จอร์จ ไซมอน โอห์ม(George Simon Ohm) นักฟิสิกส์ ชาวเยอรมันได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของ ไฟฟ้าทั้ง 3 ตัว คือ ระหว่างกระแสไฟฟ้า ( I ) แรงดันไฟฟ้า (E) และตัวต้านทาน (R)และได้สรุปค่าความสัมพันธ์ ดังกล่าวไว้ว่า “กระแสไฟฟ้านั่นวงจรไฟฟ้านั้น จะแปรผัน ตรงกับ แรงดันของแหล่งจ่ายไฟฟ้าแต่จะแปรผกผันกับค่า ความต้านทานในวงจรไฟฟ้า” ดังสมการ Show I = E / R เมื่อ I = กระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็น แอมป์แปร์ (A) จากกฎของโอห์มอธิบายได้ว่า กระแสไฟฟ้าในวงจรจะมีค่าเพิ่มขึ้น ถ้าแรงดันท่ีแหล่งจ่าย มีค่าเพิ่มขึ้น และในทางกลับกันถ้าแหล่งจ่ายไฟฟ้ามีค่าคงที่ กระแสไฟฟ้าจะมีค่าลดลง เมื่อค่าความต้านทานในวงจรไฟฟ้ามีค่ามากขึ้น ความสัมพันธ์ตามกฎของโอห์มอาจเขียน ในรูปสามเหลี่ยม ดังรูปที่ 1.1 ในการหาค่าความสัมพันธ์จากรูปที่ 1.1 ถ้าต้องการทราบค่าแรงดันไฟฟ้า ทำได้โดยใช้ นิ้วมือปิดที่ตัวอักษร E จะได้คาตอบคือ E เท่ากับ i คูณ R ทำนองเดียวกัน จะหาค่า ความต้านทาน จะได้ R เท่ากับ I หาร E เป็นต้น ตัว V ที่พยายามดันตัว I ไปข้างหน้า นั่นคือตัว V มันแปรผันตรงกับตัว I (ถ้า I มีค่ามาก V ก็มีค่ามาก) เขียนเป็นสมการได้ว่า I∝V และ R ที่พยายามขัดขวาง I นั่นคือ R แปรผกผันกับ I (R มีค่ามาก I จะมีค่าน้อย) เขียนเป็นสมการได้ว่า I∝1R นำสมการทั้งสองมาเขียนรวมกันจะได้เป็น I=VR โดยที่ I คือ กระแสไฟฟ้า(A) V คือ แรงดันไฟฟ้า (V) R คือ ความต้านทาน (Ω) กำลังไฟฟ้ากำลังไฟฟ้า (Electrical Power) หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่เครื่องใช้ไฟฟ้า ได้ใช้ไปในเวลา 1 วินาที เครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชนิด เช่น หม้อหุงข้าว เตารีด เครื่องซักผ้า พัดลม ฯลฯ จะมีป้ายบอก ตัวเลขกำกับไว้ที่เครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น พัดลม มีตัวเลขกำกับว่า 220V 100W มีความหมายดังนี้ พัดลม เครื่องน้ี ใช้กับแรงดันไฟฟ้า 220 V พัดลมเครื่องนี้ ใช้กำลังไฟฟ้า 100 วัตต์ หรือ หมายความว่า พัดลมเครื่องน้ี จะใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวน 1000 J (Joule, จูล) ในเวลา 1 S (Second,วินาที) กำลังไฟฟ้า คำนวณได้จาก พลังงานไฟฟ้าท่ีเครื่องใช้ไฟฟ้าใช้ไปในเวลา 1 วินาที กําลังไฟฟ้า x เวลา = พลังงานไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า คำนวณได้จากปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า ถ้ามีกระแส ไฟฟ้า ไหลผ่านมาก แสดงว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าน้ันใช้พลังงานไฟฟ้ามาก นั่นคือ ได้ใช้กำลังไฟฟ้ามากไปด้วย กำลังไฟฟ้า จะแปรผันตรงกับค่าของกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะเปลี่ยนไปตามความสัมพันธ์ จากกฎของโอห์มด้วย เมื่อสมการกำลังไฟฟ้าแสดง ดังสมการที่ 2 P = E x I (watt, w) จากกฎของโอห์มเมื่อ I = E / R นำค่า I ไปแทนค่าใน สมการที่ 2 จะได้ P = E x (E / R) ดังนั้น P = ( E x E ) / R จากกฎของโอห์มเมื่อ E = I x R แทนค่า E ใน สมการท่ี 2 จะได้ ดังนั้น P = I x ( I x R ) พลังงานไฟฟ้าพลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy) คือพลังงานที่ใช้ไป หรือ สร้างขึ้นมาใหม่จากกำลังไฟฟ้าที่ส่งเข้ามาหรือส่งออกไป โดย มีความสัมพันธ์กับเวลา มีหน่วยวัดค่าพลังงานเป็นจุล (J) พลังงานไฟฟ้าใช้สัญลักษณ์ W สามารถเขียนสมการได้ดังนี้ W = Pt เมื่อ W = พลังงานไฟฟ้า หน่วยจูล (J) ไฟฟ้ากระแสสลับที่ถูกนามาใช้งานในชีวิตประจาวัน เราต้องซื้อมาจากหน่วยงานท่ีผลิต กระแสไฟฟ้าออกจาหน่าย เช่น การไฟฟ้าฝ่ายผลิต การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และการไฟฟ้านคร หลวง เป็นต้น พลังงานไฟฟ้าเหล่านี้มิได้ถูกคิดออกมาเป็นหน่วยจูล (J) แต่จะคิดออกมาเป็น หน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมง (Kilowatt-hour,kWh) หรือเรียกว่า หน่วยไฟฟ้า(UNIT,ยูนิต) โดย คิดค่ากาลังไฟฟ้าที่ใช้เป็นกิโลวัตต์ (kW) คิดในเวลาเป็นชั่วโมง(h) เขียนสมการออกมาได้ ดังน้ี โอห์ม (George Simon Ohm) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ได้ตั้งกฎเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1826 ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีกว่า เป็นพื้นฐานทางไฟฟ้ากฎนี้มีใจความว่า “เมื่ออุณหภูมิของตัวนำคงที่ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำ จะเป็นปฏิภาคโดยตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่างปลายทั้งสอง ของตัวนำนั้น” จากกฎนี้ ถ้า I เป็นกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำ ซึ่งมีความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองเป็น v ซึ่งจะเขียนความสัมพันธ์ได้เป็น V คือ ค่าความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดใดๆ ในวงจรมีหน่วยเป็นโวลต์ (V) กฎของโอห์ม “เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านโลหะตัวนำหนึ่งจะมีค่าแปรผัน ตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำนั้น โดยอัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าย่อมมีค่าคงที่ เรียกว่า ความต้านทาน” กฎของโอห์ม ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากับ ความต่างศักย์ไฟฟ้า และ กระแสไฟฟ้ากับความต้านทาน กล่าวคือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำใดๆ แปรผันโดยตรงกับความต่างศักย์ (แรงดันไฟฟ้า หรือแรงดันตกคร่อม) (คือกระแสมีค่ามากหรือน้อยตามความต่างศักย์นั้น) เขียนเป็นสมการได้ว่า
และกระแสไฟฟ้าจะแปรผกผันกับความต้านทานระหว่างสองจุดนั้น(คือถ้าความต้านทานมากจะทำให้กระแสไหลผ่านน้อย, ถ้าความต้านทานน้อยจะทำให้มีกระแสมาก) เขียนเป็นสมการได้ว่า
นำสูตรสมการทางคณิตศาสตร์ทั้งสองมารวมกัน, เขียนได้ดังนี้:  โดยที่ กฎดังกล่าวตั้งชื่อเป็นเกียรติให้กับ จอร์จ โอห์ม นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ผู้ที่ตีพิมพ์ผลงานในปี พ.ศ. 2370 (ค.ศ. 1827) บรรยายการทดลองวัดค่าแรงดันและกระแสผ่านลวดความยาวต่าง ๆ กัน และอธิบายผลด้วยสมการ (ซึ่งซับซ้อนกว่าสมการบนเล็กน้อย) ค่าความต้านทาน ของอุปกรณ์ต้านทาน เช่น ตัวต้านทาน มีค่าคงที่ ที่กระแสและแรงดันช่วงที่กว้าง เมื่อตัวต้านทานถูกนำมาใช้ในเงื่อนไขดังกล่าว เรียกตัวต้านทานนั้นว่า อุปกรณ์โอห์มิก (ohmic device) เพราะว่า เพียงค่าความต้านทานค่าเดียว ก็สามารถใช้อธิบายคุณสมบัติของอุปกรณ์นั้นได้ แต่ถ้าป้อนแรงดันที่สูงมาก อุปกรณ์ดังกล่าวจะสูญเสียคุณสมบัติ โอห์มิก ไป ซึ่งค่าความต้านทานมักสูงกว่าความต้านทานในสภาวะปกติ จากความสัมพันธ์ดังกล่าว สามารถนำไปคำนวณปริมาณที่เกี่ยวข้องได้ ดังตัวอย่าง ตัวอย่าง ตัวต้านทานตัวหนึ่งอ่านค่า 300 Ωเมื่อนำไปต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟที่ค่าความต่างศักย์ 6 โวลต์ จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานตัวนี้เท่าไหร่ โจทย์กำหนด R = 300 Ω สรุปนอกจากนี้ยังมีสูตรที่ใช้ในการคำนวณหาค่าต่าง ๆ ในวงจรไฟฟ้าอีกดังนี้ ภาพด้านบนเป็น สูตรความสัมพันธ์กฎของโอห์ม จากสูตรในรูป จะมีสูตรหลักอยู่เพียง 2 สูตรเท่านั้น นอกนั้นเป็นสูตรที่ได้จากการแทนค่าในสูตร ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องจำสูตรทั้งหมดเพียงแต่ต้องรู้ที่มาของแต่ละสูตรก็จะทำให้ได้สูตรที่ต้องการทั้ง 12 สูตร ได้ โดยมีวิธีการหาสูตรต่าง ๆ ได้ดังรูป กฎของโอห์มให้ความสัมพันธ์ระหว่าง V และไอเป็นอย่างไรI = E / R. เมื่อ I = กระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็น แอมป์แปร์ (A) E = แรงดันไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโวลต์ (V) R = ความต้านทานมีหน่วยเป็น โอห์ม
ความสัมพันธ์ใดตรงกับกฎของโอห์ม- กฎของโอห์ม กล่าวว่า “ถ้าอุณหภูมิคงที่แล้ว อัตราส่วนระหว่างความ ต่างศักย์ของปลายทั้งสองของตัวนำ และกระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำนั้นย่อมมีค่าคงที่” เขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ว่า V = IR เมื่อ V แทนความต่างศักย์ (โวลต์), I แทนกระแสไฟฟ้า (แอมแปร์), R แทนความต้านทาน (โอห์ม)
V=IR เป็นกฎของใครแม้จะเป็นคนพบกฎสำคัญเกี่ยวกับพฤติกรรมการไหลของกระแสไฟฟ้าในสสาร แต่นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ George Simon Ohm ก็ไม่ได้รับการยกย่องในเยอรมนี ตราบจนใกล้จะเสียชีวิต โลกจึงรู้จักกฏของโอห์มที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้า (I) ความต่างศักย์ไฟฟ้า (V) และความต้านทานไฟฟ้า (R) ว่า V=IR ซึ่งกฎนี้ได้มีบทบาทมากในการทำให้วิชาไฟฟ้า ...
กฎของโอห์มมีใจความสําคัญอย่างไรกฎของโอห์ม “เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านโลหะตัวนำหนึ่งจะมีค่าแปรผัน ตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำนั้น โดยอัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าย่อมมีค่าคงที่ เรียกว่า ความต้านทาน”
|
กฎของโอห์มให้ความสัมพันธ์ระหว่าง i และ v เป็นอย่างไร
ลิขสิทธิ์ © 2024 th.ketajaman Inc.
