กฎของโอห์ม ( Ohm’s Law )
กฎของโอห์ม (Ohm’s Law )
ถ้าในชีวิตจริงรัฐธรรมนูญ คือ กดหมายสูงสุดของประเทศ กฎของโอห์ม ก็เปรียบเสมือนกฎหมายสูงสุดของไฟฟ้าเช่นกัน การเรียนรู้กฎของโอห์มให้เข้าใจเป็นการควบรวมความรู้ต่าง ๆ ไว้ด้วยกันเพราะฉะนั้นจำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานที่ดีเสียก่อน
กฎของโอห์ม จะสามารถประยุกต์ใช้ในหัวข้อถัดๆไปอีกหลายหัวข้อ แต่ในหัวข้อนี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับพื้นฐานในการใช้กฎของโอห์มในการทำโจทย์กันก่อน
V=IR
โดยที่
V =ความต่างศักย์ไฟฟ้า (V)
I= กระแสไฟฟ้า (A)
R = ความต้านทานไฟฟ้า (Ω)
ในการทำโจทย์เกี่ยวกับ กฎของโอห์ม ต้องมีพื้นฐานเกี่ยวกับการต่อตัวต้านทาน ถ้าหากยังไม่ศึกษาเกี่ยวกับการต่อตัวต้านทานสามารถย้อนกลับไปศึกษาก่อนแล้วกลับมาเรียนรู้เกี่ยวกับกฎของโอห์มอีกครั้ง
ตัวอย่าง ความต้านทาน 3 โอห์ม และ 6 โอห์ม นำมาต่อแบบขนานกันและต่อกับอนุกรมตัวต้านทาน 1 โอห์ม แล้วจับปลายทั้งสองต่อเข้ากับเซลล์ไฟฟ้าที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 12 โวลต์ กระแสไฟฟ้าในวงจรมีค่าเท่าใดในหน่วยแอมแปร์
วิธีทำ
ในบทนี้เป็นเรื่องของกฎของโอห์ม แต่ในโจทย์ข้อนี้เรายังไม่สามารถใช้กฎของโอห์มได้เลยทันที เนื่องจากกว่า โจทย์ต้องการหากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร จากสูตร
V = IR
จะเห็นว่าเราต้องการหา R ของวงจรเสียก่อน ถึงจะหา I ของวงจรได้เพราะฉะนั้นต้องนำความรู้เกี่ยวกับเรื่องการต่อตัวต้านทานกลับมาใช้ เพื่อหาความต้านทานสมมูล ของวงจรเสียก่อน
จากโจทย์เป็นการต่อตัวต้านทานแบบผสมซึ่งจะเห็นว่ามีการต่อตัวต้านทานแบบขนานกันทั้งหมด 2 ตัวด้านบน ให้เราคิดความต้านทานสมมูลของการต่อขนานก่อนโดยสูตรการต่อตัวต้านทานแบบขนาน คือ
1/Rรวม = 1/R1+ 1/R2 + … + 1/Rn
จะได้ว่า
1/Rรวม = 1/3+ 1/6 = 3/6 = 1/2 Ω
Rรวม = 2 Ω
จากนั้นเมื่อเราหาค่าตัวต้านทานสมมูลของตัวต้านทานแบบขนานแล้ว จะสามารถยุบเป็นตัวต้านทานขนาด 2 Ω ได้ จากนั้นเราจะเห็นว่าเป็นการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมกันทั้งหมด 2 ตัวโดยสูตรการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมคือ
Rรวม = R1 + R2 + … + Rn
จะได้ว่า
Rรวม = 1 + 2 = 3 Ω
เมื่อเราสามารถหาความต้านทานสมมูลของวงจรได้แล้ว ( Rรวม ) ต่อไปเราก็สามารถใช้กฎของโอห์มเพื่อหากระแสไฟฟ้าภายในวงจรได้จากสูตร
V = IR
ตัวแปรที่เราทราบ
R = 3 Ω , V = 12 V
จะได้ว่า
12 = I (3)
I = 4 A
ตัวอย่าง ตามวงจรดังรูป จะหากระแสไฟฟ้าในวงจรนี้
โจทย์ข้อนี้เรายังไม่สามารถใช้กฎของโอห์มได้เลยทันที เนื่องจากกว่า โจทย์ต้องการหากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร จากสูตร
V = IR
จะเห็นว่าเราต้องการหา R ของวงจรเสียก่อน ถึงจะหา I ของวงจร
จากโจทย์เป็นการต่อตัวต้านทานแบบผสม โดยมีความซับซ้อนมากขึ้นจำเป็นต้องค่อยๆวิเคราะห์พิจารณาการยุบวงจรที่สามารถทำได้ จะเห็นว่ามีการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมกันทั้งหมด 3 ตัวด้านบน ให้เราคิดความต้านทานสมมูลของการต่ออนุกรมก่อนโดยสูตรการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม คือ
Rรวม = R1 + R2 + … + Rn
จะได้ว่า
Rรวม = 1 + 3 + 4 = 8 Ω
จากนั้นเมื่อเราหาค่าตัวต้านทานสมมูลของตัวต้านทานแบบอนุกรมแล้ว จะสามารถยุบเป็นตัวต้านทานขนาด 8 Ω ได้ จากนั้นพิจารณาวงจรต่อเราจะเห็นว่าเป็นการต่อตัวต้านทานแบบขนานกันทั้งหมด 2 ตัว ที่เราสามารถยุบตัวต้านทานได้โดยสูตรการต่อตัวต้านทานแบบขนานคือ
1/Rรวม = 1/R1+ 1/R2 + … + 1/Rn
จะได้ว่า
1/Rรวม = 1/8+ 1/8 = 2/8 = 1/4 Ω
Rรวม = 4 Ω
จากนั้นเมื่อเราหาค่าตัวต้านทานสมมูลของตัวต้านทานแบบขนานแล้ว จะสามารถยุบเป็นตัวต้านทานขนาด 4 Ω ได้ จากนั้นเราจะเห็นว่าเป็นการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมกันทั้งหมด 3 ตัวโดยสูตรการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมคือ
Rรวม = R1 + R2 + … + Rn
จะได้ว่า
Rรวม = 16 + 4 + 5 = 25 Ω
เมื่อเราสามารถหาความต้านทานสมมูลของวงจรได้แล้ว ( Rรวม ) ต่อไปเราก็สามารถใช้กฎของโอห์มเพื่อหากระแสไฟฟ้าภายในวงจรได้จากสูตร
V = IR
ตัวแปรที่เราทราบ
R = 25 Ω , V = 25 V
จะได้ว่า
25 = I (25)
I = 1 A
นี่เป็นตัวอย่างของการประยุกต์ใช้กฎของโอห์มเพื่อที่จะได้ศึกษาเพียงเท่านั้น เราสามารถนำกฎของโอห์มไปใช้ประยุกต์กับโจทย์อื่นๆที่ยากมากยิ่งขึ้นได้เข้าไปอีกในบทความต่อๆไป
เนื้อหาอื่นๆ
