หน่วยที่ 3: ไฟฟ้าและวงจรไฟฟ้า (Electricity and Circuits)
3.2 การคำนวณกระแสไฟฟ้าและแรงดันในวงจรไฟฟ้าโดยใช้กฎของโอห์ม
กฎของโอห์มเป็นกฎพื้นฐานที่ใช้ในการคำนวณความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทานในวงจรไฟฟ้า กฎนี้มีประโยชน์มากในการทำความเข้าใจวงจรไฟฟ้าพื้นฐาน และสามารถใช้ในการคำนวณค่าของกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่าได้เมื่อรู้ค่าของอีกสองปริมาณ
กฎของโอห์ม (Ohm's Law)
กฎของโอห์มระบุว่าแรงดันไฟฟ้าในวงจร (V) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้า (I) ที่ไหลผ่านวงจร และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทาน (R) ของวงจร สูตรที่ใช้ในการคำนวณคือ:
\[ V = IR \]
โดยที่:
- \( V \) คือ แรงดันไฟฟ้า (มีหน่วยเป็นโวลต์, V)
- \( I \) คือ กระแสไฟฟ้า (มีหน่วยเป็นแอมแปร์, A)
- \( R \) คือ ความต้านทาน (มีหน่วยเป็นโอห์ม, Ω)
กฎนี้หมายความว่า แรงดันไฟฟ้าที่มากขึ้นจะทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น หากความต้านทานคงที่ และหากความต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะลดลงหากแรงดันไฟฟ้าคงที่
การคำนวณกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า
ในการคำนวณกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า เราสามารถใช้กฎของโอห์มได้โดยการจัดรูปสมการดังนี้:
\[ I = \frac{V}{R} \]
ตัวอย่างเช่น หากเรามีวงจรไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์ และตัวต้านทานขนาด 6 โอห์ม เราสามารถคำนวณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรได้ดังนี้:
\[ I = \frac{12 \, \text{V}}{6 \, \Omega} = 2 \, \text{A} \]
ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรจะเท่ากับ 2 แอมแปร์
การคำนวณแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า
เรายังสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าได้หากรู้ค่าของกระแสไฟฟ้าและความต้านทานในวงจร โดยใช้กฎของโอห์มในรูปแบบดั้งเดิม:
\[ V = IR \]
ตัวอย่างเช่น หากเรามีวงจรไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้า 3 แอมแปร์ ไหลผ่านตัวต้านทานขนาด 4 โอห์ม เราสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรได้ดังนี้:
\[ V = (3 \, \text{A}) (4 \, \Omega) = 12 \, \text{V} \]
ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรจะเท่ากับ 12 โวลต์
การคำนวณความต้านทานในวงจรไฟฟ้า
หากเรารู้ค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในวงจร เรายังสามารถคำนวณความต้านทานในวงจรได้โดยการจัดรูปสมการกฎของโอห์มดังนี้:
\[ R = \frac{V}{I} \]
ตัวอย่างเช่น หากวงจรไฟฟ้ามีแรงดันไฟฟ้า 15 โวลต์ และมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขนาด 3 แอมแปร์ เราสามารถคำนวณความต้านทานได้ดังนี้:
\[ R = \frac{15 \, \text{V}}{3 \, \text{A}} = 5 \, \Omega \]
ดังนั้น ความต้านทานของวงจรนี้จะเท่ากับ 5 โอห์ม
การประยุกต์ใช้กฎของโอห์มในวงจรไฟฟ้า
กฎของโอห์มมีประโยชน์ในการคำนวณและวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าในหลายด้าน เช่น ในการออกแบบวงจรไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การเลือกขนาดของตัวต้านทานที่เหมาะสมสำหรับวงจร หรือการประเมินแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการจ่ายพลังงานให้กับโหลดต่าง ๆ
สรุป:
- กฎของโอห์มระบุความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทาน โดยมีสูตร \( V = IR \)
- สามารถคำนวณกระแสไฟฟ้าได้จากการใช้สูตร \( I = \frac{V}{R} \)
- สามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าได้จากการใช้สูตร \( V = IR \)
- สามารถคำนวณความต้านทานได้จากการใช้สูตร \( R = \frac{V}{I} \)
- กฎของโอห์มมีการประยุกต์ใช้ในการออกแบบและวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบไฟฟ้าต่าง ๆ
