ebookใบความรู้หน่วยที่-1

11/9/2564 แผนการจัดการเรียนรู้ วชิ า วงจรไฟฟา้ กระแสตรง ครูสุกาญจนด์ า สายคาวงษ์

รายละเอยี ดการวิเคราะห์หัวข้อเรอ่ื ง Topic Listing Sheet ช่ือรายวิชา วงจรไฟฟ้ากระแสตรง รหสั วชิ า 2104-2002 หน่วยกิต 2 หัวขอ้ เรือ่ ง กฎของโอห์ม กาลงั ไฟฟ้า และพลังงานไฟฟา้ หน่วยการเรียนร้ท่ี 2 จ านวน 4 ชวั่ โมง หัวขอ้ หลกั หวั ขอ้ ยอ่ ย ระดับ 1. กฎของโอหม์ RAT 2. ก าลังไฟฟ้า 1.1 กฎของโอห์ม /// 3. พลังงานไฟฟ้า 1.2 สมการกฎของโอหม์ /// 1.3 การประยุกตใ์ ชก้ ฎของโอหม์ /// 2.1 ก าลังไฟฟ้า /// 2.2 สมการก าลังไฟฟา้ /// 2.3 ความสัมพันธ์ของก าลังไฟฟา้ กับกฎของโอหม์ / / / 3.1 พลังงานไฟฟ้า /// หมายเหตุ ระดบั R = Recalled Knowledge (ความจ า) A = Applied Knowledge (ความเข้าใจ) T = Transferred Knowledge (สง่ ถา่ ยความรู้) เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บวั ทอง ตัง้ ม่ันดี

หน้า | 37 รายละเอยี ดการวิเคราะหจ์ ุดประสงค์การเรียนร้ ชอ่ื รายวชิ า วงจรไฟฟ้ากระแสตรง รหสั วชิ า 2104-2002 หนว่ ยกิต 2 หวั ขอ้ เรอื่ ง กฎของโอห์ม ก าลงั ไฟฟา้ และพลังงานไฟฟ้า หน่วยการเรยี นร้ที่ 2 จ านวน 4 ช่ัวโมง ISL PSL ระดับ ระดบั จ านวน หน่วย จดุ ประสงค์การเรยี นร้ / เชงิ พฤติกรรม ความร้ ทักษะ ข้อสอบ ท่ี (ข้อ) RAT I CA 2 2.1 อธิบายกฎของโอห์มได้ถูกต้อง /// 1 2 2.2 บอกความสมั พันธร์ ะหวา่ งกระแส แรงดัน /// 2 และความต้านทานไฟฟ้าตามกฎของโอหม์ ได้ถกู ต้อง 2 2 2.3 คานวณหาค่าแรงดนั ไฟฟ้าโดยใช้กฎของโอหม์ ไดถ้ กู ตอ้ ง / / / / / / 3 2.4 คานวณหาค่ากระแสไฟฟา้ โดยใชก้ ฎของโอหม์ ไดถ้ กู ตอ้ ง / / / / / / 3 2.5 ค านวณหาคา่ ความต้านทานโดยใช้กฎของโอหม์ ////// ได้ถูกต้อง 2.6 ค านวณหาคา่ กาลังไฟฟ้าไดถ้ กู ต้อง ////// 2.7 ค านวณหาคา่ พลงั งานไฟฟ้าได้ถกู ตอ้ ง ////// ISL = ระดับความรู้ (Intellectual Skill Level) PSL = ระดับทกั ษะ (Physical Skill Level) R : ข้ันฟืน้ ความรู้ I : ขน้ั ท าเลยี นแบบ A : ขัน้ ประยุกต์ใช้ความรู้ C : ขน้ั ท าถูกตอ้ ง T : ข้ันส่งถา่ ยความรู้ A : ข้นั ท าดว้ ยความชานาญ เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตั้งม่ันดี

หน้า | 38 หน่วยท่ี 2 เรอื่ ง กฎของโอหม์ ก าลงั ไฟฟ้า และพลังงานไฟฟ้า หวั ขอ้ เรื่อง 1. กฎของโอห์ม 2. ก าลงั ไฟฟ้า 3. พลงั งานไฟฟ้า สาระส าคญั กฎของโอหม์ เปน็ ทฤษฎพี น้ื ฐานทนี่ กั วทิ ยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ชื่อ จอร์จ ไซมอน โอหม์ (Georg Simon Ohm) ได้คน้ พบเมือ่ ปี คศ. 1787-1854 ซงึ่ กล่าวว่า “ในวงจรไฟฟ้าปดิ ใดๆ กระแสไฟฟ้าจะแปรผนั ตรงกบั แรงดันไฟฟา้ และแปรผกผนั กับความต้านทาน” ก าลงั ไฟฟา้ (Power) คือ อัตราการใชพ้ ลงั งานไฟฟ้าท าใหอ้ ิเล็กตรอนเคลือ่ นท่ีจากจดุ หนง่ึ ไป ยังอกี จดุ หน่ึง ในระยะเวลาหนง่ึ มหี นว่ ยเป็น วตั ต์ (W) พลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy) คอื อตั ราก าลังไฟฟ้าที่ภาระ (Load) ทางไฟฟ้าใช้ ส้ินเปลือง ไปในระยะเวลาหนึง่ มีหน่วยเปน็ วัตต์-วนิ าที (W-s) หรอื จลู (J) จดุ ประสงค์การเรียนร้ จุดประสงค์ ทั่วไป 1. รแู้ ละเขา้ ใจเกย่ี วกับกฎของโอหม์ 2. รู้และเขา้ ใจเกยี่ วกับก าลงั ไฟฟา้ 3. รู้และเข้าใจเกยี่ วกบั พลังงานไฟฟ้า จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม 1. อธิบายกฎของโอหม์ ได้ถูกตอ้ ง 2. บอกความสัมพนั ธข์ องกระแส แรงดนั และความตา้ นทานไฟฟ้าตามกฎของโอห์มได้ถูกต้อง 3. คานวณหาค่าแรงดนั ไฟฟ้าโดยใช้กฎของโอห์มได้ถกู ต้อง 4. คานวณหาคา่ กระแสไฟฟ้าโดยใชก้ ฎของโอห์มไดถ้ กู ตอ้ ง 5. ค านวณหาค่าความต้านทานไฟฟ้าโดยใช้กฎของโอห์มไดถ้ ูกต้อง 6. ค านวณหาค่าก าลังไฟฟ้าไดถ้ ูกตอ้ ง 7. ค านวณหาคา่ พลังงานไฟฟ้าได้ถกู ตอ้ ง คณุ ธรรม จรยิ ธรรม และคณุ ลักษณะทีพ่ งึ ประสงค์ 1. ความสนใจใฝร่ ู้ 2. การตรงตอ่ เวลา 3. ความซื่อสัตย์ 4. ความมีวนิ ยั 5. ท างานด้วยความรอบคอบ ปลอดภัย และรักษาความสะอาด เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตัง้ มนั่ ดี

หน้า | 39 แบบทดสอบก่อนเรียน หน่วยที่ 2 เรอื่ ง กฎของโอห์ม ก าลงั ไฟฟา้ และพลงั งานไฟฟ้า ค าช้ีแจง แบบทดสอบเปน็ แบบเลือกตอบ จ านวน 15 ข้อ คะแนนเต็ม 15 คะแนน เวลา 15 นาที ค าส่ัง จงเลือกค าตอบท่ีถกู ตอ้ งที่สุดเพยี งค าตอบเดยี วแล้วกากบาท (X) ลงในกระดาษค าตอบ 1. กฎของโอหม์ หมายถึงขอ้ ใด ก. กระแสไฟฟา้ จะแปรผนั ตรงกับความตา้ นทานไฟฟา้ และแปรผกผนั กบั แรงดนั ไฟฟา้ ข. กระแสไฟฟา้ จะแปรผนั ตรงกับก าลังไฟฟ้า และแปรผกผนั กบั กับความตา้ นทานไฟฟ้า ค. กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟา้ และแปรผกผันกับความตา้ นทานไฟฟา้ ง. กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตรงกบั ความต้านทานไฟฟ้า และแปรผกผนั กับกาลงั ไฟฟา้ 2. จากกฎของโอหม์ ถา้ ก าหนดให้ความต้านทานไฟฟา้ คงท่ี ข้อใดกลา่ วถกู ตอ้ ง ก. แรงดนั ไฟฟา้ เพมิ่ ข้ึน กระแสไฟฟา้ เพมิ่ ขน้ึ ข. แรงดันไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟ้าเพิม่ ข้ึน ค. แรงดันไฟฟ้าเพ่ิมข้นึ กระแสไฟฟ้าไม่เปล่ยี นแปลง ง. แรงดันไฟฟา้ ลดลง กระแสไฟฟ้าไม่เปลีย่ นแปลง 3. จากกฎของโอห์ม ถ้าก าหนดใหแ้ รงดันไฟฟ้าคงที่ ขอ้ ใดกล่าวถูกต้อง ก. ความต้านทานไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟา้ ไมเ่ ปลี่ยนแปลง ข. ความต้านทานไฟฟ้าเพมิ่ ขึ้น กระแสไฟฟ้าไม่เปล่ียนแปลง ค. ความต้านทานไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟ้าเพิม่ ขึน้ ง. ความต้านทานไฟฟ้าเพิม่ ขน้ึ กระแสไฟฟ้าเพ่ิมขึน้ 4. กระแสไฟฟา้ 0.5 A ไหลผ่านตัวตา้ นทานไฟฟ้า 100  จะมแี รงดันไฟฟ้าตกคร่อมตวั ตา้ นทานเท่าไร ก. 50 V ข. 100 V ค. 150 V ง. 200 V 5. ตวั ต้านทานไฟฟ้า 20 k กระแสไฟฟ้า 5 mA ไหลผา่ นจะมีแรงดันไฟฟา้ ตกครอ่ มตวั ตา้ นทานเท่าไร ก. 50 V ข. 100 V ค. 150 V ง. 200 V 6. ตวั ตา้ นทานไฟฟ้า 20  ตอ่ เขา้ กับแหลง่ จา่ ยไฟฟา้ 50 V จะมี กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านตัวตา้ นทานไฟฟา้ เท่าไร ก. 1 A ข. 1.5 A ค. 2 A ง. 2.5 A เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บัวทอง ตง้ั มน่ั ดี

หนา้ | 40 7. แรงดันไฟฟา้ 12 V ตกคร่อมตัวต้านทาน 4  จะมีกระแสไฟฟา้ ไหลในวงจรเท่าไร ก. 2 A ข. 2.5 A ค. 3 A ง. 4.5 A 8. แหลง่ จ่ายแรงดนั ไฟฟา้ 24 V มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร 4 A จะมีคา่ ความต้านทานไฟฟ้าเท่าไร ก. 2  ข. 4  ค. 6  ง. 8  9. ถ้าแรงดนั ไฟฟา้ 100 V ตกครอ่ มตวั ตา้ นทานและมีกระแสไฟฟ้า 10 A ไหลผ่าน จะมคี ่าความ ต้านทานไฟฟ้าเท่าไร ก. 1  ข. 10  ค. 1 k ง. 10 k 10. แหลง่ จา่ ยแรงดันไฟฟา้ 24 V มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร 4 A จะมคี ่าก าลังไฟฟา้ ท่ีตัวต้านทานเทา่ ไร ก. 66 W ข. 88 W ค. 76 W ง. 96 W 11. แรงดันไฟฟา้ 12 V ตกครอ่ มตวั ต้านทาน 4  จะมกี าลงั ไฟฟ้าที่ตัวต้านทานเท่าไร ก. 26 W ข. 36 W ค. 46 W ง. 56 W 12. กระแสไฟฟ้า 0.5 A ไหลผ่านตวั ต้านทานไฟฟา้ 100  จะมีก าลังไฟฟา้ ที่ตัวต้านทานเทา่ ไร ก. 10 W ข. 15 W ค. 20 W ง. 25 W 13. พลังงานไฟฟา้ ขนาด 3,420 W-h มีคา่ กยี่ นู ติ ก. 0.342 ยูนิต ข. 3.42 ยูนิต ค. 34.2 ยูนติ ง. 342 ยูนิต เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บวั ทอง ตง้ั ม่นั ดี

หนา้ | 41 14. หมอ้ หุงข้าวไฟฟ้าขนาด 750 W ใชง้ านนาน 1 ชวั่ โมง จะสิน้ เปลอื งพลงั งานไฟฟ้าเทา่ ไร ก. 0.75 ยูนิต ข. 7.5 ยูนติ ค. 75 ยูนิต ง. 750 ยูนติ 15. เตารดี ไฟฟ้าขนาด 500 W ใช้งานนาน 3 ชัว่ โมง จะสนิ้ เปลอื งพลังงานไฟฟา้ เท่าไร ก. 1.5 kW-h ข. 3 kW-h ค. 5 kW-h ง. 15 kW-h เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บวั ทอง ตั้งม่ันดี

หน้า | 42 เน้ือหาสาระ หน่วยท่ี 2 เรอื่ ง กฎของโอห์ม ก าลงั ไฟฟา้ และพลังงานไฟฟ้า - 1. กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) กฎของโอหม์ เปน็ ทฤษฎพี ื้นฐานทางไฟฟ้าทใ่ี ช้ในการแก้ปญั หาวงจรไฟฟ้าเบอื้ งต้นซงึ่ จอร์จ ไซมอน โอหม์ (Georg Simon Ohm) นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวเยอรมนั ได้ท าการทดลองและพบว่า แรงดันไฟฟ้า (V) กระแสไฟฟ้า (I) และความตา้ นทานไฟฟ้า (R) มีความสัมพันธ์กัน กลา่ ววา่ “ใน วงจรไฟฟา้ ปดิ ใดๆ กระแสไฟฟา้ จะแปรผันตรงกับแรงดนั ไฟฟ้า และแปรผกผนั กับความต้านทาน ไฟฟ้า” สามารถพิจารณาความสัมพันธน์ ้ีได้ 2 กรณี คือ กรณที ่ี 1 เมื่อก าหนดให้ความต้านทาน (R) ในวงจรคงที่ กระแสไฟฟ้า (I) จะไหลได้มาก เมอ่ื จ่ายแรงดนั ไฟฟา้ (E) ให้วงจรมาก และกระแสไฟฟา้ (I) จะไหลได้น้อย เม่ือจา่ ยแรงดันไฟฟ้า (E) ให้วงจรนอ้ ย เขยี นเป็นความสมั พนั ธ์ไดด้ ังน้ี I  E เม่อื R คงท่ี ……………………………………………………………………….(2-1) กรณีที่ 2 เม่ือก าหนดใหแ้ รงดันไฟฟา้ (E) ในวงจรคงท่ี กระแสไฟฟา้ (I) จะไหลได้มาก เม่อื ความต้านทานไฟฟ้า (R) ในวงจรนอ้ ย และกระแสไฟฟา้ (I) จะไหลได้น้อย เมือ่ ความต้านทานไฟฟ้า (R) ในวงจรมาก เขยี นเป็นความสมั พนั ธไ์ ด้ดงั นี้ I  1 เมื่อ E คงที่ ……………………………………………………………………….(2-2) R จากกฎของโอหม์ ทั้ง 2 กรณี เมื่อน าสมการที่ 2-1 และสมการที่ 2-2 มารวมกันจะได้ สมการตามกฎของโอห์ม ดังน้ี IE ……………………………………………………………………. (2-3) R เม่ือ E = แรงดันไฟฟา้ มีหนว่ ยเป็น โวลต์ (Volt ; V) I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเปน็ แอมแปร์ (Ampere ; A) R = ความต้านทานไฟฟ้า มหี นว่ ยเป็น โอห์ม (Ohm ; ) เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บวั ทอง ต้งั มั่นดี

หนา้ | 43 จากสมการท่ี 2-3 ถือวา่ เป็นกฎพน้ื ฐานของ ซ่ึงสามารถอธบิ ายความสัมพนั ธข์ องกระแส (I) กบั แรงดนั ไฟฟา้ (E) เม่ือใหค้ วามต้านทานไฟฟา้ (R) คงท่ี ดังรปู ที่ 2-1 และรูปท่ี 2.2 +A - I (A) E R + 1.2 0-12 V 10  V 1 0.8 - 0.6 0.4 0.2 E (V) 2 4 6 8 10 12 ก) วงจรไฟฟ้า ข) กราฟแสดงความสัมพันธ์ ระหว่าง I กบั E เม่ือ R คงท่ี รปู ที่ 2.1 ความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งกระแสไฟฟา้ กบั แรงดันไฟฟ้า เม่อื ความตา้ นทานไฟฟ้าคงที่ ในทานองเดยี วกนั ถา้ ก าหนดใหแ้ รงดันไฟฟา้ (E) คงท่ี สามารถอธบิ ายความสมั พันธข์ อง กระแสไฟฟา้ (I) กับความต้านทานไฟฟ้า (R) ได้ดังรปู ที่ 2.2 +A - I (A) 6 5 E R + 4 12 V V 3 10  - 2 1 R ( ) 2 4 6 8 10 (ก) วงจรไฟฟ้า (ข) กราฟแสดงความสัมพันธ์ ระหว่าง I กับ R เม่อื E คงที่ รปู ที่ 2.2 ความสมั พันธ์ระหวา่ งกระแสไฟฟ้า กบั ความตา้ นทานไฟฟ้า เม่ือแรงดนั ไฟฟ้าคงท่ี จากสมการท่ี 2-3 เม่ือย้ายเทอมของความตา้ นทานไฟฟ้า เพ่ือหาค่าแรงดนั ไฟฟา้ ไดด้ งั สมการที่ 2-4 และสามารถย้ายเทอมของกระแสไฟฟา้ เพื่อหาคา่ ความต้านทานไฟฟ้า ไดด้ ังสมการที่ 2-5 ดงั นี้ E  IR ………………………………………………………………………..(2-4) R  E ………………………………………………………………………..(2-5) I เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตง้ั มน่ั ดี

หนา้ | 44 1.1 สมการกฎของโอห์ม เพอื่ ความสะดวกในการใช้กฎของโอห์ม เราสามารถน าสมการกฎของโอห์มมาเขียน แสดงความสัมพันธไ์ ว้ในวงกลม ดังแสดงไว้ในรูปท่ี 2.3 E IR รปู ท่ี 2.3 สมการกฎของโอห์มในรปู วงกลม ทีม่ า : พันธ์ศักดิ์ พฒุ ิมานติ พงศ์, [2559]. จากรูปที่ 2.3 ถ้าตอ้ งการหาค่าปริมาณไฟฟา้ ใด ให้ใช้นิว้ มอื ปิดปริมาณไฟฟ้าน้ันไว้ ส่วนที่ เหลือคอื คา่ สมการท่หี าได้ ดงั แสดงไว้ในรูปท่ี 2.4 E E = IR IR (ก) สมการหาค่าแรงดันไฟฟา้ (E) E I = E IR R (ข) สมการหาคา่ กระแสไฟฟา้ (I) E R= E IR I (ค) สมการหาค่าความต้านทานไฟฟ้า (R) รูปท่ี 2.4 วิธกี ารหาค่าแรงดนั ไฟฟา้ กระแสไฟฟ้า และความต้านทานไฟฟา้ จากกฎของโอหม์ ที่มา : พันธ์ศกั ด์ิ พุฒิมานิตพงศ์, [2559]. เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บวั ทอง ตั้งมน่ั ดี

หนา้ | 45 1.2 การประยุกตใ์ ช้กฎของโอห์ม 1.2.1 การหาคา่ กระแสไฟฟา้ เมือ่ ทราบแรงดันไฟฟ้า และความต้านทานไฟฟา้ ในการ หาค่ากระแสไฟฟ้าใช้สมการ I  E /R ดงั แสดงในตัวอยา่ งท่ี 2.1 ตวั อย่างท่ี 2.1 จากวงจรตามรปู ท่ี 2.5 เมอ่ื จา่ ยแรงดันไฟฟ้า 12 V ใหก้ ับตวั ตา้ นทาน 10  จงค านวณหาค่ากระแสไฟฟา้ ท่ีไหลในวงจร I + R E 12 V- 10    รูปท่ี 2.5 วงจรไฟฟ้า ตวั อย่างที่ 2.1 วิธีท า จากกฎของโอหม์ หาค่ากระแสไฟฟ้า (I) E แทนค่า I  R12 V  1.2A ตอบ I  10  1.2.2 การหาค่าความต้านทานไฟฟา้ เมอื่ ทราบแรงดนั ไฟฟา้ และกระแสไฟฟ้าในการ หาคา่ ความตา้ นทานไฟฟา้ ใช้สมการ R  E /I ดังแสดงในตวั อยา่ งที่ 2.2 ตวั อยา่ งท่ี 2.2จากวงจรตามรปู ท่ี 2.6 เมือ่ จ่ายแรงดนั ไฟฟ้า 12 V ให้กบั วงจรท าให้เกิดกระแสไฟฟา้ 2 A จงค านวณหาคา่ ความต้านทานไฟฟ้าของวงจร I=2 A R + E 12 V - รปู ท่ี 2.6 วงจรไฟฟ้า ตัวอย่างที่ 2.2 วิธที า จากกฎของโอห์ม หาRค่าควEามต้านทานไฟฟ้า (R) I เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตั้งมน่ั ดี

หนา้ | 46 แทนค่า R  12 V 6 ตอบ 2A 1.2.3 การหาค่าแรงดนั ไฟฟ้าเมอ่ื ทราบกระแสไฟฟา้ และความต้านทานไฟฟา้ ในการ หาค่ากระแสไฟฟ้าใช้สมการ E  I ×R ดังแสดงในตัวอย่างท่ี 2.3 ตวั อย่างท่ี 2.3 จากวงจรตามรปู ท่ี 2.7 กระแสไฟฟา้ 0.5 A ไหลผ่านความต้านทาน 100  จงค านวณหา ค่าแรงดันไฟฟ้าท่จี า่ ยใหก้ บั วงจร I=0.5 A R + 100  E - รูปท่ี 2.7 วงจรไฟฟา้ ตัวอย่างท่ี 2.3 วิธีท า จากกฎของโอหม์ หาค่าแรงดันไฟฟา้ (E)  50V ตอบ E  IR แทนคา่ E  0.5A ×100  2. ก าลังไฟฟา้ (Electrical Power) ก าลังไฟฟา้ (Electrical Power) หมายถงึ อัตราการใชพ้ ลังงานไฟฟา้ ท าใหอ้ เิ ล็กตรอน เคลือ่ นที่จากจุดหน่ึงไปยังอกี จดุ หนึ่ง ในระยะเวลาหนงึ่ มหี นว่ ยเป็น วัตต์ (W) สามารถเขียนเปน็ สมการไดด้ งั น้ี PW ………………………………………………………………………. (2-6) เม่ือ t P = ก าลังไฟฟา้ มีหน่วยเปน็ วัตต์ (Watt ; W) W = พลังงานไฟฟ้าหรืองาน มหี นว่ ยเปน็ จูล (Joule ; J) t = เวลา มีหน่วยเปน็ วินาที (Second ; s) 2.1 สมการก าลังไฟฟา้ ก าลังไฟฟา้ 1 วตั ต์ หมายถงึ อตั ราของงานท่ีถูกกระท าในวงจรไฟฟ้าท าให้เกิด กระแสไฟฟา้ 1 แอมแปร์ เมื่อมีแรงดนั ไฟฟ้า 1 โวลต์ จ่ายให้กบั วงจร สามารถเขียนเปน็ สมการได้ดังนี้ P  EI ………………………………………………………………………. (2-7) เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บวั ทอง ต้งั มนั่ ดี

หนา้ | 47 เม่ือ P = ก าลงั ไฟฟา้ มีหน่วยเปน็ วตั ต์ (Watt ; W) E = แรงดันไฟฟ้า มหี นว่ ยเปน็ โวลต์ (Volt ; V) I = กระแสไฟฟา้ มหี นว่ ยเป็น แอมแปร์ (Ampere ; A) เพื่อ ความสะดวกในการใช้สมการก าลังไฟฟา้ เราสามารถน าสมการก าลังไฟฟา้ มาเขยี น แสดงความสมั พันธ์ไว้ในวงกลม ดงั แสดงไวใ้ นรปู ท่ี 2.8 P EI รปู ท่ี 2.8 สมการก าลังไฟฟา้ ในรปู วงกลม ท่มี า : พนั ธศ์ ักดิ์ พุฒมิ านิตพงศ์, [2559]. จากรูปที่ 2.8 ถ้าต้องการหาค่าปรมิ าณไฟฟา้ ใด ให้ใชน้ ว้ิ มอื ปดิ ปรมิ าณไฟฟา้ นนั้ ไว้ สว่ นที่ เหลอื คอื ค่าสมการทหี่ าได้ ดงั แสดงไวใ้ นรูปท่ี 2.9 E P = EI EI (ก) สมการหาคา่ ก าลังไฟฟ้า (P) รูปท่ี 2.9 วธิ กี ารหาค่าแรงดนั ไฟฟา้ กระแสไฟฟา้ และก าลังไฟฟ้า ท่มี า : พนั ธศ์ กั ดิ์ พฒุ ิมานิตพงศ์, [2559]. P E= P II I (ข) สมการหาค่าแรงดันไฟฟา้ (E) เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บัวทอง ต้งั มนั่ ดี

หน้า | 48 P I= P ER E (ค) สมการหาค่ากระแสไฟฟ้า (I) รูปที่ 2.9 (ตอ่ ) วิธกี ารหาคา่ แรงดนั ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และก าลงั ไฟฟา้ ท่มี า : พันธศ์ ักด์ิ พฒุ ิมานิตพงศ์, [2559]. 2.2 ความสมั พันธ์ของก าลังไฟฟ้ากับกฎของโอหม์ เมอื่ น ากฎของโอห์มมาแทนค่าลงในสมการก าลังไฟฟา้ ท าให้สมการที่ใช้ในการหาคา่ ก าลังไฟฟ้าเกดิ การเปล่ียนแปลงไป ดังน้ี จากสมการที่ 2-7 P  E×I เมอื่ แทนคา่ IE R ลงในสมการท่ี 2-7 จะได้ จะได เมอ่ื แทนค่า PE×E จะได R E2 P (2-8) R E  I × R ลงในสมการที่ 2-7 จะได้ P  (I × R) × I P  I2R ………………………………………………………………………. (2-9) นาสมการกฎของโอห์มและสมการกาลงั ไฟฟา้ มาเขยี นรวมกันในรูปของวงกลมสามารถ เขยี นได้ ดงั แสดงในรูปที่ 2.10 IE PR E IP R E R P EI I E2 P I2R P I2 E2 R รปู ท่ี 2.10 สมการกฎของโอหม์ และสมการก าลงั ไฟฟา้ ในรูปวงกลม ทม่ี า : พนั ธ์ศกั ดิ์ พฒุ ิมานติ พงศ์, [2559]. เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บัวทอง ตงั้ มัน่ ดี

หน้า | 49 ตัวอยา่ งที่ 2.4 จากวงจรตามรูปที่ 2.11 เมอ่ื จ่ายแรงดันไฟฟา้ 10 V ใหก้ ับวงจรท าให้เกิดกระแสไฟฟ้า 2 A จงค านวณหาคา่ ก าลงั ไฟฟ้าของวงจร I=2 A R E+ 10 V - รปู ที่ 2.11 วงจรไฟฟ้า ตัวอย่างท่ี 2.4 วิธที า หาค่าก าลังไฟฟ้า (P) แทนคา่ P  E× I  20W ตอบ P  10 V × 2 A ตวั อย่างที่ 2.5 จากวงจรตามรปู ที่ 2.12 กระแสไฟฟา้ 0.5 A ไหลผา่ นความต้านทาน 100  จงค านวณหาค่าก าลังไฟฟา้ ของวงจร I=0.5 A +R E - 100    รปู ท่ี 2.12 วงจรไฟฟ้า ตวั อย่างที่ 2.5 วิธที า หาค่าก าลังไฟฟา้ (P) P  I2 × R แทนค่า P  (0.5 A)2 ×100  ตอบ  25W ตัวอยา่ งที่ 2.6 จากวงจรตามรูปท่ี 2.13 เมื่อจา่ ยแรงดันไฟฟ้า 10 V ให้กบั ตวั ต้านทาน 100  จงค านวณหาค่ากระแสไฟฟ้าทไ่ี หลในวงจร I E+ R 10 V - 100    รปู ที่ 2.13 วงจรไฟฟ้า ตัวอย่างที่ 2.6 เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บวั ทอง ต้งั ม่นั ดี

หน้า | 50 วิธีท า หาค่าก าลังไฟฟา้ (P)  E2 P  R P (10 V)2  1W แทนค่า 100  ตอบ 3. พลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy) พลังงานไฟฟา้ หมายถงึ ก าลังไฟฟา้ (Power ; P) ทีภ่ าระทางไฟฟ้า (Load) ใช้ส้นิ เปลอื ง ไปใน ระยะเวลาหนึง่ (Time ; t) มีหนว่ ยเป็น จูล (Joule ; J) หรอื วตั ต์-วนิ าที (Watt-second ; W-s) พลังงานไฟฟา้ 1 จลู หมายถึงก าลงั ไฟฟา้ 1 วัตต์ท่ีภาระทางไฟฟา้ ใชส้ นิ้ เปลอื งไปใน ระยะเวลา 1 วินาที สามารถเขียนเปน็ สมการไดด้ ังน้ี W  P× t …………………………………………………………………….(2-10) เม่อื มหี นว่ ยเปน็ จูล (Joule ; J) W = พลังงานไฟฟา้ มหี น่วยเป็น วัตต์ (Watt ; W) P = ก าลงั ไฟฟ้า t = เวลา มหี นว่ ยเปน็ วินาที (Second ; s) การคดิ คา่ พลงั งานไฟฟา้ ทใ่ี ชไ้ ป ไม่นยิ มบอกหนว่ ยออกมาเปน็ จลู (Joule ; J) แตจ่ ะบอก ออกมาในหนว่ ยกโิ ลวตั ต์-ชว่ั โมง (Kilowatt-hour ; kWh) หรือ ยูนติ (Unit) หมายถงึ พลงั งานไฟฟ้าที่ เกิดจากการใชก้ าลังไฟฟ้า 1,000 วตั ต์ เป็นเวลา 1 ช่วั โมง ตวั อย่างท่ี 2.7 ก าลังไฟฟ้า 20 W ถกู ใชไ้ ปในเวลา 5 วินาที จะเกดิ พลังงานไฟฟ้าเทา่ ไร วิธที า หาค่าพลังงานไฟฟา้ (W) WP×t W  20 × 5 แทนค่า 100 J ตอบ ตัวอยา่ งท่ี 2.8 จงหาก าลงั ไฟฟา้ ของเคร่ืองใชไ้ ฟฟา้ ทใี่ ช้พลงั งานส้ินเปลืองต่อไปน้ี ก) 1,500 วัตต์ ใช้งานไป 1ชว่ั โมง ข) 2,500 วตั ต์ ใช้งานไป 2ชัว่ โมง วิธีท า หาค่าพลังงานไฟฟ้า (W) จากสมการ W  P × t ก) แทนคา่ W  1,500 W ×1h  1,500 W - h ตอบ ตอบ หรือ 1.5 kW-h หรือ 1.5 ยนู ติ ตอบ เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตัง้ มั่นดี

หนา้ | 51 ข) แทนคา่ W  2,500 W × 2h  5,000 W - h ตอบ ตอบ หรอื 5 kW-h ตอบ หรอื 5 ยนู ติ สรุปสาระส าคัญ กฎของโอหม์ (Ohm’s Low) กฎของโอหม์ เป็นทฤษฎีพื้นฐานทางไฟฟ้าท่ใี ช้ในการแกป้ ญั หาวงจรไฟฟ้าเบ้ืองต้นซงึ่ จอรจ์ ไซมอน โอหม์ (Georg Simon Ohm) นกั วิทยาศาสตรช์ าวเยอรมัน ได้ท าการทดลองและพบวา่ แรงดันไฟฟ้า (V) กระแสไฟฟา้ (I) และความตา้ นทานไฟฟ้า (R) มคี วามสัมพันธก์ ัน กลา่ วว่า “ใน วงจรไฟฟ้าปิดใดๆ กระแสไฟฟา้ จะแปรผันตรงกับแรงดนั ไฟฟา้ และแปรผกผันกับความต้านทาน ไฟฟา้ ” IE R ก าลงั ไฟฟ้า (Electrical Power) ก าลงั ไฟฟ้า (Electrical Power) หมายถงึ อตั ราการใช้พลังงานไฟฟา้ ทาใหอ้ เิ ลก็ ตรอน เคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยงั อีกจดุ หนงึ่ ในระยะเวลาหนง่ึ มีหน่วยเปน็ วัตต์ (W) สามารถเขยี นเปน็ สมการไดด้ ังนี้ PW t พลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy) พลังงานไฟฟ้า หมายถึงก าลังไฟฟ้า (Power ; P) ที่ภาระทางไฟฟา้ (Load) ใช้สนิ้ เปลืองไป ใน ระยะเวลาหนงึ่ (Time ; t) มหี นว่ ยเปน็ จูล (Joule ; J) หรือ วัตต์-วนิ าที (Watt-second ; W-s) พลงั งานไฟฟ้า 1 จลู หมายถึงก าลงั ไฟฟ้า 1 วัตต์ที่ภาระทางไฟฟ้าใชส้ น้ิ เปลืองไปใน ระยะเวลา 1 วนิ าที สามารถเขียนเปน็ สมการได้ดังนี้ W  P× t เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตั้งมน่ั ดี

หนา้ | 52 แบบฝึกหัดท่ี 2 เร่อื ง กฎของโอห์ม ก าลงั ไฟฟ้า และพลังงานไฟฟา้ ค าสั่ง จงตอบค าถามตอ่ ไปน้ี ลงในช่องวา่ งให้ถกู ตอ้ งสมบรู ณ์ 1. กฎของโอห์ม กล่าวว่า (1 คะแนน) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. เมือ่ ก าหนดให้ความตา้ นทาน (R) ในวงจรคงที่ กระแสไฟฟา้ (I) จะไหลได้.................(มาก/นอย) เมือ่ จ่ายแรงดันไฟฟา้ (E) ใหว้ งจรมาก และกระแสไฟฟ้า (I) จะไหลได้. .......(มาก/น้อย) เมอื่ จ่าย แรงดนั ไฟฟ้า (E) ใหว้ งจรน้อย (2 คะแนน) 3. เม่ือก าหนดให้แรงดันไฟฟา้ (E) ในวงจรคงที่ กระแสไฟฟ้า (I) จะไหลได้. .......(มาก/น้อย) เม่อื ความต้านทานไฟฟา้ (R) ในวงจรน้อย และกระแสไฟฟา้ (I) จะไหลได้. .......(มาก/น้อย) เม่อื ความ ตา้ นทานไฟฟา้ (R) ในวงจรมาก (2 คะแนน) 4. จากรปู ท่ี 2.14 จงใชก้ ฎของโอห์มแสดงวธิ ที าเพ่ือหาคา่ แรงดันไฟฟา้ (1 คะแนน) I=2 A + R E  - 10    รปู ท่ี 2.14 วงจรไฟฟา้ แบบฝึกหัดที่ 2 ขอ้ 4 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บัวทอง ตัง้ มน่ั ดี

หนา้ | 53 5. จากรูปท่ี 2.15 จงใช้กฎของโอห์มแสดงวธิ ที าเพื่อหาคา่ กระแสไฟฟ้า (1 คะแนน) I E+ R 20 V - 40    รูปที่ 2.15 วงจรไฟฟ้า แบบฝกึ หัดท่ี 2 ข้อ 5 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 6. จากรปู ท่ี 2.16 จงใชก้ ฎของโอห์มแสดงวิธีท าเพือ่ หาคา่ ความตา้ นทานไฟฟา้ (1 คะแนน) I=0.5 A R E+ 10 V - รูปท่ี 2.16 วงจรไฟฟ้า แบบฝกึ หัดท่ี 2 ขอ้ 6 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 7. จากรปู ท่ี 2.17 จงแสดงวิธที าเพ่ือหาค่าก าลังไฟฟา้ (3 คะแนน) I=2 A I I=0.5 A + E RE+ R E+ R - 10  20 V 40  10 V - - (ก) (ข) (ค) รปู ท่ี 2.17 วงจรไฟฟา้ แบบฝึกหดั ท่ี 2 ขอ้ 7 7.1 จากรปู ท่ี 2.17 (ก) ก าลงั ไฟฟ้ามคี า่ เทา่ ไร …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บัวทอง ตั้งม่ันดี

หน้า | 54 7.2 จากรปู ท่ี 2.17 (ข) ก าลังไฟฟา้ มีค่าเท่าไร …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 7.3 จากรปู ที่ 2.17 (ค) ก าลังไฟฟ้ามคี ่าเทา่ ไร …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8. จงใชข้ อ้ มูลตอ่ ไปนี้ค านวณหาค่าพลงั งานไฟฟ้าทเ่ี ครอ่ื งใชไ้ ฟฟ้าใช้สิ้นเปลอื งไป (3 คะแนน) 8.1 เตารีดไฟฟ้าขนาด 1,500 W ใช้งานนาน 2 ช่ัวโมง …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8.2 พัดลมไฟฟ้าขนาด 450 W ใช้งานนาน 4 ช่วั โมง …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8.3 หลอดไฟฟา้ ขนาด 36 W ใชง้ านนาน 8 ชั่วโมง …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………………………………….. เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ต้ังมั่นดี

หน้า | 55 แบบทดสอบหลังเรยี น หนว่ ยที่ 2 เร่อื ง กฎของโอหม์ ก าลงั ไฟฟา้ และพลังงานไฟฟ้า ค าชแี้ จง แบบทดสอบเปน็ แบบเลอื กตอบ จ านวน 15 ขอ้ คะแนนเตม็ 15 คะแนน เวลา 15 นาที ค าสงั่ จงเลือกค าตอบที่ถกู ตอ้ งท่ีสดุ เพียงค าตอบเดียวแลว้ กากบาท (X) ลงในกระดาษค าตอบ 1. กฎของโอห์ม หมายถงึ ข้อใด ก. กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตรงกบั แรงดนั ไฟฟ้า และแปรผกผนั กบั ความตา้ นทานไฟฟ้า ข. กระแสไฟฟา้ จะแปรผันตรงกบั ก าลงั ไฟฟา้ และแปรผกผันกบั กบั ความต้านทานไฟฟ้า ค. กระแสไฟฟา้ จะแปรผันตรงกับความตา้ นทานไฟฟ้า และแปรผกผันกบั แรงดันไฟฟ้า ง. กระแสไฟฟ้าจะแปรผนั ตรงกบั ความตา้ นทานไฟฟ้า และแปรผกผนั กบั กาลังไฟฟ้า 2. จากกฎของโอหม์ ถา้ ก าหนดให้ความตา้ นทานไฟฟา้ คงท่ี ขอ้ ใดกลา่ วถูกต้อง ก. แรงดนั ไฟฟ้าเพมิ่ ขึน้ กระแสไฟฟ้าไมเ่ ปลย่ี นแปลง ข. แรงดันไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลง ค. แรงดันไฟฟ้าเพ่มิ ขึ้น กระแสไฟฟ้าเพมิ่ ข้นึ ง. แรงดันไฟฟา้ ลดลง กระแสไฟฟ้าเพิม่ ขึ้น 3. จากกฎของโอหม์ ถ้าก าหนดให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. ความต้านทานไฟฟ้าเพมิ่ ขนึ้ กระแสไฟฟ้าไมเ่ ปลี่ยนแปลง ข. ความต้านทานไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟ้าไมเ่ ปล่ียนแปลง ค. ความต้านทานไฟฟ้าเพ่ิมขึ้น กระแสไฟฟ้าเพ่มิ ข้ึน ง. ความต้านทานไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟ้าเพ่ิมข้นึ 4. กระแสไฟฟา้ 0.5 A ไหลผา่ นตัวตา้ นทานไฟฟ้า 100  จะมแี รงดนั ไฟฟา้ ตกครอ่ มตัวต้านทานเท่าไร ก. 5 V ข. 10 V ค. 50 V ง. 100 V 5. ตัวตา้ นทานไฟฟา้ 20 k กระแสไฟฟ้า 5 mA ไหลผา่ นจะมแี รงดนั ไฟฟา้ ตกครอ่ มตัวต้านทานเท่าไร ก. 5 V ข. 10 V ค. 50 V ง. 100 V 6. ตวั ตา้ นทานไฟฟา้ 20  ต่อเข้ากับแหลง่ จา่ ยไฟฟ้า 50 V จะมีกระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นตัวต้านทานเท่าไร ก. 2 A ข. 2.5 A ค. 200 A ง. 250 A เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ต้งั ม่นั ดี

หน้า | 56 7. แรงดนั ไฟฟ้า 12 V ตกคร่อมตวั ต้านทาน 4  จะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรเท่าไร ก. 3 A ข. 3.5 A ค. 4 A ง. 4.5 A 8. แหลง่ จ่ายแรงดันไฟฟา้ 24 V มกี ระแสไฟฟ้าไหลในวงจร 4 A จะมคี ่าความตา้ นทานไฟฟา้ เทา่ ไร ก. 8  ข. 6  ค. 4  ง. 3  9. ถา้ แรงดันไฟฟา้ 100 V ตกคร่อมตวั ต้านทานและมีกระแสไฟฟ้า 10 A ไหลผ่าน จะมีคา่ ความ ต้านทานไฟฟ้าเทา่ ไร ก. 10  ข. 100  ค. 1 k ง. 10 k 10. แรงดนั ไฟฟ้า 12 V ตกคร่อมตวั ต้านทาน 4  จะมกี าลงั ไฟฟา้ ท่ตี ัวตา้ นทานเท่าไร ก. 32 W ข. 34 W ค. 36 W ง. 48 W 11. แหลง่ จ่ายแรงดันไฟฟ้า 24 V มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร 4 A จะมีค่าก าลงั ไฟฟา้ ทีต่ วั ต้านทานเท่าไร ก. 66 W ข. 76 W ค. 86 W ง. 96 W 12. กระแสไฟฟ้า 0.5 A ไหลผ่านตวั ต้านทานไฟฟา้ 100  จะมกี าลังไฟฟา้ ที่ตัวตา้ นทานเท่าไร ก. 20 W ข. 25 W ค. 30 W ง. 35 W 13. หม้อหงุ ขา้ วไฟฟา้ ขนาด 750 W ใชง้ านนาน 1 ชว่ั โมง จะส้ินเปลืองพลงั งานไฟฟ้าเทา่ ไร ก. 0.75 ยนู ิต ข. 7.5 ยนู ิต ค. 75 ยนู ิต ง. 750 ยูนิต เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟ้ากระแสตรง : บวั ทอง ต้ังมั่นดี

หน้า | 57 14. พลงั งานไฟฟ้าขนาด 3,420 W-h มีคา่ ก่ยี ูนิต ก. 0.342 ยนู ติ ข. 3.42 ยูนติ ค. 34.2 ยนู ติ ง. 342 ยนู ติ 15. เตารดี ไฟฟ้าขนาด 500 W ใช้งานนาน 3 ช่วั โมง จะสนิ้ เปลืองพลังงานไฟฟา้ เท่าไร ก. 15 kW-h ข. 5 kW-h ค. 3 kW-h ง. 1.5 kW-h เอกสารประกอบการสอน วชิ าวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บัวทอง ตง้ั มน่ั ดี

หน้า | 58 เอกสารอ้างอิง ธ ารงศกั ดิ์ หมินก้าหรีม. วงจรไฟฟา้ กระแสตรง. นนทบรุ ี : ศนู ย์หนงั สอื เมอื งไทย, 2556. บุญสืบ โพธศ์ิ รีและศุภโชค พานทอง. งานไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนิกส์เบื้องต้น. กรุงเทพมหานคร : ศนู ย์ส่งเสรมิ อาชีวะ, 2556. พุฒพิ งศ์ ไชยราช และคณะ. วงจรไฟฟา้ กระแสตรง. นนทบรุ ี : เอมพันธ์, 2557. พนั ธ์ศกั ด์ิ พุฒมิ านติ พงศ์ และคณะ. วงจรไฟฟ้ากระแสตรง. กรงุ เทพมหานคร : ศนู ยส์ ง่ เสริมวิชาการ, 2559. ไวพจน์ ศรธี ัญ. วงจรไฟฟ้ากระแสตรง. กรุงเทพมหานคร : วังอกั ษร, 2558. เอกสารประกอบการสอน วิชาวงจรไฟฟา้ กระแสตรง : บวั ทอง ต้งั มั่นดี