เทคนิคช่วยจำฟิสิกส์

ลำดับตอนที่ #7 : กฎของโอมห์ ไฟฟ้าม.ต้น ตอน 1

ของม.ปลาย เดี๋ยวจะเพิ่มให้ทีหลังครับ

ไฟฟ้ากระแสตรง หลักๆเลย เราต้องพูดเกี่ยวกับกฎของโอมห์ก่อน
กฎของโอมห์ กล่าวไว้ว่า
"เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในตัวนำ จะแปรผันตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำนั้น" 
ถอดความเป็นภาษาคนได้ว่า   "ความต่างศักย์จะแปรผันตามกระแส"

ก็คือ V จะขึ้นตาม I หมายความว่า ความต่างศักย์มาก กระแสจะมากตาม
ตอนม.3 ทุกคนคงเคยเรียน ตัวแปรที่มัน vary กัน จะทำให้เป็น = ได้ ต้องใส่ค่าคงที่เข้าไปซึ่งค่านั้นก็คือ
ความต้านทานนั่นเอง จะได้สูตรออกมาว่า

                                V = IR       ซึ่ง R เป็นค่าคงที่อย่างที่ได้บอกไปแล้ว
V = ความต่างศักย์ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)
I = กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
R = ความต่านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม

สมการนี้ถ้าแปลความหมายกฎของโอมห์ได้ก็จะจำได้ในทันที (สรุปว่า สมการเนี้ยเกิดจากกฎของโอมห์)จำไว้ๆ ความต่างศักย์แปรตามกระแส ถ้ายังนึกไม่ออกนะ เอาไปเทียบกะน้ำ(อันนี้ใช้ได้ดีมากๆ confirm)
โดยกำหนดให้

ศักย์ไฟฟ้าคือระดับน้ำ     กระแสคือปริมาณน้ำที่ไหล
ส่วนความต้านทานอ่ะ เป็นขนาดท่อ ถ้าท่อใหญ่ ความต้านทานจะน้อย ถ้าท่อเล็ก ความต้านทานจะมาก (เราว่ามันก็มีเหตุผลดีออก)

ที่นี้ก็น่าจะจำได้แล้วนะ ก็คือ ความต่างศักย์มาก (ความสูงน้ำต่างกันเยอะ) น้ำก็จะไหลเร็ว
นึกถึงขันเจาะรู มีสายยางเสียบ ถ้ายกขันให้สูงขึ้น แน่นอนน้ำก็จะไหลแรงขึ้น
ก็เทียบได้กับ ความต่างศักย์เพิ่มมากขึ้นกระแสไหลเร็วขึ้น
ถ้าระดับน้ำเท่าเดิม แต่สายยางเส้นใหญ่ขึ้น จาเป็นไง?
แน่นอนว่า น้ำจะไหลผ่านสายยางมากขึ้น ก็เทียบได้กับว่า ค่าความต้านทางลดลง(ท่อใหญ่ขึ้น)
กระแสจะไหลมากขึ้น(น้ำไหลผ่านมากขึ้น)
แต่ความต่างศักย์อ่ะ พอผ่านความต้านทานแล้วก็จะเสียแรงในการขับเคลื่อนบางส่วนไปอยู่ที่ R
พอ ผ่านทีความต่างศักย์ก็จะลดลงทีนึง

เท่านี้ก็จบพื้นฐานของโอมห์แล้วแหละ
แต่เวลานำไปใช้ ให้นำไปใช้แบบมีระบบ โดยสมการนี้จะเป็นจริงทั้งระบบย่อย และ ระบบรวม
คือ บางทีอาจจะใช้ กระแสรวม Rรวม แล้วได้ความต่างศักย์รวม หรือ ใช้คิดแบบแต่ละตัวก็ได้
ต่อไปก็เป็นการอธิบายหลักการทำโจทย์นะ

แบบขนาน



1.ความต่างศักย์ในรูปที่เห็น V ที่คร่อม R1 , R2 , และ R3 จะเท่ากัน เพราะฉะนั้นเมื่อมีการต่อขนานแล้วความต่างศักย์จะเท่ากันเสมอ(นึกถึงน้ำ ทางเข้าอ่ะ มันทางเดียวกัน ทางออกก็ทางเดียวกัน ถ้าทางเข้ากับทางออกสูงต่างกันแล้ว แน่นอนว่า ความสูงที่ต่างกันของปลายท่อแต่ละอัน ย่อมจะต้องเท่ากัน ก็รูเดียวกาน จะได้สูตรว่า                 Vรวม = VAB = V1 = V2 = V3   
แน่นอนว่า จะความต่างศักย์รวมหรือแยกก็เท่ากัน เพราะไหลจากความสูงเดียวกัน

2.ดูกระแส  IAB = I1 + I2 + I3  เทียบกับน้ำนะ ท่อใหญ่มันไหลเข้าไปแค่ไหน แยกเป็น 3 ท่อ รวมแล้วก็ต้องคงเดิม ใช่ป่ะ

แบบอนุกรม



1.ความต่างศักย์ในรูปที่เห็นแน่นอน จุดเริ่มต้นแต่ละอันคนละจุดเลย
เอาเทียบกะระดับน้ำ ก็จะได้ว่า ระดับน้ำจาก A ถึง B จะเท่ากับระดับน้ำของ 1 + 2 +3
จะได้สูตรออกมาว่า        Vรวม หรือ VAB = V1 + V2 + V3 = I1R1 + I2R2 + I3R3

2.กระแส (อันนี้ง่าย) ทุกอันกระแสไหลผ่านเท่ากันหมด ก็จะให้ทำไงอ่ะ มันแยกไปไหนไม่ได้นิ

แร้วไอ้สุตรนี้นะ      เก็บลงกรุไปได้เลย จำแล้วรกสมอง

แค่ใช้ V = IR จบ  ถ้าไม่เชื่อดูนี่

ตัวอย่าง
ถ่านไฟฉาย1ก้อน แรงเคลื่อนไฟฟ้า 1.5 โวลต์ เมื่อต่อกับหลอดไฟเล็กๆแล้วลองวัดความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์ดูได้ 1.2 โวลต์ เมื่อวัดกระแสที่ผ่านหลอดไฟได้ 1 แอมแปร์ ความต้านทานภายในของถ่านมีค่ากี่โอห์ม

ทีแรก ถ่านมีความต่างศักย์ (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) 1.5 V พอต่อแล้ว เหลือ 1.2 แสดงว่า ความต่างศักย์จะเสียไปในถ่าน เพราะต้องวิ่งผ่านความต้านทานในถ่านมาหนึ่งทีความต่างศักย์ลดลงไปและ ทีนึง เหลือ 1.2 ซึ่ง 1.2 เนี่ย คร่อม ความหลอดไฟอยู่ ซึ่งมีไฟผ่าน 1 แอมแปร์
เพราะฉะนั้น จาก V = IR แทนค่าลงไป 1.2 = 1 R ก็จะได้ R หลอดไฟออกมาเป็น 1.2 โอมห์
แต่ถ้ามันมีความต้านทานหลอดไฟเพียงอย่างเดียว มันก็จะไม่ได้กระแสเป็น 1 A  (มองทั้งระบบ ที่ว่า ถ่านมีความต่างศักย์ 1.5 เพราะตรงที่เราคิดทีแรก เรามองแค่ที่หลอดไฟเท่านั้น)แสดงว่าในระบบต้องมีความต้านทานอีกตัวแน่ๆ ซึ่งมันก็จะอยู่ในถ่านนั่นเอง V = IR
แต่ R อันนี้ต้องคิดของทั้งระบบ ก็คือ R ของหลอดไฟ + R ถ่าน
เพราะฉะนั้นจะได้ว่า   V = I (Rหลอดไฟ+Rถ่านไฟฉาย)    แล้วแทนค่า
เป็นการคิดทั้งระบบ   1.5  =  1 (1.2+Rถ่านไฟฉาย)
แก้สมการ จะได้ว่า     Rถ่านไฟฉายมีค่า 0.3 โอมห์ ครับ


การรวม R แบบขนานกับอนุกรม คงไม่ต้องเอาขึ้นอ่านะครับ ทุกคนคงรุ้อยู่แล้วว่า
อนุกรม       1.       RAรวม = R1 + R2 + R3

แบบขนาน 

อ่ะ แถมอีกอัน เพราะเราว่ายังงงๆกันอยู่
เวลานำไปใช้ ให้นำไปใช้แบบมีระบบ โดยสมการนี้จะเป็นจริงทั้งระบบย่อย และ ระบบรวม
คือ บางทีอาจจะใช้ กระแสรวม Rรวม แล้วได้ความต่างศักย์รวม หรือ ใช้คิดแบบแต่ละตัวก็ได้
ต่อไปก็เป็นการอธิบายหลักการทำโจทย์นะ

   เอารูปนี้แหละ หารูปที่อื่นไม่ได้และ
สมมุติให้ Vab = 10 โวลต์ แล้ว R1 = 2 โอมห์ R2 = 2 โอมห์ R3 = 1 โอมห์
แล้วถามว่าความต่างศักย์คร่อม R2 เป็นเท่าไหร่
เราก็จะคิดระบบใหญ่ก่อน คือ R ทั้งระบบ รวมแบบอนุกรมได้ 5 โอมห์
ใช้ V = IR โดยใช้ R รวมทั้งระบบ และ V ทั้งระบบ ก็จะได้ I ทั้งระบบออกมา เป็น 2 A(แอมป์แปร์)
(ในกรณีนี้ ต่อแบบอนุกรมจะ I ทั้งระบบ หรือ I เฉพาะ R แต่ละตัวก็ค่าเท่ากัน)
ดังนั้นเราก็จะได้ว่า I ผ่าน R2 คือ 2 A(แอมป์แปร์) และ R ของมันคือ 2 โอมห์
ทีนี้เราก็ลงระบบย่อยได้แล้ว เพราะเราทราบ R ย่อย และ I ย่อย แล้วกำลังจะหา V ย่อย
ใช้ V = IR แก้สมการ ก็จะได้  V ย่อยคือ 4 โวลต์นั่นเอง


จบไปแล้วสำหรับกฎของโอมห์เพียงอย่างเดียว
บทหน้า เราจาต่อกันที่ กำลัง จะครับ    P = IV
อย่าลืมฝึกฝนโจทย์นะครับ!!! มีอะไรก็เอามาถามกันในบอร์ดนี่แหละครับ

ปล.แก้ไขแล้วจากที่คุณ B l u e เข้ามาบอกนะครับ