12.2 วงจรไฟฟ้ากระแสตรง ค่าความคลาดเคลื่อน 0 ดำ (Black)

งานนำเสนอเรื่อง: "12.2 วงจรไฟฟ้ากระแสตรง ค่าความคลาดเคลื่อน 0 ดำ (Black)"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 12.2 วงจรไฟฟ้ากระแสตรง ค่าความคลาดเคลื่อน 0 ดำ (Black)
12.2 วงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC Circuit) รหัสสีของค่าความต้านทานไฟฟ้า ค่าความคลาดเคลื่อน 5% ทอง (Gold) 10% เงิน (Silver) 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)

2 ตัวอย่างการต่อวงจรไฟฟ้า
การต่อขนาน การต่อแบบอนุกรม การต่อแบบผสม การต่อขนาน

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

4 แรงดันไฟฟ้า (Voltage)
แรงดันไฟฟ้า คือศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน. แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า แบตเตอรี่ (DC) ปลักซ์ไฟ (AC) เทอมของ กราวด์ (ground) จะอ้างอิงที่แรงดันไฟฟ้าศูนย์หรือ ค่าศักย์ไฟฟ้าของโลก

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

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

7 การต่ออนุกรมและขนานตัวต้านทานไฟฟ้า
ตัวต้านทานไฟฟ้าสองตัวหรือมากกว่าต่อปลายด้านเดี่ยวเข้าด้วยกัน แสดงดังรูป เรียกว่าต่อแบบอนุกรม (series) การต่อแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวจะมีค่าเท่ากัน ถ้ามีตัวต้านทานไฟฟ้าตัวหนึ่งเกิดความเสียหาย จะทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรไฟฟ้านี้

8 สำหรับการต่อแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวจะขึ้นอยู่กับความต้านทานไฟฟ้า คำนวณค่าได้จากสมการ V=IR เพื่อคำนวณหาแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว ถ้ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ 1 A แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวมีค่าเท่าใด ?

9 การประยุกต์ใช้กฏของโอห์มกับวงจรไฟฟ้าต่อแบบอนุกรม

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

11 กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวอาจมีค่าแตกต่างกัน และความต่างศักย์ไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าทุกตัวมีค่าเท่ากัน เราใช้สมการ I=V/R สำหรับคำนวณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว. ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่คร่อมวงจรไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ 24 โวลท์ ให้คำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวมีค่าเท่าใด ?

12 การประยุกต์ใช้กฏของโอห์มกับวงจรไฟฟ้าต่อแบบขนาน

13 สิ่งสำคัญของการคำนวณวงจรไฟฟ้านี้คือการหาค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูล (equivalent resistance) ของ วงจรไฟฟ้าที่ต่อตัวต้านทานไฟฟ้าแบบอนุกรมหรือแบบขนาน ซึ่งสามารถแทนด้วยตัวต้านทานไฟฟ้าเพียงตัวเดียว ได้แก่ ค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูล (equivalent resistance) คำนวณค่าได้จากสมการ

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

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

16 Example: จากรูปให้หาค่าต่างๆ ดังนี้ :
ค่าความต้านทานไฟฟ้า สมมูลของวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ในตำแหน่งต่างๆ ของวงจรไฟฟ้า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตำแหน่งต่างๆ ของวงจรไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าของแบตเตอรี่ กำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัว

17 การต่อวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม Series DC Networks
อุปกรณ์สองตัวต่ออนุกรมกัน คือจะนำด้านเดียวของอุปกรณ์ต่อเข้าด้วยกันและส่วนที่เหลือต่อเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ค่าความต้านทานไฟฟ้ารวม กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรไฟฟ้า คำนวณได้จากสมการ 17

18 หลักการหารค่าแรงดันไฟฟ้า
(Voltage-divider rule) “แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าแต่ละตัวจะเป็นเศษส่วนแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่.”

19 การต่อวงจรไฟฟ้าแบบขนาน Parallel DC Networks
อุปกรณ์สองชิ้นต่อขนานกัน เมื่อทั้งสองด้านของอุปกรณ์ถูกต่อเชื่อมเข้าด้วยกัน. ค่าความต้านทานไฟฟ้ารวม คำนวณได้จากสมการ กระแสไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้า มีค่าตามสมการ 19

20 หลักการตัวหารกระแสไฟฟ้า
(Current-divider rule ) “กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานไฟฟ้าที่ต่อขนานกันจะเป็นเศษส่วนของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า.”

21 วงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อน การแก้โจทย์:
หาค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูลของวงจรไฟฟ้า คำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าจากค่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมวงจรไฟฟ้าที่กำหนดให้ (DV=Vc-Va)

22 อุปกรณ์ที่ใช้ต่อวงจรไฟฟ้า
สาขาของวงจรไฟฟ้า (Branch) ตัวต้านทานไฟฟ้า, ตัวเก็บประจุไฟฟ้า … มีปลายสองด้าน จุดต่อ (Junction หรือ Node) จุดที่ต่อวงจรไฟฟ้าสาขาเข้าด้วยกัน R1=10 W E1 = 10 V IB I1 E2 = 5 V R2=10 W I2 + - ลูป (Loop)

23 ตัวต้านทานไฟฟ้า R1 และ R2 ต่อวงจรไฟฟ้ากันแบบใด 1) ต่อขนาน 2) ต่ออนุกรม
Question? ตัวต้านทานไฟฟ้า R1 และ R2 ต่อวงจรไฟฟ้ากันแบบใด 1) ต่อขนาน 2) ต่ออนุกรม 3) ไม่ทั้งสองอย่าง R1 = 10 W E1 = 10 V IB I1 E2 = 5 V R2 = 10 W I2 การคำนวณเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้าต้องทำการกำหนดลูปโดยให้อุปกรณ์ทั้งสองอยู่ลูปนั้น. ลูปด้านบนประกอบด้วย R1 และ R2 ต่ออยู่กับ E2. ลูปด้านนอกประกอบด้วย E1 และ R1 เท่ากัน โดยลูปทั้งสองต่อขนานกัน.

24 สาเหตุที่วงจรไฟฟ้าจริงมีความยุ่งยาก?
ค่าความต้านทานไฟฟ้าที่ตำแหน่งต่างๆ แหล่งกำเนิดไฟฟ้ามีความต้านทานไฟฟ้าภายใน มิเตอร์ที่ใช้วัดรบกวนปริมาณต่างๆ ของวงจรไฟฟ้า สายไฟมีความต้านทานไฟฟ้าไม่เป็นศูนย์ … ค่าความต้านทานที่เกิดขึ้นเหล่านี้ทำให้การคำนวณมีความซับซ้อนมากขึ้น

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

26 การต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
การต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง การต่ออนุกรม เพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า E = E1 + E2 ความต้านทานไฟฟ้าภายในเซลล์สูงขึ้น r = r1 + r2 แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าแบตเตอรี่ V = E1 - I r1 + E2 - I r2

27 เครื่องประจุไฟฟ้าแบตเตอรี่
กระไฟฟ้าจะไหลตามทิศของ emf ที่สูงกว่า เครื่องประจุไฟฟ้าต้องมี emf สูงกว่าเพื่อทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับในแบตเตอรี่

28 การต่อขนานแบตเตอรี่ การต่อขนานแบตเตอรี่จะทำให้ความต้านทานไฟฟ้าภายในรวมมีค่าลดลง สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้สูงขึ้น

29 ต่ออนุกรมกับตัวต้านทานไฟฟ้า
การต่อแอมมิเตอร์ (วัดกระแสไฟฟ้า) และ โวลท์มิเตอร์ (วัดความต่างศักย์ไฟฟ้า). ต่อขนานกับ ตัวต้านทานไฟฟ้า ต่ออนุกรมกับตัวต้านทานไฟฟ้า

30 มิเตอร์ (Meters) แอมมิเตอร์ (ammeter) ต่ออนุกรมเพื่อวัดกระแสไฟฟ้า
ในอุดมคติแอมมิเตอร์ควรมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ โวลท์มิเตอร์ (voltmeter) ต่อขนานกับอุปกรณ์เพื่อใช้วัดแรงดันไฟฟ้าที่คร่อมอุปกรณ์ตัวนั้นๆ ในอุดมคติโวลท์มิเตอร์ควรมีความต้านทานไฟฟ้าสูงมากหรือเท่ากับอนันต์ ค่าความต้านทานไฟฟ้าสามารถหาได้จากการวัดค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

31 กำลังไฟฟ้า, พลังงานไฟฟ้า และประสิทธิภาพ
กำลังไฟฟ้า (Power) คือ อัตราของการเปลี่ยนรูปพลังงานไฟฟ้า. ตัวต้านทานไฟฟ้า ทำการเปลี่ยนรูป พลังงานไฟฟ้า ไปเป็น พลังงานความร้อน. สมการของกำลังไฟฟ้า : P = I E กำลังไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่ P = I V กำลังไฟฟ้าที่เกิดกับตัวต้านทานไฟฟ้า แล้วเราจะใช้สมการเหล่านี้เมื่อไร ?

32 กำลังไฟฟ้า (Electric Power)
พลังงานไฟฟ้า เป็นพลังงานที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถเปลี่ยนไปเป็นรูปพลังงานอื่นๆ ได้แก่ พลังงานความร้อน (thermal energy) ได้แก่ heaters พลังงานกล (mechanical energy) ได้แก่ มอเตอร์ (motors) แสงสว่าง (light) ได้แก่ หลอดไฟ อัตรา การเปลี่ยนรูปพลังงานสามารถกำหนดในรูปของ กำลัง ไฟฟ้า (electric power) : หรือ P = V 2 / R หรือ P = I 2 R หน่วย : 1 Watt = 1 J/s P = I V P = I V

33 พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า
Combining P = IV with Ohm’s law!

34 W = Pt ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้ากับกำลังไฟฟ้า คือ:

35 ประสิทธิภาพ (Efficiency)
Po คือ กำลังเอาท์พุท Pi คือ กำลังอินพุท PL คือกำลังสูญเสีย 1 แรงม้า (HP) = 746 W

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