หน่วยที่ 4 กฎของโอห์ม กำลังไฟฟ้า และพลังงานไฟฟ้า

หนว่ ยท่ี 4 กฎของโอห์ม กาลังไฟฟ้า และพลังงานไฟฟา้ เน้ือหาสาระการสอน/การเรียนรู้ 4.1 ศักย์ไฟฟ้ าและประจุไฟฟ้ า ประจุไฟฟ้ า (Electric Charge) และศกั ยไ์ ฟฟ้ า (Electric Potential) เป็ นปริมาณทางไฟฟ้ าที่เกิดข้ึนมาในเวลาพร้อมกนั มีความสัมพนั ธ์และเก่ียวขอ้ งกนั อยา่ งใกลช้ ิด จนไม่สามารถแยกปริมาณท้งั สองออกจากกนัได้ การกล่าวถึงศกั ยไ์ ฟฟ้ าจะตอ้ งมีประจุไฟฟ้ าเขา้ มาเกี่ยวขอ้ งด้วย และถ้ากล่าวถึงประจุไฟฟ้ าจะตอ้ งมีศกั ยไ์ ฟฟ้ าเขา้ มาเกี่ยวขอ้ งดว้ ยเช่นกนั ปริมาณไฟฟ้ าท้งั สองเป็ นตวั แสดงให้ทราบถึงจานวนไฟฟ้ าที่กาเนิดข้ึนมาวา่ มีมากนอ้ ยเพียงไร ความหมายของประจุไฟฟ้ าและศกั ยไ์ ฟฟ้ า เป็นดงั น้ี ประจุไฟฟ้ า คือ ข้วั ของไฟฟ้ าที่แตกต่างกนั แบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ข้วั คือ ข้วั บวก (+) หรือประจุบวก(Positive Charge) และข้วั ลบ (–) หรือประจุลบ (Negative Charge) ในทุกๆ อะตอมจะประกอบดว้ ยประจุบวกหรือโปรตอน และประจุลบหรืออิเล็กตรอนรวมกนั อยู่ ในสภาวะปกติประจุไฟฟ้ าท้งั สองมีค่าสมดุลกนั หรือเท่ากนั ศกั ยไ์ ฟฟ้ า คือ ค่าของไฟฟ้ า หรือปริมาณของไฟฟ้ าท่ีแสดงออกมาในขณะเกิดความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้ า แบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ค่า คือ ศกั ยบ์ วก (Positive Potential) หมายถึง การมีประจุไฟฟ้ าบวกมากกวา่ประจุไฟฟ้ าลบ และศกั ยล์ บ (Negative Potential) หมายถึง การมีประจุไฟฟ้ าลบมากกวา่ ประจุไฟฟ้ าบวก ประจุไฟฟ้ าและศกั ยไ์ ฟฟ้ ามีพลงั งานในตวั เอง สามารถเคล่ือนท่ีและเปลี่ยนแปลงค่าได้ และพร้อมจะเคล่ือนท่ีและเปล่ียนแปลงค่าตลอดเวลา เม่ืออยู่ในสภาวะท่ีเหมาะสมและเอ้ืออานวย ประจุไฟฟ้ าหรือศกั ยไ์ ฟฟ้ ามีอานาจไฟฟ้ าแผอ่ อกรอบตวั เองในรูปของเส้นแรง (Line of Force) เรียกวา่ เส้นแรงสนามไฟฟ้ า(Electric Field Lines) ส่งผลตอ่ พลงั งานหรือแรงท่ีเกิดข้ึน เส้นแรงสนามไฟฟ้ าเกิดข้ึนที่ประจุไฟฟ้ ามีลกั ษณะดงั น้ี ถา้ เป็ นประจุไฟฟ้ าบวก (+) เส้นแรงสนามไฟฟ้ าจะเคล่ือนที่ออกจากประจุ ถา้ เป็ นประจุไฟฟ้ าลบ (–) เส้นแรงสนามไฟฟ้ าจะเคล่ือนที่เขา้ หาประจุ เส้นแรงสนามไฟฟ้ าจะเกิดข้ึนมากหรือนอ้ ย ข้ึนอยกู่ บั ปริมาณศกั ยไ์ ฟฟ้ าท่ีเกิดข้ึน เส้นแรงสนามไฟฟ้ าท่ีเกิดข้ึนรอบประจุไฟฟ้ า แสดงดงั รูปที่ 4.1

+-(ก) ประจุไฟฟ้ าบวก (ข) ประจุไฟฟ้ าลบรูปที่ 4.1 เสน้ แรงสนามไฟฟ้ าเกิดข้ึนรอบประจุไฟฟ้ า คุณสมบตั ิของประจุไฟฟ้ าและศกั ยไ์ ฟฟ้ าแต่ละชนิด เป็นดงั น้ี  ประจุไฟฟ้ าและศกั ยไ์ ฟฟ้ ามีค่าต่างกนั จะดูดกนั เช่น ประจุไฟฟ้ าบวกดูดกบั ประจุไฟฟ้ าลบ เกิดเส้นแรงสนามไฟฟ้ ารวมกนั จากประจุไฟฟ้ าท้งั สองรวมเป็ นชุดเดียวกนั  ประจุไฟฟ้ าและศกั ยไ์ ฟฟ้ ามีค่าเหมือนกนั จะผลกั กนั เช่น ประจุไฟฟ้ าบวกผลกั กบั ประจุไฟฟ้ าบวกหรือประจุไฟฟ้ าลบผลกั กบั ประจุไฟฟ้ าลบ เกิดเส้นแรงสนามไฟฟ้ าแยกจากกนั ของประจุไฟฟ้ าแตล่ ะตวั การดึงดูดกนั และการผลกั กนั ของประจุไฟฟ้ า แสดงดงั รูปที่ 4.2+- ++(ก) ประจุไฟฟ้ าต่างกนั ดูดกนั (ข) ประจุไฟฟ้ าเหมือนกนั ผลกั กนัรูปที่ 4.2 การดึงดูดกนั และการผลกั กนั ของประจุไฟฟ้ า

4.2 กฎของโอห์ม กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ถูกคน้ พบโดยนกั วิทยาศาสตร์ชาวเยอรมนั ช่ือ จอร์จ ไซมอน โอห์ม(George Simon Ohm) กฎของโอห์มกาหนดข้ึนมาจากความสัมพนั ธ์ของแรงดนั กระแส และความตา้ นทานเกิดข้ึนตามความเป็ นจริงของการทางานในวงจรไฟฟ้ า คือ วงจรไฟฟ้ าวงจรหน่ึงต้องประกอบด้วยส่วนประกอบอยา่ งนอ้ ย 3 ส่วน คือ แรงดนั กระแส และความตา้ นทาน จึงจะสามารถทาให้วงจรไฟฟ้ าวงจรน้นัทางานได้ เมื่อมีการเปล่ียนแปลงไปของแต่ละส่วนที่สัมพนั ธ์กนั ย่อมมีผลต่อการทาให้วงจรไฟฟ้ าทางานเปล่ียนแปลงไปดว้ ย ความสัมพนั ธ์ของปริมาณไฟฟ้ าท้งั สามเกี่ยวขอ้ งกนั ตามหน่วยมาตรฐาน คือ กระแสมีหน่วยเป็ นแอมแปร์ (A) แรงดนั มีหน่วยเป็ นโวลต์ (V) และความตา้ นทานมีหน่วยเป็ นโอห์ม () มีความสัมพนั ธ์กนัดงั น้ี จานวนกระแสทีไ่ หลในวงจรไฟฟ้ า เปลี่ยนแปลงตามค่าแรงดันทจ่ี ่ายให้กบั วงจรน้ัน แต่เปล่ยี นแปลงเป็ นส่วนกลบั กบั ความต้านทานในวงจร คากล่าวน้ีสามารถเขียนออกมาเป็นสภาวะการทางานได้ 2 สภาวะดงั น้ี 1. ถา้ กาหนดใหค้ วามตา้ นทาน (R) ในวงจรคงที่ กระแส (I) ในวงจรจะไหลไดม้ ากเม่ือจ่ายแรงดนั(E) ใหว้ งจรมาก และกระแส (I) ในวงจรจะไหลไดน้ อ้ ย เม่ือจ่ายแรงดนั (E) ในวงจรนอ้ ย เขียนความสัมพนั ธ์ออกมาไดด้ งั รูปที่ 4.3 และเขียนเป็นสมการไดด้ งั สมการท่ี (4 – 1) I = 0.3 A + I = 0.6 A + RE R 10  6 V 10 E3V - -(ก) แรงดนั นอ้ ยกระแสไหลนอ้ ย (ข) แรงดนั มากกระแสไหลมาก รูปที่ 4.3 เมื่อความตา้ นทานคงที่ กระแสไหลเปล่ียนแปลงตามแรงดนั I  E เมื่อ R คงท่ี .....(4-1)

2. ถา้ กาหนดใหแ้ รงดนั (E) ในวงจรคงท่ี กระแส (I) ในวงจรจะไหลไดม้ ากเม่ือต่อตวั ตา้ นทานในวงจรมีค่าความตา้ นทาน (R) น้อย และกระแส (I) ในวงจรจะไหลไดน้ ้อยเม่ือต่อตวั ตา้ นทานในวงจรมีค่าความตา้ นทาน (R) มาก เขียนความสัมพนั ธ์ออกมาไดด้ งั รูปที่ 4.4 และเขียนเป็นสมการไดด้ งั สมการที่ (4 – 2) + + R 10  I = 0.3 A I = 0.6 AE RE6V 20  6 V--(ก) ความตา้ นทานมากกระแสไหลนอ้ ย (ข) ความตา้ นทานนอ้ ยกระแสไหลมาก รูปที่ 4.4 เม่ือแรงดนั คงที่ กระแสไหลเปล่ียนแปลงตามความตา้ นทาน I  1 เมื่อ E คงที่ .....(4-2) R จากสมการท่ี (4 – 1) และ (4 – 2) นามาเขียนเป็ นสมการทางไฟฟ้ า เรียกวา่ กฎของโอห์มเขียนเป็ นสมการไดด้ งั น้ี I = E .....(4-3) Rเม่ือ I = กระแส หน่วยแอมแปร์ (A)E = แรงดนั หน่วยโวลต์ (V) ER = ความตา้ นทานหน่วยโอห์ม () จากสมการท่ี 4-3 เป็ นการหาค่ากระแส (I) โดย IRสามารถยา้ ยสมการเพื่อหาค่าแรงดนั (E) หรือค่าความตา้ นทาน (R) ไดเ้ ช่นเดียวกนั เพ่ือให้เขา้ ใจง่ายข้ึน จะนาสมการกฎของโอห์มมาเขียนไวใ้ นวงกลม แสดงดงั รูปที่ รูปที่ 4.5 วงกลมสมการกฎของโอห์ม4.5การหาสมการในแต่ละส่วนของวงกลม ทาไดโ้ ดยใชน้ ิ้วมือปิ ดส่วนที่ตอ้ งการหาไว้ ส่วนท่ีเหลือคือสูตรท่ีใช้ในการคานวณ สมการท่ีไดถ้ า้ อยใู่ นแถวเดียวกนั เป็ นการคูณกนั และถา้ สมการท่ีไดอ้ ยู่ต่างแถวกนั

เป็นการหารกนั การหาค่าแรงดนั กระแส และความตา้ นทาน จากวงกลมสมการกฎของโอห์ม แสดงไดด้ งัรูปท่ี 4.6 E E=IRIR (ก) สมการหาคา่ แรงดนั (E) I= E R EIR (ข) สมการหาคา่ กระแส (I) E R= EIIR (ค) สมการหาค่าความตา้ นทาน (R) รูปที่ 4.6 การหาคา่ แรงดนั กระแส และความตา้ นทานจากวงกลมสมการกฎของโอห์ม 4.3 การแก้ปัญหาวงจรไฟฟ้ าด้วยกฎของโอห์ม เราสามารถนากฎของโอห์มไปช่วยแกป้ ัญหาการคานวณค่าต่างๆ ในวงจรไฟฟ้ าได้ โดยการแทนค่าปริมาณไฟฟ้ าดว้ ยกฎของโอห์ม คานวณหาคา่ ปริมาณไฟฟ้ าท่ีตอ้ งการออกมา ช่วยใหเ้ กิดความสะดวกต่อการทางานทางไฟฟ้ า ช่วยลดข้นั ตอนในการปฏิบตั ิงานลง และทาให้เกิดความปลอดภยั ในการทางานของวงจรไฟฟ้ า สิ่งสาคญั ของการใช้กฎของโอห์ม คือการแทนค่าในการคานวณทุกคร้ัง จาเป็ นตอ้ งทาให้ค่า

ปริมาณไฟฟ้ าท้งั หมดที่ใชค้ านวณ อยใู่ นหน่วยมาตรฐานที่ถูกตอ้ ง จึงจะทาให้ค่าท่ีคานวณไดม้ ีความถูกตอ้ งส่วนผลลพั ธ์ที่คานวณไดค้ วรแสดงค่าตวั เลข ให้มีหลกั ท่ีเหมาะสม และบอกบทท่ีเหมาะสมกากบั ไว้ เพื่อลดความผดิ พลาดจากการเขียนคา่ และการอา่ นค่าเหล่าน้นัตัวอย่างท่ี 4.1 เตาไฟฟ้ าใชแ้ รงดนั ไฟสลบั 220 V มีกระแสไหลผา่ น 5 A จงหาค่าความตา้ นทานของเตาไฟฟ้ าเครื่องน้ี I=5A R=? E 220 V รูปที่ 4.7 วงจรเตาไฟฟ้ าตอ้ งการหาค่าความตา้ นทานวธิ ีทา สูตร R = Eเม่ือ R = ? I E = 220 V I = 5A แทนคา่ R = 220 V = 44  5A = 44   ความตา้ นทานของเตาไฟฟ้ า ตอบตัวอย่างที่ 4.2 กระติกตม้ น้าไฟฟ้ ามีความตา้ นทาน 16 Ω ใช้กบั แรงดนั ไฟสลบั 220 V จะมีกระแสไหลผ่านกระติกน้าร้อนเทา่ ไร I=?A R = 16  E 220 V รูปที่ 4.8 วงจรกระติกน้าร้อนตอ้ งการหาค่ากระแส

วธิ ีทา สูตร I = Eเมื่อ I = ? R E = 220 V R = 16 Ω แทนค่า I = 220 V = 13.75 A 16   กระแสไหลผา่ นกระติกตม้ น้าไฟฟ้ า = 13.75 A ตอบตัวอย่างที่ 4.3 เคร่ืองขยายเสียงมีความตา้ นทาน 240 Ω ขณะทางานมีกระแสไหลในวงจร 0.5 A จะมีแรงดนัจ่ายใหเ้ คร่ืองขยายเสียงเทา่ ไร I = 0.5 A R = 240  + E=?V - รูปที่ 4.9 วงจรเครื่องขยายเสียงตอ้ งการหาคา่ แรงดนัวธิ ีทา สูตร E = IRเม่ือ 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 กาลงั ไฟฟ้ าสัมพนั ธ์กบั กฎของโอห์ม กาลงั (Power) คือ อตั ราการทางานในหน่ึงหน่วยเวลา โดยกาลงั จะมีความสัมพนั ธ์กบั เวลาเสมอกาลงั มีหน่วยเป็นวตั ต์ (W) เมื่อกาลงั ถูกใชง้ านทางดา้ นไฟฟ้ า จึงเรียกวา่ กาลงั ไฟฟ้ า (Electrical Power ; P) คือ

อตั ราการใชพ้ ลงั งานไฟฟ้ า (W) มีหน่วยเป็นจูล (J) ทาใหอ้ ิเลก็ ตรอนเคลื่อนที่จากจุดหน่ึงไปยงั อีกจุดหน่ึง ในเวลา (t) มีหน่วยเป็นวนิ าที (s) เขียนออกมาเป็นสมการไดด้ งั น้ี P = W .....(4-4) tเมื่อ P = กาลงั ไฟฟ้ า หน่วยวตั ต์ (W)W = พลงั งานไฟฟ้ าหรืองาน หน่วยจลู (J)t = เวลา หน่วยวนิ าที (s) กาลังไฟฟ้ าเมื่อถูกนามาใช้งานร่วมกับกฎของโอห์ม สามารถเขียนความสัมพนั ธ์กนั ได้ดังน้ีกาลงั ไฟฟ้ า (P) 1 วตั ต์ (W) คอื อตั ราของงานทถี่ ูกกระทาในวงจรไฟฟ้ าซ่ึงเกิดกระแส (I) ไหล 1 แอมแปร์ (A)เม่ือมีแรงดัน (E) จ่ายให้วงจร 1 โวลต์ (V) กาลงั ไฟฟ้ าหาไดจ้ ากผลคูณของแรงดนั มีหน่วยเป็ นโวลต์ คูณดว้ ยกระแส มีหน่วยเป็นแอมแปร์ เขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี P = EI .....(4-5)เมื่อ P = กาลงั ไฟฟ้ า หน่วยวตั ต์ (W)E = แรงดนั หน่วยโวลต์ (V)I = กระแส หน่วยแอมแปร์ (A) จากสมการท่ี 4 – 5 เป็ นการหาค่ากาลังไฟฟ้ า P(P) เราสามารถยา้ ยสมการเพ่ือหาค่าแรงดัน (E) หรือ EIค่ากระแส (I) ได้เช่นเดียวกัน เพื่อให้เข้าใจง่ายข้ึนโดยนาสมการหาค่ากาลงั ไฟฟ้ ามาเขียนไวใ้ นวงกลมแสดงดงั รูปที่ 4.10 ตอ้ งการหาค่าปริมาณไฟฟ้ าใด ให้ใช้นิ้วมือ รูปท่ี 4.10 วงกลมสมการกาลงั ไฟฟ้ าปิ ดปริมาณไฟฟ้ าน้นั ไว้ ส่วนท่ีเหลือคือค่าสมการท่ีหาได้ สมการที่ไดอ้ ยใู่ นแถวเดียวกนั คือการคูณกนัสมการที่ไดอ้ ยูต่ ่างแถวกนั คือการหารกนัเมื่อนากฎของโอห์มมาแทนค่าลงในสมการหากาลงั ไฟฟ้ า ทาให้สมการใชค้ านวณกาลงั ไฟฟ้ าเกิดการเปลี่ยนแปลงไป สมการมีความสมั พนั ธ์กนั แสดงใหเ้ ห็นไดด้ งั ตวั อยา่ งดงั น้ีจากสมการกาลงั ไฟฟ้ า P = EIนาสมการกฎของโอห์ม I = E แทนค่าลงไป R

จะได้ P = E  E = E2 เป็ นตน้ R Rเม่ือนาสมการกฎของโอห์มและสมการกาลงั ไฟฟ้ า มาเขียนรวมกนั ในรูปวงกลม สามารถเขียนออกมาไดห้ ลายค่า แสดงดงั รูปที่ 4.11 P I(W) E2 RP PE E R R I2R (A)

EI () E RPR P E2 IR P I2 EP (V) I I รูปที่ 4.11 วงกลมสมการกฎของโอห์มสมั พนั ธ์กบั กาลงั ไฟฟ้ า4.5 การแปลงหน่วยปริมาณไฟฟ้ า ปริมาณไฟฟ้ าท้งั 4 ค่า ไดแ้ ก่ แรงดนั กระแส ความตา้ นทาน และกาลงั ไฟฟ้ า ท่ีนาไป ใชง้ าน หรือใชใ้ นการคานวณคา่ โดยปกติหน่วยของปริมาณไฟฟ้ าเหล่าน้นั จะตอ้ งอยใู่ นหน่วยมาตรฐาน คือแรงดนั (E) มีหน่วยเป็ นโวลต์ (V) กระแส (I) มีหน่วยเป็ นแอมแปร์ (A) ความตา้ นทาน (R) มีหน่วยเป็ นโอห์ม (Ω) และกาลงั ไฟฟ้ า (P) มีหน่วยเป็ นวตั ต์ (W) แต่การใชง้ านแต่ละคร้ังมีโอกาสใชห้ น่วยปริมาณไฟฟ้ าท่ีแตกต่างไปจากหน่วยปกติ จึงจาเป็ นตอ้ งแปลงหน่วยใชง้ านให้อยู่ในหน่วยปกติก่อนการคานวณค่าเสมอ เพราะถา้ ใช้หน่วยไม่ถูกตอ้ ง จะทาให้ผลลพั ธ์ท่ีคานวณไดเ้ กิดความผิดพลาด หน่วยของปริมาณไฟฟ้ าท้งั 4 ค่า แบ่งยอ่ ยออกไดด้ งั น้ี 1. หน่วยแรงดัน แบ่งออกเป็ นหน่วยย่อย คือ ไมโครโวลต์ (V) มิลลิโวลต์ (mV) โวลต์ (V) กิโลโวลต์ (kV) และเมกะโวลต์ (MV) ความสัมพนั ธ์ของหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี1 โวลต์ (V) = 1,000 มิลลิโวลต์ (mV) = 1  103 มิลลิโวลต์ (mV)1 มิลลิโวลต์ (mV) = 1  106 ไมโครโวลต์ (V) = 1,000,000 ไมโครโวลต์ (V) = 1  10-3 โวลต์ (V) = 1 โวลต์ (V) 1,000

1 ไมโครโวลต์ (V) = 1 โวลต์ (V) = 1  10-6 โวลต์ (V) 1,000,000 = 1  103 โวลต์ (V)1 กิโลโวลต์ (kV) = 1,000 โวลต์ (V)1 เมกะโวลต์ (MV) = 1,000,000 โวลต์ (V) = 1  106 โวลต์ (V)2. หน่วยกระแส แบ่งออกเป็ นหน่วยยอ่ ย คือ ไมโครแอมแปร์ (A) มิลลิแอมแปร์ (mA) แอมแปร์(A) กิโลแอมแปร์ (kA) และเมกะแอมแปร์ (MA) ความสมั พนั ธ์ของหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี1 แอมแปร์ (A) = 1,000 มิลลิแอมแปร์ (mA) = 1  103 มิลลิแอมแปร์ (mA) = 1  106 ไมโครแอมแปร์ (A)1 มิลลิแอมแปร์ (mA) = 1,000,000 ไมโครแอมแปร์ (A) = 1  10-3 แอมแปร์ (A)1 ไมโครแอมแปร์ (A)1 กิโลแอมแปร์ (kA) = 1 แอมแปร์ (A) = 1  10-6 แอมแปร์ (A)1 เมกะแอมแปร์ (MA) 1,000 = 1  103 แอมแปร์ (A) 1 = 1  106 แอมแปร์ (A) = 1,000,000 แอมแปร์ (A) = 1,000 แอมแปร์ (A) = 1,000,000 แอมแปร์ (A) 3. หน่วยความต้านทาน แบ่งออกเป็ นหน่วยย่อย คือ ไมโครโอห์ม (Ω) มิลลิโอห์ม (mΩ) โอห์ม(Ω) กิโลโอห์ม (kΩ) และเมกะโอห์ม (MΩ) ความสมั พนั ธ์ของหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี1 โอห์ม (Ω) = 1,000 มิลลิโอห์ม (mΩ) = 1  103 มิลลิโอห์ม (mΩ) = 1  106 ไมโครโอห์ม (Ω)1 มิลลิโอห์ม (mΩ) = 1,000,000 ไมโครโอห์ม (Ω) = 1  10-3 โอห์ม (Ω)1 ไมโครโอห์ม (Ω)1 กิโลโอห์ม (kΩ) = 1 โอห์ม (Ω) = 1  10-6 โอห์ม (Ω)1 เมกะโอห์ม (MΩ) 1,000 = 1  103 โอห์ม (Ω) 1 = 1  106 โอห์ม (Ω) = 1,000,000 โอห์ม (Ω) = 1,000 โอห์ม (Ω) = 1,000,000 โอห์ม (Ω) 4. หน่วยกาลงั ไฟฟ้ า แบง่ ออกเป็นหน่วยยอ่ ย คือ มิลลิวตั ต์ (mW) วตั ต์ (W) กิโลวตั ต์ (kW) และเมกะวตั ต์ (MW) ความสมั พนั ธ์ของหน่วยยอ่ ยเป็นดงั น้ี1 วตั ต์ (W) = 1,000 มิลลิวตั ต์ (mW) = 1  103 มิลลิวตั ต์ (mW)1 มิลลิวตั ต์ (mW) = 1 วตั ต์ (W) = 1  10-3 วตั ต์ (W) 1,0001 กิโลวตั ต์ (kW) = 1,000 วตั ต์ (W) = 1  103 วตั ต์ (W)1 เมกะวตั ต์ (MW) = 1  106 วตั ต์ (W) = 1,000,000 วตั ต์ (W)

ตัวอย่างท่ี 4.4 แปลงหน่วยปริมาณไฟฟ้ าใหอ้ ยใู่ นบทท่ีตอ้ งการ (1) 632,850 V ใหเ้ ป็นหน่วย kV (2) 412,900 V ใหเ้ ป็นหน่วย mV (3) 25,800 V ใหเ้ ป็นหน่วย V (4) 5,620 mA ใหเ้ ป็นหน่วย A (5) 0.075 A ใหเ้ ป็นหน่วย mA (6) 4,750,000 A ใหเ้ ป็นหน่วย A (7) 2.65 MΩ ใหเ้ ป็นหน่วย Ω (8) 68.5 kΩ ใหเ้ ป็ นหน่วย Ω (9) 560,000 Ω ใหเ้ ป็นหน่วย kΩ (10) 8,490,000 W ใหเ้ ป็นหน่วย MW (11) 42,800 mW ใหเ้ ป็นหน่วย W (12) 560 MW ใหเ้ ป็นหน่วย kWวธิ ีทา(1) เป็นหน่วย kV 632,850 V = 632,850 V = 632.85 kV 1,000 412,900(2) เป็นหน่วย mV 412,900 V = 1,000 mV = 412.9 mV(3) เป็นหน่วย V 25,800 V = 25,800 V = 0.0258 V 1,000,000 5,620(4) เป็นหน่วย A 5,620 mA = 1,000 A = 5.62 A(5) เป็นหน่วย mA 0.075 A = 0.075  1,000 mA = 75 mA(6) เป็นหน่วย A 4,750,000 A = 4,750,000 A = 4.75 A 1,000,000(7) เป็ นหน่วย 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(9) เป็นหน่วย kΩ 560,000 Ω = 560 kΩ = 560,000 kΩ(10) เป็นหน่วย MW 8,490,000 W 1,000 = 8.49 MW 8,490,000(11) เป็นหน่วย W 42,800 mW = 1,000,000 MW = 42.8 W(12) เป็นหน่วย kW 560 MW = 560,000 kW = 42,800 W 1,000 = 560  1,000 kW ตอบ

4.6 การคานวณค่ากาลงั ไฟฟ้ าในวงจรไฟฟ้ า ส่วนใหญ่กาลงั ไฟฟ้ าจะถูกบอกค่ากากบั ไวท้ ่ีเครื่องใชไ้ ฟฟ้ าต่างๆ เช่น เตาไฟฟ้ า กระติกตม้ น้าไฟฟ้ าเตารีดไฟฟ้ า หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้ า เตาไมโครเวฟ และหลอดไฟฟ้ า เป็ นตน้ นอกจากน้นั ยงั ถูกบอกไวก้ บั อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อีกหลายชนิด เช่น เครื่องเสียง ลาโพง ตวั ตา้ นทาน และหวั แร้งไฟฟ้ า เป็ นตน้ กาลงั ไฟฟ้ าของอุปกรณ์ไฟฟ้ า และเครื่องใช้ไฟฟ้ าต่างๆ เป็ นตวั บอกให้ทราบถึงค่าการใช้กระแสของอุปกรณ์ไฟฟ้ า และเคร่ืองใชไ้ ฟฟ้ าเหล่าน้นั ทาให้ทราบถึงค่าความสิ้นเปลืองการใชไ้ ฟฟ้ า การคานวณหาค่ากาลงั ไฟฟ้ าทาได้หลายวธิ ีดว้ ยกนั โดยใชส้ ูตรคานวณในวงกลมสมการกฎของโอห์มสมั พนั ธ์กบั กาลงั ไฟฟ้ าตามรูปที่ 4.11ตัวอย่างท่ี 4.5 หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้ าใชแ้ รงดนั 220 V มีกระแสไหลผา่ น 7.5 A จงหาค่ากาลงั ไฟฟ้ าของหมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้ าเครื่องน้ี I = 7.5 A P=?W E 220 V รูปท่ี 4.12 หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้ าตอ้ งการหาคา่ กาลงั ไฟฟ้ าวธิ ีทา สูตร P = EIเม่ือ P = ? E = 220 V I = 7.5 A แทนคา่ P = 220 V  7.5 A = 1,650 W = 1,650 W  หมอ้ หุงขา้ วไฟฟ้ าใชก้ าลงั ไฟฟ้ า ตอบตัวอย่างท่ี 4.6 เตารีดไฟฟ้ ามีความตา้ นทาน 24.2 Ω ใชก้ บั แรงดนั 220 V จงหาค่ากระแส และกาลงั ไฟฟ้ าของเตารีดไฟฟ้ าเคร่ืองน้ี

P=?W I=?AR = 24.2  E 220 V รูปที่ 4.13 เตารีดไฟฟ้ าตอ้ งการหาคา่ กระแส และกาลงั ไฟฟ้ าวธิ ีทา I = E1. หากระแสที่ไหลในวงจร จากสูตร Rเม่ือ I = ?E = 220 V R = 24.2  = 220 V = 9.09 Aแทนค่า I 24.22. หากาลงั ไฟฟ้ าของเตารีดไฟฟ้ า จากสูตร P = E2เม่ือ P = ? RE = 220 V R = 24.2  = (220 V)2 = 48,400 V2 = 2,000 Wแทนค่า P 24.2  24.2  กระแสท่ีไหลในวงจร = 9.09 A กาลงั ไฟฟ้ าของเตารีดไฟฟ้ า = 2,000 W ตอบตัวอย่างท่ี 4.7 หลอดไฟฟ้ าขนาด 108 W เมื่อทางานมีกระแสไหลผ่าน 9 A จงหาค่าแรงดนั ท่ีจ่ายให้วงจรและค่าความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้ าหลอดน้ี

I=9A + R=? P = 108 W E=?V - รูปท่ี 4.14 หลอดไฟฟ้ าตอ้ งการหาค่าแรงดนั และความตา้ นทานวธิ ีทา1. หาแรงดนั ท่ีจ่ายใหว้ งจร จากสูตร E = Pเมื่อ E = ? I P = 108 W I = 9A แทนคา่ E = 108W = 12 V 9A2. หาความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้ า จากสูตร R = P I2เม่ือ R = ? P = 108 W I = 9A แทนคา่ R = 108W = 108W = 1.33  (9A)2 81 A 2  แรงดนั ท่ีจ่ายใหว้ งจร = 12 V  ความตา้ นทานของหลอดไฟฟ้ า = 1.33  ตอบ 4.7 พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งาน (Energy) คือ ความสามารถของส่ิงใดๆ ท่ีเมื่อทางานแลว้ ไดง้ าน (Work) ออกมา เม่ือพลงั งานถูกใชง้ านทางดา้ นไฟฟ้ า จึงเรียกว่า พลงั งานไฟฟ้ า (Electrical Energy ; W) คือ พลงั งานท่ีตอ้ งการสาหรับเคล่ือนยา้ ยประจุไฟฟ้ า จานวน 1 คูลอมบ์ (C) ผ่านเขา้ ไปในท่ีมีความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้ า 1 โวลต์ (V) หรือ 1 คูลอมบ์ โวลต์ (CV)

อีกความหมายหน่ึงของพลงั งานไฟฟ้ า คือ พลงั งานท่ีใชไ้ ปหรือสร้างข้ึนมาใหม่จากกาลงั ไฟฟ้ าท่ีส่งเขา้ มาหรือส่งออกไป โดยมีความสัมพนั ธ์กบั เวลา เช่นใช้กาลงั ไฟฟ้ า 1 วตั ต์ (W) ต่อเนื่อง กนั เป็ นเวลา 1 วินาที(s) หรือ 1 วตั ต์ วนิ าที (Ws) ปกติพลงั งานไฟฟ้ าแสดงหน่วยไวเ้ ป็นจลู (J) เขียนออกมาเป็นสมการไดด้ งั น้ี W = Pt .....(4-6)เม่ือ W = พลงั งานไฟฟ้ า หน่วยจลู (J)P = กาลงั ไฟฟ้ า หน่วยวตั ต์ (W)t = เวลา หน่วยวนิ าที (s) ไฟฟ้ ากระแสสลบั ท่ีถูกจา่ ยไปใชง้ านตามบา้ นเรือน และในงานอุตสาหกรรมต่างๆ อยา่ ง แพร่หลายในปัจจุบนั ถูกผลิตข้ึนมาจากหน่วยงานที่ผลิตไฟฟ้ าออกจาหน่าย เช่น การไฟฟ้ านครหลวง และการไฟฟ้ าส่วนภูมิภาค เป็ นตน้ การนาไฟฟ้ ามาใชง้ านจาเป็ นตอ้ งซ้ือไฟฟ้ ามาใช้ การคิดค่าพลงั งานไฟฟ้ าที่ใชไ้ ป ไม่ได้บอกหน่วยพลงั งานไฟฟ้ าออกมาเป็ นจูล (J) แต่จะบอกออกมาในหน่วยกิโลวตั ต์ – ชว่ั โมง (Kilowatt – Hour; kWh) มกั จะถูกเรียกว่า หน่วย หรือยูนิต (Unit) โดยใช้เครื่องวดั พลงั งานไฟฟ้ า มีชื่อเรียกว่า วตั ต์อาวร์มิเตอร์ (Watthour Meter) ติดต้งั ไวต้ ามฝาผนงั บา้ นเรือน หรือเสาไฟฟ้ าใกลบ้ า้ น รูปร่างและการติดต้งั วตั ตอ์ าวร์มิเตอร์ แสดงดงั รูปท่ี 4.15(ก) รูปร่าง (ข) การติดต้งั ใชง้ าน รูปที่ 4.15 วตั ตอ์ าวร์มิเตอร์ การคานวณหาค่าพลงั งานไฟฟ้ าใน 1 หน่วย หรือ 1 ยนู ิต ท่ีวดั ออกมาไดด้ ว้ ยวตั ตอ์ าวร์มิเตอร์ โดยการวดั ค่าการใชพ้ ลงั งานไฟฟ้ าไป 1 กิโลวตั ต์ (kW) เป็ นเวลา 1 ชว่ั โมง (h) ใชส้ ูตรคานวณในสมการที่ (4 –6) ไดด้ งั น้ี

W = Ptเม่ือ W = พลงั งานไฟฟ้ าหน่วยกิโลวตั ต-์ ชวั่ โมง (kWh) หรือหน่วย, ยนู ิต P = กาลงั ไฟฟ้ า หน่วยกิโลวตั ต์ (kW) t = เวลา หน่วยชว่ั โมง (h)ตวั อย่างท่ี 4.8 เตาไมโครเวฟขนาด 1,600 W ใชง้ านเป็ นเวลา 25 ชวั่ โมง จะใชพ้ ลงั งานไฟฟ้ าไปเท่าไร และค่าพลงั งานไฟฟ้ าหน่วยละ 3.1381 บาท จะตอ้ งเสียคา่ ใชจ้ ่ายเท่าไร P = 1,600 W E 220 V รูปที่ 4.16 วตั ตอ์ าวร์มิเตอร์วธิ ีทา1. หาพลงั งานไฟฟ้ าท่ีใชไ้ ป จากสูตร W = Ptเมื่อ W = ? P = 1,600 W = 1,600W = 1.6 kW t = 25 h 1,000 แทนค่า W = 1.6 kW  25 h = 40 หน่วย2. หาค่าใชจ้ า่ ยในการใชไ้ ฟฟ้ า คา่ พลงั งานไฟฟ้ าหน่วยละ 3.1381 บาท ใชไ้ ฟฟ้ าไป 40 หน่วย เสียคา่ ใชจ้ า่ ยในการใชไ้ ฟฟ้ า = 3.1381 บาท  40 หน่วย = 125.52 บาท ตอบ พลงั งานไฟฟ้ าท่ีใชไ้ ป = 40 หน่วย เสียคา่ ใชจ้ า่ ยในการใชไ้ ฟฟ้ า = 125.52 บาท

4.8 บทสรุป กฎของโอห์มกาหนดข้ึนมาจากความสัมพนั ธ์ของ แรงดนั กระแส และความตา้ นทาน การทางานในวงจรไฟฟ้ าต้องประกอบด้วยส่วนประกอบอย่างน้อย 3 ส่วน คือ แรงดัน กระแส และความต้านทานวงจรไฟฟ้ าจึงสามารถทางานได้ กฎของโอห์มเขียนออกมาเป็นสูตรได้ E = IRหน่วยปริมาณไฟฟ้ าตอ้ งอยใู่ นหน่วยพ้นื ฐาน คือ กระแสเป็นแอมแปร์ (A) แรงดนั เป็นโวลต์ (V) และความตา้ นทานเป็นโอห์ม () กาลงั ไฟฟ้ า (P) 1W คือ อตั ราของงานท่ีถูกกระทาในวงจรซ่ึงเกิดกระแส (I) 1A เมื่อมีแรงดนั (E)1V เขียนเป็ นสูตรออกมาได้ P = EI นอกจากน้นั ยงั สามารถนาสมการกฎของโอห์มมาแทนค่าสมการของกาลงั ไฟฟ้ า (P) ได้ ทาใหส้ ูตรใชใ้ นการคานวณทางไฟฟ้ าเพิ่มข้ึน พลงั งานไฟฟ้ า (W) คือ พลงั งานท่ีถูกใชไ้ ปหรือถูกสร้างข้ึนมาใหม่ จากกาลงั ไฟฟ้ าที่ส่งเขา้ มาหรือส่งออกไป โดยมีความสัมพนั ธ์กบั เวลา พลังงานไฟฟ้ าท่ีถูกนามาใช้งานตามบ้านเรือนอยู่ในรูปไฟฟ้ ากระแสสลบั จะคิดออกมาเป็ นกิโลวตั ต์-ชวั่ โมง (kWh) โดยใชเ้ ครื่องวดั พลังงานไฟฟ้ า เรียกวา่ วตั ต์อาวร์มิเตอร์ การคานวณหาค่าพลงั งานไฟฟ้ าใน 1 หน่วย หรือ 1 ยนู ิต ที่วดั ออกมาไดด้ ว้ ยวตั ตอ์ าวร์มิเตอร์ โดยการวดั ค่าการใชพ้ ลงั งานไฟฟ้ าไป 1 กิโลวตั ต์ (kW) เป็นเวลา 1 ชวั่ โมง (h) เขียนเป็ นสูตรออกมาได้ W = Pt