3.2 วงจรไฟฟ้าในบ้าน

 วงจรไฟฟ้าภายในบ้าน  ส่วนใหญ่จะเป็นการต่อแบบขนาน ซึ่งเป็นการต่อวงจรทำให้อุปกรณ์และเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชนิดอยู่คนละวงจร ซึ่งถ้าเครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดหนึ่งเกิดขัดข้องเนื่องจากสาเหตุใดก็ตาม เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดอื่นก็ยังคงใช้งานได้ตามปกติเพราะไม่ได้อยู่ในวงจรเดียวกัน ไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านเรือนทั่วไปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับมีความต่างศักย์ 220 โวลต์ การส่งพลังงานไฟฟ้าเข้าบ้านจะใช้สายไฟ 2 เส้น คือ  1. สายกลาง หรือสาย N มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์    2. สายไฟ หรือสาย L มีศักย์ไฟฟ้าเป็น 220 โวลต์

วงจรไฟฟ้าในบ้าน กระแสไฟฟ้าจะผ่านมาตรไฟฟ้าทางสาย L เข้าสู่สะพานไฟ ผ่านฟิวส์และสวิตช์แล้วไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสาย N ออกมา ดังรูป

ไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านเรือน 220V ไฟฟ้าจาก กฟภ.

อุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าในบ้าน สายไฟ (wire)             เป็นอุปกรณ์สำหรับส่งพลังงานไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยกระแสไฟฟ้าจะนำพลังงานไฟฟ้าผ่านไปตามสายไฟจนถึงเครื่องใช้ไฟฟ้าสายไฟทำด้วยสารที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า (ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ดี) ได้แก่  1. สายไฟแรงสูง ทำด้วยอะลูมิเนียม เพราะอะลูมิเนียมมีราคาถูกและน้ำหนักเบากว่า ทองแดง (อะลูมิเนียมมีความต้านทานสูงกว่าทองแดง) 2. สายไฟทั่วไป (สายไฟในบ้าน) ทำด้วยโลหะทองแดง เพราะทองแดงมีราคาถูกกว่าโลหะเงิน (เงินมีความต้านทานน้อยกว่า ทองแดง)

จำแนกได้ ดังนี้ สายทนความร้อน มีเปลือกนอกเป็นฉนวนที่ทนความร้อน เช่น สายเตารีด       สายคู่แข็ง ใช้เดินในอาคารบ้านเรือน สายคู่เดี่ยว มีลักษณะอ่อน ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น วิทยุ โทรทัศน์ สายเดี่ยว ใช้เดินในท่อร้อยสาย

สวิตช์ (swich) สวิตช์ เป็นอุปกรณ์ตัดหรือต่อวงจรไฟฟ้าในส่วนที่ต้องการ ทำหน้าที่คล้าย สะพานไฟ โดยต่ออนุกรมเข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า สวิตช์มี 2 ประเภท คือ 1. สวิตช์ทางเดียว สามารถปิด-เปิดวงจรไฟฟ้าส่วนใดส่วนหนึ่ง เช่น วงจร ของหลอดไฟฟ้าหลอดใดหลอดหนึ่ง เป็นต้น 2. สวิตช์สองทาง สามารถบังคับการไหลของกระแสไฟฟ้าได้สอง ทาง คือ ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านทางใดทางหนึ่งอีกทางหนึ่งจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล ผ่าน เช่น สวิตช์ไฟที่บันไดที่สามารถเปิด-ปิดได้ทั้งอยู่ชั้นบนและชั้นล่าง ทำให้ สะดวกในการใช้

ข้อควรทราบ ไม่ควรใช้สวิตช์อันเดียวควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชิ้นให้ทำงานพร้อมกัน เพราะกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสวิตช์มากเกินไปจะทำให้จุดสัมผัสเกิดความร้อน สูง และทำให้สวิตช์ไหม้ได้ รูปแสดงสวิตช์แบบต่างๆ

เต้ารับและเต้าเสียบ (plug)  เต้ารับและเต้าเสียบมี 2 ประเภท ดังนี้    1. เต้ารับหรือปลั๊กตัวเมีย คือ อุปกรณ์ส่วนที่ติดอยู่กับวงจรไฟฟ้าใน บ้านอย่างถาวร เช่น ฝาผนังบ้านหรืออาคารเพื่อรองรับการเสียบของเต้าเสียบ จากเครื่องใช้ไฟฟ้า    2. เต้าเสียบหรือปลั๊กตัวผู้ คือ อุปกรณ์ส่วนที่ติดอยู่กับปลายสายไฟของ เครื่องใช้ไฟฟ้า เต้าเสียบที่ใช้กันอยู่มี 2 แบบ คือ      2.1 เต้าเสียบ 2 ขา ใช้กับเต้ารับที่มี 2 ช่อง      2.2 เต้าเสียบ 3 ขา ใช้กับเต้ารับที่มี 3 ช่อง โดยขากลางจะเชื่อมต่อ กับสายดิน ช่วยป้องกันอันตรายกรณีกระแสไฟฟ้ารั่ว

เต้ารับและเต้าเสียบ (plug) ข้อควรทราบ      - การใช้งานควรเสียบเต้าเสียบให้แน่นสนิทกับเต้ารับ และไม่ใช้เต้าเสียบหลายอัน กับเต้ารับอันเดียว เพราะเต้ารับ อาจร้อนจน ลุกไหม้ได้ และเมื่อเลิกใช้งานควรจับที่เต้าเสียบ ไม่ควรดึงที่สายไฟ เพราะจะทำให้สายหลุดและเกิดไฟฟ้า ลัดวงจรได้

สะพานไฟ (cut-out)      สะพานไฟ เป็นอุปกรณ์สำหรับตัดหรือต่อวงจรไฟฟ้า ทั้งหมดภายในบ้าน ประกอบด้วยฐานและคันโยกที่มีลักษณะ เป็นขาโลหะ 2 ขา ซึ่งมีที่จับเป็นฉนวน เมื่อสับคันโยกลงไปใน ร่องที่ทำด้วยตัวนำไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจากมาตรไฟฟ้าจะไหล เข้าสู่วงจรไฟฟ้าในบ้าน และเมื่อยกคันโยกขึ้นกระแสไฟฟ้าจะ หยุดไหล เช่น การตัดวงจร

ข้อควรทราบ  - สะพานไฟช่วยให้เกิดความสะดวกและปลอดภัยในการซ่อมแซมหรือ ติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า   - ถ้าต้องการให้วงจรเปิด (ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน) ให้กดคันโยกของ สะพานไฟลง แต่ถ้าต้องการให้วงจรปิด (มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน) ให้ยกคันโยก ของสะพานไฟขึ้น   - ในการกดหรือยกคันโยกของสะพานไฟ จะต้องให้คันโยกแนบสนิทกับที่ รองรับ

ฟิวส์ (fuse) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้ามามากเกินไป ถ้า มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมามากฟิวส์จะตัดวงจรไฟฟ้าในบ้านโดยอัตโนมัติ ฟิวส์ ทำด้วยโลหะผสมระหว่างตะกั่วกับดีบุกและบิสมัทผสมอยู่ ซึ่งเป็นโลหะที่มีจุด หลอมเหลวต่ำ มีความต้านทานสูง มีจุดหลอมเหลวต่ำ และมีรูปร่างแตกต่าง กันไปตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ดังนี้

ฟิวส์ (fuse)             1. ฟิวส์เส้น มีลักษณะเป็นเส้นลวด นิยมใช้กับสะพานไฟใน อาคารบ้านเรือน             2. ฟิวส์แผ่น หรือฟิวส์ก้ามปู มีลักษณะเป็นแผ่นโลหะผสม ติดอยู่ที่ปลายทั้งสองข้างมีขอเกี่ยวทำด้วยทองแดง นิยมใช้กับอาคารขนาดใหญ่ เช่น โรงเรียน โรงงานต่างๆ             3. ฟิวส์กระเบื้อง มีลักษณะเป็นเส้นฟิวส์อยู่ภายในกระปุก กระเบื้องที่เป็นฉนวน นิยมติดตั้งไว้ที่แผงไฟรวมของอาคารบ้านเรือน             4. ฟิวส์หลอด เป็นฟิวส์ขนาดเล็กๆ บรรจุอยู่ในหลอดแก้ว เล็ก นิยมใช้มากในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น วิทยุ โทรทัศน์ เป็นต้น

    - ขนาดของฟิวส์ถูกกำหนดให้เป็นค่าของกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ไหลผ่านได้ โดยฟิวส์ไม่ขาด เช่น 5, 10, 15 และ 30 แอมแปร์     - ฟิวส์ขนาด 15 แอมแปร์ คือ ฟิวส์ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ไม่ เกิน 15 แอมแปร์ ถ้าเกินกว่านี้ฟิวส์จะขาด     - การเลือกใช้ฟิวส์ ควรเลือกขนาดของฟิวส์ให้พอเหมาะกับปริมาณ กระแสไฟฟ้าที่ใช้ในบ้าน ซึ่งเราสามารถคำนวณหาขนาดของฟิวส์ให้เหมาะสม กับปริมาณกระแสไฟฟ้าจากความ สัมพันธ์ต่อไปนี้ P = IV เมื่อ P คือ กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) I คือ กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (Ampere) V คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (Volt) ตอบ   ดังนั้น บ้านหลังนี้ควรใช้ฟิวส์ขนาด 10 แอมแปร์ 

            ตัวอย่างที่ 1  บ้านหลังหนึ่งใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ดังนี้ ตู้เย็น 100 วัตต์ เตารีด 1,00วัตต์ โทรทัศน์ 150 วัตต์ หม้อหุงข้าว 700 วัตต์ และหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ 25 วัตต์ 4 ดวง ถ้าบ้าน หลังนี้ใช้ไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์ 220 โวลต์ จะต้องใช้ไฟขนาดกี่แอมแปร์ ดังนั้น บ้านหลังนี้ควรใช้ฟิวส์ขนาด 10 แอมแปร์ ตอบ

ข้อควรรู้               ปัจจุบันมีฟิวส์อีก ชนิดหนึ่งที่สามารถตัดวงจรได้โดยอัตโนมัติ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าโดยผ่านเกินกำหนด ฟิวส์ชนิดนี้เรียกว่า ฟิวส์อัตโนมัติ (circuit breaker) เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเกินไปปุ่มหรือคัน โยกที่ฟิวส์อัตโนมัติจะดีดมาอยู่ ในตำแหน่งที่เป็นการตัดวงจร โดยอาศัย หลักการทำงานของแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ใช่การหลอมละลายเหมือนฟิวส์แบบ ธรรมดา

ใช้สัญลักษณ์ P 3.3 กำลังและพลังงานฟ้า กำลังไฟฟ้า(Electric Power)  หมายถึง การป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าไปในโหลด เพื่อทำให้เกิดพลังงานในรูปต่าง ๆ เช่น พลังงานกล พลังงานแสงสว่าง พลังงานความร้อน เป็นต้น ใช้สัญลักษณ์ P

กำลังไฟฟ้า  หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่นำไปใช้งาน ในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาที หรือ วัตต์ (w )    P = กำลังไฟฟ้า (วัตต์) V = แรงดันไฟฟ้า (โวลท์) I = กระแสไฟฟ้า (แอมแปร์) P = V x I มีสูตรคำนวณดังนี้ หรือการคำนวณหากำลังไฟฟ้า ได้จากความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้ไปในเวลา 1 วินาที  ดังนี้  กำลังไฟฟ้า (P)  ( วัตต์ )  = พลังงานไฟฟ้าที่ใช้(W) (จูล)  เวลาที่ใช้(t) (วินาที)  P = w /t       หรือ  พลังงานไฟฟ้า (W) (จูล )   =  กำลังไฟฟ้า (P) (วัตต์ ) X เวลา (t) (วินาที ) w = Pt

พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า Combining P = IV with Ohm’s law!

สูตรที่ใช้ในการคำนวณ สูตรที่ 1   P = กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็น วัตต์ (W) w = พลังงานไฟฟ้า มีหน่วย เป็นจูล (่J) t = เวลา มีหน่วยเป็นวินาที (s)

วิธีทำ จากสูตร แทนค่าจะได้ P = 150 วัตต์ ตัวอย่างที่ 1 ตู้เย็นหลังหนึ่งใช้พลังงานไฟฟ้าไป 1,500 จูล ในเวลา 10 วินาที ตู้เย็นหลังนี้มีกำลังไฟฟ้าเท่าไร วิธีทำ จากสูตร แทนค่าจะได้ P = 150 วัตต์ ตอบ ตู้เย็นหลังนี้มีกำลังไฟฟ้า 150 วัตต์

V = ความต่าง ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลต์ (V) สูตรที่ 2 I = กระแสไฟฟ้า มี หน่วยเป็นแอมแปร์ (A) V = ความต่าง ศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลต์ (V) P = กำลังไฟฟ้า มี หน่วยเป็นวัตต์ (W)

ตัวอย่างที่ 2 กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าตู้เย็น 1 ตัวอย่างที่ 2 กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าตู้เย็น 1.5 แอมแปร์ เมื่อต่อเข้ากับ ความต่างศักย์ 220 โวลต์ ตู้เย็นหลังนี้จะใช้กำลังไฟฟ้าเท่าไร? วิธีทำ จากสูตร แทนค่าจะได้ P = 220 x 1.5 = 330 w ตอบ ตู้เย็นหลังนี้จะใช้กำลังไฟฟ้า 330 วัตต์

V = ความต่างศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) สูตรที่ 3 R = ความต้านทานไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโอห์ม ( ) V = ความต่างศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) P = กำลังไฟฟ้า มีหน่วย เป็นวัตต์ (W)

ตัวอย่างที่ 3 หลอดไฟฟ้าหลอดหนึ่งมีความต้านทาน 100 โอห์ม เมื่อนำมาต่อ กับความต่างศักย์ 110 โวลต์ หลอดไฟฟ้านี้ใช้กำลังไฟฟ้าเท่าไร ? วิธีทำ จากสูตร แทนค่าจะได้ P= 121 w ตอบ หลอดไฟฟ้านี้ใช้กำลังไฟฟ้า 121 w

สูตรที่ 4 I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (A) R = ความต้านทานไฟฟ้า มี หน่วยเป็นโอห์ม ( ) P = กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็นวัตต์ (W)

ตอบ หลอดไฟฟ้านี้ใช้กำลังไฟฟ้า 242 วัตต์ ตัวอย่างที่ 4 หลอดไฟฟ้าหลอดหนึ่งมีความต้านทาน 200 โอห์ม เมื่อนำมา ต่อกับความต่างศักย์ 220 โวลต์ หลอดไฟฟ้านี้ใช้กำลังไฟฟ้าเท่าไร ? วิธีทำ จากสูตร แทนค่าจะได้ P = 242 วัตต์ ตอบ หลอดไฟฟ้านี้ใช้กำลังไฟฟ้า 242 วัตต์  

กระแสไฟฟ้า(I) = 10 แอมแปร์ ตัวอย่างที่ 5 รถไฟฟ้ามีแหล่งจ่ายไฟฟ้า 12 โวลท์จ่ายกระแสให้กับมอเตอร์ 10 แอมแปร์ จงคำนวณหากำลังไฟฟ้าที่เกิดในมอเตอร์ วิธีทำ แรงดันไฟฟ้า(V) = 12 โวลท์ กระแสไฟฟ้า(I) = 10 แอมแปร์ กำลังไฟฟ้า (P) = ? วัตต์ สูตร V I P = x แทนค่า P = 12 โวลท์ x 10 แอมแปร์ = 120 วัตต์

W = P x t t = เวลา (ชั่วโมง) W = พลังงานไฟฟ้า (ยูนิต) พลังงานไฟฟ้า หมายถึง พลังงานที่ใช้หรือสร้างจาก กำลังไฟฟ้า โดยมีความสัมพันธ์ กับเวลา มีหน่วยเป็นจูล (J) ใช้สัญลักษณ์ W W = P x t มีสูตรคำนวณดังนี้ โดย.... W = พลังงานไฟฟ้า (ยูนิต) P = กำลังไฟฟ้า (วัตต์) t = เวลา (ชั่วโมง)

การคิดค่าพลังงานไฟฟ้า เป็นหน่วย กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง (KW-h) หรือ ยูนิต

คือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง แต่ในการคำนวณค่าไฟฟ้าจะคิดในหน่วยใหญ่ คือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง พลังงานไฟฟ้า (ยูนิต) = กำลังไฟฟ้า(กิโลวัตต์) x เวลา (ชั่วโมง)  

การคำนวณหาจำนวนยูนิต จำนวนยูนิต (หน่วย) = จำนวนวัตต์ X ชั่วโมง 1000

การคำนวณหาเงินค่าไฟฟ้า ค่าไฟฟ้า = จำนวนยูนิต X อัตราค่าไฟฟ้าต่อหน่วย

ค่าไฟฟ้าผันแปร ( Ft ) ค่า Ft มีค่าไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง ซึ่งทางการไฟฟ้า จะแจ้งให้ทราบในใบเสร็จแต่ละเดือน ภาษีมูลค่าเพิ่ม ค่าภาษีมูลค่าเพิ่ม ผู้ใช้ไฟฟ้าจะต้องเสียภาษีมูลค่าเพิ่มอีก 7%

ตัวอย่าง บ้านหลังหนึ่งใช้หลอดไฟฟ้าขนาด 40 วัตต์ จำนวน 5 ดวง ตู้เย็น 65 วัตต์ โทรทัศน์สี 155 วัตต์ หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 400 วัตต์ ถ้าใช้พร้อมกันนาน 5 ชั่วโมง จะ เสียค่าไฟฟ้าเท่าไร ถ้าค่าไฟหน่วยละ 1.50 บาท ?

วิธีทำ กำลังไฟฟ้าจากการใช้หลอดไฟฟ้า = 40 x 5 = 200 วัตต์ รวมกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ทั้งหมด = 200 + 65 + 155 + 400 = 820 วัตต์ จากสูตร แทนค่า พลังงานไฟฟ้า (ยูนิต)= 4.1 หน่วย

จะเสียค่าไฟฟ้า = 4.1 x 1.50 = 6.15 บาท ตอบ เสียค่าไฟฟ้า 6.15 บาท ค่าไฟฟ้าหน่วยละ 1.50 บาท ดังนั้น จะเสียค่าไฟฟ้า = 4.1 x 1.50 = 6.15 บาท   ตอบ เสียค่าไฟฟ้า 6.15 บาท

ตัวอย่าง บ้านหลังหนึ่งใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าต่อไปนี้ทุกวัน หลอดไฟฟ้าขนาด 60 วัตต์ 3 หลอด เปิดวันละ 5 ชั่วโมงทุกหลอด เตารีดไฟฟ้า 750 วัตต์ ใช้ วันละ 1 ชั่วโมง โทรทัศน์ 180 วัตต์ เปิดวันละ 4 ชั่วโมง ในเดือนมีนาคม จะเสียเงินค่าไฟฟ้า เท่าไร ถ้าค่าไฟฟ้าหน่วยละ 1.50 บาท ?

วิธีทำ พลังงานไฟฟ้าที่หลอดไฟฟ้าใช้ = 0.9 หน่วย

พลังงานไฟฟ้าที่เตารีดใช้ = 0. 75 หน่วย พลังงานไฟฟ้าที่โทรทัศน์ใช้ =0 พลังงานไฟฟ้าที่เตารีดใช้ = 0.75 หน่วย พลังงานไฟฟ้าที่โทรทัศน์ใช้ =0.72 หน่วย

รวมจำนวนหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ใน 1 วัน = 0. 9 + 0. 75 + 0. 72 = 2 รวมจำนวนหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ใน 1 วัน = 0.9 + 0.75 + 0.72 = 2.37 หน่วย รวมหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในเดือนมีนาคม = 2.37 x 31 = 73.47 หน่วย ค่าไฟฟ้าหน่วยละ 1.50 บาท ดังนั้น จะเสียค่าไฟฟ้า = 73.47 x 1.50 = 110.20 บาท ตอบ เสียค่าไฟฟ้า 110.20 บาท

แบบฝึกหัด

1. มอเตอร์ปั๊มน้ำ 1,140 วัตต์ ใช้งานวันละ 2 ชม./วัน 5. บ้านหลังหนึ่งมีเครื่องใช้ไฟฟ้าดังนี้ 1. มอเตอร์ปั๊มน้ำ 1,140 วัตต์ ใช้งานวันละ 2 ชม./วัน 2. กาต้มน้ำร้อนขาด 750 วัตต์ ใช้งานวันละ 5 ชม./วัน 3. หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 1,000 วัตต์ ใช้งานวันละ 30 นาที/วัน 4. ตู้เย็นขนาด 150 วัตต์ ใช้งานวันละ 15 ชม./วัน 5. โทรทัศน์ ขนาด 70 วัตต์ ใช้งานวันละ 5 ชม./วัน ใน 1 เดือน(30 วัน) จะเสียค่าไฟฟ้าเท่าใด เมื่อ 1 ยูนิต เท่ากับ 1.75 บาท กำหนดค่า ft = 0.5/หน่วย ภาษี 10%

หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 1,000 x 0.5 = 500w / วัน วิธีทำ หา P ทั้งหมด มอเตอร์ปั๊มน้ำ 1,140x2 = 2,280w / วัน กาต้มน้ำร้อน 750x5 = 3,750w / วัน หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 1,000 x 0.5 = 500w / วัน ตู้เย็น 150 x15 = 2,250w / วัน โทรทัศน์ 70x 5 = 350w /วัน

รวมหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ใน 1 เดือน 9.13 x 30 = 273.90 Unit รวมกำลังไฟฟ้าทั้งหมด 2,280+ 3,750+500+2,250+350 = 9,130 w/วัน ทำเป็น Unit 9,130 = 9.13 Unit /วัน 1,000 รวมหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ใน 1 เดือน 9.13 x 30 = 273.90 Unit

ค่าไฟฟ้าหน่วยละ 1. 75 บาท 273. 90 x 1. 75 = 479. 33 บาท คิดค่า Ft = 0 ค่าไฟฟ้าหน่วยละ 1.75 บาท 273.90 x 1.75 = 479.33 บาท คิดค่า Ft = 0.5/หน่วย 273.90 x 0.5 = 136.95 บาท จะได้ 479.33 + 136.95 = 616.28 บาท คิดภาษี 10% 616.28 x 10 = 61.63 บาท 100 ค่าไฟที่ต้องจ่าย 616.28 + 61.63 = 677.91 บาท

เวลาในการใช้งาน(t) = 13 ชั่วโมง ตัวอย่างที่ 5 บ้านนาย ก. ใช้กำลังไฟฟ้า 450 วัตต์ ในเวลา 13 ชั่วโมง จงคำนวณหา พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ และคิดค่าพลังงานไฟฟ้า ถ้า พลังงานไฟฟา 1 ยูนิต คิดเป็นเงิน 5 บาท วิธีทำ กำลังไฟฟ้า (P) = 450 วัตต์ คิดเป็นกิโลวัตตต์ = 0.45 กิโลวัตต์ เวลาในการใช้งาน(t) = 13 ชั่วโมง สูตร P t W = x แทนค่า x 13 ชั่วโมง W = 0.45 กิโลวัตต์ = 5.85 ยูนิต คิดเป็นเงิน = 5.85 ยูนิต x 5 บาท = 29.25 บาท

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในชีวิตประจำวัน พลังงานไฟฟ้าที่เราซื้อในชีวิตประจำวันจะมีหน่วยเป็น kWh หรือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง. ถ้าเราใช้ตู้ไมโครเวฟขนาด 1000 W เป็นเวลา 1 ชั่วโมง นั่นคือเราใช้พลังงานไฟฟ้าเท่ากับ 1 kWh พลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมในแบตเตอรี่ มีหน่วยเป็น Ah หรือ แอมแปร์-ชั่วโมง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่มีค่าค่อนข้างคงตัว.

W = P x t W = พลังงานไฟฟ้า (ยูนิต) P = กำลังไฟฟ้า (วัตต์) ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้ากับกำลังไฟฟ้า คือ: W = P x t โดย W = พลังงานไฟฟ้า (ยูนิต) P = กำลังไฟฟ้า (วัตต์) t = เวลา (ชั่วโมง)

ความสัมพันธ์ของค่าต่างๆทางไฟฟ้า P I V 2 R I V R P R V I 2 P V I R P

อันตรายที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ถ้าเราสัมผัสกับตัวนำไฟฟ้าที่มีประจุไฟฟ้า จะเกิดอันตรายเนื่องจาก : ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างตัวนำไฟฟ้ากับกราวด์ (ground) เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายเรา ! ความรุนแรงจะขึ้นอยู่กับ ปริมาณกระแสไฟฟ้า ที่ไหลผ่านร่างกายของเรา R V I = แรงดันไฟฟ้า 120 V ความต้านทานไฟฟ้าของร่างกาย R = 0.5 x 106 W (สำหรับมือแห้ง) I = 0.24 mA R = 0.5 x 104 W (สำหรับมือเปียก) I = 24 mA

อันตรายจากกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ผลกระทบ อันตราย ? 1 mA ทำให้สะดุ้ง ไม่ตาย 5 mA รู้สึกเจ็บ ไม่ตาย 10 mA กล้ามเนื้อหยุดทำงาน ไม่ตาย 20 mA หยุดหายใจ เป็นนาทีตาย 100 mA หัวใจหยุดทำงาน เป็นวินาทีตาย 1000 mA ไหม้เกรียม ตายทันที อย่าใช้ไดย์เป่าผมในอ่างน้ำ

12.2 วงจรไฟฟ้ากระแสตรง 0 ดำ (Black) ค่าความคลาดเคลื่อน 12.2 วงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC Circuit) รหัสสีของค่าความต้านทานไฟฟ้า 0 ดำ (Black) 1 น้ำตาล (Brown) 2 แดง (Red) 3 ส้ม (Orange) 4 เหลือง (Yellow) 5 เขียว (Green) 6 น้ำเงิน (Blue) 7 ม่วง (Violet) 8 เทา (Gray) 9 ขาว (White) ค่าความคลาดเคลื่อน 5% ทอง (Gold) 10% เงิน (Silver)

ตัวอย่างการต่อวงจรไฟฟ้า การต่อแบบอนุกรม การต่อขนาน การต่อแบบผสม

มัลติมิเตอร์ ประกอบด้วย มัลติมิเตอร์ ประกอบด้วย ค่าที่ทำการวัด อุปกรณ์ ลัญลักษณ์ของ เครื่องมือ (Measurement) (Device) (Circuit Symbol) Voltage Voltmeter Current Ammeter Resistance Ohmeter V A W 3

แรงดันไฟฟ้า (Voltage) แรงดันไฟฟ้า คือศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอน. แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า แบตเตอรี่ (DC) ปลักซ์ไฟ (AC) เทอมของ กราวด์ (ground) จะอ้างอิงที่ แรงดันไฟฟ้าศูนย์หรือ ค่าศักย์ไฟฟ้าของโลก

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า) เกิดจากความ ต่างศักย์ไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ซึ่งเกิดจากแบตเตอรี่ อุปกรณ์ไฟฟ้าและสายไฟจะต้านทานการไหลของประจุไฟฟ้า. กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) จะแสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่าง ศักย์ไฟฟ้า (potential), กระแสไฟฟ้า (current) และความต้านทานไฟฟ้า(resistance) คือ V = IR

การต่อวงจรไฟฟ้าของตัวต้านทานไฟฟ้า การต่ออนุกรม (series) : กระแสไฟฟ้ามีค่าเท่ากัน; แรงดันไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ Iri R = R1 + R2 การต่อขนาน (parallel) : แรงดันไฟฟ้ามีค่าเท่ากัน ; กระแสไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ V/Ri 1/R = 1/R1 + 1/R2 การแก้โจทย์วงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟ้านี้มีความซับซ้อนขึ้น?

การต่ออนุกรมและขนานตัวต้านทานไฟฟ้า ตัวต้านทานไฟฟ้าสองตัวหรือมากกว่าต่อปลายด้านเดี่ยวเข้าด้วยกัน แสดงดังรูป เรียกว่าต่อแบบอนุกรม (series) การต่อแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวจะมีค่าเท่ากัน ถ้ามีตัวต้านทานไฟฟ้าตัวหนึ่งเกิดความเสียหาย จะทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรไฟฟ้านี้

การประยุกต์ใช้กฏของโอห์มกับวงจรไฟฟ้าต่อแบบอนุกรม

ตัวต้านทานไฟฟ้าสองตัวหรือมากกว่าต่อทั้งสองด้านเข้าด้วยกัน จะเกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าไปยังแต่ละสาขาของวงจรไฟฟ้า แสดงดังรูป เรียกว่า การต่อแบบขนาน (parallel). การต่อวงจรไฟฟ้าแบบขนานจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลแยกไปยังตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว และกระแสไฟฟ้าที่แต่ละสาขาของวงจรไฟฟ้าอาจมีค่าแตกต่างกัน ถ้ามีตัวต้านทานไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่งเกิดความเสียหาย กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าที่เหลือ

การประยุกต์ใช้กฏของโอห์มกับวงจรไฟฟ้าต่อแบบขนาน

Example: จากรูปให้หาค่าต่างๆ ดังนี้ : ค่าความต้านทานไฟฟ้า สมมูลของวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตำแหน่ง ต่างๆ ของวงจรไฟฟ้า ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตำแหน่งต่างๆ ของวงจรไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าของแบตเตอรี่ กำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว

Example: จากรูปให้หาค่าต่างๆ ดังนี้ : ค่าความต้านทานไฟฟ้า สมมูลของวงจรไฟฟ้า ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่คร่อม ตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว กระแสไฟฟ้าที่ตำแหน่งต่างๆ ในวงจรไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าของแบตเตอรี่ กำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว

การแก้โจทย์: วงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อน หาค่าความต้านทานไฟฟ้า สมมูลของวงจรไฟฟ้า คำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้า จากค่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม วงจรไฟฟ้าที่กำหนดให้ (DV=Vc-Va)

ความต้านทานไฟฟ้าภายในเซลInternal Resistance แหล่งกำเนิดไฟฟ้าทุกชนิดจะมีความต้านทานไฟฟ้าภายใน เซลล์ : มีค่าน้อยมากแต่ไม่ควรตัดทิ้ง เนื่องจาก ทำให้แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุท ของแบตเตอรี่มีค่าลดลง แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่ : V = E - Ir จำกัดกระแสไฟฟ้าที่แบตเตอรี่จ่ายได้ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโหลดมีค่า ตามสมการ I = E / (RLoad + r)

การต่ออนุกรมแหล่งกำเนิดไฟฟ้า การต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง การต่ออนุกรม เพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า E = E1 + E2 ความต้านทานไฟฟ้าภายในเซลล์สูงขึ้น r = r1 + r2 แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าแบตเตอรี่ V = E1 - Ir1 + E2 - Ir2

กระไฟฟ้าจะไหลตามทิศของ emf ที่สูงกว่า

การต่อขนานแหล่งกำเนิดไฟฟ้า การต่อขนานแบตเตอรี่จะ ทำให้ความต้านทานไฟฟ้า ภายในรวมมีค่าลดลง สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้า ได้สูงขึ้น

ตัวอย่าง เมื่อเอาลวดตัวต้านทาน 6 โอห์ม และ 3 โอห์ม มาต่อเข้ากับเซลล์ไฟฟ้าขนาด 15 โวลต์ความต้านทานภายใน 1โอห์ม จะเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วเซลล์เท่าใด ถ้าต่อแบบอนุกรม ถ้าต่อแบบขนาน

ตัวอย่าง เมื่อเซลล์ไฟฟ้าเซลล์หนึ่งต่อกับตัวต้านทาน 6 โอห์ม มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 0.5 แอมแปร์ แต่เมื่อเซลล์ไฟฟ้านี้ต่อกับตัวต้านทาน 14 โอห์ม จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 0.25 แอมแปร์ จงหา 1. แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้า 2. ความต้านทานภายในเซลล์ไฟฟ้า 84

ตัวอย่าง เซลล์ไฟฟ้าขนาด 1.5 โวลต์, 0.5 โอห์ม จำนวน 4 เซลล์ต่ออนุกรมกัน และต่อเป็นวงจรกับตัวต้านทาน4 โอห์ม จะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรเท่าใด 85 85

ตัวอย่าง กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทาน 4.5 โอห์มมีค่าเท่าใด (1.45 A) 4.5  2V, 1  2V, 2  4V, 1  2V, 1  4V, 1 

ตัวอย่าง จงหากระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่ไหลในวงจร ตัวอย่าง จงหากระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่ไหลในวงจร 3  5V, 1  2  5V, 2  7V, 2  2 

เพิ่มเติม การต่อตัวต้านทานที่ต่อแบบวิทสโตนบริดจ์

จากรูป เป็นวงจรที่ใช้วัดความต้านทาน ประกอบด้วย ตัวต้านทาน 5 ตัว ต่อกันในลักษณะดังรูป ขณะที่ไม่มี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R5 เรียกว่า บริดจ์สมดุล

จึงมีความต้านทานรวมระหว่าง A กับ B เป็นแบบการต่อขนานธรรมดา R1 R2 R3 R4

ตัวอย่าง จงหาความต้านทานรวมระหว่าง A กับ B 10  100  20  50  100 

การหาความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุด ที่มีเซลล์ไฟฟ้าแทรกอยู่ในวงจรไฟฟ้าวงเดียว E1, r1 R E2, r2 A B I

การกำหนดเครื่องหมาย I และ E R E2 A B I การกำหนดเครื่องหมาย I และ E 1. ทิศทางกระแสจริง I เป็นบวก สวนทางกับกระแสจริง I เป็นลบ 2. ทิศทางผ่านเซลล์ไฟฟ้า - เข้าทางลบ ออกทางบวก E เป็นบวก (+) - เข้าทาง บวก ออกทางลบE เป็นลบ (-) 3. R เป็นบวกเสมอ

ขั้นตอนการแก้ปัญหาเพื่อหา จากวงจรไฟฟ้าวงเดียว หาขนาดและทิศทางของกระแสไฟฟ้าในวงจรจาก ใช้สูตร

จงหาความต่างศักย์ระหว่าง ab, ac และ ad (-5 V, -7 V, -2 V) A B ตัวอย่าง จงหาความต่างศักย์ระหว่าง ab, ac และ ad (-5 V, -7 V, -2 V) A B 6 V 1 2  4 V 1 4  8 V 2 C D

ตัวอย่าง จงหาศักย์ที่จุด a, b และ c (2.5,11,9)

เราจะคำนวณวงจรไฟฟ้านี้ได้อย่างไร ? 12.3 กฏของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchoff’s Law) เราจะคำนวณวงจรไฟฟ้านี้ได้อย่างไร ?

กฎของเคอร์ชอฟฟ์ กฎจุดต่อของเคอร์ชอฟฟ์ 1.กฎของจุด (Point Rule): ผลรวมของค่ากระแสไฟฟ้า ที่ไหลเข้าสู่จุดต่อจะมีค่าเท่ากับ ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลออก จากจุดต่อนั้น I2 I1 I3 I1=I2+I3

2.กฎของวง (Loop Rule) ผลรวมของแรงดันไฟฟ้ารอบลูปจะมีค่าเป็น ศูนย์.

 การพิจารณาวงจร 1. ให้เขียนกระแสไฟฟ้าทั้งหมด (ให้เลือกทิศของกระแสไฟฟ้า) 2. ให้เขียนเครื่องหมาย +/- ของอุปกรณ์ทุกชิ้น (กระแสไหลเข้าเป็น + ออกเป็น - ) 3. กำหนดทิศทางของกระแสไฟฟ้ารอบลูป (เลือกตามใจชอบ !)

ตัวอย่าง e1 - e2 = IR1+ IR2 e1= 50V e2 = 10V R1 = 5 W I + - e1= 50V R2 = 15 W e2 = 10V A B ผลรวมของแรงดันไฟฟ้ารอบลูปจะมีค่าเป็นศูนย์. e1 - e2 = IR1+ IR2 50 - 10 = 5 I+15 I I = 2 แอมแปร์

ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด A กับ B ? ต่อ R1 = 5 W I + - e1= 50V R2 = 15 W e2 = 10V A B ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด A กับ B ? VAB+ E1= IR1 VAB+50 = (2x5) VAB = -40 V VAB+E2 = IR2 VAB+ 10 = (-2)(15) VAB = -40 V

ขั้นตอนการคำนวณวงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อน ให้ทำการสมมติทิศของกระแสไฟฟ้า และใช้กฏของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff’s rules). ถ้าการสมมติผิดจะทราบค่าได้จากคำตอบ. ถ้าสามารถคำนวณค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูลของตัวต้านทานไฟฟ้าที่ต่ออนุกรมและขนานได้ ให้ทำการคำนวณ ค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูลให้เรียบร้อยก่อน ถ้าวงจรไฟฟ้ามีหลายลูป ให้ใช้กฏจุดต่อ (point rule) และกฏของลูป (loop rule) เพื่อกำหนดสมการ ควรกำหนดจำนวนสมการให้มากที่สุด อย่างน้อยต้องมีจำนวนสมการเท่ากับจำนวนตัวแปรในวงจรไฟฟ้า. อย่าวิตกกังวลเกี่ยวกับการเลือกทิศของกระแสไฟฟ้า, การกำหนดลูปของการคำนวณด้วย Kirchhoff’s laws และการกำหนดจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายของการคำนวณ.

จงหากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ตัวต้านทาน 2 โอห์ม ตัวอย่าง จงหากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ตัวต้านทาน 2 โอห์ม 5V 2 1  2  2V 1 104

แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ โอห์มมิเตอร์ แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ โอห์มมิเตอร์ สามารถสร้างได้จากการดัดแปลงกัลป์วานอมิเตอร์ ชนิดขดลวดเคลื่อนที่

หลักการสร้างแอมมิเตอร์ เมื่อต้องการวัดกระแสไฟฟ้า ทำได้โดยนำกัลป์วานอมิเตอร์ไปต่ออนุกรมกับวงจร โดยปกติแล้ว กัลป์วานอมิเตอร์ที่ดัดแปลงไปเป็นแอมมิเตอร์ จะมีตัวต้านทานที่ถูกนำมาต่อแบบขนานกับกัลป์วานอมิเตอร์ เรียกว่า ชันต์ เพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าไม่ให้ไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์มากเกินไป

หลักการสร้างโวลต์มิเตอร์

หลักการสร้างโอห์มมิเตอร์ กรณียังไม่ได้ต่อตัวต้านทาน กรณีต่อตัวต้านทาน

กำลังไฟฟ้า, พลังงานไฟฟ้า และประสิทธิภาพ กำลังไฟฟ้า (Power) คือ อัตราของการเปลี่ยนรูปพลังงานไฟฟ้า. ตัวต้านทานไฟฟ้า ทำการเปลี่ยนรูป พลังงานไฟฟ้า ไปเป็น พลังงาน ความร้อน. สมการของกำลังไฟฟ้า : P = IE กำลังไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่ P = IV กำลังไฟฟ้าที่เกิดกับตัวต้านทานไฟฟ้า แล้วเราจะใช้สมการเหล่านี้เมื่อไร ?

พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า Combining P = IV with Ohm’s law!

W = Pt W = พลังงานไฟฟ้า หน่วย จูล P = กำลังไฟฟ้า หน่วย วัตต์ ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้ากับกำลังไฟฟ้า คือ: W = Pt W = พลังงานไฟฟ้า หน่วย จูล P = กำลังไฟฟ้า หน่วย วัตต์ t = เวลา หน่วย วินาที

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในชีวิตประจำวัน พลังงานไฟฟ้าที่เราซื้อในชีวิตประจำวันจะมีหน่วยเป็น kWh หรือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง. ถ้าเราใช้ตู้ไมโครเวฟขนาด 1000 W เป็นเวลา 1 ชั่วโมง นั่นคือเราใช้พลังงานไฟฟ้าเท่ากับ 1 kWh พลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมในแบตเตอรี่ มีหน่วยเป็น Ah หรือ แอมแปร์-ชั่วโมง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่มีค่าค่อนข้างคงตัว.

12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Circuit)

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current ) แบตเตอรี่ เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) ค่าสม่ำเสมอ และมีค่าคงตัว ส่วนแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (ac source) เป็น แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า(emf) หรือแรงดันไฟฟ้า (Voltage) เปลี่ยนแปลงตามเวลา (ในรูปฟังก์ชันซายน์ของ wt ): V = Vmaxsin wt w =2pf = ความถี่เชิงมุม T = คาบเวลา = 1/f = 2p/w Vmax ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ของประเทศไทยมีความถี่ f เท่ากับ 50 Hz = 50 คลื่น/sec.

วงจรไฟฟ้าที่มี R อย่างเดียว แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าจะมีค่า เปลี่ยนแปลงเหมือนกับกระแสไฟฟ้า I = V/R = Imax sin wt การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า มีเครื่อง หมายเหมือนกับการเปลี่ยนแปลงของกระแส ไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ามีเฟสตรงกัน (in phase). และแอมปลิจูดอยู่ที่เวลาเดียวกัน.

ค่า rms เนื่องจากในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับค่าเฉลี่ยแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะมีค่าเป็น ศูนย์. ดังนั้นการแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะแสดงในรูปของค่า root mean square หรือ ค่า rms .นั่นเอง ค่า rms ของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ สามารถนำมา เปรียบเทียบกับปริมาณสมมูล (equivalent quantities) ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง. Vrms = IrmsR Pav = Irms2R = Vrms2/R

RMS ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า Vrms = Square root of the mean (average) of V-squared. ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มี R อย่างเดียว ซึ่งมีค่าคงตัว (ไม่ขึ้นอยู่กับกราฟระหว่าง V กับ t)

ไฟฟ้าในบ้านพักอาศัย Imax = ( 2 ) 15 A =21.2 Amp ประเทศไทย: 220 V, 50 Hz AC Vrms = 220 V, Vmax = ( 2) 220 V = 311 V Circuit Breakers ตัวที่ Irms = 15 A Imax = ( 2 ) 15 A =21.2 Amp กำลังไฟฟ้าสูงสุดจะมีค่าเป็น: P = Irms Vrms < (15A) (220 V) = 3300 W

คำถาม ตัวต้านทานไฟฟ้าขนาด 33 kW ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มี ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 101 V. ให้หา (ก) กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย และ (ข) กำลังไฟฟ้าสูงสุดของวงจรไฟฟ้านี้.

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitor) อย่างเดียว ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าเรียกว่า capacitive reactance คำนวณจากสมการ XC = 1/(wC) SI unit ของค่ารีแอกแตนซ์คือ Ohm (W) = s/F Vrms = IrmsXC หรือ Vmax = ImaxXC แรงดันไฟฟ้าจะมีเฟสล้าหลัง (lag) กระแสไฟฟ้าเท่ากับ 90°. V=Q/C: ขณะที่ I>0 จะเกิดการประจุไฟฟ้าแก่ตัวเก็บประจุไฟฟ้า ส่วนขณะที่ I<0 ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเกิดการจ่ายไฟ ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(average power) ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะมีค่าเป็นศูนย์. ทุก ½ คาบเกิดการประจุไฟฟ้าและช่วง ½ คาบต่อไปตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะจ่ายไฟ

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีขดลวด (Inductor) อย่างเดียว ค่ารีแอกแตนซ์ของขดลวดเรียกว่า inductive reactance คำนวณค่าจากสมการ XL = wL SI unit ของค่ารีแอกแตนซ์คือOhm (W) = H/s Vrms = IrmsXL หรือ Vmax = ImaxXL แรงดันไฟฟ้ามีเฟสนำหน้า (Lead) กระแสไฟฟ้าเท่ากับ 90°. แรงดันไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจะมีค่าสูงสุดเมื่อกระแสไฟฟ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วที่สุด ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(average power) ของขดลวดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะมีค่าเป็นศูนย์.

เครื่องตัดวงจรไฟฟ้า ใช้ฟลักซ์แม่เหล็กในวงจรความปลอดภัยทางไฟฟ้า ขณะที่กระแสไฟฟ้าทางด้านอินพุทและเอาท์พุทมีค่าเท่ากันจะมีฟลักซ์แม่เหล็ก ทางด้านขดลวดทุติยภูมิเท่ากับศูนย์ ถ้าเกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านส่วนอื่นๆ ลงสู่กราวด์ (เช่น ผ่านร่างกายคน!!) ทำ ให้เกิดความไม่สมดูลของฟลักซ์แม่เหล็กเกิดขึ้นซึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิด EMF ใน ขดลวดรับรู้ (sensing coil) และทำการตัดวงจรของเบรกเกอร์ (Circuit Breaker). อุปกรณ์ประเภทนี้ใช้เพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดจากไฟฟ้าช็อค.

RC circuits: Filters & AC-coupling แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าจะมีเฟสตรงกับกระแสไฟฟ้า. แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะล้าหลังกระแสไฟฟ้าเท่ากับ ¼ คาบ. ผลรวมค่าความต้านทานไฟฟ้าและรีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุไฟฟ้ามีค่าเท่ากับค่า อิมพีแดนซ์ (impedance) คำนวณได้จากสมการ

RC Circuit: Equivalent Circuit Irms Vrms = Z

สำหรับ w >> 1/(RC), Vout 0 สำหรับ w << 1/(RC), Vout Vrms Irms Vrms ค่าแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุต (output voltage) ของวงจรไฟฟ้าจะเป็นฟังก์ชันของ ความถี่ w ของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า. RC Circuit: Filter สำหรับ w >> 1/(RC), Vout 0 สำหรับ w << 1/(RC), Vout Vrms

RC Circuit: AC Signal Coupling Vout Vrms Irms C RC Circuit: AC Signal Coupling เมื่อพิจารณาสัญญานไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้า (ที่นำมาต่อแทนตัวเก็บ ประจุไฟฟ้า) วงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะทำการตัดการไบแอสไฟฟ้ากระแสตรง ทางด้านอินพุทและส่งผ่านสัญญานความถี่สูงออกไปทางเอาท์พุท

Vout Vrms Irms C ที่ความถี่สูง, w >>1/(RC),ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเกิดการลัดวงจรไฟฟ้า, Vout = Vrms ที่ความถี่ต่ำ, w << 1/(RC), ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเกิดการเปิดวงจรไฟฟ้า, Vout 0 AC Coupling

การต่ออนุกรม RLC The RLC Series Circuit ค่าความต้านทานไฟฟ้าเสมือน (effective resistance) ของวงจรไฟฟ้าเรียกว่า ค่าอิมพีแดนซ์ (impedance Z): VR VC VL Imax = Vmax / Z Irms = Vrms / Z V=I Z SI unit ของอิมพีแดนซ์ คือ ohm

เรโซแนนซ์ (Resonance) ในวงจรไฟฟ้าอนุกรม RLC กระแสไฟฟ้ามีค่าสูงสุดเมื่อ XL = XC ที่ค่าความถี่เรโซแนนซ์ w คือ

ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟ้าอนุกรม RLC ความถี่เรโซแนนซ์ (resonant frequency) จะขึ้นอยู่กับ ค่า C และ L เท่านั้น คำนวณได้จากสมการ

เฟสเซอร์(Phasors) V=V0sin(wt) อาจเขียนอยู่ในรูปของเวกเตอร์ที่มีความยาว V0 หมุนอยู่ในระนาบ x-y ด้วยค่าความถี่เชิงมุมเท่ากับ w. สำหรับตัวต้านทานไฟฟ้า, I = V/R, I มีเฟสตรงกับ V. สำหรับตัวเก็บประจุไฟฟ้า IRMS = VRMS (wC), I นำหน้า V เท่ากับ ¼ คาบ หรือมุมเฟส = 90° สำหรับขดลวด IRMS = VRMS / (wL) I ล้าหลัง V เท่ากับ ¼ คาบ หรือมุมเฟส = 90°

Power Factor (PF) PF = Phasors (RLC Series) การแสดงค่า กระแสไฟฟ้า และ แรงดันไฟฟ้า ที่คร่อมขดลวด (VL), ตัวเก็บประตัวประจุไฟฟ้า (VC) และ ตัวต้านทานไฟฟ้า (VR) ด้วยเวกเตอร์ไดอะแกรมเรียกว่า เฟสเซอร์. กระแสไฟฟ้า I จะมีทิศขนานกับ VR .ตลอดเวลา ซึ่งในกรณีที่ทำการต่ออนุกรมมักจะให้กระแสไฟฟ้าอยู่ในแนวแกน x : VL VC VR I VR V VL- VC f R Z XL- XC f f คือมุมเฟสของวงจรไฟฟ้า Power Factor (PF) PF =

Phasors (RLC Parallel) แรงดันไฟฟ้า V จะมีทิศขนานกับ IR ตลอดเวลา ซึ่งในกรณีที่ทำการต่อขนาน มักจะให้แรงดันไฟฟ้าอยู่ในแนวแกน x : 1/R 1/Z 1/XC - 1/XL f IC IL IR V IR I IC- IL f มุมเฟส ? Power Factor (PF) ?

เฟสเซอร์ในรูปจำนวนเชิงซ้อน เฟสเซอร์ phasor เป็นเลขจำนวนเชิงซ้อนที่ใช้แสดงค่าแอมปลิจูด และเฟสของคลื่นรูปซายน์(sine wave). จำนวนเชิงซ้อน มีรูปแบบเป็น C = A + Bj เมื่อ เมื่อ C คือ จำนวนเชิงซ้อน A และ B คือ จำนวนจริง (real number) และ จำนวนจินตภาพ (Imaginary) ตามลำดับ

Impedance Diagrams RLC Series Resistor ZR = R 0 Capacitor ZC = XC -90 Inductor ZL = XL 90 XL R XC

กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กำลังไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้าจะคำนวณของ R อย่างเดียวเท่านั้น

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในชีวิตประจำวัน พลังงานไฟฟ้าที่เราซื้อในชีวิตประจำวันจะมีหน่วยเป็น kWh หรือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง. ถ้าเราใช้ตู้ไมโครเวฟขนาด 1000 W เป็นเวลา 1 ชั่วโมง นั่นคือเราใช้พลังงานไฟฟ้าเท่ากับ 1 kWh พลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมในแบตเตอรี่ มีหน่วยเป็น Ah หรือ แอมแปร์-ชั่วโมง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่มีค่าค่อนข้าง คงตัว.

12.5 อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้นและการประยุกต์ 12.5 อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้นและการประยุกต์

ไดโอด (Diodes) นำไฟฟ้าเพียงทางเดียว มีขั้วไฟฟ้าสองขั้ว แอโนด (anode) และ แคโถด (cathode) ทำจากซิลิกอน

สัญลักษณ์ของไดโอด p-type n-type

การเจือสาร (Doping) คือการเติมสารเจือ (impurities) สารชนิดเอ็น (n-type) ได้แก่ ซิลิกอนที่ถูกเจือด้วยฟอสฟอรัส (Phosphorous) พาหะไฟฟ้ามีประจุไฟฟ้าลบ อีเล็กตรอน สารชนิดพี (p-type) ได้แก่ ซิลิกอนที่ถูกเจือด้วยอะลูมินัม (Aluminum) พาหะไฟฟ้ามีประจุไฟฟ้าบวก โฮล (hole)

Flapper Valve Analogy

คุณสมบัติของไดโอด นำไฟฟ้าได้ดี ความต้านทานไฟฟ้ามีค่าสูงมาก การไบแอสไปข้างหน้า (Forward-Bias Condition) นำไฟฟ้าได้ดี การไบแอสย้อนกลับ (Reverse-Bias Condition) ความต้านทานไฟฟ้ามีค่าสูงมาก กราฟ I กับ v ของไดโอด ไดโอดอุดมคติและไดโอดจริง จุดโค้ง (Knee) และ แรงดันไฟฟ้าของความเสียหาย (Breakdown Voltage) แบ่งออกเป็น 3 บริเวณ

วงจรไฟฟ้าของไดโอด ตัวทำกระแสตรง (rectifier) : อุปกรณ์เปลี่ยนรูป ไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ตัวทำกระแสตรงแบบครึ่งคลื่น (Half-Wave Rectifier) ตัวทำกระแสตรงแบบเต็มคลื่น (Full-Wave Rectifier) ตัวทำกระแสตรงแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

วิธีการเปลี่ยนไฟฟ้า AC เป็น DC ? AC Input Diode Rectifier Smoothing Capacitor DC Output Voltage Regulator Voltage Regulators remove the ripple.

ไดโอดในอุดมคติ ? ไดโอดอุดมคติสามารถนำไฟฟ้าได้สมบูรณ์ มี แรงดันไฟฟ้าลดที่ตกคร่อมไดโอดเท่ากับศูนย์ เมื่อทำการ ไบแอสไปข้างหน้า (forward bias)… แต่ในความเป็นจริง มีค่าแรงดันไฟฟ้าลดประมาณ 0.7 โวลท์ …เมื่อทำการไบแอสย้อนกลับ (Reverse Bias) จะป้องกัน ไฟฟ้าไหลย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ )… แต่ในความเป็น จริงจะทนแรงดันไฟฟ้าได้ช่วงหนึ่งเท่านั้น.

อุปกรณ์ดิจิตอล (Digital Devices) เกท (Gates) คือวงจรไฟฟ้ารวม (Integrated Circuit, IC) ที่มีอินพุทอยู่หนึ่งจุดหรือมากกว่า และให้เอาท์พุทที่เป็น ฟังก์ชันต่างๆ ของค่าทางอินพุท ได้แก่ AND, OR, NOT…

ลอจิกทางดิจิตอล (Digital Logic) ระบบเลขฐานสอง (Binary System) คือ 0 & 1 , LOW & HIGH. ตารางพื้นฐานของเกท AND, OR, NOT, NAND , NOR

วงจรไฟฟ้ารวม Integrated Circuits (IC) เป็นอุปกรณ์ที่รวมเกทจำนวนหนึ่งตัวหรือมากกว่าบรรจุลง ในชิพ (chip) เพียงแผ่นเดียว. แบบแผ่นกลม (Wafer), คล้ายลูกเต๋า (die) Copyright © 2001 Fine Arts Photographics

DIP pinout