นักเรียน นักศึกษา ที่เรียนเนื้อหาเกี่ยวกับการสร้างวงจรไฟฟ้า จะต้องรู้จักกับ “กฎของโอห์ม” ซึ่งเป็นวิธีการคำนวณการสร้างแผงวงจรไฟฟ้าเบื้องต้น เป็นพื้นฐานความรู้ของการประดิษฐ์เครื่องใช้ไฟฟ้า วันนี้ไทยรัฐออนไลน์จะพามารู้จักกับกฎของโอห์ม เพื่อให้น้องๆ ได้นำไปติวสอบกัน
กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) คืออะไร มีไว้เพื่ออะไร
Ohm’s Law เป็นกฎเกี่ยวกับการสร้างกระแสไฟฟ้า ยกย่องตามนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Georg Simon Ohm ได้ อธิบายการสร้างกระแสไฟฟ้าด้วยตัวแปร 3 ตัว คือ แรงดันไฟฟ้า ความต่างศักย์ และความต้านทาน
...
กฎของโอห์ม คือ สมการที่ว่าด้วย “ในวงจรไฟฟ้าใดๆ กระแสไฟฟ้าแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้า และแปรผกผันกับค่าความต้านทานของวงจร”
ในทางฟิสิกส์กฎของโอห์มมีไว้เพื่ออะไร
กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) มีไว้เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่งใช้อธิบายด้วยตัวแปร 3 ตัว หลักการจำคือ วี เท่ากับ ไอ อาร์ (V = IR)
V = IR
V = Voltage (V)
I = Current (A)
R = Resistance (Ω)
V คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า V = Voltage (V)
V คือความต่างศักย์ไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลต์ สัญลักษณ์หน่วยทางวิทยาศาสตร์คือตัว V
I คือ กระแสไฟฟ้า I = Current (A)
I คือกระแสไฟฟ้าในวงจร มีหน่วยเป็น แอมแปร์ สัญลักษณ์หน่วยทางวิทยาศาสตร์คือตัว A
R คือ ความต้านทาน R = Resistance (Ω)
R คือความต้านทานในวงจร มีหน่วยเป็น โอห์ม สัญลักษณ์หน่วยทางวิทยาศาสตร์คือตัว Ω
โจทย์เรื่อง “กฎของโอห์ม” ที่ใช้บ่อยๆ มักใช้หากระแสไฟฟ้าในวงจรอนุกรม และวงจรแบบขนาด ดังนี้
วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม
วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม (Series Circuit) คือ วงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานมากกว่า 1 ตัว ต่อเรียงแบบอนุกรมกับแหล่งจ่ายไฟ
คุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม คือ
1. ค่าความต้านทานรวมทั้งหมด (Rt) ของวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม มีค่าเท่ากับผลรวมของความต้านทานทุกตัว
Rt = R1 + R2 + R3 + Rn
2. กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานทุกตัวมีค่าเท่ากัน
It = I1 = I2 = I3 = In
3. ผลรวมของแรงดันตกคร่อมความต้านทานแต่ละตัวจะเท่ากับแรงดันที่จ่ายให้กับวงจร
Vt = V1 + V2 + V3 + Vn
4. แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรจะแตกต่างกันไป ความต้านทานตัวใดมีค่ามากจะมีแรงดันตกคร่อมมาก
วงจรไฟฟ้าแบบขนาน
วงจรไฟฟ้าแบบขนาน (Parallel Circuit) คือการต่อกระแสไฟฟ้าที่มีการแยกไหลออกได้หลายทาง และช่วงสุดท้ายไหลมารวมกัน
คุณสมบัติของการต่อวงจรไฟฟ้าแบบขนาด
...
1. กระแสไฟฟ้าที่ไหลออกผ่านหลอดไฟฟ้าแต่ละหลอดไม่เท่ากัน แต่ถ้าหลอดมีความต้านทานไม่เท่ากัน แต่กระแสไฟฟ้ารวมขะเท่ากับผลบวกของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านแต่ละหลอด
Iรวม = I1 +I2 +I3 +..
2. ความต้านทานรวมจะน้อยลงและน้อยกว่าความต้านทานที่น้ยอที่สุดในวงจร ความต้านทานรวมจะมีค่าเท่ากับ
1/Rรวม = 1/r1+1/R2+1/R3+..
3. ความต่างศักย์รวมจะมีค่าเท่ากับความต่างศักย์ของหลอดไฟฟ้าแต่ละหลอด
Vรวม = V1+V2+V3+..
แนวข้อสอบที่เกี่ยวข้องกับการใช้กฎของโอห์ม มักถามเกี่ยวกับอะไร
นักศึกษาที่เรียนเกี่ยวกับกฎของโอห์ม ต้องรู้แนวข้อสอบต่อไปนี้
1. เขียนเกี่ยวกับคำนิยามกฎของโอห์มได้
2. เขียนสมการกฎของโอห์มได้
3. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่าง กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และความต้านทานได้
4. คำนวณค่ากระแสไฟฟ้าได้
5. คำนวณค่าแรงดันไฟฟ้าได้
6. คำนวณค่าความต้านทานไฟฟ้าได้
7. อธิบายความหมายของวงจรอนุกรมได้
8. อธิบายความหมายของวงจรขนานได้
9. คำนวณค่าการแบ่งกระแสไฟฟ้าได้
10. อธิบายคุณสมบัติของวงจรแบ่งแรงดันและแบ่งกระแสไฟฟ้าได้
กฎของโอห์มถือว่าเป็นพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ที่อธิบายการสร้างกระแสไฟฟ้า เป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบเครื่องใช้ไฟฟ้าตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบัน คำว่า โอห์ม จึงได้รับการคัดเลือกให้เป็นหน่วยของความต้านทานไฟฟ้าในระบบเอสไอ ใช้สัญลักษณ์ W ตามชื่อของ Georg Simon Ohm