30104-2002 วงจรไฟฟ้า
ศึกษาและปฏิบัติเกี่ยวกับกฎของโอห์ม กฎของเคอร์ชอฟฟ์ กำลังไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า เซลล์ไฟฟ้า วงจรความต้านทานแบบอนุกรม วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า วงจรความต้านทานแบบขนาน วงจรแบ่งกระแสไฟฟ้า การแปลงวงจรความต้านทานสตาร์-เดลตา วงจรบริดจ์ ดีเทอร์มิแนนต์ การวิเคราะห์วงจรเครือข่ายโดยใช้กฎเคอร์ชอฟฟ์ เมชเคอร์เรนต์ โนดโวลต์เตจ ทฤษฎีการวางซ้อน เธวินิน นอร์ตัน และการส่งถ่ายกำลังไฟฟ้าสูงสุด
ศึกษาและปฏิบัติหลักการกำเนิดคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ การคำนวณ วัดค่า Peak Average RMS ของ รูปคลื่นไซน์ สามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม เฟสเซอร์ไดอะแกรม การคำนวนปริมาณเซิงซ้อน งานต่อวงจร R-L-C แบบอนุกรม แบบขนาน และแบบผสม วงจรรีโซแนนซ์แบบอนุกรม แบบขนาน กำลังไฟฟ้า และตัวประกอบกำลัง กระแสสลับ 2 เฟส 3 เฟส การต่อระบบสตาร์-เดลตา เฟสเซอร์ไดอะแกรม วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส ในสภาวะโหลดสมดุลและไม่สมดุล
หน่วยที่ 1 องค์ประกอบของวงจร วงจรแบบตัวต้านทาน
1. สาระสำคัญ
กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ซึ่งกล่าวว่า “ในวงจรไฟฟ้าใด ๆ กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้าและแปรผกผันกับความต้านทานไฟฟ้า” ซึ่งเป็นกฎพื้นฐานที่มีประโยชน์มากในทางไฟฟ้าและ
สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ดีกับความต้านทานที่เป็นเชิงเส้น กำลังงาน คือ อัตราเวลาของการทำงาน เป็นไปตามสูตร P = W/t มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาที หรือวัตต์ หรือ ฟุต
–ปอนด์ต่อวินาที พลังงาน คือ ความสามารถในการทำงานหรือกำลังงานที่ใช้ไปใน 1 หน่วยเวลา เป็นไปตามสูตร W = P × t มีหน่วยเป็น จูล และหน่วยเรียกของ “พลังงานไฟฟ้า” หรือหน่วยการใช้ไฟฟ้านิยมเรียกว่า กิโลวัตต์–ชั่วโมง หรือ ยูนิต
2. สมรรถนะและเกณฑ์การปฏิบัติงานประจำหน่วย
2.1 สมรรถนะประจำหน่วย
1. อธิบายความรู้เกี่ยวกับกฎของโอห์ม กำลังงานและพลังงาน
2. ปฏิบัติการต่อวงจร วัด และทดสอบค่าตามกฎของโอห์ม
2.2 เกณฑ์การปฏิบัติงานประจำหน่วย
1.ศึกษาความรู้เกี่ยวกับกฎของโอห์ม กำลังงานและพลังงาน
2.จัดเตรียมเครื่องมือและอุปกรณ์การทดลอง
3.ต่อวงจรการทดลองได้ถูกต้อง
4.ใช้เครื่องมือการทดลองได้ถูกต้อง
5.ปฏิบัติตามขั้นตอนการทดลองอย่างถูกต้อง
6.วัดและทดสอบค่าปริมาณไฟฟ้าต่าง ๆ ได้ถูกต้อง
7.มีการจัดเก็บเครื่องมือและอุปกรณ์อย่างเป็นระเบียบ
8.ทำความสะอาดหลังการทดลอง
3. จุดประสงค์การเรียนรู้ประจำหน่วย
3.1 จุดประสงค์ทั่วไป
1. เพื่อให้มีความรู้เกี่ยวกับ ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับกฎของโอห์ม กำลังงานและพลังงาน (ด้านความรู้)
2. เพื่อให้มีทักษะใช้งาน ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับกฎของโอห์ม กำลังงานและพลังงาน (ด้านทักษะ)
3. เพื่อให้มีเจตคติที่ดีต่อการเตรียมความพร้อมด้าน วัสดุ อุปกรณ์ และการปฏิบัติงานอย่างถูกต้อง สำเร็จภายในเวลาที่กำหนด มีเหตุและผลตามหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง (ด้านคุณธรรม จริยธรรม)
3.2 จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
1. อธิบายพื้นฐานเกี่ยวกับกฎของโอห์ม กำลังงานและพลังงาน ได้ (ด้านความรู้)
2. บอกความสัมพันธ์ตามกฎของกฎของโอห์ม กำลังงานและพลังงาน ได้ (ด้านทักษะ)
3. การเตรียมความพร้อมด้านการเตรียม วัสดุ อุปกรณ์นักศึกษาจะต้องกระจายงานได้ทั่วถึง และตรงตามความสามารถของสมาชิกทุกคน มีการจัดเตรียมสถานที่ สื่อ วัสดุ อุปกรณ์ไว้อย่างพร้อมเพรียง (ด้านคุณธรรม จริยธรรม/บูรณาการเศรษฐกิจพอเพียง)
4. ความมีเหตุมีผลในการปฏิบัติงาน ตามหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง นักศึกษาจะต้องมีการใช้ เทคนิคที่แปลกใหม่ใช้สื่อและเทคโนโลยีประกอบการนำเสนอที่น่าสนใจนำวัสดุในท้องถิ่นมาประยุกต์ใช้ อย่างคุ้มค่าและประหยัด (ด้านคุณธรรม จริยธรรมพอเพียง) /บูรณาการเศรษฐกิจพอเพียง
4. สาระการเรียนรู้ (เนื้อหาการเรียนรู้)
2.1 กฎของโอห์ม
กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ซึ่งกล่าวว่า “ในวงจรไฟฟ้าใด ๆ กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตรงกับ
แรงดันไฟฟ้าและแปรผกผันกับความต้านทานไฟฟ้า” ซึ่งเป็นกฎพื้นฐานที่มีประโยชน์มากในทางไฟฟ้าและสามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ดีกับความต้านทานที่เป็นเชิงเส้น เช่น ตัวต้านทานแบบถ่าน เป็นต้น
กฎของโอห์มจะอธิบายถึงความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และความต้านทาน
ไฟฟ้า เป็นไปตามสูตร I = E/R, R = E/I และ E = I × R
2.2 การประยุกต์ใช้กฎของโอห์ม
การประยุกต์ใช้กฎของโอห์ม จะต้องระมัดระวังในเรื่องปริมาณที่เป็นอุปสรรค เนื่องจากค่าในวงจรไฟฟ้ามีมากมายหลายขนาดจึงต้องแปลงค่าให้สามารถคำนวณได้ง่าย
2.3 กำลังงานและพลังงาน
กำลังงาน คือ อัตราเวลาของการทำงาน เป็นไปตามสูตร P = W/t มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาที หรือวัตต์ หรือ ฟุต–ปอนด์ต่อวินาที ซึ่งขึ้นอยู่กับระบบที่ใช้เรียก พลังงาน คือ ความสามารถในการทำงานหรือกำลังงานที่ใช้ไปใน 1 หน่วยเวลา เป็นไปตามสูตร W = P × t มีหน่วยเป็น จูล และหน่วยเรียกของ “พลังงานไฟฟ้า” หรือหน่วยการใช้ไฟฟ้านิยมเรียกว่า กิโลวัตต์–ชั่วโมง หรือ ยูนิต หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากการใช้กำลังไฟฟ้า 1,000 วัตต์ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง
2.4 กำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า
กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปบนตัวต้านทานจะกระจายออกมาในรูปความร้อน โหลดอื่นที่เป็นความ
ต้านทาน เช่น หลอดไฟฟ้าจะกระจายในรูปความร้อนร่วมกับแสงสว่าง การคำนวณค่ากำลังไฟฟ้าที่กระจายออกมาในรูปความร้อนจะคำนวณเช่นเดียวกับกำลังไฟฟ้าทั่วไปตามสูตร P = E × I, P = E2/R และ P = I2/R มีหน่วยเป็นวัตต์
2.5 อัตรากำลังไฟฟ้าของตัวต้านทาน
การเลือกใช้ขนาดของตัวต้านทานจะขึ้นอยู่กับอัตราการทนต่อกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปบนตัว–
ต้านทานนั้น และควรใช้ค่าอัตรากำลังไฟฟ้ามากกว่าค่ากำลังไฟฟ้าที่คำนวณได้
วงจรอนุกรม
1. สาระสำคัญ
วงจรอนุกรม เรียกว่า “ ซีรี่เซอร์กิต ” (Series Circuit) คือการนำเอาตัวต้านทานตั้งแต่สองตัวขึ้นไปมาต่อเรียงอันดับหรืออนุกรมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า โดยมีกระแสไฟฟ้า(Current)ไหลผ่านเพียงเส้นเดียวทางเดียวเท่ากันตลอด แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวจะแตกต่างกันกล่าวคือ ความต้านทานตัวใดมีค่ามากจะมีแรงดันตกคร่อมมาก
2. สมรรถนะและเกณฑ์การปฏิบัติงานประจำหน่วย
2.1 สมรรถนะประจำหน่วย
1. แสดงความรู้เกี่ยวกับวงจรอนุกรม
2. ปฏิบัติการต่อวงจร วัด และทดสอบค่าในวงจรอนุกรม
3. จุดประสงค์การเรียนรู้ประจำหน่วย
3.1 จุดประสงค์ทั่วไป
1. เพื่อให้มีความรู้เกี่ยวกับ วงจรอนุกรม (ด้านความรู้)
2. เพื่อให้มีทักษะใช้งาน วงจรอนุกรม (ด้านทักษะ)
3. เพื่อให้มีเจตคติที่ดีต่อการเตรียมความพร้อมด้าน วัสดุ อุปกรณ์ และการปฏิบัติงานอย่างถูกต้อง สำเร็จภายในเวลาที่กำหนด มีเหตุและผลตามหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง (ด้านคุณธรรม จริยธรรม)
3.2 จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
1. อธิบายองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า ได้ (ด้านความรู้)
2. บอกคุณลักษณะของวงจรอนุกรม ได้ (ด้านทักษะ)
3. คำนวณค่ากระแส แรงดัน และกำลังไฟฟ้าของวงจรอนุกรมได้ (ด้านทักษะ)
4. การเตรียมความพร้อมด้านการเตรียม วัสดุ อุปกรณ์นักศึกษาจะต้องกระจายงานได้ทั่วถึง และตรงตามความสามารถของสมาชิกทุกคน มีการจัดเตรียมสถานที่ สื่อ วัสดุ อุปกรณ์ไว้อย่างพร้อมเพรียง (ด้านคุณธรรม จริยธรรม/บูรณาการเศรษฐกิจพอเพียง)
5. ความมีเหตุมีผลในการปฏิบัติงาน ตามหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง นักศึกษาจะต้องมีการใช้ เทคนิคที่แปลกใหม่ใช้สื่อและเทคโนโลยีประกอบการนำเสนอที่น่าสนใจนำวัสดุในท้องถิ่นมาประยุกต์ใช้ อย่างคุ้มค่าและประหยัด (ด้านคุณธรรม จริยธรรมพอเพียง) /บูรณาการเศรษฐกิจ
4. สาระการเรียนรู้ (เนื้อหาการเรียนรู้)
3.1 การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม
การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม คือ การนำเอาตัวต้านทานตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาต่อเรียงลำดับกันแสดงดังรูป ตัวต้านทานนำมาต่อเรียงกันในเส้นเดียวกันโดยที่ขั้วปลายหนึ่งของตัวต้านทานตัวที่ 1 ต่อกับขั้วต้นหนึ่งของตัวต้านทานที่ 2 ขั้วปลายที่เหลือของตัวต้านทานที่ 2 ต่อกับขั้วต้นหนึ่งของตัวต้านทานตัวต่อไป ซึ่งจะต่อแบบนี้เรียงกันไปเรื่อย ๆ
3.2 กระแสไฟฟ้าในวงจรอนุกรม
กระแสไฟฟ้าในวงจรอนุกรมมีเพียงค่าเดียวที่ไหลผ่านตัวต้านทานทุกตัว
3.3 ความต้านทานรวมในวงจรอนุกรม
ความต้านทานรวมในวงจรอนุกรมจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานของตัวต้านทานทุกตัว
เขียนเป็นสมการได้ดังสมการ
3.4 กฎของโอห์มในวงจรอนุกรม
การหากฎของโอห์มโดยอาศัยสามเหลี่ยมกฎของโอห์ม ดังรูป ซึ่งจะช่วยให้เกิดการประยุกต์ใช้
และจำสูตรได้ดี
3.5 การต่อเซลล์ไฟฟ้าอนุกรม
การต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอนุกรม แสดงตัวอย่างดังรูป
จากรูป เขียนผลรวมทางพีชคณิตของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าแต่ละตัวได้คือ
ET = E1 + E2 + E3 = 1.5 + 1.5 + 1.5 = 4.5 V
ถ้าแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่นำมาต่ออนุกรมที่มีทิศทางหักล้างกัน (Series–opposing) แรงดันไฟฟ้าที่มีทิศทางหักล้างกันนั้นจะลบออกจากกัน แสดงดังรูป
จากรูป เขียนผลรวมทางพีชคณิตของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าแต่ละตัวได้คือ
ET = E1 – E2 + E3 = 1.5 – 1.5 + 1.5 = 1.5 V
3.6 กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ในวงจรอนุกรม
กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ อธิบายได้ดังนี้
หน่วยที่ 2 การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าด้วยกฎของเคอร์ชอฟฟ์
ยังไม่ได้เรียนบทเรียนนี้1. สาระสำคัญ
กฎของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff's Law) 0tกล่าวถึงวิธีการวิเคราะห์วงจรที่มีความยุ่งยากและซับซ้อนกว่าการวิเคราะห์ด้วยกฎของโอห์ม โดยกำหนดให้มีตัวแปรกระแสไฟฟ้าเข้าไปในทุกสาขาที่มีความต้านทานอยู่ในวงจร จากนั้นจึงไล่วงจรตามกฎของโอห์มจนครบ กฎของเคอร์ชอฟฟ์ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1847 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ กุสตาฟ โรแบร์ต เคอร์ชอฟฟ์ (Gustav Robert Kirchhoff) แบ่งออกเป็น 2 กฎ คือ กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ และกฎแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์
2. สมรรถนะประจำหน่วยการเรียนรู้
2.1 มีความรู้เกี่ยวกับกฎของเคอร์ชอฟฟ์
2.2 เข้าใจวิธีการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าด้วยกฎของเคอร์ชอฟฟ์
3. จุดประสงค์การเรียนรู้
3.1 อธิบายกฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ได้
3.2 อธิบายกฎแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์ได้
3.3 คำนวณค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าโดยกฎของเคอร์ชอฟฟ์ได้
3.4 กำหนดการไหลของกระแสไฟฟ้าจากกฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ได้
4. สาระการเรียนรู้
4.1 กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์
4.2 กฎแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์
4.3 การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าโดยใช้กฎของเคอร์ชอฟฟ์
