 4 แทนค่า vd 1.5 A (4.0 u1028 m3 )(1.6 u1019 C)(1.0 u106 m2 ) 0.23u103 m/s 2.3u104 m/s ตอบ อเิ ลก็ ตรอนอิสระมีความเรว็ ลอยเลอื่ นเท่ากบั 2.3 × 10-4 เมตรต่อวินาที 5. ลวดโลหะเงนิ เสน้ หน่ึงมอี เิ ลก็ ตรอนอสิ ระจ�ำ นวน 5.86 × 1028 ต่อลกู บาศก์เมตร มพี น้ื ท่หี นา้ ตดั 4 ตารางมิลลิเมตร เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเคล่ือนที่ไปด้วยความเร็วลอยเลื่อน 3.8 × 10-2 เมตรต่อวนิ าที ในช่วงเวลา 30 วินาที จ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนท่เี คลอื่ นท่ผี ่านพ้นื ทห่ี น้าตดั เสน้ ลวดน้ี มปี รมิ าณเทา่ ใด วิธที �ำ กระแสไฟฟา้ ในตวั น�ำ เปน็ ประจไุ ฟฟา้ ทผ่ี า่ นภาคตดั ขวางของตวั น�ำ นนั้ ในหนง่ึ หนว่ ยเวลา หาไดจ้ ากปรมิ าณที่เก่ยี วข้อง ดังสมการ IQ nevd A 't ดังน้นั จำ�นวนอิเลก็ ตรอนอิสระทเ่ี คลอื่ นทีผ่ า่ นพนื้ ทหี่ นา้ ตัดเส้นลวดโลหะเงิน หาไดจ้ ากสมการ Q nvd A't e โจทยก์ �ำ หนด n = 5.86 × 1028, A = 4 × 10-6m2, vd = 3.8 × 10-2 m/s, t = 30 s และ e = 1.6 × 10-19 C แทนคา่ Q (5.86 u1028 m3 )(3.8u102 m/s)(4 u106 m2 )(30 s) e จะได ้ Q 2.67 u1023 อนภุ าค e ตอบ จ�ำ นวนอิเลก็ ตรอนอสิ ระท่เี คล่อื นผ่านพืน้ ทีห่ น้าตดั เส้นลวดโลหะเงินเท่ากับ 2.67 × 1023 อนุภาค 6. แบตเตอรี่ก้อนหน่งึ เมอื่ น�ำ มาใชง้ านสามารถทำ�ใหม้ ีประจไุ ฟฟา้ เคลอื่ นทผี่ า่ นแบตเตอรไี่ ด้ท้ังส้ิน 5.0 × 104 คูลอมบ์ ถ้าใช้งานแบตเตอร่นี โี้ ดยมกี ระแสไฟฟ้า 20 มลิ ลิแอมแปร์ อย่างสม่ำ�เสมอ จะสามารถใชง้ านแบตเตอรีไ่ ดน้ านกี่ช่วั โมง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เล่ม 4 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส 327 วธิ ีท�ำ จาก I I Q 't เมอื่ Q = 5.0 × 104 C, I = 20× 10-3 A = 20× 10-3 C/s จะได ้ t 5.0 u104C 2.5 u106s 20 u103C/s 2.5u106 hr 3600 694 hr ตอบ จะสามารถใชแ้ บตเตอร่ีไดน้ าน 694 ช่วั โมง 7. ลวดโลหะเส้นหนึ่งมีอิเล็กตรอนอิสระ 5.0 × 1028 ต่อลูกบาศก์เมตร ลวดมีพื้นท่ีหน้าตัด 2.5 ตารางมิลลิเมตร ถ้าอิเล็กตรอนแต่ละตัวเคลื่อนท่ีด้วยขนาดความเร็วลอยเล่ือน 0.30 มลิ ลเิ มตรต่อวินาที จะมกี ระแสไฟฟ้าเทา่ ใดในเสน้ ลวดน้ี วธิ ีทำ� จาก I = nevdA เมือ่ n = 5.0 × 1028 m-3, e = 1.6 × 10-19 C, vd = 0.3 × 10-3 m/s, A = 2.5 × 10-6 m2, ดงั นนั้ I =(5.0 ×1028 m−3 )(1.6 ×10−19 C)(2.5×10−6 m2 )(0.3×10−3 ms−1) = 6.0A ตอบ มกี ระแสไฟฟา้ 6.0 แอมแปร์ ในเสน้ ลวดน้ี 8. ถา้ ใชเ้ ตารดี ไอน�้ำ ทม่ี คี วามตา้ นทาน 55.0 โอหม์ กบั ความตา่ งศกั ย์ 220 โวลต์ กระแสไฟฟา้ ทผี่ า่ น เตารีดมคี า่ เทา่ ใด I ( 1 )'V วธิ ีท�ำ จากกฎของโอหม์ R แทนค่า R = 55 Ω , ∆V = 220 V จะได ้ I 220 V 55.0 : 4.0A ตอบ กระแสไฟฟา้ ทผ่ี า่ นเตารดี เทา่ กบั 4.0 แอมแปร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

328 บทที่ 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟสิ ิกส์ เล่ม 4 9. จะตอ้ งตอ่ ตัวตา้ นทาน 1.0 เมกะโอห์ม กบั ความต่างศักย์เท่าใด จึงจะมีกระแสไฟฟ้า 1.0 มิลลิแอมแปร์ ผา่ นตัวต้านทานดังกล่าว วธิ ีทำ� จาก 'V IR เมือ่ I 1.0u103 A , R 1.0u106 : 'V (1.0u103 A)(1.0u106 :) 1.0u103 V ตอบ จะตอ้ งใชค้ วามตา่ งศกั ย์ 1.0 × 103 โวลต์ 10. สายไฟ 2 เส้น ท�ำ ด้วยโลหะ 2 ชนดิ เส้นแรกมสี ภาพตา้ นทานไฟฟ้าเปน็ 4 เท่าของเส้นทีส่ อง ถา้ ความยาวและความตา้ นทานเทา่ กนั จงหาอตั ราสว่ นพนื้ ทห่ี นา้ ตดั ของเสน้ ทห่ี นงึ่ ตอ่ เสน้ ทส่ี อง Ul วิธที �ำ จากความสัมพันธ์ R A ลวดเสน้ แรกมพี ้นื ท่ีหน้าตดั A1 U1 l1 R1 ลวดเสน้ ที่สองมพี ้ืนทหี่ น้าตัด A2 U2 l2 R2 ถา้ U1 4U2 , l1 = l2 และ R1 = R2 จะได้ว่า A1 U1 ( l1 R2 ) A2 U2 l2 R1 4U2 (l2 R2 ) U2 l2 R2 4 ตอบ อตั ราสว่ นพืน้ ท่หี น้าตัดเสน้ ทห่ี นึง่ ตอ่ เสน้ ทีส่ องเทา่ กบั 4 11. ถ้ามีลวดเส้นผ่านศูนย์กลางของลวดลดลงไปครึ่งหนึ่ง ความต้านทานของเส้นลวดจะ เปลย่ี นแปลงไปอยา่ งไร Ul A วธิ ที �ำ จากความสมั พันธ R ถ้าให้ d เป็นเสน้ ผ่านศูนยก์ ลางของลวด S (d )2 พ้ืนที่หนา้ ตัดของเส้นลวดหาได้จาก A 2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส 329 ถา้ เส้นผา่ นศนู ย์กลางของลวดลดลงไปคร่งึ หนึง่ พ้นื ทห่ี น้าตดั ทเ่ี ปล่ียนไปเปน็ Ac S ( d (1))2 22 1 S (d )2 42 1A 4 ดังน้ัน ถ้าความยาวของลวดเท่าเดิม ความต้านทานจะเปลี่ยนไปเป็น Rc Ul Ac Ul ( A / 4) 4R ตอบ ความต้านทานของเส้นลวดจะเพิม่ ขึน้ เปน็ 4 เทา่ ของความต้านทานเดมิ 12. ลวดตัวนำ�ขนาดสมำ่�เสมอเส้นหน่ึงยาว 2.0 เมตร มีความต้านทาน 0.5 โอห์ม ถ้าลวดตัวนำ� ชนดิ เดยี วกนั แตม่ ขี นาดเสน้ ผา่ นศนู ยก์ ลางเลก็ กวา่ เปน็ ครง่ึ หนงึ่ หากตอ้ งการใหม้ คี วามตา้ นทาน 2.0 โอห์ม จะต้องใชล้ วดยาวเท่าไร วธิ ีทำ� จากความสัมพนั ธ์ R Ul A แทนค่า l = 2.0 m และ R = 0.5 Ω จะได้ 0.5: U (2.0 m) A หรอื A 2.0 m (1) U 0.5: ถ้าให้ d เปน็ เส้นผ่านศูนยก์ ลางของลวด พนื้ ท่ีหน้าตัดของเสน้ ลวดหาไดจ้ าก A S (d )2 2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

330 บทที่ 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟสิ ิกส์ เลม่ 4 ถ้าเส้นผ่านศนู ย์กลางของลวดลดลงไปครึง่ หนึง่ พ้นื ทห่ี นา้ ตดั ทเ่ี ปลีย่ นไปเป็น Ac S ( d (1))2 22 1 S (d )2 42 14 A (2) ความยาวของลวดท่เี ปล่ียนไปหาไดจ้ ากสมการ lc Rc Ac U แทนค่าจาก (2) และความต้านทานของลวดเปล่ียนเป็น 2 โอหม์ จะได ้ lc (2.0 :) § 4A · ¨ U ¸ © ¹ แทนคา่ จาก (1) จะได ้ lc 4(2.0 :) § 2.0 m · ¨ 0.5 : ¸ © ¹ 32 m ตอบ จะตอ้ งใช้ลวดยาว 32 เมตร 13. ลวดโลหะเส้นหน่ึงมีความต้านทาน 8.0 โอห์ม ถ้านำ�ลวดโลหะเส้นนี้มารีดทำ�เป็นลวดเส้นใหม่ ใหย้ าวเปน็ 4 เทา่ ของความยาวเดมิ ความตา้ นทานของลวดโลหะจะเพม่ิ ขน้ึ หรอื ลดลงเปน็ เทา่ ใด วิธีท�ำ ลวดท่ีน�ำ มารีด มีปริมาตร V = lA โดยท่ี l เป็นความยาวของลวด A เปน็ พน้ื ทหี่ น้าตดั ของเส้นลวด เนอ่ื งจากลวดทนี่ �ำ มารดี ยงั มปี รมิ าตรคงท่ี ถงึ แมค้ วามยาวและพนื้ ทห่ี นา้ ตดั จะเปลยี่ นไป ดังน้ัน ถ้าให้ V ′ เป็นปริมาตรของลวดท่ีรีดแล้ว ส่วน l′ เป็นความยาว และ A′ เปน็ พืน้ ทหี่ นา้ ตดั ของลวดที่รดี จะได้ V Vc น่ันคือ lA lcAc (1) เมอ่ื l มคี วามยาวเปล่ยี นไปเปน็ lc 4l (2) แทนใน (1) จะได ้ lA 4lAc Ac A (3) 4 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 331 ความตา้ นทานของลวดทร่ี ดี จะเปล่ยี นไปเปน็ U lc Rc Ac จาก (2) และ (3) จะได้ Rc U 4l ( A / 4) 16U l A 16R ตอบ ความต้านทานของลวดโลหะจะเพ่ิมขึน้ เป็น 16 เท่า 14. ต้องการทำ�ลวดสายไฟท่มี คี วามตา้ นทาน 5.0 โอห์ม จากโลหะซึ่งมีสภาพตา้ นทาน 8.0 × 10-8 Ω m โดยมีปริมาตรของลวดเปน็ 12.0 ลูกบาศกเ์ ซนตเิ มตร ก. ลวดเสน้ น้ีมคี วามยาวเทา่ ไร ข. ลวดเส้นนมี้ พี ้นื ทหี่ น้าตดั เทา่ ไร วิธีท�ำ ก. จากความสัมพนั ธ์ R Ul A l R จะได้ AU 5.0 : 8.0 u108 : m Al 6.25u 107 m -1 (1) ปริมาตรของโลหะ V = lA เทา่ กับ 12.0 ลูกบาศก์เซนตเิ มตร (2) ดังนนั้ จะได ้ lA 12.0 u106 m3 นำ�สมการ (1) คูณกับสมการ (2) จะได้ l2 (6.25u107 m1)(12.0 u106 m3 ) เพราะฉะนัน้ 750.0 m2 l 27.4 m2 ตอบ ลวดเสน้ นี้จะตอ้ งมคี วามยาว 27.4 เมตร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

332 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 วธิ ีท�ำ ข. หาพ้นื ที่หน้าตัดของลวดโดยแทนความยาวลวดทไี่ ดจ้ ากข้อ ก. ลงในสมการ (2) จะได ้ (27.4 m) A 12.0 u106 m3 A 12.0 u106 m3 27.4 m 4.38u107 m2 ตอบ ลวดเส้นน้ีจะมีพ้ืนท่ีหน้าตัด 4.38 × 10-7 ตารางเมตร มีความยาว 1.5 กิโลเมตร และ มพี น้ื ทห่ี นา้ ตดั 0.5 ตารางมิลลิเมตร ตารางเมตร หรอื 0.438 ตารางมลิ ลเิ มตร 15. ลวดตัวนำ�ในสายไฟฟ้าเส้นหนึ่งทำ�จากทองแดงซึ่งมีสภาพต้านทานไฟฟ้า 1.72 × 10-8 Ω m มีความยาว 1.5 กโิ ลเมตร และมีพน้ื ทีห่ นา้ ตัด 0.5 ตารางมลิ ลเิ มตร ก. จงหาค่าความต้านทานของลวดตวั น�ำ เส้นนี้ ข. ถ้าตัดสายไฟฟา้ ออกเป็น 3 ส่วนเทา่ ๆ กัน แล้วน�ำ มาตอ่ ขนานกนั ดังรูป ความตา้ นทาน 0.5 m2 1.5 km 5 km รปู ประกอบปญั หาข้อ 15 จะเป็นเทา่ ใด Ul วธิ ีทำ� ก. จากความสัมพันธ์ R A แทนค่า จะได้ R (1.72u108 : m)(1.5u103 m) 0.5u106 m2 51.6 : ตอบ ลวดตวั นำ�เส้นนมี้ ีความตา้ นทาน 51.6 โอหม์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 4 บทท่ี 14 | ไฟฟา้ กระแส 333 วิธที ำ� ข. ตัดลวดเปน็ 3 สว่ นเท่า ๆ กนั โดยแตล่ ะสว่ นมีความยาว l 3 น�ำ ลวดท่ีตดั แลว้ มาตอ่ แบบขนาน จะทำ�ใหม้ พี ้นื ท่หี นา้ ตดั เพิ่มข้ึนเปน็ 3 เท่า ดังน้ัน ความต้านทานท่เี ปลีย่ นไปจะเทา่ กับ Rc U lc Ac U (l / 3) 3A 1 ª¬« U ( Al )¼º» 9 แทนคา่ จะได้ 1R 9 Rc 51.6 : 9 5.73 : ตอบ ความต้านทานของลวดทน่ี ำ�มาตอ่ กันเท่ากับ 5.73 โอหม์ 16. ตัวต้านทานขนาด 560 กิโลโอห์มและมีความคลาดเคลื่อน 5% จะมีแถบสีแบบสี่แถบ และ แบบห้าแถบอย่างไร วธิ ีทำ� แทนตัวเลขในแต่ละหลักดว้ ยแถบสีตามรหัสในตาราง 14.3 สำ�หรบั ตวั ตา้ นทานแบบสีแ่ ถบสี เลข 5 แทนดว้ ยแถบสีเขยี ว ซ่ึงเป็นแถบสที ่หี นึ่ง เลข 6 แทนดว้ ยแถบสีน้�ำ เงนิ ซงึ่ เป็นแถบสที ่สี อง เลข 1 ซ่ึงเปน็ เลขพหคุ ณู แทนดว้ ยแถบสีน�้ำ ตาล ซึ่งเปน็ แถบสที ี่สาม ความคลาดเคลื่อน 5% แทนด้วยแถบสีทอง ซึง่ เปน็ แถบสที ี่ส่ี ตอบ ดังนนั้ ตัวต้านทานแบบมีส่ีแถบสี จะมแี ถบสีเขยี ว น้ำ�เงิน น้�ำ ตาล และทองตามลำ�ดับ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

334 บทท่ี 14 | ไฟฟ้ากระแส ฟิสกิ ส์ เลม่ 4 สำ�หรบั ตวั ตา้ นทานแบบห้าแถบสี เลข 5 แทนดว้ ยแถบสเี ขียว ซ่งึ เปน็ แถบสที ีห่ น่งึ เลข 6 แทนด้วยแถบสีน�ำ้ เงนิ ซึง่ เป็นแถบสที ส่ี อง เลข 0 แทนด้วยแถบสดี �ำ ซึ่งเป็นแถบสีท่สี าม เลข 0 ซึ่งเป็นเลขพหุคณู แทนด้วยแถบสดี ำ� ซึ่งเป็นแถบสที ี่ส่ี ความคลาดเคลอื่ น 5% แทนดว้ ยแถบสีทอง ซง่ึ เป็นแถบสที ่ีหา้ ตอบ ดังนั้น ตวั ต้านทานแบบมีห้าแถบสี จะมแี ถบสเี ขยี ว นำ�้ เงิน ดำ� ด�ำ และทอง ตามลำ�ดบั 17. ตวั ต้านทานหนง่ึ มแี ถบสดี งั รปู มคี วามต้านทานเทา่ ไร วธิ ีทำ� ตัวต้านทานแบบส่ีแถบสีนี้ ต้องอ่าน แถบสจี ากขวาไปซา้ ย เนอ่ื งจากแถบสที อง ทอ่ี ยหู่ า่ งจากแถบสอี น่ื ๆ เปน็ แถบสที ร่ี ะบุ ความคลาดเคลื่อนมาอยู่ด้านซา้ ยมือสดุ แถบสีที่ 4 สเี หลอื ง ดังนั้น แถบสที ่ีหนึ่งซงึ่ เปน็ สีเหลอื ง แทน แถบสีท่ี 3 สมี �วง ด้วยตัวเลข 4 ส่วนแถบสีท่ีสองสีม่วง แถบสที ่ี 2 สสี ม� แ ท น ด้ ว ย เ ล ข 7 แ ถ บ สี ท่ี ส า ม สี ส้ ม แถบสที ่ี 1 สที อง แทนด้วยเลข 3 ส่วนแถบสีที่สี่ซ่ึงเป็น รปู ประกอบปญั หาข้อ 17 สที องแทนความคลาดเคลื่อน 5% จาก ความตา้ นทาน = [(เลขแถบสที ่ี 1 เลขแถบสที ่ี 2) × 10 ]เลขแถบสที ่ี 3 ± เลขแถบสที ่ี 4 แทนคา่ จะได ้ ความต้านทาน = 47 × 103 Ω ± 5% = 4.7× 104 Ω ± 5% = 47 k Ω ± 5% ตอบ ตวั ตา้ นทานทม่ี แี ถบสดี งั รปู มคี วามตา้ นทานได้ 47 กโิ ลโอหม์ และมคี วามคลาดเคลอ่ื น 5% 18. ตวั ตา้ นทานตวั หนง่ึ มแี ถบสี ดงั รปู แถบสที ี่ 4 สที อง ก�ำ หนด รหสั แถบสี ดงั น้ี แถบสีที่ 3 สดี ำ ด�ำ แทนเลข ศนู ย์ แถบสีท่ี 2 สีดำ น�ำ้ ตาล แทนเลข 1 แถบสีที่ 1 สนี ำ้ ตาล ทอง แทนความคลาดเคลอ่ื น รูป ประกอบปัญหาข้อ 18 ตวั ตา้ นทานนม้ี คี วามตา้ นทานอยใู่ นชว่ งกโ่ี อหม์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี