ความสัมพันธ์ระหว่าง ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และ ความต้านทานไฟฟ้า

23,374 views

Published on

เพื่อเป็นวิทยาธารแก่ผู้เห็นความสำคัญครับโหลดไปแล้วดีไม่ดีอย่างไรช่วย comment ด้วยครับ จักเป็นพระคุณอย่างยิ่

Published in: Education
24 Comments
34 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
23,374
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
331
Actions
Shares
0
Downloads
5
Comments
24
Likes
34
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

ความสัมพันธ์ระหว่าง ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และ ความต้านทานไฟฟ้า

  1. 1. เรียนฟิสิกส์กับครูเอ็ม ความสัมพันธ์ระหว่าง ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และ ความต้านทานไฟฟ้า 1
  2. 2. ความสัมพันธ์ระหว่าง ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทานไฟฟ้า 2
  3. 3. ความต่างศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้า คือ ค่าความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดในสนามไฟฟ้าหรือในวงจรไฟฟ้า เช่นเดียวกับความแตกต่างของระดับน้าระหว่างจุด 2 จุด ้ การที่วงจรไฟฟ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรได้นั้นจะต้องมีความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดในวงจรไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้าจึงมีความสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้า โดยความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วเซลล์เป็นแรงดันไฟฟ้าทีสามารถดันให้กระแสไฟฟ้าไหลจากขัวบวกผ่านความ ่ ้ต้านทานภายนอกไปสูขวลบของเซลล์ในวงจรไฟฟ้า ่ ั้ 3
  4. 4. หน่วยที่ใช้วัดปริมาณความต่างศักย์ไฟฟ้า คือโวลต์ เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ V รูปแสดงโวลต์มเิ ตอร์ 4
  5. 5. การต่อโวลต์มิเตอร์ในวงจรไฟฟ้า 1. ในการวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าใช้เครืองมือที่เรียกว่า โวลต์มเิ ตอร์ ่ใช้สัญลักษณ์แทนด้วย V 2. วิธใช้โวลต์มเิ ตอร์ให้ต่อแบบขนานในวงจรไฟฟ้า ีซึ่งเป็นการต่อแบบคร่อมขั้ว เริมจากแบตเตอรีโ่ ดยต่อขั้วบวก ่ของแบตเตอรี่เข้ากับขั้วบวกของโวลต์มิเตอร์และขั้วข้างหนึงของ ่หลอดไฟ ต่อขั้วลบของแบตเตอรีเ่ ข้ากับขั้วลบในโวลต์มิเตอร์และขั้วทีเ่ หลือของหลอดไฟ 5
  6. 6. 6
  7. 7. ความต่างศักย์เปรียบเทียบได้กับการเอียงของปลายท่อน้้า ถ้าท่อน้้าวางตัวอยู่เกือบเท่ากับแนวระดับน้้าจะไหลได้เพียงเล็กน้อย แต่ถ้าปลายท่ออยู่ในระดับต่้ากว่าส่วนต้นของท่อน้้า อัตราการไหลของน้้าจะเพิ่มขึ้นในขณะที่ความแตกต่างของระดับความสูงเป็นสาเหตุท้าให้น้าไหลมากขึ้น การเพิ่มความต่างศักย์ก็เป็นสาเหตุที่ ท้าให้กระแสไฟฟ้าไหลได้มากขึ้น 7
  8. 8. 8
  9. 9. โวลต์มิเตอร์ทดต้องมีความต้านทานมาก ซึ่งจะวัดค่าความต่าง ี่ ีศักย์ไฟฟ้าได้ถูกต้องมากกว่าโวลต์มิเตอร์ที่มีความต้านทานน้อย ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้ามีความแตกต่างกัน เช่น ถ่านไฟฉาย1 ก้อนมีความต่างศักย์ไฟฟ้า 1.5 โวลต์ แบตเตอรีรถยนต์มีความ ่ต่างศักย์ไฟฟ้า 12 โวลต์ และค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้าในบ้านเท่ากับ 220 โวลต์ โวลต์ เป็นหน่วยของความต่างศักย์ ซึ่งเป็นชื่อของ โวลตา เคานต์อาเลสซานโดร ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่เป็นครั้งแรก จึงได้รับการยกย่องให้น้าชื่อมาตั้งเป็นหน่วยวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า 9
  10. 10. กระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า อาจเป็นประจุลบหรือประจุบวกเป็นกระแสต่อเนื่องกันไป เมื่อต่อวงจรไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้ากับแหล่งก้าเนิดไฟฟ้าจะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรไฟฟ้าจากขั้วไฟฟ้าบวกไปยังขั้วไฟฟ้าลบการเพิ่มความต่างศักย์ไฟฟ้าท้าให้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรได้มากขึ้น 1. เครื่องมือที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้า เรียกว่า แอมมิเตอร์ในวงจรไฟฟ้าใช้สัญลักษณ์ Aกระแสไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์ (A) 10
  11. 11. 2. วิธใช้แอมมิเตอร์ให้ต่อในวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรมโดย ีการต่อเรียงกันไปจนครบวงจรไฟฟ้า เริมจากแบตเตอรี่ ่โดยต่อขั้วบวกของแบตเตอรีเ่ ข้ากับขั้วบวกของแอมมิเตอร์ และต่อขั้วลบของแอมมิเตอร์เข้ากับข้างหนึ่งของขั้วหลอดไฟ แล้วต่อขัว ้ที่เหลือของหลอดไฟเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่ 3. แอมมิเตอร์ที่ดีต้องมีค่าความต้านทานน้อย จึงจะวัดค่ากระแสไฟฟ้าได้ถกต้องมากกว่าแอมมิเตอร์ที่มความต้านทาน ู ีมาก 4. เมื่อเพิมจ้านวนก้อนของถ่านไฟฉายค่าของ ่กระแสไฟฟ้าจะมากขึน หลอดไฟจึงสว่างมากขึ้น ้ 11
  12. 12. 12
  13. 13. แอมมิเตอร์ ปัจจุบันมีเครืองมือที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า ่กระแสสลับ โดยการคล้องส่วนของมิเตอร์เข้าไว้กับสายไฟฟ้าซึ่งเรียกเครื่องมือนี้ว่า แคลมป์มิเตอร์ (clampmeter) 13
  14. 14. ความต้านทานไฟฟ้า ความต้านทานไฟฟ้า เป็นสมบัติของตัวน้าไฟฟ้าทียอมให้ ่กระแสไฟฟ้าผ่านไปได้มากหรือน้อยต่างกัน ถ้ากระแสไฟฟ้าผ่านไปได้มากแสดงว่าตัวน้าไฟฟ้ามีความต้านทานน้อย ถ้ากระแสไฟฟ้าผ่านได้น้อยแสดงว่าตัวน้าไฟฟ้ามีความต้านทานมาก เปรียบเทียบได้กับท่อน้้าขนาดเล็กกับขนาดใหญ่ ท่อขนาดใหญ่จะให้น้าไหลผ่านได้มากกว่าท่อขนาดเล็ก นั่นคือ ท่อขนาดใหญ่มีความต้านทานน้อยกว่าท่อขนาดเล็ก 14
  15. 15. ความต้านทานมีหน่วยเป็นโอห์ม ใช้สัญลักษณ์ Ωและสัญลักษณ์ของตัวต้านทาในวงจรไฟฟ้าคือ ความต้านทาน 1 โอห์ม คือ ความต้านทานไฟฟ้าของตัวน้าเมื่อต่อปลายทั้งสองของตัวน้าเข้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้า 1 โวลต์มกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 1 แอมแปร์ ี ปัจจัยที่มีผลต่อความต้านทานมีดังนี้ 1. ชนิดของลวดตัวน้า ตัวน้าต่างชนิดกันที่มีขนาดเท่ากัน จะมีค่าความต้านทานไฟฟ้าแตกต่างกัน 15
  16. 16. 2. ขนาดลวดตัวน้า ตัวน้าชนิดเดียวกันที่มีขนาดต่างกันจะมี ความต้านทานไฟฟ้าแตกต่างกัน โดยตัวน้าที่มีขนาดใหญ่จะมีค่าความต้านทานน้อยกว่าตัวน้าที่มีขนาดเล็ก และเมื่อขดลวดตัวน้ามีขนาดเท่ากัน ตัวน้าที่สั้นกว่าจะมีค่าความต้านทานน้อยกว่าตัวน้าที่ยาวกว่า 3. อุณหภูมิกับความต้านทานไฟฟ้า 3.1 ตัวน้าที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่าความต้านทานไฟฟ้าของตัวน้าจะเพิ่มขึ้น เช่น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เงินและทองแดงจะมีค่าความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 16
  17. 17. 3.2 ตัวน้าที่เป็นโลหะผสม เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่าของความต้านทานของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้น แต่เพิ่มน้อยกว่าโลหะบริสุทธิ์ 3.3 ตัวน้าที่เป็นสารกึงตัวน้า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่าความ ่ต้านทานไฟฟ้าของตัวน้าจะลดลง เช่น คาร์บอนและซิลิคอนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่าความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง รูปแสดงทองแดงซึ่งเป็นโลหะใช้ผลิตท่อน้้า ถังบรรจุความร้อน และลวดไฟฟ้า 17
  18. 18. ความน้าไฟฟ้า (conductance) เป็นสมบัติเฉพาะตัวของลวดตัวน้าแต่ละเส้นที่มีความสามารถในการน้าไฟฟ้าได้แตกต่างกัน ความน้าไฟฟ้าจะเป็นส่วนกลับกับความต้านทานไฟฟ้า โลหะที่น้าไฟฟ้าได้ดีจะมีความต้านทานไฟฟ้าไม่ดี เช่นเงินน้าไฟฟ้าได้ดีที่สุด จึงมีความต้านทานไฟฟ้าน้อย ความต้านทานไฟฟ้า (resistance) เป็นสมบัติเฉพาะตัวของสารที่ไม่ยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่าน มีหน่วยเป็นโอห์ม ความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับชนิด ความยาว พื้นที่หน้าตัดของตัวน้าไฟฟ้า และอุณหภูมิ 18
  19. 19. ตัวน้ายิ่งยวด (superconductor) เป็นตัวน้าไฟฟ้าที่มความต้านทานไฟฟ้าน้อยมาก จนถือว่า ีไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย ซึ่งนักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อลดอุณหภูมิของตัวน้าไฟฟ้าบางชนิดค่าความต้านทานไฟฟ้าจะลดลงด้วย ถ้าลดอุณหภูมิถึงค่าหนึ่ง ตัวน้าไฟฟ้าบางชนิดจะมีความต้านทานน้อยลงอย่างมาก จึงเรียกตัวน้านี้ว่า ตัวน้ายิ่งยวด 19
  20. 20. เกอร์เก ซิโมน โอห์ม เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ทดลองศึกษาความต้านทานไฟฟ้าของลวดตัวน้าหลายๆ ชนิดและตั้งเป็นกฎของโอห์ม โดยกล่าวไว้ว่า “เมื่ออุณหภูมิของตัวน้าคงที่ อัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของตัวน้าต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าในตัวน้าจะคงที่ และเท่ากับความต้านทานไฟฟ้าของตัวน้านั้น” 20
  21. 21. เมื่อ V แทน ความต่างศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) I แทน กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A) R แทน ความต้านทานไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโอห์ม (Ω) ซึ่งเป็นค่าคงที่จากกฎของโอห์มเขียนความสัมพันธ์ของ V, I และ R ได้ดงนี้ ั V  R หรือ V  IR I 21
  22. 22. การต่อความต้านทานในวงจรไฟฟ้ามี 3 แบบคือ 1. การต่อแบบอนุกรม เป็นการต่อเรียงเป็นเส้น เดียวกัน ผลที่เกิดขึ้นในวงจร เป็นดังนี้ 22
  23. 23. 1.1 ความต้านทานรวมภายในวงจรหาได้จาก Rรวม = R1 + R2 + R3+....Rn1.2 กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวมี ค่าเท่ากัน1.3 ความต่างศักย์ไฟฟ้ารวมเท่ากับผลบวกของความ ต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัว1.4 ถ้าสายไฟที่ต่อตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งขาด จะ ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร 23
  24. 24. 2. การต่อแบบขนาน เป็นการต่อแบบคร่อมขั้วกัน ผลที่ได้จากการต่อตัวต้านทานแบบขนานในวงจรไฟฟ้าเป็นดังนี้ 24
  25. 25. 2.1 ความต้านทานรวมภายในวงจรหาได้จาก l  1  1  1  ...  1 Rรวม R1 R 2 R 3 Rn2.2 กระแสไฟฟ้ารวมทั้งหมดจะเท่ากับผลบวกของ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว2.3 ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วทั้งสองของตัว ต้านทานแต่ละตัวจะเท่ากันหมด2.4 ถ้าสายไฟที่ต่อตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งขาดจะไม่มี ผลกระทบต่อวงจร และยังมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร 25
  26. 26. 3. การต่อแบบผสม เป็นการต่อแบบอนุกรมและแบบขนานรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้าเดียวกัน ต้องแยกคิดทีละตอน ไม่มีสูตรค้านวณโดยเฉพาะ 26
  27. 27. ตัวอย่าง ตามรูปจงหาความต้านทานรวมและความต่างศักย์ทคร่อม ี่ระหว่าง R2 เมื่อก้าหนด R1 , R2 และ R3 มีค่า 2 , 4 และ 6โอห์มตามล้าดับ และ E มีค่า 24 โวลต์ วิธีท้า Rรวม = R1 + R 2 + R 3 แทนค่า = 2+4+6 = 12 โอห์ม 27
  28. 28. ตัวอย่าง จงหาความต้านทานรวมของวงจร l l l 1 วิธีทำ    R รวม R1 R 2 R 3 แทนค่า l 111 R รวม 8 8 4 1 1 2 4     8 8 8 8 8 R รวม  4 2Ω 28
  29. 29. ตัวอย่าง จากรูปจงหาความต้านทานรวมของวงจร กระแสรวมกระแสที่ผ่านความต้านทานแต่ละตัว วิธทา ี้ ขั้นตอนที่ 1 หาความต้านทานส่วนที่ต่อแบบขนาน l l 1   R12 R1 R2 l l 1   R12 6 3 l 2 3    6 6 6 6 R12  3 2Ω 29
  30. 30. ขั้นตอนที่ 2 หาความต้านทานรวม ซึ่งเสมือนว่าวงจรต่ออนุกรม ดังรูป Rรวม = R12 + R3 แทนค่า Rรวม = 2+4 = 6 โอห์ม 30
  31. 31. ตัวอย่างที่ 1 ไฟท้ายรถยนต์เชื่อมต่อกับแบตเตอร์รี่ขนาด 12 โวลต์ ถ้ากระแสไฟฟ้ามีค่า 0.50 แอมแปร์ ความ ต้านทานของไฟท้ายรถยนต์มีค่าเท่าไร V จากสูตร R  I เมื่ อ V  12 V I  0.50 A 12 แทนค่า R  0.50 31 R  24 Ω
  32. 32. ตัวอย่างที่ 2 ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดที่มีความ ต้านทาน 10 โอห์ม มีขนาด 12 แอมแปร์ จงหาค่า ความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่ อ I  12 A R  10 Ω จากสูตร V  IR แทนค่า IR  12 x 10 V  120 V 32

×