วิชา วิทย์ฯ ฟิสิกส์ ม. ต้น ตอนที่ 07 - 08

เรื่อง ไฟฟ้า โดย พี่ฟาร์ม ปิยะวัฒน์ วินุราช สถาบันกวดวิชา We By The Brain

บทที่ 4 ไฟฟ้า (ELECTRICITY)

ELECTRIC CURRENT เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (ไอออนบวก ไอออนลบ หรืออิเล็กตรอน)

กระแสไฟฟ้า

นิยาม : กระแสไฟฟ้า คือ ปริมาณประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ ผ่านพื้นที่หน้าตัดของลวดตัวน าใน 1 หน่วยเวลา

การค านวณหากระแสไฟฟ้า

โดยที่ I คือกระแสไฟฟ้า (แอมแปร)์ Q คือปริมาณของประจุไฟฟ้า (คูลอมป)์ t คือเวลา (วินาที)

QI

t

ตัวอย่าง

1. ถ้าประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านตัวน า 120 คูลอมบ ์ในเวลา 2 นาที ลวดตัวน านี้จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านกี่แอมแปร ์

กระแสไฟฟ้า BATTLE

2. ถ้ามีกระแสไฟฟ้า 1.25 แอมแปร์ ในเส้นลวดโลหะเส้นหนึ่ง จงหาประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ไหลผ่านหน้าตัดขวางของเส้นลวดโลหะในเวลา 5 นาที

3. กระแสไฟฟ้าที่ผ่านเส้นลวดโลหะเส้นหนึ่ง สัมพันธ์กับเวลา t ดังกราฟ จงหาปริมาณประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัด ของเส้นลวดโลหะนี้ในช่วง 10 วินาที I(A)

t(s)

1

5 10

เป็นการบอกคุณสมบัติของวัตถุ ในการต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านวัตถุนั้น

ความต้านทานไฟฟ้า (Resistance : R)

ความต้านทานมาก กระแสจะผ่านได้ ........ ความต้านทานน้อย กระแสจะผ่านได้ ........

ปัจจัยส่งผล ต่อความต้านทาน

รูปร่างและ ขนาดของวัสด ุ

อุณหภูมิ

ชนิดวัสด ุ

ชนิดวัสด ุ

การยอมให้กระแสผ่าน

ตัวน าไฟฟ้า

กึ่งตัวน าไฟฟ้า

ฉนวนไฟฟ้า

มีความต้านทานน้อย ยอมให้กระแสผ่านได้ดี เช่น โลหะ (โลหะผสมจะมี คตท. สูงกว่าโลหะบริสุทธิ์)

ยอมให้กระแสผ่านได้บ้าง เช่น Si Ge เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สารกึ่งตัวน าจะมี คตท. น้อยลง

มีความต้านทานมาก ไม่ค่อยยอมให้กระแสผ่านได้ เพราะไม่มีอิเล็กตรอนในการน ากระแส

น่ารู้ ตัวน ายิ่งยวด คือ ตัวน าที่ถือว่าไม่มีความต้านทานเลย เช่น ปรอทที่อุณหภูมิ 4 K

กรณ ี

ตัวน า

ฉนวน

ที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

ความต้านทานที ่อุณหภูมิศูนย์องศาเซลเซียส

อุณหภูมิ

t 0R = R (1+ t)

ที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะลดลง

สปส.อุณหภูมิของความต้านทาน

อุณหภูมิ oC

ความต้านทานของลวดตัวน า มีค่าขึ้นกับ 1. ชนิดลวดโลหะ 2. ความยาวลวด 3. พื้นที่หน้าตัด อุณหภูมิ รูปร่างและ

ขนาดของวัสด ุ

R = A

สภาพต้านทานไฟฟ้าของตัวน า (มีค่าคงตัวตามชนิดวัสด)ุ

ความยาวลวด

พื้นที่หน้าตัดลวด

หน่วย ..........

หน่วย ..........

หน่วย ..........

ความต้านทาน หน่วย ..........

ตัวอย่าง

1. สารที่มีสมบัติน าไฟฟ้าเหมือนกันทั้งหมดคือข้อใด

ความต้านทานไฟฟ้า BATTLE

1. ทองแดง แก้ว พลาสติก 2. ไม้ แก้ว พลาสติก 3. ดีบุก ทังสเตน ก ามะถัน 4. พลาสติก ยาง ทองค า

2. ข้อใดเป็นจริงเกี่ยวกับความต้านทานของลวดตัวน า

ก. ลวดโลหะต่างชนิดกัน มีขนาดและความยาวเท่ากัน จะมีความต้านทานต่างกัน

ข. ลวดโลหะชนิดเดียวกัน มีขนาดต่างกันแต่ความยาวเท่กัน จะมีความต้านทานเท่ากัน

1. ก. ถูก ข. ถูก 2. ก. ถูก ข. ผิด 3. ก. ผิด ข. ถูก 4. ก. ผิด ข. ผิด

3. ลวดเส้นหนึ่งยาว 60 เมตร มีรัศมี 2 มิลลิเมตร มีสภาพต้านทาน 1x10-6 โอห์ม.เมตร ลวดนี้มีความต้านทานเท่าใด

4. ลวดทองแดงมีความยาวเป็น 2 เท่าของลวดเงิน และลวดทองแดงมีสภาพต้านทานไฟฟ้ามีเป็น 3 เท่าของลวดเงิน ถ้าลวดทองแดงมีพื้นที่ภาคตัดขวางเป็น 4 เท่าของลวดเงิน จงหาอัตราส่วนความต้านทานของลวดทองแดงต่อความต้านทานของลวดเงิน

5. น าลวดมาดึงจนความยาวตอนหลังเป็น 6 เท่าของตอนแรก ความต้านทานหลังจากดึงจะเปลี่ยนไปจากก่อนดึงอย่างไร

5. น าลวดมาดึงจนความยาวตอนหลังเป็น 6 เท่าของตอนแรก ความต้านทานหลังจากดึงจะเปลี่ยนไปจากก่อนดึงอย่างไร

ปริมาณที่บ่งบอกความสามารถในการน าไฟฟ้า

ความน าไฟฟ้า

1. สภาพน าไฟฟ้า ( ) 2. ความน าไฟฟ้า ( G )

1

1G =

R

หน่วย .......

หน่วย .......

6. ลวดตัวน าเส้นหนึ่งมีพื้นที่หน้าตัด A ยาว L น ามารีดให้มีพื้นที่หน้าตัดเป็น A/2 ความน าไฟฟ้าของลวดเส้นใหม่มีค่าเป็นอย่างไร เมื่อเทียบกับของเดิม

การต่อตัวต้านทานไฟฟ้า การต่ออนุกรม (Series) การต่อขนาน (Parallel)

การต่อตัวต้านทานไฟฟ้า (1) การต่อแบบอนุกรม : กระแสไฟฟ้าจะไม่แยกไหล กระแสเท่ากันตลอด

Vรวม

V1 V2

Iรวม I1 I2 R2 R1

จากรูป Vรวม = V1 + V2

Iรวม Rรวม = I1R1 + I2R2

Rรวม = R1 + R2 ***

การต่อตัวต้านทานไฟฟ้า

Vรวม =V1 = V2

(2) การต่อแบบขนาน : กระแสไฟฟ้าจะแยกไหล จากรูป Iรวม = I1 + I2

แต่ Vรวม = V1 = V2

Vรวม V1 V2

Rรวม R1 R2 = +

1 1 1

Rรวม R1 R2

= +

I1

R2

I2

Iรวม

R1

ทบทวนก่อนไปต่อ

การต่ออนุกรม (Series) I อนุกรม เท่า Rรวม บวกเพิ่ม

การต่อขนาน (Parallel) V ขนาน เท่า Rรวม บวกลด

Iรวม R1 I1 R2

I2

I2

I2

R2

R1

Iรวม

การต่อขนาน (Parallel) การต่ออนุกรม (Series)

I อนุกรม เท่า R รวม บวกเพิ่ม

V อนุกรม เท่า R รวม บวกลด

การต่อขนานที่น่าสนใจ

CASE1 : ตัวต้านทาน 2 ตัวขนาดไม่เท่ากันต่อขนานกัน

A B

R1

R2

X y

6

2 Rxy =

X y

7

3 Rxy =

การต่อขนานที่น่าสนใจ

A B

R

CASE2 : ตัวต้านทาน n ตัวขนาดเท่ากันหมดต่อขนานกัน R

R

R

Rxy =

คิดในใจตอบ จากรูปจงหา Rxy

X y

10

10

10

10

10

จากรูปจงหา Rxy

12

12

12

12

12

12

12

12

12

X y

ตัวอย่าง

1. ตัวต้านทาน 3 ตัว มีความต้านทานเท่ากัน ถ้าน าตัวต้านทานทั้ง 3 มาต่ออนุกรมกัน ความต้านทานรวมท่ีได้จะเป็นกี่เท่าของกรณีต่อขนาน

การต่อตัวต้านทาน BATTLE

R R R

R

R

R

2. จงหา RAB 8

20

2 9

16

16

6 18

เมื่ออุณหภูมิคงที่ : อัตราส่วนระหว่าง ความต่างศกัย์(V) กับ กระแสไฟฟ้า (I) มีค่าคงทีเ่สมอ

กฎของโอห์ม

หรือ V = IR V = ความต่างศักย์ระหวา่งจุด 2 จุดของตัวต้านทาน (V) I = กระแสที่ไหลผ่านตวัต้านทาน (A) R = ความต้านทานของโลหะตวัน า

V = ค่าคงที่ = R I

เรียกค่าคงที่นีว้่า “ความต้านทาน”

9.1 การวิเคราะห์วงจรเบื้องต้น

„ การต่อวงจรไฟฟ้า (Circuit) การน าเซลล์ไฟฟ้า (แหล่งจ่ายพลังงาน) ไปต่อกับตัว ต้านทาน (ตัวใช้พลังงาน) „ ในการต่อวงจรไฟฟ้ามักมเีซลล์ไฟฟ้าและความต้านทานตอ่กันหลายตวั หากระแสรวมจากสมการ

= ผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจร (Volt) = ผลรวมของความต้านทานในวงจร ( ) = กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร (A)

ER

I

ตัวอย่าง วิเคราะห์วงจร BATTLE

1. เซลล์ไฟฟ้าเซลล์หนึ่งมแีรงเคลื่อนไฟฟ้า 4V ความต้านทานภายในเซลล์ 3 ต่อเป็นวงจรกับความตา้นทาน 7 ดังรูป จงหา

(ก) กระแสที่ไหลในวงจร (ข) ความต่างศกัย์ที่ขั้วเซลล์

7 4V, 3

2. จงหากระแสไฟฟ้า I ที่ไหลผ่านแอมมิเตอร์ A ในวงจร

1. 0.3 A 2. 0.5 A 3. 1.0 A 4. 1.5 A

3 5 1

1 7 1 6 V

3. จากรูป ถ้ามีกระแสไหลผ่านตัวต้านทาน 4 0.3 A กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน 5 มีค่าเท่าใด

5 4

2

1

4. ความต้านทานชุดหนึ่งต่อกันในวงจรที่มีกระแสไหลผ่านดังรูป ถ้าความต่างศักย์ไฟฟ้าของตัวต้านทาน 6 เท่ากับ 48 V จงหาความต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน 10

1. 60 V 2. 54 V 3. 48 V 4. 36 V

12

48 V 10

15

30

6