พลงงานไฟฟาเปนสงทมองไมเหน แตมอ านาจสามารถเปลยนรปพลงงานไดหลายรปแบบ มนษยรจกประยกตน าไฟฟามาใชใหเกดประโยชนได ไมวาจะเปนอปกรณอ านวยความสะดวกตางๆ ภายในบาน เครองมอ เครองจกรในโรงงานอตสาหกรรม หรอแมกระทงอปกรณไฟฟาในรถยนต ไฟฟาทใชตามบานกบไฟฟาทใชในรถยนตเปนไฟฟาคนละชนด เพราะไฟฟาทงสองมองคประกอบปลกยอยทแตกตางกน อปกรณไฟฟาทใชในบานจะน าไปใชกบไฟฟาในรถยนตเลยไมได อปกรณไฟฟาทใชในรถยนต จะน าไปใชกบไฟฟาในบานเลยกไมไดเชนกน ดงนนการเปนชางซอมระบบไฟฟารถยนต จงควรจะตองมความรความเขาใจในหลกการพนฐานของระบบไฟฟา เชน การก าเนดของไฟฟา การน าไฟฟามาใชงาน ชนดของกระแสไฟฟา การอานคาและการค านวณ หาคาตาง ๆ ทางไฟฟา จงจะสามารถน าความร ไปใชในการแกไขปญหาขอขดของตางๆ ทเกดขน กบอปกรณและวงจรไฟฟานนๆ ได โดยไมเกดความเสยหาย ในหนวยการเรยนนไดก าหนดเนอหาและจดประสงคการเรยนรตามล าดบดงน

1. การเกดกระแสไฟฟา 2. ชนดของไฟฟา 3. หนวยวดทางไฟฟา 4. ความสมพนธทางไฟฟา 5. วงจรไฟฟาทใชในรถยนต 6. แมเหลกไฟฟา

สาระส าคญ

สาระการเรยนร

หนวยท 1 เรอง ความรพนฐานงานไฟฟา

1. นกเรยนสามารถบอกแหลงก าเนดไฟฟาได 2. นกเรยนสามารถแยกชนดของไฟฟาได 3. นกเรยนบอกหนวยวดทางไฟฟาได 4. นกเรยนใชกฎของโอหมค านวณหาคาความสมพนธทางไฟฟาได 5. นกเรยนสามารถตอวงจรไฟฟาแบบอนกรม แบบขนาน และแบบผสมได 6. นกเรยนอธบายหลกการเกดแมเหลกไฟฟาได

จดประสงคการเรยนร

ค าสง : ใหนกเรยนเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว โดยท าเครองหมาย (X) ลงใน กระดาษค าตอบ

1. การไหลของกระแสไฟฟา คอการเคลอนทของขอใด ก. โปรตอน ข. โมเลกล ค. นวตรอน ง. อเลกตรอน

2. อปกรณไฟฟา ทระบวา AC 220V 50HZ เปนอปกรณไฟฟาทใชกบขอใด ก. ไฟฟาสถต ข. รถยนต ค. ไฟฟากระแสตรง ง. ไฟฟากระแสสลบ

3. หนวยวดแรงดนไฟฟา คอขอใด ก. วตต ข. โวลต ค. โอหม ง. แอมแปร

4. กฎของโอหม ใหความสมพนธระหวาง I และ E เปนอยางไร ก. แปรผนตรง ข. แปรผกผน ค. ไมมความสมพนธตอกน ง. ความสมพนธตรงขามกน

5. การตอวงจรไฟฟาจะสมบรณตองประกอบไปดวย ก. สวตช สายไฟ เครองใชไฟฟา ข. แบตเตอร สวตช เครองใชไฟฟา ค. แบตเตอร สายไฟ เครองใชไฟฟา ง. แบตเตอร สวตช สายไฟ

6. วงจรเปดมความหมายตามขอใด ก. วงจรทกระแสไฟฟาไหลผานไดท าใหเครองใชไฟฟาสามารถท างานได ข. วงจรทกระแสไฟฟาไหลผานไมไดท าใหเครองใชไฟฟาไมสามารถท างานได ค. การเปดสวตชเพอใหเครองใชไฟฟาท างานได ง. การเปดวงจรเพอใหเครองใชไฟฟาท างานได

แบบทดสอบกอนเรยน

หนวยท 1 เรอง ความรพนฐานงานไฟฟา

7. จากรปก าหนดให R1 มคาเทากบ 3 โอหม R2 มคาเทากบ 5 โอหม ความตานทานรวมในวงจร มคาเทากบขอใด

ก. 0.25 โอหม ข. 1.9 โอหม ค. 4 โอหม ง. 8 โอหม

8. จากขอ 7 หากแบตเตอรมแรงเคลอน 12 โวลต จะมกระแสไฟฟาไหลในวงจรเทากบขอใด ก. 1.5 แอมแปร ข. 6.3 แอมแปร ค. 12.25 แอมแปร ง. 48 แอมแปร

9. ตวอกษร E ในทางไฟฟาเปนสญลกษณของขอใด ก. ความตานทาน ข. กระแสไฟฟา ค. หนวยวดแรงเคลอนไฟฟา ง. แรงเคลอนไฟฟา

10. การน าลวดตวน ามาพนรอบแทงเหลกออน แลวใหกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดตวน า เปน หลกการของ ขอใด

ก. การผลตไฟฟา ข. การท าแมเหลกไฟฟา ค. การท าหลอดไฟฟา ง. ตวท าความรอน Heater

หนวยท 1 ความรพนฐานงานไฟฟา

ไฟฟา (Ellectric) เปนพลงงานรปหนงซงเกยวของกบการแยกตว หรอการเคลอนทของ

อเลกตรอน หรอโปรตรอน หรออนภาคอนๆ ทมอ านาจคลายคลงกนใชประโยชนเพอเปลยน เปนพลงงานรปอนๆ เชน พลงงานความรอนจากเตาไฟฟา แสงสวางจากหลอดไฟฟา พลงงานกลหรอการเคลอนทจากมอเตอรไฟฟา สนามแมเหลกจากแมเหลกไฟฟา เปนตน

1. การเกดกระแสไฟฟา

กอนท าความเขาใจเกยวกบการเกดกระแสไฟฟา ตองท าความเขาใจกอนวาสสารทกชนดในโลกจะประกอบขนดวยอนภาคเลกๆจ านวนมาก ซงเรยกวา “ โมเลกล (Molecules) ” แตละโมเลกลจะประกอบดวยอะตอม ตวอยางเชน น า มโครงสรางทางเคม คอ (H2O) หมายความวา ใน 1 โมเลกลของน า จะประกอบดวยไฮโดรเจน (H) 2 อะตอมและออกซเจน (O) 1 อะตอม ภายในอะตอมจะประกอบ ดวย นวเคลยส (Nucleus) เปนศนยกลาง ภายในนวเคลยสจะมโปรตอน (Protons) ซงมคาประจไฟฟาเปนบวก (+) และนวตรอน (Neutrons) ทไมมคาประจไฟฟาใดๆ (เปนกลางทางไฟฟา) รวมอยดวย สวนอเลกตรอน (Electrons) ซงมคาประจไฟฟาเปนลบ (-) จะวงเปนวงโคจร อยรอบๆ นวเคลยส อเลกตรอนทวงอยวงโคจรรอบนอกของอะตอม ไดรบแรงดดจากนวเคลยสเพยงเลกนอยอเลกตรอนเหลานจะพยายามหนจากวงโคจรตลอดเวลาจงไดชอวา “ อเลกตรอนอสระ” การเคลอนทของอเลกตรอนอสระจากอะตอมหนงไปยงอะตอมหนง เรยกวา “การไหลของกระแส ไฟฟา” ซงเปนการก าเนดของไฟฟา

รปท 1.1 ภาพตดขวางของคารบอนอะตอม ทมา : www.rit.ac.th/homepage-sc/physics

อเลกตรอนเซลล

อเลกตรอน นวเคลยส

1.1 การเคลอนทของอเลกตรอนในตวน า เมอน าลวดตวน าไฟฟาตอเขากบเซลลไฟฟา (แบตเตอร) จะท าใหเกดการผลกใหอเลกตรอนใน

ตวน าเคลอนท เมอเกดการเคลอนทของอเลกตรอนจะท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟาขนในลวดตวน า ดงนน จงสรปไดวา “กระแสไฟฟาเกดจากการเคลอนทของอเลกตรอนในตวน า”

1.2 แหลงก าเนดไฟฟา ในปจจบนแหลงก าเนดไฟฟาทนยมน ามาใชงาน ไดแก 1.2.1 ไฟฟาเกดจากปฏกรยาเคม เชน แบตเตอร 1.2.2 ไฟฟาเกดจากการเหนยวน าโดยการหมนขดลวดตดกบสนามแมเหลก เชนเจนเนอเรเตอร 1.2.3 ไฟฟาเกดจากเซลแสงอาทตย

2. ชนดของไฟฟา 2.1 ไฟฟาสถต (Static Electricity)

สสารหรอวตถใดๆ สามารถแสดงอ านาจของประจไฟฟาออกมาได ถาวตถนนมอนภาคอเลกตรอนมากกวาอนภาคโปรตรอน จะแสดงอ านาจประจไฟฟาเปนลบ (-) แตถาวตถนนมอนภาคโปรตรอนมากกวาอนภาคอเลกตรอนจะแสดงอ านาจประจไฟฟาเปนบวก (+) เมอไฟฟาถกแยกประจบวกและประจลบออกจากกน แลวเกบประจทงสองไวในต าแหนงทไมสามารถเคลอนทเขาหากนได เวนแตจะน าสารทงสองไปสมผสกนหรอตอถงกนดวยตวน า จงจะสามารถเคลอนทเขาหากนได ตวอยางตามรปท 1.3 น าแทงแกวถกบผาไหม แทงแกวจะเกดไฟฟาสถตประจบวก ผาไหมจะเกด

ทศทางการไหลของกระแส

ทศทางการไหลของอเลกตรอน

รปท 1.2 แสดงทศทางการเคลอนทของอเลกตรอนและกระแสไฟในวงจร

ไฟฟาสถตประจลบ ไฟฟาประจเหมอนกนเมอเขาใกลกนจะเกดการผลกกนและไฟฟาประจตางกนเมอเขาใกลกนจะเกดการดดกน

2.2 ไฟฟากระแส (Dynamic Electrical)

เปนไฟฟาทเกดจากการเคลอนทของอเลกตรอนอสระภายในตวน าจากแหลงก าเนดไฟฟาไหลหรอเคลอนทไปตามตวน าในวงจร ไฟฟากระแสเปนไฟฟาทเราน ามาเปลยนรปพลงงานเพอใชประโยชนในบานเรอน โรงงานอตสาหกรรมและในยานพาหนะตางๆ

2.2.1 ไฟฟากระแสตรง (Direct Current) ไฟฟากระแสตรง หมายถง ไฟฟาทมกระแสไหลไปในทศทางเดยวกนตลอดเวลา เปน

กระแสไฟฟาทไดจากเซลลไฟฟาตางๆ เชน แบตเตอร แผงโซลาเซล ซงจะมขวบวกและขวลบท แนนอน เปนระบบไฟทใชในรถยนต

ผาไหม แทงแกว

ดงดดกน

รปท 1.3 แสดงการเกดไฟฟาสถต

รปท 1.4 แสดงการเคลอนทของอเลกตรอนอสระ

การเคลอนทของอเลกตรอน

2.2.2 ไฟฟากระแสสลบ (Alternating Current) ไฟฟากระแสสลบ หมายถง การทกระแสไฟฟาไหลเปลยนทศทางตลอดเวลาไมมขวบวกขว

ลบทแนนอน (ขวบวกและขวลบสลบกนไปมาตลอดเวลา) เชน กระแสไฟฟาทใชตามบาน ซงไดมาจากเครองก าเนดไฟฟาหรอทเรยกวา “ไดนาโม (Dynamo)”

3. หนวยวดทางไฟฟา

หนวยวดทางไฟฟา หมายถง หนวยทใชส าหรบก าหนดคาคณสมบตทางไฟฟา ซงไดแก 3.1 แรงดนไฟฟา (Electromotive Force)

แรงดนไฟฟา หรอ แรงเคลอนไฟฟา (Voltage) หมายถง แรงดนทสามารถผลกอเลกตรอนใหเคลอนทไปตามตวน าจากจดทมศกยไฟฟาสงขวลบ (-) ไปยงจดทมศกยไฟฟาต าขวบวก (+) เขยนสญลกษณแทนดวยตว V เปนความดน (Pressure) หรอแรง (Force) เปรยบเทยบไดกบ น าจากถงสงไหลลงไปใชงานตามจดตางๆ ในบานเรอน หนวยทใชในการวดแรงเคลอนไฟฟาคอโวลต เครองมอทใชในการวด คอ โวลตมเตอร

เวลา กระแสตรง

รปท 1.5 แสดงการเคลอนทของอเลกตรอนอสระ ไฟฟากระแสตรง

เวลา

รปท 1.6 แสดงการเคลอนทของอเลกตรอนอสระ ไฟฟากระแสสลบ

ตารางท 1.1 หนวยวดแรงดนไฟฟา หนวยพนฐาน หนวยส าหรบขนาดทนอย หนวยส าหรบขนาดทมาก สญลกษณ V V mV kV MV การออกเสยง โวลต ไมโครโวลต มลลโวลต กโลโวลต เมกะโวลต ตวคณ 1 1x10

-6 1x10-3 1x10

3 1x106

แรงดนไฟฟา 1 โวลต คอ แรงดนทสามารถท าใหกระแส 1 แอมแปร ไหลผานตวน าไฟฟา ซงมคาความตานทาน 1 โอหม

3.2 กระแสไฟฟา (Electrical Current) กระแสไฟฟา เกดจากการเคลอนทของอเลกตรอน ไหลไปตามตวน า กระแสไฟฟามหนวยเปน

แอมแปร (Ampere, Amp.) กระแสไฟฟา 1 แอมแปร เกดจากการเคลอนทของอเลกตรอนจ านวน 1 คลอมบ ในเวลา 1 วนาท (1 คลอมบเทากบอเลกตรอนจ านวน 6.25 × 1016 อนภาค) เครองมอทใชในการวด คอ แอมปมเตอร

กระแสไฟฟา

แบตเตอร

ศกยไฟฟาสง

ศกยไฟฟาต า

แรงดนไฟฟา

รปท 1.7 แสดงแรงดนไฟฟาท าใหอเลกตรอนอสระเคลอนทในตวน า

ตารางท 1.2 หนวยวดกระแสไฟฟา

หนวยพนฐาน หนวยส าหรบขนาดทนอย หนวยส าหรบขนาดทมาก สญลกษณ A A mA kA MA การออกเสยง

แอมแปร ไมโคร แอมแปร

มลล แอมแปร

กโล แอมแปร เมกะแอมแปร

ตวคณ 1 1x10-6 1x10

-3 1x103 1x10

6

3.3 ความตานทานไฟฟา (Electrical Resistance) ความตานทานไฟฟา หมายถง แรงตานทานการไหลของกระแสไฟฟาทไหลผาน สารนนๆ

ความตานทานไฟฟาของสารใดจะมากหรอนอยขนอยกบองคประกอบตางๆ ดงตอ ไปน

ทศทางการไหลของกระแส

ทศทางการไหลของอเลกตรอน

การไหลของอเลกตรอนในลวดทองแดง

แบตเตอร

หลอดไฟ

หลอดไฟ

รปท 1.8 แสดงภาพการไหลของกระแส

1 วนาท

รปท 1.9 แสดงภาพการเคลอนทอเลกตรอนอสระตอ 1 หนวยเวลา

3.3.1 ชนดของสาร สารหรอวสดแตละชนดมคณสมบตในการน าไฟฟาแตกตางกน สารทยอมใหกระแสไฟฟาไหล

ผานไดงายเรยกวาตวน าไฟฟา (มความตานทานไฟฟานอย) สารทยอมใหกระแสไฟฟาไหลผานยาก เรยกวาฉนวนไฟฟา (มความตานทานไฟฟามาก)

3.3.2 ขนาดของสาร สารทมพนทหนาตดเลกจะมคาความตานทานไฟฟามากกวา สารทม พนทหนาตดใหญ

แรงดน ไฟฟาเขา

ความตานทาน

รปท 1.10 แสดงภาพทมการตานทานการเคลอนทกระแสไฟฟา

แรงดน ไฟฟาออก

สารสงเคราะหไวนง(ฉนวน)

ลวดทองแดง(ตวน า)

รปท 1.11 แสดงโครงสรางของสายไฟ

ขนาดใหญ ขนาดเลก

รปท 1.12 แสดงภาพขนาดเสนผาศนยกลางตวน าทมผลตอการไหลของกระแส

3.3.3 ความยาวของสาร สารชนดเดยวกนทมพนทหนาตดเทากนถามความยาวมากจะมความตานทานไฟฟามากกวา

สารทมความยาวนอย

3.3.4 อณหภม เมอสารมอณหภมเปลยนแปลงจะท าใหความตานทานไฟฟาของสารเกดการ เปลยนแปลงใน

ตวน าไฟฟา ปกตสารเมอไดรบความรอนอณหภมจะสงขน คาความตานทานจะเพม ขนตาม ถาอณหภมลดลงคาความตานทานจะลดลงดวย ยกเวน คารบอน (C) ซงมคณสมบตตรงกนขาม คอ ถาอณหภมสงขน คาความตานทานจะลดลง

3.3.5 สภาพทางกายภาพ สภาพทางกายภาพหรอผวสมผสหากไมสนท สกปรก มรอยไหม คาความตานทานจะมาก

ท าใหกระแสไฟฟาไหลผานไดนอยลง

ยาว สน

ความตานทาน

รปท 1.13 แสดงภาพขนาดความยาวตวน าทมผลตอการไหลของกระแส

ขดลวดทองแดง

ตะเกยง แบตเตอร

รปท 1.14 แสดงภาพอณหภมทมผลตอการไหลของกระแส

ตารางท 1.3 หนวยวดความตานทานไฟฟา หนวยพนฐาน หนวยส าหรบขนาดทนอยมาก หนวยส าหรบขนาดทมาก

สญลกษณ m k M การออกเสยง โอหม ไมโครโอหม มลลโอหม กโลโอหม เมกะโอหม ตวคณ 1 1x10

-6 1x10-3 1x10

3 1x106

ความตานทาน 1 โอหม คอ คาความตานทานไฟฟาซงตานทานการไหลของกระแสไฟฟา 1 แอมแปร ซงมแรงดนไฟฟา 1 โวลต

3.4 ก าลงไฟฟา (Electrical Resistance) ก าลงไฟฟา หมายถง พลงงานไฟฟาทเครองใชไฟฟา ใชในเวลา 1 วนาท มสญลกษณแทนดวย

ตว P มหนวยวดเปน “วตต (W)” เมอถกน ามาใชค านวณรวมกบคณสมบตทางไฟฟาอนๆ สามารถสรปผลได ดงน ตารางท 1.4 หนวยก าลงไฟฟา

หนวยพนฐาน หนวยส าหรบปรมาณมาก สญลกษณ W kW MW

การออกเสยง วตต กโลวตต เมกะวตต ตวคณ 1 1x10

3 1x106

การผกรอน

กระแสไฟฟา

รปท 1.15 แสดงภาพหนาสมผสกบความตานทานทางไฟฟา

4. ความสมพนธทางไฟฟา คณสมบตทางไฟฟาสามารถหาไดจากความสมพนธทางไฟฟา โดยใชทฤษฎความสมพนธทาง

ไฟฟา เชน 4.1 กฎของโอหม (Ohm’s law)

จอรจ ไซมอนโอหม (George SimonOhm) นกฟสกสชาวเยอรมนกลาววา “กระแสไฟฟาท ไหลผานตวน าจะเปนปฏภาคโดยตรงกบแรงเคลอนไฟฟาและจะเปนปฏภาคผกผนกบความตานทานไฟฟา” จากกฎของโอหมสามารถสรปเปนสมการ ไดตาม รปท 1.16 กลาวคอ เมอจายแรงดนไฟฟาใหวงจร จะมกระแสไฟฟาไหลภายในวงจร เกดความสมพนธระหวางแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟาและความตานทานภายในวงจร คอ ความเขมของกระแสไฟฟาซงไหลภายในวงจรเปนปฏภาคโดยตรงกบแรงดนไฟฟาซงจายใหแกวงจรและเปนปฏภาคกลบกนกบคาความตานทานของวตถทกระแสไฟฟาไหลผาน ความสมพนธดงกลาวเรยกวา “ กฎของโอหม ” ซงสามารถแสดงใหเหนเปนสมการไดดงน

จะได สมการท 1 I = RE

สมการท 2 E = I x R

สมการท 3 R = IE

โดยก าหนดให I = กระแสไฟฟาทไหลในวงจร มหนวยเปนแอมแปร (A) E = แรงดนไฟฟาซงจายใหวงจร มหนวยเปนโวลต (V) R = ความตานทานในวงจร มหนวยเปนโอหม (Ω)

รปท 1.16 แสดงความสมพนธทางไฟฟาตามกฎของโอหม

วงจรท 1 ความตานทานคงท กระแสจะเปนปฏภาคโดยตรงกบแรงดน

ตวอยางท 1 จากวงจรหากใชแรงเคลอนไฟฟา 6 V ไหลผานตวตานทาน ขนาด 10 Ω กจะใชสตรความสมพนธทางไฟฟา ตามกฎของโอหม

คอ I =RE

จะได I = 106

ฉะนน I = 0.6 A นนหมายความวา ในวงจรจะมกระแสไหล เทากบ 0.6 แอมแปร

จากกฎของโอหม เราสามารถน าไปใชค านวณหาคากระแส แรงดน และคาความตานทานในวงจรตาง ๆ และยงสามารถน าไปใชหาก าลงไฟฟาได โดยใชวงลอความสมพนธระหวางคณสมบตทางไฟฟา

รปท 1.17 แสดงภาพของกระแสทเปนปฏภาคโดยตรงกบแรงดน

รปท 1.18 วงลอแสดงความสมพนธคณสมบตทางไฟฟา

ตวอยางท 2 หลอดไฟเลยวรถยนต ก าหนดรายละเอยดการใชงานไวทขวหลอดดงน 12V 21W ดงนนหากตองการหาคาของการกนกระแสของหลอดไฟเพอเลอกใชขนาดของฟวสหรอขนาดของสายไฟส าหรบเดนวงจร กจะใชสมการของความสมพนธ ดงน

คอ I = EP

จะได I = 1221

ฉะนน I = 1.75 A นนหมายความวา ในวงจรจะมกระแสไหล เทากบ 1.75 แอมแปร ตอ 1 หลอด ดงนนหากวงจร

ไฟเลยวใชทงหมด 4 หลอด กจะมกระแสไหลในวงจร เทากบ 7 แอมแปร หมายความวาในวงจรตองใชฟวสปองกนวงจรไมนอยกวา 7 แอมแปร ฟวสจงจะไมขาด

5. วงจรไฟฟาทใชในรถยนต

วงจรไฟฟา หมายถง ทางเดนของกระแสไฟฟาซงไหลมาจากแหลงก าเนดไปตามตวน า ผานเครองใชไฟฟาหรอโหลดแลวไหลกลบไปยงแหลงก าเนดเดม ฟวสและสวตชเปนตวน าอกแบบหนงไมมผลกบวงจร เพยงแตเปนอปกรณใชส าหรบปองกนความเสยหายทจะเกด ขนและเพอความสะดวกสบายในการควบคมวงจร

5.1 สวนประกอบของวงจร วงจรไฟฟาประกอบดวยสวนทส าคญ 3 สวน ไดแก 5.1.1 แหลงก าเนดไฟฟา (Power Source) แหลงก าเนดไฟฟาหรอแหลงจายไฟฟา หมายถง แหลงทจายพลงงาน ศกยไฟฟา หรออาจ

เรยกวาแรงเคลอนหรอแรงดนไฟฟาออกมาใชงานกบอปกรณไฟฟาทวๆ ไปสามารถแบงออกเปน 3 ชนดใหญๆคอ

5.1.1.1 แบตเตอร 5.1.1.2 เซลลแสงอาทตย 5.1.1.3 เจนเนอเรเตอร (อลเทอเนเตอร) ในรถยนตใชแหลงจายไฟฟาจาก 2 แหลง ไดแก แบตเตอรและอลเทอเนเตอร

5.1.2 ตวน าไฟฟา (Conductor) ตวน าไฟฟา หมายถง สายไฟฟาหรอสอทจะเปนตวน าใหกระแสไฟฟาไหลผานไปยง

เครองใชไฟฟา ซงตอระหวางแหลงก าเนดกบเครองใชไฟฟา ทงนรวมถงอปกรณทใชในการควบคมและปองกนวงจรดวย เชน สวตช ฟวส เปนตน

5.1.3 เครองใชไฟฟา (Electric Equipment) เครองใชไฟฟาหมายถง เครองใชทสามารถเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปนพลงงานรปอน เพอใช

ประโยชนตามทตองการ หรอ เรยกอกอยางหนงวา “โหลด” เชนหลอดไฟใหแสงสวาง มอเตอรใหพลงงานกล แตรใหพลงงานเสยงหรอหวเผาใหพลงงานความรอนเพออนอากาศ เปนตน

5.2 การตอวงจรไฟฟา โดยทวไปการตอวงจรไฟฟามการตอใชงาน 3 แบบ ไดแก 5.2.1 วงจรแบบอนกรม (Series Circuit) การตอวงจรแบบอนกรม เปนการตอโดยน าความตานทานหรอภาระ (Load) มาตอเรยงล าดบ

กน บางครงเรยกวา การตอแบบอนดบกน ความตานทานรวม (R) = R1 + R2

ความตานทานรวม (R0) = 10Ω + 10Ω = 20 Ω (โอหม)

การตอวงจรไฟฟาแบบอนกรมจะมคณสมบตดงน 5.2.1.1 จ านวนของกระแสไฟฟาทไหลผานความตานทานทกตวจะเทากน 5.2.1.2 ความตานรวมในวงจรจะเทากบผลบวกของความตานทานทงหมด 5.2.1.3 ผลรวมของแรงเคลอนไฟฟาตกครอมทความตานทานแตละตวจะเทากบคาแรง

เคลอนไฟฟาจากแหลงจาย การตอแบบอนกรมจะไมนยมตอในวงจรไฟฟารถยนต เนองจาก ถายงตออปกรณมากความ

ตานทานรวมจะมากขน ท าใหกระแสไหลในวงจรไดนอยลง วงจรทวไปจงนยมตอแบบขนานเพราะคาความตานทานรวมจะนอยท าใหไฟสม าเสมอ

R0 (ความตานทานรวม) หลอดไฟ

R1 =10 Ω

R2 =10 Ω

I I

รปท 1.19 แสดงภาพการตอวงจรแบบอนกรม

R1

R2

5.2.2 วงจรแบบขนาน (Parallel Circuit) การตอทกระแสไฟฟามการแยกไหลออกไดหลายทางและสดทายจะไหลมารวมกน ระบบ

ไฟฟาในรถยนตนยมตอแบบน

ความตานทานรวม Rt1 =

R11 +

R21

Rt1 =

10

1 + 10

1 = 10

2

ความตานทานรวม (R0) = 2

10

= 5 (โอหม)

ตวอยางท 3 จากวงจร จงหาคาความตานทานรวม (Rt) กระแสไฟฟาทไหลผานตวตานทานแต

ละตว (IR1 , IR2 , IR3 ) และกระแสไฟฟารวม (It)

รปท 1.20 แสดงภาพการตอวงจรแบบขนาน

รปท 1.21 การตอวงจรแบบขนาน

วธท า ค านวณหาคาความตานทานรวมทงหมดของวงจร (Rt) จากสมการ

tR

1 = 1R

1 + 2R

1 + 3R

1

tR

1 = 7.2

1 + 6.5

1 + 2.7

1

tR

1 = 0.37 + 0.179 + 0.38

tR

1 = 0.687

Rt 687.0

1

Rt = 1.455 kΩ

คาความตานทานรวม (Rt) เทากบ 1.455 kΩ 5.2.3 วงจรแบบผสม (Hybrid Circuit) การตอวงจรแบบผสมเปนการตอวงจรทมทงแบบอนกรมและแบบขนานในวงจรเดยวกน ใน

รถยนตใชตอในวงจรไฟสองสวางเรอนไมลทสามารถปรบความสวางได

วธท า ค านวณหาคาความตานทานรวมทงหมดของวงจร ตองแยกหาทละแบบ โดยเรมจากอปกรณไฟฟาหรอโหลดทตอแบบขนานกอน

ความตานทานรวม

รปท 1.22 แสดงภาพการตอวงจรแบบผสม

จากรป 1.22 ก าหนดให R1 = 10 , R2 = 10 , R3 = 10

ความตานทานรวมแบบขนาน 23R

1 = 2R

1 +3R

1

23R

1 = 10

1 +10

1 = 10

2

R23 = 5 ความตานทานรวมทงหมด R t = R1 + R23

Rt = 10 + 5 = 15 5.3 วงจรเปด – วงจรปด

เปนการบอกลกษณะความตอเนองของวงจร 5.3.1 วงจรเปด วงจรเปด หมายถง วงจรทกระแสไฟฟาไมสามารถไหลไดครบวงจร ซงเปนผลท าให

เครองใชไฟฟาไมท างาน สาเหตของวงจรเปดอาจเกดจากสายหลด สายขาด สายหลวม สวตซไมตอวงจร เปนตน

5.3.2 วงจรปด วงจรปด หมายถง วงจรทกระแสไฟฟาไหลไดครบวงจร ท าใหโหลดหรอเครองใชไฟฟาทตอ

อยในวงจรนนๆ ท างานได

รปท 1.23 ภาพแสดงลกษณะของวงจรเปด

รปท 1.24 ภาพแสดงลกษณะของวงจรปด

6. แมเหลกไฟฟา (Electromagnetic) แมเหลกไฟฟา เปนแมเหลกทเกดจากการน าลวดตวน ามาพนรอบแทง เหลกออน เมอปลอย

กระแสไฟฟาใหไหลผานขดลวดตวน า ทพนรอบแกนเหลกออน จะเหนยวน าใหแกนเหลกออนนนมอ านาจเปนแมเหลก แมเหลกทเกดขนโดยวธนเรยกวา “แมเหลกไฟฟา” แตเมอหยดใหกระแสไฟฟาไหลผานอ านาจแมเหลกนนจะหมดไป

แมเหลกไฟฟา ถกน ามาใชเปนหลกการท างานของ รเลย โซลนอยดและมอเตอรไฟฟา เปนตน

ขวของแมเหลกไฟฟาหาไดจากกฎมอขวา โดยใชมอขวาก ารอบแกนเหลกออน ใหนวทงส ชทศทางของสนามแมเหลก นวหวแมมอจะชไปในทศทางการไหลของกระแส

1.6.1 กฎมอขวา (Right Hand Ruld) เมอปลอยกระแสไฟฟาผานลวดตวน า จะท าใหเกดเสนแรงแมเหลกขนรอบๆ ขดลวดตวน า

ทศทางของ เสนแรงแมเหลกหาไดจากกฎมอขวา โดยใชมอขวาก ารอบลวดตวน าใหนวหวแมมอ ชทศทางการไหลของกระแสไฟฟา นวทงสทก าอยจะแสดงทศทางของสนามแมเหลกทเกดขนรอบขดลวดตวน านน

รปท 1.25 การเกดแมเหลกไฟฟา

ทศทางของกระแสไฟฟา

ทศทางสนามแมเหลก

รปท 1.26 ทศทางของเสนแรงแมเหลกทเกดรอบตวน า หาไดจากกฎมอขวา

สนามแมเหลก

ทศทางการไหลของกระแส

1.6.2 เสนแรงแมเหลก (Magnetic Line of Force) แทงแมเหลกจะมปลายดานหนงเปนขวเหนอ (N) และปลายอกดานหนงเปนขวใต (S) เสมอ

ทศทางของเสนแรงแมเหลกภายนอกแทงจะมทศทางจากขวเหนอไปขวใต (ภายในแทงจากขวใตไปขวเหนอ) จ านวนเสนแรงแมเหลกจะมากหรอนอยขนอยกบอ านาจแรงดงดดของแมเหลก บรเวณทมเสนแรงแมเหลกเรยกวา “สนามแมเหลก (Magnetic field)”

1.6.3 คณสมบตของแมเหลก (Magnetic Line of Force)

1.6.3.1 แทงแมเหลกจะประกอบดวยขวเหนอ (N) และขวใต (S) 1.6.3.2 แมเหลกขวเหมอนกนจะผลกกน ขวตางกนจะดดกน 1.6.3.3 สามารถเหนยวน าแทงเหลกออนใหกลายเปนแมเหลกได 1.6.3.4 สามารถเหนยวน าใหเกดกระแสไฟฟาในขดลวดตวน าได 1.6.3.5 สามารถดดโลหะบางชนดได

1.6.4 กระเสไฟฟาเหนยวน า (Electromagnetic Induction) กระแสไฟฟาเหนยวน า หมายถง กระแสไฟฟาทเกดจากการเหนยวน าระหวางขดลวดตวน ากบ

สนามแมเหลก ซงน ามาใชในหลกการท างานของเครองก าเนดไฟฟา (อลเทอเนเตอร) และคอยลจดระเบดในรถยนต

รปท 1.27 แสดงลกษณะของเสนแรงแมเหลกของแทงแมเหลก ทมา : http://www.myfirstbrain.com/student_view

การก าเนดไฟฟาสามารถก าเนดไดจากหลายแหลง ทงเกดขนเองตามธรรมชาต และจาก

ทมนษยเปนผสราง เพอใหไดมาซงพลงงานทางไฟฟา แตทนยมน ามาใชเปนประโยชนมากในปจจบน คอ การเกดโดยปฏกรยาทางเคม เซลแสงอาทตย และไฟฟาทเกดจากการเหนยวน าของสนามแมเหลก

ไฟฟา ม 2 ชนด 1. ไฟฟาสถต 2. ไฟฟากระแส ม 2 ชนด คอ

2.1 ไฟฟากระแสตรง ใชในรถยนต 2.2 ไฟฟากระแสสลบ ใชตามบานเรอน

แรงเคลอน เปนตวผลกดนท าใหกระแสไฟฟาเกดการเคลอนทไปในตวน า ซงจะเคลอนท ในต าแหนงแรงเคลอนสงไปแรงเคลอนต า และจะเคลอนทไปไดดหรอไม ขนอยกบชนดของตวน า เพราะในตวน าทกตวจะมความตานทานไฟฟาทแตกตางกน ถามความตานทานนอยกระแสไฟฟากจะไหลไดด ถาความตานมากกระแสไฟฟากจะไหลไดนอย และความตานทานในตวน าจะมากหรอนอย นอกจากจะขนอยกบชนดของตวน าแลวยงขนอยกบอณหภม ขนาด และ ความสะอาดของผว หนาสมผสของตวน าในกรณทเปนต าแหนงสวตชหรอขวตอตางๆ

หนวยวดทางไฟฟา 1. กระแสไฟฟา (Current) ใชสญลกษณแทนดวย I มหนวยวดเปนแอมแปร (Ampare) หรอ A 2. แรงดนไฟฟา (Electromotive force) หรอ แรงเคลอนไฟฟา ใชสญลกษณแทนดวย E ม

หนวยวดเปนโวลต (Voltage) หรอ V 3. ก าลงไฟฟา (Power) ใชสญลกษณแทนดวย P มหนวยวดเปน วตต (Watt) หรอ W 4. ความตานทาน (Resistance) ใชสญลกษณแทนดวย R มหนวยวดเปนโอหม หรอ Ω 5. กฎของโอหม (Ohm ’s Law) ใชสตรความสมพนธ E = I x R แมเหลกไฟฟา (Electromagnetic) เปนแมเหลกทเกดจากการน าลวดตวน ามาพนรอบแทงเหลก

ออน เมอปลอยกระแสไฟฟาใหไหลผานขดลวดตวน าทพนรอบแกนเหลกออนจะเหนยวน าใหแกนเหลกออนนนมอ านาจเปนแมเหลก แตเมอหยดใหกระแสไฟฟาไหลผานอ านาจแมเหลกนนจะหมดไป

สรป

แบบฝกหดท 1 การหาคาความสมพนธทางไฟฟา

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ค าสง ใหนกเรยนแสดงวธการหาคาความสมพนธทางไฟฟา 1. จากภาพวงจรทก าหนด ใหนกเรยนแสดงวธค านวณหากระแสไฟฟาในวงจร 2. วงจรไฟเบรกรถยนตคนหนงใชหลอดไฟขนาด 25W 2 หลอด และหลอดไฟขนาด 10 W อก 1 หลอด รถยนตคนนใชแหลงจายไฟจากแบตเตอร 12 V ใหนกเรยนแสดงวธค านวณหาขนาดของฟวสทจะใชปองกนวงจรโดยใหเผอคาการใชงานเพมอก 30 เปอรเซนต

A

R = 10Ω

E = 12 V I = ?

จดประสงคการเรยนร 1. นกเรยนสามารถตอวงจรแบบอนกรมได 2, นกเรยนสามารถอธบายคณสมบตของการตอวงจรแบบอนกรมได 3. นกเรยนสามารถล าดบขนตอนการปฏบตงานได 4. นกเรยนสามารถท างานรวมกนได

เครองมอ / อปกรณ 1. ชดฝกพนฐานงานไฟฟารถยนต 2. แหลงจายไฟฟากระแสตรง (D.C. Power Supply) 0 - 12 V หรอ แบตเตอร 12 V 3. สายไฟส าหรบตอวงจร 4. มลตมเตอรแบบเขม วงจรทดลอง

วงจรทดลองท 1

ล าดบขนการปฏบต 1. จดนกเรยนออกเปนกลม ๆ ละ 4 - 5 คน โดยคละคนเกงคนออน 2. นกเรยนศกษาวงจรจากใบงานท 1.1

ใบงานท 1.1 การตอวงจรแบบอนกรม

3. นกเรยนตอแหลงจายไฟเขากบหลอดไฟโดยเรมจาก 1 หลอดแลวเพมหลอดไฟ ทละ 1 หลอดจนครบตามวงจรทดลองท 1 สงเกตความเปลยนแปลงของหลอดไฟ ในทกครงทเพมจ านวน 4. นกเรยนเลอกถอดหลอดไฟทละ 1 หลอด ออกจากขวหลอด สงเกตการเปลยนแปลงท เกดขนบนทกลงใบงานแลวใสกลบคนทเดม

5. นกเรยนในกลมชวยกนสรปผลของการตอวงจรแบบอนกรม บนทกผลการทดลอง

ความสวางของหลอดไฟ เมอตอเฉพาะ L1…………………………………………………………………..…..… เมอตอ L2 เพม ………………………………………………………………………..… เมอตอ L3 เพม …………………………………………………………………..…..… เมอตอ L4 เพม …………………………………………………………………..…..…

เมอถอดหลอดไฟออกทละหลอด เมอถอดหลอด L1 ………………………………………………………………..…...… เมอถอดหลอด L2 …………………………………………………………………….… เมอถอดหลอด L3 …………………………………………………………………….… เมอถอดหลอด L4 …………………………………………………………………….…

สรปผลการทดลอง ……………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

เกณฑประเมนผลการปฏบตงาน ใบงานท 1.1 การตอวงจรแบบอนกรม

ผปฏบตงาน ชอ…………………………………..เลขท……….กลม…………..

หวขอการประเมน ระดบคะแนน

หมายเหต เตม ได

1. การเตรยมเครองมออปกรณ 2 ผล / คะแนน ดมาก = 18 - 20 ปานกลาง = 15 - 17 พอใช = 11 - 14 ปรบปรง = 0 - 10

2. ความถกตองของการตอวงจร 5 3. ความปลอดภยในการทดลอง 5 4. ความถกตองขอมลและสรปผลในใบงาน 3 5. ความสามคคในกลม 2 6. ท าความสะอาด เกบวสดอปกรณและพนทปฏบตงาน

3

รวม 20

ครผสอน

จดประสงคการเรยนร 1. นกเรยนสามารถตอวงจรแบบขนานได 2, นกเรยนสามารถอธบายคณสมบตของการตอวงจรแบบขนานได 3. นกเรยนสามารถล าดบขนตอนการปฏบตงานได 4. นกเรยนสามารถท างานรวมกนได เครองมอ / อปกรณ 1. ชดฝกพนฐานงานไฟฟารถยนต 2. แหลงจายไฟฟากระแสตรง (D.C. Power Supply) 0 - 12 V หรอ แบตเตอร 12 V 3. สายไฟส าหรบตอวงจร วงจรทดลอง

วงจรทดลองท 2

ล าดบขนการปฏบต 1. จดนกเรยนออกเปนกลม ๆ ละ 4 - 5 คน โดยคละคนเกงคนออน 2. นกเรยนศกษาวงจรจากใบงานท 1.2

ใบงานท 1.2 การตอวงจรแบบขนาน

3. นกเรยนตอแหลงจายไฟเขากบหลอดไฟตามวงจรทดลองท 2 โดยเรมจากหลอด L1 L2 L3 และ L4 สงเกตความสวางของหลอดในทกครงทเพมจ านวนหลอดไฟ

4. นกเรยนถอดหลอดไฟทละ1 หลอด ออกจากขวหลอดสงเกตผลทเกดขนบนทกลงใบงาน แลวใสกลบคนทเดม 5. นกเรยนในกลมชวยกนสรปผลของการตอวงจรแบบขนาน บนทกผลการทดลอง

ความสวางของหลอดไฟ เมอตอเฉพาะ L1 ……………………………………………………… เมอตอ L2 เพม ……………………………………………………… เมอตอ L3 เพม ……………………………………………………… เมอตอ L4 เพม ………………………………………………………

เมอถอดหลอดไฟออกทละหลอด เมอถอดหลอด L1 …………………………………………………… เมอถอดหลอด L2 …………………………………………………… เมอถอดหลอด L3 …………………………………………………… เมอถอดหลอด L4 ……………………………………………………

สรปผลการทดลอง ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

เกณฑประเมนผลการปฏบตงาน ใบงานท 1.2 การตอวงจรแบบขนาน

ผปฏบตงาน ชอ…………………………………..เลขท……….กลม…………..

หวขอการประเมน ระดบคะแนน

หมายเหต เตม ได

1. การเตรยมเครองมออปกรณ 2 ผล/คะแนน ดมาก = 18 - 20 ปานกลาง = 15 - 17 พอใช = 11 - 14 ปรบปรง = 0 - 10

2. ความถกตองของการตอวงจร 5 3. ความปลอดภยในการทดลอง 5 4. ความถกตองขอมลและสรปผลในใบงาน 3 5. ความสามคคในกลม 2 6. ท าความสะอาด เกบวสดอปกรณและพนทปฏบตงาน

3

รวม 20

ครผสอน

ค าสง : ใหนกเรยนเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว โดยท าเครองหมาย (X) ลงใน กระดาษค าตอบ

1. การไหลของกระแสไฟฟา คอการเคลอนทของขอใด ก. โปรตอน ข. อเลกตรอน ค. นวตรอน ง. โมเลกล

2. อปกรณไฟฟา ทระบวา AC 220V 50HZ เปนอปกรณไฟฟาทใชกบขอใด ก. ไฟฟาสถต ข. ไฟฟากระแสสลบ ค. ไฟฟากระแสตรง ง. รถยนต

3. หนวยวดแรงดนไฟฟา คอขอใด ก. วตต ข. โอหม ค. โวลต ง. แอมแปร

4. กฎของโอหม ใหความสมพนธระหวาง I และ E เปนอยางไร ก. แปรผนตรง ข. แปรผกผน ค. ไมมความสมพนธตอกน ง. ความสมพนธตรงขามกน

5. การตอวงจรไฟฟาจะสมบรณตองประกอบไปดวย ก. แบตเตอร สายไฟ เครองใชไฟฟา ข. แบตเตอร สวตช เครองใชไฟฟา ค. สวตช สายไฟ เครองใชไฟฟา ง. แบตเตอร สวตช สายไฟ

6. วงจรเปดมความหมายตามขอใด ก. การเปดวงจรเพอใหเครองใชไฟฟาท างานได ข. การเปดสวตชเพอใหเครองใชไฟฟาท างานได ค. วงจรทกระแสไฟฟาไหลผานไดท าใหเครองใชไฟฟาท างานได ง. วงจรทกระแสไฟฟาไหลผานไมไดท าใหเครองใชไฟฟาไมท างานได

แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 1 เรอง ความรพนฐานงานไฟฟา

7. จากรปก าหนดให R1 มคาเทากบ 3 โอหม R2 มคาเทากบ 5 โอหม ความตานทานรวมในวงจร มคาเทากบเทาขอใด

ก. 0.25 โอหม ข. 1.9 โอหม ค. 4 โอหม ง. 8 โอหม

8. จากขอ 7 หากแบตเตอรมแรงเคลอน 12 โวลต จะมกระแสไหลในวงจรเทากบขอใด ก. 1.5 แอมป ข. 6.3 แอมป ค. 12.25 แอมป ง. 48 แอมป

9. ตวอกษร E ในทางไฟฟาเปนสญลกษณของขอใด ก. แรงเคลอนไฟฟา ข. กระแสไฟฟา ค. หนวยวดแรงเคลอนไฟฟา ง. ความตานทาน

10. การน าลวดตวน ามาพนรอบแทงเหลกออน แลวใหกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดตวน า เปน หลกการของ ขอใด

ก. การผลตไฟฟา ข. การท าแมเหลกไฟฟา ค. การท าหลอดไฟฟา ง. ตวท าความรอน Heater