หน่วยที่ 4 กฎของโอห์ม

หน่วยท่ี 4 กฎของโอหม์ สนั ติภาพ มะสะ

จุดประสงคเ์ ชงิ พฤตกิ รรม นกั เรยี นสามารถ............... 1. บอกความหมายของประจไุ ฟฟา้ ได้ 2. บอกความหมายของศกั ยไ์ ฟฟ้าได้ 3. บอกความสัมพันธ์ของกฎของโอห์มได้ 4. บอกองคป์ ระกอบทางไฟฟ้าได้ 5. คาํ นวณหาคา่ ขององคป์ ระกอบทางไฟฟา้ ได้

เนื้อหาบทเรียน 1. ประจไุ ฟฟา้ และศักยไ์ ฟฟ้า 2. องคป์ ระกอบทางไฟฟา้ 3. ความสมั พันธ์ของกฎของโอหม์ 4. คาํ นวณหาคา่ ขององค์ประกอบทางไฟฟา้ 4.1 กระแสไฟฟ้า 4.2 แรงดันไฟฟา้ 4.3 ความตา้ นทานไฟฟ้า 4.4 กําลังไฟฟ้า 4.5 พลังงานไฟฟ้า

ศักยไ์ ฟฟา้ และประจไุ ฟฟา้ เปน็ ปรมิ าณทางไฟฟ้าที่เกดิ ขนึ้ ในเวลาเดียวกัน มคี วามสัมพนั ธ์ และเกย่ี วข้องกันอย่างใกล้ชิด แยกออกจากกันไม่ได้ ศักย์ไฟฟา้ และประจุไฟฟา้ มีพลงั งานในตวั เอง สามารถและ พร้อมทีจ่ ะเคล่อื นที่และเปล่ียนแปลงค่าได้ตลอดเวลา เมอื่ อยู่ในสภาวะ ทเ่ี หมาะสมและเอ้อื อาํ นวย โดยจะเกิดเส้นแรงสนามไฟฟ้า รอบๆ ซึ่งจะ สง่ ผลต่อพลงั งานหรือแรงทเี่ กิดขึ้น

ความหมายของประจไุ ฟฟา้ ประจุไฟฟา้ คอื ข้วั ของไฟฟ้าทีแ่ ตกตา่ งกนั ซงึ่ แบง่ ออกได้ 2 ชนิด คือ ประจุบวก และประจลุ บ โดยประจุชนดิ เดยี วกนั จะผลกั กนั และ ประจุต่างชนดิ กันจะดึงดูดกนั

การดูดและผลกั ของประจไุ ฟฟ้า ประจตุ ่างกันดูดกัน ประจเุ หมอื นกันผลกั กัน

ความหมายของศักย์ไฟฟา้ ศกั ย์ไฟฟ้า คอื คา่ ของไฟฟา้ หรอื ปรมิ าณของไฟฟา้ ทีแ่ สดงออกมาใน ขณะเกิดความไม่สมดลุ ของประจุไฟฟ้า ซึง่ สามารถแบง่ ออกได้ 2 คา่ คือ 1. ศกั ยบ์ วก หมายถงึ การมีประจุไฟฟา้ บวกมากกว่าประจุไฟฟา้ ลบ 2. ศกั ย์ลบ หมายถึง การมีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าประจุไฟฟ้าบวก

กฎของโอหม์ คน้ พบโดย จอร์จ ไซมอน โอหม์ เปน็ นักฟสิ ิกส์ ชาวเยอรมัน และนําออกมาเผยแพร่ในปี ค.ศ. 1826 Gorge Simon Ohm (1789-1854) I = V/ R

ความสัมพันธข์ องปรมิ าณไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า (E หรอื V) มหี น่วยเป็น โวลท์ (V) กระแสไฟฟ้า (I) มหี น่วยเปน็ แอมแปร์ (A) ความต้านทานไฟฟา้ (R) มีหน่วยเป็น โอห์ม () จํานวนกระแสไฟฟา้ ทีไ่ หลผา่ นในวงจรไฟฟ้า เปลี่ยนแปลง ตามค่าแรงดนั ทจี่ า่ ยใหก้ ับวงจรนน้ั แตเ่ ปล่ยี นแปลงเปน็ ส่วนกลบั กับความต้านทานในวงจร

สัญลักษณข์ องตัวยอ่ -ขยายของหนว่ ยวัดทางไฟฟ้า ชอื่ สัญลกั ษณ์ เลขยกกําลงั ตวั คณู เทรา (tera) จิกะ (giga) T 1012 1,000,000,000,000 เมกกะ (mega) กิโล (kilo) G 109 1,000,000,000 หนว่ ย (unit) M 106 1,000,000 K 103 1,000 - 100 1

ช่อื สญั ลกั ษณ์ เลขยกกําลงั ตัวคูณ มลิ ลิ (milli) m 10-3 0.001 ไมโคร (micro)  10-6 0.000 001 นาโน (nano) n 10-9 0.000 000 001 พโิ ค (pico) p 10-12 0.000 000 000 001 เฟมโต (femto) f 10-15 0.000 000 000 000 001 แอทโต (atto) a 10-18 0.000 000 000 000 000 001

ตวั ต้านทาน (Resistor : R) เปน็ อุปกรณท์ ที่ าํ หน้าทจี่ ํากดั กระแสไฟฟ้า ถ้าหากตวั ต้านทาน มคี า่ ความตา้ นทานมาก กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านได้น้อย มคี ่าความต้านทานน้อย กระแสไฟฟ้าจะไหลผา่ นไดม้ าก

ความหมายของความต้านทาน ความตา้ นทาน 1 คอื ความต้านทานทยี่ อมใหก้ ระแสไฟฟา้ ไหลผ่านได้ 1A และมแี รงดันไฟฟา้ ตกครอ่ ม 1V การเปลย่ี นแปลงหนว่ ย 1 M = 1,000,000 = 1 X 106  1 k = 1,000 = 1 X 103 

ความหมายของแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟา้ 1V คอื ประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ ท่มี พี ลังงาน 1 จลู (J) การเปลี่ยนแปลงหน่วย 1 MV = 1,000,000 V = 1 X 106 V 1 KV = 1,000 V = 1 X 103 V 1 mV = 0.001 V = 1 X 10-3 V 1 V = 0.000001 V = 1 X 10-6 V

ความหมายของกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า 1A คอื ประจุไฟฟา้ 1 คลู อมบ์ เขา้ ไปในลวด ตวั นาํ โดยเคลอ่ื นทผ่ี า่ นจุดๆ หนงึ่ ภายในเวลา 1 วนิ าที การเปลี่ยนแปลงหน่วย 1 mA = 0.001 A = 1 X 10-3 A 1 A = 0.000001 A = 1 X 10-6 A

สภาวะการทํางานของวงจรไฟฟ้า 1. สภาวะท่คี า่ ความต้านทานคงท่ี แต่ค่าแรงดนั ไฟฟา้ มีการเปลีย่ นแปลง กระแสไฟฟา้ จะมีค่ามาก เม่อื แรงดนั ไฟฟ้าทจี่ า่ ยให้วงจรมีค่ามาก จะมีคา่ นอ้ ย เมอื่ แรงดนั ไฟฟา้ ที่จ่ายใหว้ งจร มีคา่ น้อย

สภาวะการทาํ งานของวงจรไฟฟ้า 2. สภาวะทค่ี ่าแรงดันไฟฟา้ คงท่ี แต่ค่าความตา้ นทานมีการเปลย่ี นแปลง กระแสไฟฟ้า จะมีค่ามาก เมอ่ื ค่าความตา้ นทาน มีค่าน้อย จะมีค่านอ้ ย เม่อื คา่ ความตา้ นทาน มีค่ามาก

ความสมั พันธ์ของปรมิ าณไฟฟ้าตามกฎของโอหม์ กระแสไฟฟา้ ที่ไหลในวงจรจะแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้า และแปรผกผันกับคา่ ความต้านทานไฟฟา้ ” กระแสไฟฟ้า (I) = แรงดันไฟฟ้า (E) ความต้านทานไฟฟา้ (R) E IR

สามเหล่ียมกฎของโอหม์ แรงดนั ไฟฟ้า = กระแสไฟฟา้ X ความต้านทาน E=IxR E I R I=E/R R=E/I กระแสไฟฟา้ ความต้านทาน = แรงดันไฟฟา้ = แรงดนั ไฟฟา้ ความตา้ นทาน กระแสไฟฟ้า

ตวั อยา่ งท่ี 1 วงจรไฟฟ้า มีแรงดันไฟฟา้ เทา่ กบั 100 โวลท์ มคี ่าความต้านทาน 20 โอห์ม จงหาคา่ กระแสไฟฟ้า วธิ ที าํ กระแสไฟฟ้า(I) = ? แอมแปร์ แรงดันไฟฟ้า(E) = 100 โวลท์ ความตา้ นทานไฟฟ้า(R) = 20 โอห์ม สูตร I = E R แทนคา่ I= 100 V 20  = 5A

ตัวอยา่ งที่ 2 วงจรไฟฟ้ามแี รงดันไฟฟา้ 200 โวลท์ มกี ระแส ไฟฟา้ 20 แอมแปร์ จงหาคา่ ความต้านทาน วิธที ํา ความต้านทานไฟฟา้ (R) = ? โอห์ม กระแสไฟฟ้า(I) = 20 แอมแปร์ แรงดันไฟฟ้า(E) = 200 โวลท์ สูตร R= E แทนค่า I R = 200 V 20 A = 10

ตัวอยา่ งที่ 3 วงจรไฟฟ้ามกี ระแสไฟฟา้ 150 แอมแปร์ มีคา่ ความต้านทาน 5 โอห์ม จงหาคา่ แรงดันไฟฟา้ วธิ ที ํา แรงดันไฟฟ้า(E) = ? โวลท์ กระแสไฟฟ้า(I) = 150 แอมแปร์ ความตา้ นทานไฟฟา้ (R) = 5 โอห์ม สตู ร E = I x R แทนค่า E = 150 A x 5  = 750 V

ตัวอย่างท่ี 4 จากวงจรไฟฟ้าในรปู จงคาํ นวณหากระแสที่ไหล ในวงจร

ตัวอย่างที่ 5 หลอดไฟฟ้าหลอดหนงึ่ มคี วามต้านทาน 96Ω ต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟา้ 120V จะมกี ระแสไฟฟ้าไหลผา่ นหลอด ไฟฟ้าน้ีเทา่ ไร

ตัวอยา่ งท่ี 6 จากวงจรไฟฟา้ ในรูป ถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลใน วงจรเท่ากบั 2A และตวั ต้านทานท่ตี ่อ มคี า่ 3Ω อยากทราบ ว่าคา่ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรม่ี ีค่าเทา่ ไร