ปริมาณทางไฟฟ้า

บทท่ี 1 วงจรไฟฟา้ อย่างงา่ ย เรอื่ งที่ 1 ปริมาณทางไฟฟ้า หน่วยการเรียนรู้ ไฟ ฟ้า วิชาวทิ ยาศาสตร์ 6 รหัสวิชา ว23102 ระดบั ชัน้ มัธยมศกึ ษาปีท่ี 3 ผจู้ ดั ทำ นางสาวกาญจนา แสงอรุณ โรงเรียนหาดใหญว่ ิทยาลยั ๒ อ.หาดใหญ่ จ.สงขลา สำนักงานเขตพ้ืนทก่ี ารศึกษามธั ยมศึกษาสงขลา สตลู

ตวั ชว้ี ัด 1. วเิ คราะหค์ วามสมั พนั ธ์ระหว่างความต่างศักย์ กระแสไฟฟ้า และความตา้ นทาน และคำนวณ ปรมิ าณทเี่ ก่ยี วข้องโดยใชส้ มการ จากหลักฐานเชิงประจกั ษ์ 2. เขียนกราฟความสมั พันธร์ ะหวา่ งกระแสไฟฟา้ และความต่างศักย์ไฟฟา้ 3. ใช้โวลตม์ เิ ตอร์ แอมมเิ ตอรใ์ นการวดั ปรมิ าณทางไฟฟ้า จดุ ประสงค์ 1. อธิบายความหมายของกระแสไฟฟา้ ความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้า และความตา้ นทานไฟฟา้ 2. วัดคา่ กระแสไฟฟ้าโดยใชแ้ อมมเิ ตอร์พร้อมระบุหนว่ ย 3.วดั ค่าความตา่ งศกั ย์ไฟฟ้าโดยใช้โวลต์มิเตอรพ์ รอ้ มระบุหนว่ ย 4. วเิ คราะหแ์ ละอธิบายความสัมพนั ธ์ระหว่างความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความตา้ นทานไฟฟ้าโดยใช้กราฟ 5. คำนวณปรมิ าณทางไฟฟา้ โดยใชส้ มการ 1

ทบทวนความรู้กอ่ นเรียน 1.จากภาพ นำตัวเลขหนา้ อปุ กรณ์ไฟฟา้ ในวงจรไฟฟ้าอยา่ งง่ายเติมให้ตรงกบั หน้าที่ของ อุปกรณ์น้นั ๆ ให้ถกู ตอ้ ง 1. ถา่ นไฟฉาย ....... เปดิ หรอื ปดิ วงจรไฟฟา้ 2. สวิตช์ ....... เปน็ แหลง่ กำเนดิ พลงั งานไฟฟา้ 3. สายไฟฟา้ ....... เปลยี่ นพลังงานไฟฟา้ เปน็ พลงั งานแสง 4. หลอดไฟฟ้า ....... เช่ือมต่อระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟา้ และอุปกรณ์ไฟฟ้า 2.เขยี นเคร่ืองหมาย  ล้อมรอบข้อท่ีถกู ตอ้ งทส่ี ดุ เพยี งข้อเดยี ว จากภาพ ตอ้ งต่อถา่ นไฟฉายอยา่ งไร หลอดไฟฟา้ จงึ สว่าง ก. คดิ ดีๆ นะครบั ข. ค. 2

วงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟา้ ประกอบดว้ ย 1. แหลง่ กำเนิดไฟฟ้า 2. สายไฟ 3. อุปกรณไ์ ฟฟ้า ภาพท่ี 1 การทำงานของวงจรไฟฟ้าในไฟฉาย กระแสไฟฟา้ เกดิ จากการเคล่อื นของประจไุ ฟฟา้ จากขว้ั ไฟฟ้าท่ีมีศักย์ไฟฟ้าสงู (ขว้ั บวก) ไปยัง ข้วั ไฟฟ้าทม่ี ีศักยไ์ ฟฟา้ ตำ่ กวา่ (ขว้ั ลบ) ปริมาณทางไฟฟ้า 1. กระแสไฟฟ้า (electric current) คือ ประมาณประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตดั ของตัวนำไฟฟ้าในหนึ่งหน่วยเวลา โดยจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไฟยังจัดที่มี ศกั ย์ไฟฟา้ ตำ่ กระแสไฟฟา้ แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหนว่ ยเป็นแอมแปร์ (ampare : ) ภาพท่ี 2 กระแสไฟฟา้ ในสายไฟฟ้า แอมมเิ ตอร์ คอื เครื่องมอื วดั กระแสไฟฟ้า 3

ภาพที่ 3 แอมมเิ ตอร์ ภาพท่ี 4 หน้าปดั แอมมเิ ตอร์ กลา้ คดิ ...กล้าทำ.... จากภาพ อา่ นค่ากระแสไฟฟา้ จากแอมมเิ ตอรไ์ ด้เทา่ ไร เมอ่ื ขั้วบวกของแอมมเิ ตอร์อยทู่ ่ขี ัว้ 1. ขว้ั 2 mA มคี ่า .............................. 2. ขวั้ 100 mA มคี า่ .............................. 3. ขวั้ 500 mA มคี ่า .............................. 4. ขว้ั 5 A มคี ่า .............................. 4

การต่อแอมมิเตอร์เพ่อื วัดกระแสไฟฟ้า การวัดค่ากระแสไฟฟ้าแอมมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้าในวงจร โดยการ ตอ่ แทรกเขา้ ไปเปน็ ส่วนหน่งึ ของวงจร ณ จดุ ทตี่ ้องการวดั คา่ กระแสไฟฟา้ โดยให้ตอ่ ข้วั บวกของ แอมมิเตอร์เข้าทางขั้วบวกของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเป็นจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงและต่อขั้วลบของ แอมมิเตอร์เขา้ ทางขว้ั ลบของแหล่งกำเนิดไฟฟา้ ซ่งึ เปน็ จดุ ท่มี ศี ักย์ไฟฟ้าตำ่ ค่ากระแสไฟฟ้าท่ีวัด ไดม้ ีหน่วยเปน็ แอมแปร์ การเปลยี่ นข้วั บวกทีร่ องรับกระแสไฟฟา้ สูงสดุ ของแอมมิเตอร์ต้องเร่ิม จากคา่ ทีส่ งู ที่สดุ กอ่ นแล้วจึงลดลงมาท่ีค่าต่ำกวา่ จนอ่านคา่ กระแสไฟฟ้าไดล้ ะเอียดขนึ้ ภาพที่ 5 การต่อแอมมเิ ตอร์ในวงจรไฟฟ้า กล้าคดิ ...กลา้ ทำ.... 1. เพราะเหตใุ ดการใชแ้ อมมิเตอรว์ ดั ค่ากระแสไฟฟ้าจึงตอ้ งเรม่ิ จากใช้ขว้ั บวกท่รี องรบั กระแสไฟฟา้ ทม่ี คี า่ สูงสุดก่อนเสมอ 2. ถา้ ต้องการวดั กระแสไฟฟ้าที่เขา้ หลอดไฟฟา้ ก และออกจากหลอดไฟฟ้า ก จะตอ้ งวัดท่ี ตำแหนง่ ใด เพราะเหตใุ ด 5

2. ศกั ย์ไฟฟา้ เปน็ คา่ ของพลังงานทีม่ อี ยใู่ นประจไุ ฟฟ้า ซ่งึ จะมผี ลต่อการเคลื่อนท่ีของ กระแสไฟฟา้ ศกั ยไ์ ฟฟ้ าท่ีจุด A ศกั ยไ์ ฟฟ้ าท่ีจดุ B (สูง) (ตา่ ) ภาพท่ี 6 ความตา่ งศกั ย์ไฟฟา้ ศักย์ไฟฟ้าท่ีตา่ งกันระหว่างจุด กับ จุด ทำให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนท่ีจากจุด ไปยังจุด และเรียกความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้า 2 จุด ว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้า เขียนแทนด้วย สญั ลกั ษณ์ มีหนว่ ยเป็นโวลต์ ( ) โวลต์มเิ ตอร์ เป็นอปุ กรณว์ ัดความต่างศักยไ์ ฟฟา้ ดงั นน้ั เมอ่ื ต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า เคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าโดยเปลี่ยน พลังงานไฟฟ้าเปน็ พลงั งานรูปแบบอืน่ ๆ ภาพท่ี 7 ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จดุ ภาพที่ 8 โวลตม์ ิเตอร์ 6

กล้าคดิ ...กล้าทำ.... จากภาพ อ่านค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าจากโวลต์มิเตอร์ได้เท่าไร เมื่อขั้วบวกของโวลต์มิเตอร์ อยทู่ ่ขี ้วั 1. ขวั้ 3 V มีคา่ .............................. 2. ขว้ั 15 V มีคา่ .............................. 3. ขวั้ 30 V มคี า่ .............................. 4. ขว้ั 300 V มีคา่ ............................ .. การตอ่ โวลต์มเิ ตอร์เพอื่ วัดความตา่ งศกั ย์ไฟฟา้ โวลต์มิเตอร์เปน็ เครอื่ งมือท่ใี ช้วดั ความต่างศกั ย์ไฟฟ้าในวงจร โดยการต่อคร่อมตำแหน่ง ที่ต้องการวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า ต่อขั้วบวกของโวลต์มิเตอร์เข้ากับทางขั้วบวก ของถ่านไฟฉายและต่อขั้วลบของ โวลต์มิเตอร์เข้ากับทางขั้วลบของถ่านไฟฉาย การเลือก ขั้วบวกท่ีรองรับความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงสุดจะต้องเลือกที่มีค่ามากกว่าและใกล้เคียงกับ คา่ ความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้าของถา่ นไฟฉาย ค่าความต่างศักย์ไฟฟา้ ทีว่ ดั ไดม้ ีหน่วยเป็นโวลต์ 7

ภาพที่ 9 การตอ่ โวลต์มเิ ตอร์ในวงจรไฟฟา้ 3. ความตา้ นทานไฟฟา้ คอื การต้านทานการเคลอ่ื นที่ของประจหุ รือการไหลของกระแสไฟฟ้า หรอื เปน็ ความสมั พันธร์ ะหว่างความต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ และกระแสไฟฟ้าของตัวนำไฟฟ้า ความสัมพนั ธร์ ะหว่างกระแสไฟฟ้าและความตา่ งศกั ย์ไฟฟา้ คา่ กระแสไฟฟ้าและความต่างศกั ย์ไฟฟ้าทผ่ี า่ นตวั นำไฟฟา้ มีความสมั พันธก์ นั ดงั น้ี 1.เมื่อค่าความตา่ งศักย์ไฟฟา้ เพิ่ม ค่ากระแสไฟฟา้ จะเพม่ิ ตาม 2.เมื่อเขยี นกราฟแสดงความสัมพนั ธร์ ะหว่างความตา่ งศักย์ไฟฟา้ และกระแสไฟฟา้ จะไดก้ ราฟเสน้ ตรงผา่ นจดุ กำเนิด 3. อัตราส่วนระหวา่ งความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้า จะมีคา่ คงที่ เรยี กวา่ ความ ตา้ นทานไฟฟ้า โดยลวดตัวนำเดยี วกนั จะมคี ่าความตา้ นเทา่ กนั ลวดตวั นำตา่ งกันจะมคี ่าความ ตา้ นทานตา่ งกนั ภาพท่ี 10 กราฟความสมั พนั ธ์ระหวา่ ง และ ของตัวนำไฟฟ้าที่มคี วามต้านทานไฟฟา้ ต่างกนั 8

จากความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งความตา่ งศกั ย์ไฟฟา้ ( ) กบั กระแสไฟฟ้า ( ) เม่ือ เพม่ิ ข้นึ ก็จะเพ่มิ ตาม เม่อื หาอตั ราส่วนระหวา่ ง กับ จะมีค่าคงท่ี ดังสมการ ������ = คา่ คงที่ ……………. (1) ������ ค่าคงที่นี้ เรียกว่า ความต้านทานไฟฟ้า มีสัญลักษณ์เป็น มีหน่วยเป็นโวลต์ต่อ แอมแปร์ หรอื โอหม์ () ������ = จากสมการ (1) จะได้ หรอื ������ = ……………….. (2) ตัวอย่างการคำนวณหาความสัมพันธร์ ะหว่างความตา่ งศักย์ไฟฟา้ ( ) กระแสไฟฟ้า ( ) และความตา้ นทานไฟฟา้ ( ) Ex.1 เมื่อตอ่ แอมมเิ ตอรแ์ ละโวลต์มิเตอรเ์ ข้ากับวงจรไฟฟา้ คา่ ท่อี ่านได้จากมเิ ตอร์ท้ังสองเป็น ดงั ภาพ ลวดตวั นำนมี้ คี วามตา้ นทานไฟฟ้าเท่าใด วธิ ีทำ วิเคราะหโ์ จทย์ กระแสไฟฟ้า = 300 = 0.3 ความตา่ งศกั ย์ไฟฟ้า = 4.5 สงิ่ ท่โี จทยถ์ าม ลวดตัวนำมีความตา้ นทานไฟฟ้าเทา่ ใด ( ) สตู ร = 4.5 = (0.3 ) = 15  9 ตอบ ลวดตวั นำมคี วามตา้ นทานไฟฟ้า 15 โอหม์

Ex.2 วงจรไฟฟ้าดงั ภาพมคี วามต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมหลอดไฟเทา่ กับ 9 โวลต์ ถา้ หลอดไฟฟ้า นี้มีความตา้ นทานไฟฟา้ 30 โอหม์ คา่ ที่อา่ นไดจ้ ากแอมมเิ ตอร์จะเป็นเท่าใด วิธีทำ วเิ คราะห์โจทย์ ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ = 9 ความตา้ นทานไฟฟา้ = 30  สง่ิ ทโ่ี จทยถ์ าม กระแสไฟฟา้ มีคา่ เทา่ ใด ( ) สูตร = 9 = (30 ) = 0.3 ตอบ อา่ นคา่ กระแสไฟฟ้าจากแอมมเิ ตอรไ์ ด้ 0.3 แอมแปร์ Ex.3 วงจรไฟฟ้าดังภาพ ถ้ากระแสไฟฟ้าที่ผ่านหลอดไฟฟ้าเท่ากับ 0.2 แอมแปร์ ความต้านทานไฟฟ้าของหลอดไฟฟ้าเป็น 30 โอห์ม ค่าที่อ่านได้เมื่อต่อโวลต์มิเตอร์คร่อม หลอดไฟฟ้าจะเปน็ ค่าของปรมิ าณใด และมคี ่าเปน็ เท่าใด วิธีทำ วิเคราะห์โจทย์ กระแสไฟฟา้ = 0.2 ความตา้ นทานไฟฟา้ = 30  สงิ่ ท่โี จทย์ถาม คา่ ทอี่ ่านไดเ้ มื่อต่อโวลตม์ เิ ตอร์ คร่อมหลอดไฟฟ้าจะเป็นคา่ ของปริมาณใด และมีค่าเท่าใด 10

สูตร = = 0.2  30  =6 ตอบ ค่าท่ีอ่านได้เปน็ คา่ ศักย์ไฟฟา้ และมีคา่ 6 โวลต์ กลา้ คิด...กลา้ ทำ.... 1. ถา้ อปุ กรณไ์ ฟฟ้าหนงึ่ มคี วามตา้ นทานไฟฟา้ 300 โอห์ม และกระแสไฟฟา้ ที่ผ่านอุปกรณ์ ไฟฟา้ นั้นเท่ากับ 500 มิลลแิ อมแปร์ ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ ของอปุ กรณ์ไฟฟ้ามีคา่ เทา่ ใด คะ ทุกคน 11

2.วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยแบตเตอรี่ สายไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้า ถ้าให้ความต่างศักย์ไฟฟ้า ของอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น 30 โวลต์ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้านั้นจะเท่ากับ 100 ถ้าเปลี่ยนความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ให้แก่อุปกรณ์นั้นเป็น 50 โวลต์ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านอุปกรณ์ ไฟฟ้าน้ันจะเปน็ กแ่ี อมแปร์ 3. ถ้าอปุ กรณไ์ ฟฟา้ หนึง่ มีกระแสไฟฟา้ ท่ีผา่ นอปุ กรณ์ไฟฟา้ 250 มิลลิแอมแปร์ และมคี วาม ตา้ นทานไฟฟา้ 1200 โอห์ม ความต่างศักยไ์ ฟฟา้ ของอปุ กรณไ์ ฟฟา้ มคี ่าเทา่ ใด 12

แบบทดสอบ คำสงั่ จงเลอื กคำตอบท่ถี กู ทสี่ ดุ 1.จากภาพวงจรไฟฟา้ ถา้ ต้องการวดั คา่ กระแสไฟฟา้ ที่เคลอื่ นท่ีเขา้ หลอดไฟฟ้า ก ควรต่อ แอมมเิ ตอรท์ ตี่ ำแหนง่ ใด ก. ตำแหนง่ A ข. ตำแหนง่ B ค. ตำแหนง่ C ง. ตำแหน่ง D 2. จากภาพวงจรไฟฟา้ การตอ่ แอมมิเตอรใ์ นตำแหนง่ ดงั ภาพ ควรต่อสายไฟฟา้ อยา่ งไร ก.ขั้วบวกของแอมมิเตอรต์ ่อเข้ากับขัว้ บวกของถา่ นไฟฉาย ข้วั ลบของแอมมิเตอร์ต่อเขา้ กับข้วั ลบของถา่ นไฟฉาย ข.ขั้วบวกของแอมมเิ ตอร์ต่อเขา้ กบั ขว้ั ลบของถ่านไฟฉาย ขว้ั ลบของแอมมิเตอร์ต่อเขา้ กบั ขวั้ บวกของถา่ นไฟฉาย ค.ตอ่ แบบใดก็ได้ คา่ กระแสไฟฟา้ ที่ได้จะมีคา่ เทา่ กนั ง.การต่อแอมมเิ ตอร์ในวงจรไฟฟา้ ผิดตำแหนง่ 13

3.จากภาพวงจรไฟฟ้า หากตอ้ งการวัดคา่ ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ ท่หี ลอดไฟ ข ควรตอ่ อยา่ งไร ก. ข. ค. ง. 14

4.จากภาพ หากต้องการวัดปริมาณกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า เรมิ่ ตน้ ควรต่อสายไฟฟา้ อยา่ งไร ก.ตอ่ ทีข่ วั้ A กบั ขั้ว B ข.ต่อทขี่ ว้ั A กับข้วั C ค.ต่อทข่ี ว้ั A กับขว้ั E ง.ต่อที่ขว้ั B กบั ขั้ว D 5.ในการตอ่ วงจรไฟฟา้ ใชถ้ า่ นไฟฉายขนาด 1.5 จำนวน 6 กอ้ น สวติ ซ์ หลอดไฟฟา้ และ โวลตม์ ิเตอร์ อยากทราบวา่ จะตอ่ โวลต์มิเตอร์อย่างไร จงึ จะเหมาะสมทสี่ ุด ก.ต่อทีข่ ั้ว A กับข้วั B ข.ตอ่ ที่ขว้ั A กับขว้ั C ค.ต่อที่ขว้ั A กบั ขั้ว E ง.ต่อท่ขี ั้ว A กับข้วั D 6.เมือ่ ต่อแอมมิเตอร์เขา้ ในวงจรไฟฟา้ โดยใช้ขัว้ บวกทร่ี องรบั กระแสไฟฟ้าสูงสุดของแอมมเิ ตอร์ เปน็ 5 แอมแปร์เข็มของแอมมเิ ตอร์ชดี้ งั ภาพ ค่าทีอ่ ่านไดเ้ ปน็ เทา่ ใด ก. 0.6 A ข. 1.2 A ค. 2.0 A ง. 2.4 A 15

7.เมอ่ื ต่อโวลตม์ เิ ตอร์ระหวา่ งอุปกรณไ์ ฟฟ้าโดยใชข้ ัว้ บวกท่รี องรบั ความตา่ งศักยไ์ ฟฟา้ สูงสดุ ของโวลตม์ ิเตอรเ์ ป็น 15 โวลต์ เขม็ ของโวลตม์ เิ ตอรช์ ด้ี ังภาพ คา่ ทอี่ ่านได้เปน็ เท่าใด ก. 0.9 V ข. 4.5 V ค. 9 V ง. 90 V 8.จากการทดลองหาความสัมพนั ธ์ระหว่างความตา่ งศักย์ไฟฟา้ กับกระแสไฟฟ้าทไี่ หลผ่าน วงจรไฟฟา้ ได้ผลดงั ตาราง ข้อใดสรปุ ผิด ก.เมอ่ื ความตา่ งศักยไ์ ฟฟา้ เพม่ิ ขึ้น กระแสไฟฟ้าจะเพม่ิ ขึ้นด้วย ข.เม่อื เพิม่ ความต่างศักยไ์ ฟฟ้า คา่ กระแสไฟฟา้ จะลดลง ค.อตั ราสว่ นระหว่างความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ กับกระแสไฟฟ้าจะมคี า่ คงที่ ง.เมอื่ นำความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้ากับกระแสไฟฟา้ มาเขยี นกราฟ เสน้ กราฟจะผา่ นจดุ กำเนิด 16

9.วงจรไฟฟ้าหนึ่งต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีค่าความต้านทานไฟฟ้า 300 โอห์ม และมี กระแสไฟฟา้ ผ่าน 40 มลิ ลแิ อมแปร์ คา่ ความต่างศกั ย์ไฟฟ้าครอ่ มอปุ กรณไ์ ฟฟ้าน้ีเปน็ เทา่ ใด ก. 0.75 ข. 7.5 ค. 12 ง. 12,000 10.วงจรไฟฟา้ อยา่ งง่ายประกอบด้วยหลอดไฟฟา้ 6 โวลต์ ถา่ นไฟฉาย 3 โวลต์ และสวติ ช์ ถ้า วัดค่ากระแสไฟฟา้ ท่ีผา่ นหลอดไฟฟ้านไ้ี ด้เท่ากบั 280 มิลลแิ อมแปร์ และวดั ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ คร่อมหลอดไฟฟ้าได้เทา่ กับ 2.1 โวลต์ ความตา้ นทานไฟฟ้าของหลอดไฟฟา้ น้ี เป็นเทา่ ใด ก. 0.0075  ข. 5.88  ค. 7.5  ง. 75  17