ใบความรู้บทที่ 2

หน่วยท่ี 2 ความรู้เบอื้ งต้นเกย่ี วกบั ไฟฟ้ า สาระสาคญั ในสมัยโบราณมนุษยม์ คี วามรูเ้ กย่ี วกับเรอ่ื งของไฟฟ้านอ้ ยมาก ถงึ แมจ้ ะไดพ้ บปรากฏการณ์ทเี่ กดิ จากไฟฟ้าอยา่ งสม่าเสมอก็ตาม โดยเฉพาะปรากฏการณ์ทเ่ี กดิ ขนึ้ ทางธรรมชาติ เชน่ ฟ้าแลบ,ฟ้ารอ้ ง, ฟ้าผา่ ตอ่ มามนุษยเ์ รมิ่ คน้ พบประจไุ ฟฟ้า จากการนาเอาแท่งอาพันมาถูกับขนสัตว์ ทาใหเ้ กดิ ประกายไฟ นอกจากนี้เรมิ่ มกี ารสังเกตจากการหวผี ม ซงึ่ ขณะทห่ี วผี มนัน้ เกดิ การดดู เสน้ ผม เสมอื นมปี ระจุไฟฟ้ า เกดิ ขนึ้ มนุษยเ์ รมิ่ คนุ ้ เคยและรจู ้ ักการนาไฟฟ้ามาใชป้ ระโยชนเ์ มอ่ื ราวปี พ.ศ. 2397 โดยนักวทิ ยาศาสตร์ ชอื่ ไฮนร์ สิ เกอบเบลิ ไดค้ น้ พบหลอดไฟฟ้าชนดิ มไี ส ้ ซงึ่ ในปัจจบุ ันก็ยังมใี ชก้ ันอยู่ หลังจากนัน้ ไดม้ กี าร นาไฟฟ้ า มาใชง้ านดา้ นตา่ ง ๆ เพมิ่ ขน้ึ เชน่ ใหแ้ สงสวา่ ง, ใหค้ วามรอ้ น, ใชใ้ นงานดา้ นมอเตอร,์ วทิ ย,ุ โทรทัศน์ ฯลฯ เป็ นตน้ โดยสรปุ ชวี ติ ประจาวนั ของมนุษยจ์ ะตอ้ งมคี วามเกย่ี วขอ้ งกบั ไฟฟ้าเสมอ จดุ ประสงคเ์ ชงิ พฤตกิ รรม 1. อธบิ ายโครงสรา้ งของอะตอมได ้ 2. แบง่ สารทางไฟฟ้าได ้ 3. อธบิ ายวธิ กี ารทาใหเ้ กดิ ประจดุ ว้ ยวธิ ตี า่ ง ๆ ได ้ 4. เขยี นความสมั พันธข์ องแรงดนั กระแส และความตา้ นทานได ้ 5. นาแหลง่ จา่ ยไฟฟ้าแบบตา่ ง ๆ ไปประยกุ ตใ์ ชง้ านได ้ 6. เขยี นกฎของโอหม์ ได ้ 7. คานวณคา่ ใชจ้ า่ ยไฟฟ้าตามหลักการของการไฟฟ้าได ้ โครงสรา้ งของอะตอม ทุกสง่ิ ทุกอย่างทเ่ี รามองเห็นบนโลกนี้ลว้ นเป็ นสสาร (Matters) ทัง้ สนิ้ สสารเป็ นสงิ่ ทมี่ นี ้าหนัก ตอ้ งการทอ่ี ยอู่ าศัย โดยท่ัวไปจะมอี ยู่ 3 สถานะคอื ของแข็ง, ของเหลว และ กา๊ ซ ธาตุ (Elements) ประกอบจากสสาร จนกลายเป็ นธาตชุ นดิ ตา่ ง ๆ เชน่ ทองแดง, อลมู เิ นยี ม, เงนิ , ทองคา, ปรอท เป็ นตน้ อะตอม (Atom) คอื อนุภาคทเ่ี ล็กทส่ี ดุ ของธาตุ ไม่สามารถอย่ตู ามลาพังได ้ ตอ้ งอย่รู วมกัน เป็ น โมเลกลุ (Molegul) ภายในอะตอมจะประกอบไปดว้ ยทอี่ ยแู่ กนกลางคอื นวิ เครยี ส (Neucleus) ภายในนวิ เครยี สประกอบดว้ ยโปรตรอน ซง่ึ มศี ักยไ์ ฟฟ้าเป็ นบวก (Positive Charge) และนวิ ตรอน (Neutron) มี สภาพเป็ นกลางทางไฟฟ้า สว่ นทอี่ ยรู่ อบนอกมวี งโคจรความเร็วสงู อาจมวี งเดยี วหรอื หลายวงก็ได ้ วง นอกสดุ นัน้ เรยี กวา่ อเิ ล็กตรอน (Electron) ซง่ึ มคี ณุ สมบตั ทิ างไฟฟ้าเป็ นลบ (Negative Charge)

2 โครงสรา้ งอะตอม การแบง่ สารทางไฟฟ้ า การแบง่ สารทางไฟฟ้าสามารถแบง่ ออกไดเ้ ป็ น 3 ชนดิ คอื 1. ตวั นา เป็ นสารทอ่ี ยวู่ งนอกสดุ ประมาณ 1-3 ตัว เมอ่ื ใหพ้ ลงั งานเพยี งเล็กนอ้ ย จะทาใหอ้ เิ ลก็ ตรอน หลดุ ออกจากวงโคจรเคลอื่ นทไ่ี ปในชนั้ สารไดง้ า่ ย มผี ลทาใหส้ ารนัน้ เป็ นตวั นาได ้ เชน่ ทองแดง, อลมู เิ นยี ม ฯลฯ เป็ นตน้ 2. ฉนวน เป็ นสารอเิ ล็กตรอนวงนอกสดุ ทยี่ ดึ เกย่ี วกบั อะตอมอนื่ ๆ ทาใหอ้ เิ ล็กตรอนอสิ ระนอ้ ย จงึ ไม่ เกดิ การนากระแส เชน่ ไมกา้ , เซรามคิ ฯลฯ เป็ นตน้ 3. สารกง่ึ ตวั นา เป็ นสารทม่ี อี เิ ล็กตรอนวงนอกสดุ 4 ตวั เมอื่ ไดร้ ับอณุ หภมู สิ งู ขน้ึ จะเปลยี่ นสภาพเป็ น สภาวะตวั นา ทน่ี ามาทาเป็ นสารกงึ่ ตัวนา ไดแ้ ก่ ซลิ กิ อน และเยอรมันเนยี ม เป็ นตน้ ประจไุ ฟฟ้ า (Charge of Electricity) ประจไุ ฟฟ้า หมายถงึ ปรมิ าณของกระแสไฟฟ้าทไ่ี หลไปในตัวนาไฟฟ้า การขดั สรี ะหวา่ งวตั ถุ 2 ชนดิ เชน่ การเอาแทง่ แกว้ ถกู ับผา้ ไหม แทง่ แกว้ จะถา่ ยทอดอเิ ลก็ ตรอนใหแ้ กผ่ า้ ไหม ทาใหแ้ ทง่ แกว้ เกดิ ประจบุ วก และผา้ ไหมเกดิ ประจลุ บ เมอ่ื มกี ารนาเอาวตั ถุ 2 ชนดิ ทมี่ ปี ระจไุ ฟฟ้าไมเ่ ทา่ กนั มาวางใกล ้ ๆ กนั จะไมเ่ กดิ การถา่ ยเทอเิ ล็กตรอน ซง่ึ ไมส่ ามารถทาใหป้ ระจไุ ฟฟ้าถา่ ยเทเขา้ หากนั ได ้ ซงึ่ มผี ลทาใหไ้ มม่ กี ระแสไฟฟ้าไหล เรยี กวา่ ไฟฟ้า สถติ ย์ (Static Electricity)

3 ทศิ ทางสนามไฟฟ้าของประจบุ วกและประจลุ บ แสดงการดดู และผลกั ของประจไุ ฟฟ้าบวกและประจไุ ฟฟ้าลบ ประจไุ ฟฟ้าใชส้ ญั ลกั ษ์ Q มหี น่วยวดั เป็ นแอมแปร-์ วนิ าที (Ampere-Second) ใชต้ ัวยอ่ ของหน่วยวดั เป็ น As หรอื C

4 การเกดิ ประจไุ ฟฟ้ า การทที่ าใหอ้ เิ ล็กตรอนหลดุ ออกจากวงโคจรจะมผี ลทาใหเ้ กดิ ประจไุ ฟฟ้ามหี ลายวธิ ี ไดแ้ ก่ 1. การขดั สี (Friction) เกดิ จากการนาเอาวตั ถตุ า่ งชนดิ มาถกู นั แสดงการนาเอาวตั ถตุ า่ งชนดิ มาถกู กนั 2. ความรอ้ น (Heat) การใหค้ วามรอ้ นทจี่ ดุ ตอ่ ของโลหะตา่ งชนดิ กนั แสดงการใหค้ วามรอ้ นทจ่ี ดุ ตอ่ ของโลหะตา่ งชนดิ กนั

5 3. แรงกดดนั (Pressure) เกดิ โดยการกดดนั ของผลกึ ในสารบางชนดิ เชน่ ผลกึ ควอทช์ (Quartz) แสดงการกดดนั ของผลกึ ในสารบางชนดิ 4. แสงสวา่ ง (Light) เกดิ จากการใหแ้ สงสวา่ งมาตกกระทบกบั สารทมี่ คี วามไวตอ่ แสง เชน่ โฟโต เซล แสดงการใหแ้ สงสวา่ งมาตกกระทบกบั สารทม่ี คี วามไวตอ่ แสง 5. แมเ่ หล็ก (Magnetism) เกดิ จากตัวนาเคลอื่ นทผ่ี า่ นสนามแมเ่ หล็ก แสดงตวั นาเคลอ่ื นทผ่ี า่ นสนามแมเ่ หล็ก

6 6. ปฏกิ ริ ยิ าเคมี (Chemical Action) เกดิ จากปฏกิ ริ ยิ าเคมใี นเซลไฟฟ้า แสดงการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมใี นเซลไฟฟ้า แรงดนั ไฟฟ้ า (Electrical Voltage) แรงดนั ไฟฟ้าเกดิ จากการแยกประจบุ วกและประจลุ บออกจากกนั เพอื่ ทาใหป้ ระจทุ ัง้ สองเป็ นกลาง ซง่ึ มผี ลทาใหเ้ กดิ ความตา่ งศกั ยท์ างไฟฟ้า แรงดนั 1 โวลท์ คอื แรงดนั ทท่ี าใหก้ ระแส 1 แอมแปรไ์ หลผา่ น เขา้ ไปในความตา้ นทาน 1 โอหม์ หนว่ ยของแรงดนั ไฟฟ้ า

7 ชนดิ ของแรงดนั ไฟฟ้ า 1. แรงดนั ไฟฟ้ ากระแสตรง (Direct Voltage) ขนาดของขวั้ แรงดันไฟฟ้าจะคงทตี่ ลอด ไมม่ ี การเปลย่ี นแปลงสญั ลกั ษณ์ (-) 2. แรงดนั ไฟฟ้ ากระแสสลบั (Alternating Voltage) ขนาดและขวั้ ของแรงดนั ไฟฟ้า จะมกี าร เปลย่ี นแปลงตลอดเวลา มลี กั ษณะเป็ น Sine Wave (~ ) แสดงลกั ษณะของแรงดนั ไฟฟ้า

8 แหลง่ กาเนดิ ไฟฟ้ า แหลง่ กาเนดิ ไฟฟ้าหรอื แหลง่ จา่ ยไฟฟ้า หมายถงึ แหลง่ พลงั งานทส่ี ามารถจา่ ยพลงั งานไฟฟ้าออกมาใช ้ กับอปุ กรณ์ไฟฟ้าท่ัว ๆ ไปได ้ มดี งั ตอ่ ไปนค้ี อื 1. แบตเตอร่ี (Battery) เป็ นแหลง่ กาเนดิ ไฟฟ้า อาศัยการเปลย่ี นแปลงทางดา้ นเคมที ี่ บรรจุ ภายใน ซง่ึ เซลลแ์ ตล่ ะเซลล์ ของแบตเตอรจี่ ะตอ่ เป็ นอนุกรม ขนาน หรอื แบบผสมขนึ้ อยกู่ บั ขนาดของแรงดันและกระแสทตี่ อ้ งการ แสดงแบตเตอรแี่ ละโครงสรา้ งภายใน แรงดนั ไฟฟ้าชนดิ ตา่ ง ๆ ทไ่ี ดจ้ ากเซลลแ์ บตเตอรขี่ นึ้ อยกู่ บั วสั ดทุ ใ่ี ชใ้ นการสรา้ ง สามารถแบง่ ออก ไดเ้ ป็ น 2 กลมุ่ คอื 1. แบตเตอรแ่ี บบปฐมภมู ิ (Primary Cell) 2. แบตเตอรแี่ บบทตุ ยิ ภมู ิ (Secondary Cell) แบตเตอรแ่ี บบปฐมภมู ิ คอื แบตเตอรท่ี ใี่ ชแ้ ลว้ เกดิ การทาปฏกิ ริ ยิ าเคมภี ายใน ไมส่ ามารถนามาใช ้ ใหม่ เชน่ ถา่ นไฟฉาย, ถา่ นนาฬกิ า, ถา่ นในรโี มทคอนโทรล อปุ กรณ์ตา่ ง ๆ เป็ นตน้

9 แสดงแบตเตอรแ่ี บบปฐมภมู ปิ ระเภทตา่ งๆ แบตเตอรแ่ี บบทตุ ยิ ภมู ิ คอื แบตเตอรที่ ใ่ี ชแ้ ลว้ สามารถนามาชารจ์ ไฟเขา้ ไปใหมไ่ ด ้ แสดงแบตเตอรแ่ี บบทตุ ยิ ภมู ขิ นาดตา่ งๆ

10 การนาแบตเตอรไี่ ปใชง้ าน ใชส้ าหรับขบั เคลอื่ นเครอื่ งยนตใ์ หแ้ สงสวา่ งในรถยนต,์ เรอื และใชใ้ นการสอื่ สารตา่ ง ๆ เป็ นตน้ แบตเตอรจ่ี าพวกนสี้ ว่ นมากเป็ นชนดิ แบตเตอรต่ี ะกัว่ กรด (Lead-Acid ) แบตเตอรชี่ นดิ นเิ กลิ -เหล็ก (Nickel-Iron) เป็ นแบตเตอรท่ี บ่ี รรจใุ นกลอ่ งเหล็กกลา้ ชบุ นเิ กลิ สามารถจา่ ยกระแสไฟไดส้ งู มาก ขวั้ บวกทามาจากนเิ กลิ ไฮดรอกไซด์ ใชโ้ ปรแตสเซยี มไฮดรอกไซดเ์ ป็ น น้ายาอเิ ล็กโตรไลตท์ น่ี ยิ มใชค้ อื ในเครอื่ งไฟฉุกเฉนิ (Emergency Lighting) ในรถโฟคลฟิ (Electric Forklifts) แตไ่ มน่ ยิ มใชใ้ นการสตารท์ รถยนตแ์ กสโซลนี และดเี ซล แบตเตอรชี่ นดิ นเิ กลิ -แคดเมยี ม (Nickel-Cadmium : Ni-Cad) โครงสรา้ งคลา้ ยแบตเตอรน่ี เิ กลิ - เหล็ก ขวั้ บวกเป็ นชนดิ นเิ กลิ ไฮดรอกไซด์ ขวั้ ลบจะเป็ นแคดเมยี มและเหล็กละเอยี ด น้ายาอเิ ล็กโตรไลต์ ทใ่ี ชภ้ ายในคอื โปรแตสเซยี มไฮดรอกไซดแ์ บตเตอรช่ี นดิ นที้ นตอ่ การใชง้ าน เสยี หายยาก ใชง้ านไดน้ าน ใหแ้ รงดนั ตอ่ เซลลป์ ระมาณ 1.2 โวลท์ เมอื่ ใชไ้ ฟหมดแลว้ สามารถประจไุ ฟใหมไ่ ด ้ นยิ มใชใ้ นนาฬกิ า ,เครอื่ งคดิ เลข, แฟลชของกลอ้ งถา่ ยรปู อปุ กรณอ์ เิ ล็กทรอนกิ สต์ า่ ง ๆ เป็ นตน้ แสดงการตอ่ แบตเตอรแ่ี บบอนุกรม เพอื่ ใหแ้ รงดนั เพม่ิ ขน้ึ แตก่ ระแสเทา่ เดมิ แสดงการตอ่ แบตเตอรแ่ี บบขนาน เพอื่ ใหค้ า่ กระแสเพม่ิ ขนึ้ แตแ่ รงดนั เทา่ เดมิ

11 เซลลแ์ สงอาทติ ย์ (Solar Cells) เซลลแ์ สงอาทติ ยเ์ ป็ นอปุ กรณ์สงิ่ ประดษิ ฐท์ างวศิ วกรรม โดยประยกุ ตใ์ หม้ คี ณุ สมบัตทิ างดา้ น สารกงึ่ ตวั นา เมอ่ื มแี สงมากระทบจะทาใหเ้ กดิ การเปลย่ี นแปลงจากพลังงานแสงอาทติ ย์ ใหเ้ ป็ นพลังงาน ไฟฟ้า เซลลแ์ สงอาทติ ยใ์ นปัจจบุ ันทามาจากธาตซุ ลิ กิ อน (Silicon) ซง่ึ เป็ นธาตทุ พี่ บมากทสี่ ดุ บนโลก สามารถแบง่ ออกไดเ้ ป็ น 2 ชนดิ ใหญ่ ๆ คอื แบบผลกึ และแบบอะมอรพ์ ัส แสดงโครงสรา้ งและรายละเอยี ดของเซลลแ์ สงอาทติ ย์ การสรา้ งจะทาไดโ้ ดยใช ้ P-N Junction ประกอบขนึ้ เป็ นพน้ื ฐานโดยใหแ้ รงดนั ไฟฟ้าประมาณ 0.5 โวลท์ สว่ นกระแสจะแปรผนั ตามแสงบนพนื้ ทข่ี องเซลล์ ในการรับแสงของซลิ กิ อนแบบผลกึ เดยี่ ว ใหก้ ระแสไดป้ ระมาณ 2 แอมแปรต์ อ่ พนื้ ที่ 1 ตารางเมตร เมอ่ื ตอ้ งการแรงดันไฟฟ้าสงู ขนึ้ ตอ้ งนาเซลล์ แสงอาทติ ยม์ าตอ่ เพมิ่ แบบอนุกรมเพอ่ื ใหไ้ ดแ้ รงดันตามตอ้ งการ ถา้ ตอ้ งการกระแสเพม่ิ สงู ขนึ้ ใหน้ า เซลลแ์ สงอาทติ ยม์ าตอ่ ขนานกัน การตอ่ แบบนม้ี ลี กั ษณะเป็ นโมดลู เมอ่ื เอาโมดลู มาประกอบเพอื่ ตดิ ตงั้ ใชง้ านจะเรยี กวา่ แผง (Array) แผงทตี่ ดิ ตงั้ ในปัจจบุ นั จะมอี ายกุ ารใชง้ านประมาณ 20-25 ปี แตใ่ นขณะน้ี ไดม้ กี ารพยายามคดิ คน้ และพัฒนา เพอ่ื ใหม้ อี ายกุ ารใชง้ านมากกวา่ 30 ปี จดุ เดน่ ของไฟฟ้ าจากเซลลแ์ สงอาทติ ย์ 1. แหลง่ พลังงานคอื ดวงอาทติ ย์ เพราะฉะนัน้ จะใชไ้ ดต้ ลอดไปและไมเ่ สยี คา่ ใชจ้ า่ ย แหลง่ พลงั งาน อน่ื ๆ ทเี่ อามาใชก้ นั เชน่ น้ามัน, ถา่ นหนิ , กา๊ ซธรรมชาติ ซง่ึ แหลง่ พลงั งานเหลา่ นจ้ี ะหมดไปได ้ 2. ไฟฟ้าทไี่ ดจ้ ากเซลลแ์ สงอาทติ ยเ์ กดิ จากการเปลย่ี นพลงั งานแสงเป็ นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ไม่ ใช ้ น้ามัน, ถา่ นหนิ หรอื กา๊ ซเป็ นเชอื้ เพลงิ ซง่ึ ทาใหเ้ กดิ มลภาวะตอ่ สงิ่ แวดลอ้ ม 3. สามารถสรา้ งไฟฟ้าไดท้ กุ ขนาด ตงั้ แตข่ นาดเล็กทสี่ ามารถนาไปใชก้ ับเครอ่ื งคดิ เลขจนถงึ ระบบ โรงงานไฟฟ้าขนาดใหญร่ ะดับ 100 KW ซงึ่ เซลลแ์ สงอาทติ ยส์ ามารถใหป้ ระสทิ ธภิ าพเทา่ กัน ปัจจบุ นั นาไปใชก้ บั เครอ่ื งคดิ เลข, ป๊ัมน้า, รถยนตไ์ ฟฟ้า, เรอื ไฟฟ้า, ระบบไฟฟ้าตามบา้ น เป็ นตน้ 4. มกี ารประยกุ ตน์ าเซลลแ์ สงอาทติ ยไ์ ปใชเ้ ป็ นแหลง่ จา่ ยไฟสาหรับอปุ กรณ์ไฟฟ้าบางประเภทเชน่ เครอื่ งหมายสญั ญาณจราจร, ไฟฟ้าบรเิ วณถนนตา่ ง ๆ, เครอ่ื งทวนสญั ญาณวทิ ยแุ ละโทรศพั ท์ และใชต้ ดิ บนหลงั คารถยนต์

12 แสดงการนาแผงโซลา่ เซลลไ์ ปประยกุ ตใ์ นงานดา้ นตา่ งๆ แหลง่ จา่ ยไฟแบบอเิ ล็กทรอนกิ ส์ แหลง่ จา่ ยไฟแบบอเิ ล็กทรอนกิ ส์ ( Electronic Power Supplies ) ทใ่ี ชใ้ นปัจจบุ นั ไดน้ าไป ประยกุ ตใ์ ชก้ บั วทิ ย,ุ โทรทัศน,์ วดิ โี อเทป, คอมพวิ เตอร,์ โทรศัพท,์ ระบบสอื่ สารตา่ งๆ เป็ นตน้ แหลง่ จา่ ยไฟแบบนเี้ ป็ นแหลง่ จา่ ยไฟทที่ าหนา้ ทแ่ี ปลงไฟฟ้ากระแสสลับจากไฟบา้ น 220 โวลทเ์ ป็ น ไฟฟ้ากระแสตรงแรงดนั ตา่ เพอื่ จา่ ยใหแ้ กว่ งจรอเิ ล็กทรอนกิ สใ์ หส้ ามารถทางานได ้ แสดงแหลง่ จา่ ยไฟฟ้าระบบสวติ ชช์ งิ่ เพาเวอรซ์ พั พลาย

13 แสดงแหลง่ จา่ ยไฟฟ้าแบบอเิ ล็กทรอนกิ สป์ รบั คา่ แรงดนั และกระแส เจนเนอเรเตอร์ (Generators) เจนเนอเรเตอร์ เป็ นอปุ กรณท์ ท่ี าหนา้ ทเ่ี ปลยี่ นพลงั งานกลใหเ้ ป็ นพลังงานไฟฟ้า โดยใชห้ ลกั การ เหนยี่ วนาของสนามแมเ่ หล็กตดั ผา่ นขดลวดเหนยี่ วนา ทาใหเ้ กดิ แรงเคลอ่ื นไฟฟ้าผา่ นลวดตัวนาขณะ หมนุ ทาใหเ้ กดิ แรงดนั ไฟฟ้าออกมา แสดงการเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าจากลวดตวั นาตดั ผา่ นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า แสดงการเกดิ ไฟฟ้าสลบั จากการตดั ผา่ นขดลวดเหนยี่ วนาในรปู แบบของคลนื่

14 กฎของโอหม์ (Ohm‘s Law) กระแสไฟฟ้า แรงดันและความตา้ นทาน จะมคี วามสมั พันธก์ นั คอื ในวงจรไฟฟ้าทั่ว ๆ ไป ในกรณี ทค่ี วามตา้ นทานคงท่ี กระแสไฟฟ้าทไี่ หลผา่ นในวงจร จะมกี ารเปลย่ี นแปลงตามแรงดนั ทปี่ ้อนใหก้ ับวงจร ถา้ แรงดันในวงจรไฟฟ้าเพม่ิ ขน้ึ กระแสทไี่ หลในวงจรก็จะมคี า่ เพมิ่ ขนึ้ ตามไปดว้ ย ในกรณีทแี่ หลง่ จา่ ยไฟฟ้าจา่ ยแรงดันใหก้ บั วงจรคงท่ี ปรมิ าณของกระแสทไี่ หลในวงจรมกี าร เปลย่ี นแปลง ในลกั ษณะผกผันกบั คา่ ความตา้ นทาน กลา่ วคอื ถา้ คา่ ความตา้ นทานสงู จะทาใหก้ ระแส ไฟฟ้าไหลในวงจรไดน้ อ้ ย แตถ่ า้ คา่ ความตา้ นทานตา่ กระแสไฟฟ้าจะไหลไดม้ าก กลา่ วโดยสรปุ คอื กระแสไฟฟ้าทไี่ หลในวงจรจะแปรผันโดยตรงกบั แรงดันไฟฟ้าและแปร ผกผนั กับ คา่ ความตา้ นทานไฟฟ้านั่นเอง แสดงการหาคา่ แรงดนั กระแส และความตา้ นทานจากกฎของโอหม์

15 แสดงการหาคา่ แรงดนั กระแส และความตา้ นทานจากกฎของโอหม์

16 กาลงั ไฟฟ้ า (Power in Electrical) กาลังไฟฟ้าหมายถงึ การป้อนแรงดันไฟฟ้าเขา้ ไปในโหลดเพอ่ื ทาใหเ้ กดิ พลงั งานในรปู ตา่ ง ๆ เชน่ พลังงานแสงสวา่ ง, พลงั งานความรอ้ น, พลังงานกล เป็ นตน้ กาลงั ไฟฟ้ามหี น่วยเป็ นวตั ต์ (Watt:W) มี สตู รทใี่ ชใ้ นการคานวณดงั น้ี โดย P = EI (Watt:W) P = กาลงั ไฟฟ้ า E = แรงดนั ไฟฟ้ า I = กระแสไฟฟ้ า แสดงการนากาลงั ไฟฟ้าไปใชใ้ นงานตา่ งๆ

17 ความสมั พนั ธข์ องการหาคา่ ทางไฟฟ้ า การหาคา่ กระแสไฟฟ้า แรงดัน ความตา้ นทาน และกาลังทางไฟฟ้ามคี วามสมั พันธก์ นั การ คานวณเพอื่ หาคา่ จะตอ้ งทราบคา่ อยา่ งนอ้ ย 2 คา่ จงึ จะหาคา่ ทตี่ อ้ งการได ้ ตัวอยา่ งเชน่ ตอ้ งการทราบคา่ ความตา้ นทาน จะตอ้ งทราบคา่ แรงดนั และกระแส หรอื ตอ้ งการทราบคา่ กาลงั ทางไฟฟ้า จะตอ้ งทราบคา่ ของแรงดันและกระแส เป็ นตน้ จากความสมั พันธด์ ังกลา่ วสามารถสรปุ เป็ นสตู รเพอ่ื ใชใ้ นการหาคา่ ตา่ ง ๆ ไดด้ งั นี้ แสดงสตู รทใ่ี ชใ้ นการหาคา่ แรงดนั กระแส ความตา้ นทานปละกาลงั ไฟฟ้า

18 กโิ ลวตั ต์ - ชว่ั โมง ไฟฟ้าทใ่ี ชต้ ามบา้ น ในทกุ ครัวเรอื นจะมมี เิ ตอรต์ ดิ ตงั้ อยเู่ พอื่ แจง้ ใหเ้ จา้ ของบา้ นทราบวา่ ในแตล่ ะ เดอื นไดใ้ ชพ้ ลงั งานไฟฟ้าไปเทา่ ใด มเิ ตอรท์ ตี่ ดิ ตัง้ ไวค้ ดิ คา่ หน่วยของการใชง้ านเป็ นกโิ ลวตั ต-์ ชว่ั โมง ซงึ่ หมายถงึ การใชไ้ ฟฟ้า 1,000 วตั ต์ ใน 1 ชว่ั โมง เครอื่ งมอื วดั ชนดิ นเ้ี รยี กวา่ กโิ ลวตั ต-์ ชวั่ โมงมเิ ตอร์ (Kilowatt-Hour Meter)โดยมกี ารหาคา่ ดงั นี้ แสดงเครอ่ื งมอื วดั กโิ ลวตั ต์ – ชว่ั โมงมเิ ตอร์

19

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

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

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

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

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

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

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

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