1

การทดลองท11. วตถประสงคทวไปเพอใหผเรยนมความเขาใจเกยวกบการตอวงจรไฟฟาแบบ

อนกรม และสามารถนำาความรไปประยกตใชในชวตประจำาวนได2. วตถประสงคเชงพฤตกรรมอธบายคณสมบตของวงจรไฟฟาแบบอนกรมได3. ความรทางทฤษฎของเรองททำาการทดลองวงจรไฟฟาแบบอนกรมประกอบดวยอปกรณไฟฟาตงแต 2 ตว

ขนไปตอเรยงกน โดยมทางเดนของกระแสไฟฟาไหลผานทางเดยว การตอวงจรอนกรมทำาไดโดยนำาขวตอสายขางหนงของเครองใชไฟฟาตวท 1 ไปตอเขากบขวตอของเครองใชไฟฟาตวท 2 นำาขวตออกขางหนงของตวท 2 ไปตอเขากบขวตอสายตวท 3 ตออยางนไปเรอย ๆจนกวาจะครบเสรจแลวนำาขวตอสายทเหลอของเครองใชไฟฟาตวสดทายมาตอเขากบขวหนงของแหลงกำาเนดไฟฟา

การทดลองท 1 เรองวงจรอนกรม - ประกอบวงจรอนกรมตามรปท 1 โดยใสหลอดไฟ LED ลงใน

ฐานเสยบ LED จำานวน 3 หลอด จากนนเปดเบรคเกอร และสวตชไฟโดยหลอด LED ทกหลอดตองตด

หมายเหต : หากใสหลอดไฟแลวหลอดไมตดใหสลบขวหลอดไฟ- จากนนทำาการถอดหลอดไฟ LED ออก 1 หลอด สงเกตการ

เปลยนแปลงและบนทกผล

2

- สรปผลการทดลอง

รปท 1 ผงการตอสายไฟบนทกผลการทดลองท 1 เมอทำาการถอดหลอดไฟ LED ออก 1 หลอดเกดอะไรขนกบหลอดทเหลอ เพราะเหตใดเมอทำาการถอดหลอดไฟออก 1 หลอด หลอดทเหลอจะดบ เนองจากหลอดไฟตอกนแบบอนกรม ทำาใหกระแสไฟฟาไหลไดไมครบวงจรในวงจร จงเปนเหตใหหลอดทเหลอดบไปดวยสรปผล การทดลองท 1 การตอวงจรแบบอนกรม คอการตอวงจรดวยอปกรณไฟฟาตงแต

3

2 ตวขนไปเรยงตอกน โดยกระแสไฟฟาจะไหลจากแหลงจายผานไปยงอปกรณไฟฟาตวท 1 ผานอปกรณไฟฟาตวท2 และผานตวตอๆไป จนกลบมาครบวงจรทแหลงจายไฟ เมออปกรณตวใดตวหนงขาดหรอหลดจากวงจร จงเปรยบเสมอนวาวงจรขาด กระแสไฟฟาไมสามารถไหลไดครบวงจร ทำาใหอปกรณทเหลอในวงจรไมสามารถทำางานไดเชนกน

การทดลองท21. วตถประสงคทวไปเพอใหผเรยนมความเขาใจเกยวกบ เกยวกบการตอวงจรไฟฟา

แบบขนาน แรงดนไฟฟา กระแสไฟฟา และกำาลงไฟฟาไฟฟา ทเกดขนในวงจรไฟฟาตลอดจนสามารถนำาความรไปประยกตใชงานในชวตประจำาวนได

2. วตถประสงคเชงพฤตกรรม2.1 อธบายคณสมบตของวงจรไฟฟาแบบขนานได2.2 อธบายความสมพนธระหวางแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟา และ

กำาลงไฟฟาได2.3 ประกอบวงจรเพอวดกระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา ในวงจรได2.4 เหนความสำาคญของอปกรณไฟฟาประหยดไฟ3. ความรความสามารถหรอประสบการณทควรมกอนความเขาใจเกยวกบหนวยในการวดแรงดน และกระแสไฟฟา 4. ความรทางทฤษฎของเรองททำาการทดลอง4.1 โวลท (volt หรอ V)คอ หนวยทใชเรยกเพอบอกขนาด

ของแรงดนไฟฟาในบาน อาท 220 V หมายถง ขนาดของแรงดน

4

ไฟฟาเทากบ 220 โวลท (ประเทศไทยกใชไฟระบบน)4.2 แอมแปรหรอแอมป (ampere หรอ A)คอ หนวยทใช

เรยกสำาหรบบอกปรมาณของกระแสไฟฟาทไหลผานตวนำา หรออปกรณไฟฟานนเอง อาท 5 A หมายถง ปรมาณกระแสไฟฟาทไหลผานอปกรณเทากบ 5 แอมแปร ในกรณทกระแสมปรมาณนอยมากอาจมการใชหนวยเปน มลลแอมป(mA) โดย 1mA มคาเทากบ 0.001 A เชน ปรมาณกระแสไฟฟาทไหลผานเทากบ 50 มลลแอมปนนคอ มคาเทากบ 0.05A

4.3 วตต (watt หรอ W)คอ หนวยวดกำาลงไฟฟาทเปนตวบอกวาอปกรณหรอเครองใชไฟฟา แตละชนดมอตราการกนกำาลงไฟฟาเทาไหร เชน หลอดไฟ 100 วตตหมายความวาหลอดไฟดวงนมอตราการสนเปลองพลงงานเทากบ 100 วตต และในกรณทกำาลงไฟฟามคาสงมากอาจมการใชหนวยเปนกโลวตต(kW) แทนโดย 1 kW มคาเทากบ 1000 W

โดยกำาลงไฟฟาสามารถคำานวณไดจากจากสตร P = V x I………………………………… (สตรท1)

โดยP คอ คากำาลงไฟฟาของอปกรณไฟฟา มหนวยเปน วตต (W)I คอ คากระแสไฟฟาของอปกรณไฟฟา มหนวยเปน แอมป (A)V คอ คาแรงดนไฟฟาทอปกรณไฟฟาใชงาน มหนวยเปน โวลท (V)

5

4.4 หนวย (Unit : ยนต)คอ หนวยทใชเรยกพลงงานไฟฟาทใชไป โดย 1 หนวย หรอ 1 ยนต มคาเทากบ 1 กโลวตต-ชวโมง หรอ การใชไฟฟา 1000 วตต ตอเนองเปนเวลา 1 ชวโมงพลงงานไฟฟาสามารถคำานวณไดโดย

พลงงานไฟฟา (Unit : ยนต) = กำาลงไฟฟา (kW:กโลวตต) x เวลา (ชวโมง)..........(สตรท2)

การทดลองท 2.1 เรองวงจรขนาน - ปดเบรกเกอร และสวทช ทกตวบนแผงสาธต- ตอวงจรโดยใชสายไฟตามรปท 2 นำาหลอดไฟทงสามประเภท(

หลอดไส หลอดตะเกยบ และหลอดแอลอด)มาตดตงกบขวหลอด และนำาเครองใชไฟฟาทมกำาลงไฟฟาไมเกน 200 วตต มาตอกบเตารบ (ถาม) เชน ทชารจแบตมอถอ พดลมตงโตะ หรอเครองใชไฟฟาอนๆทมคากำาลงไฟฟาระบในฉลากไมเกน 200 W

- เปดเบรกเกอร อานคาแรงดนไฟฟาและบนทกผล- เปดสวทชทกตว สงเกตความแตกตางของระดบความสวาง

ของหลอดแตละชนด และอานคากระแสไฟฟาจากมเตอรและบนทกผล

- คำานวณกำาลงไฟฟารวมของทงวงจรจากสตรและบนทกคาทไดลงในใบงาน

- ทดลองปดสวทช หรอถอดหลอดบางตวบนแผงสาธต สงเกตการเปลยนแปลงของวงจร และกระแสไฟฟา แลวบนทกผล

- ปดเบรกเกอร

6

รปท 2 ผงการตอสายไฟบนทกผลการทดลองท 2.1 คาแรงดนไฟฟา 220 โวลท…………(ใหใชคาจรงทอานไดจากมเตอร)คากระแสไฟฟา 0.387 แอมป…………(ใหใชคาจรงทอานไดจากมเตอร)คากำาลงไฟฟาของวงจรมคาเทากบเทาไหร จากสตร P = V × I P = 220 × 0.387 P = 85.14 W คากำาลงไฟฟาของวงจรคา 85.14 วตตความสวางของหลอดแตละชนดมความแตกตางกนหรอไมหลอดไฟแตละหลอด มความสวางใกลเคยงกนทดลองถอดหลอดออกหนงหลอด เกดอะไรขนกบหลอดและอปกรณไฟฟาทเหลอ และมความเปลยนแปลงอยางไรกบคากระแส

1

2

3

4

1

2

3

4

7

ไฟฟา คำานวณคากำาลงไฟฟาใหมเปรยบเทยบกบคาแรก มความแตกตางจากคาแรกหรอไม และเพราะอะไรเมอถอดหลอดออกหนงหลอด หลอดไฟ/อปกรณทเหลอยงคงตดอย เนองจากเปนการตอแบบวงจรขนาน ทำาใหกระแสไฟฟาในวงจรรวมมคาลดลง สงผลใหคากำาลงไฟฟาของวงจรรวมกลดลงเชนกนคำานวณคากำาลงไฟฟาใหมจากสตร P = V × I ………..(คำานวณตามคาจรงทอานไดจากมเตอร ซงปรมาณกระแสทเปลยนไปจะขนอยกบอปกรณไฟฟาทถอดออก)

สรปผล การทดลองท 2.1 การตอวงจรแบบขนาน เมออปกรณไฟฟาตวใดชำารดหรอหลดออกจากวงจร อปกรณไฟฟาทเหลอยงสามารถทำางานได เนองจากกระแสในวงจรขนานไหลแยกกนแตละวงจร และกระแสทวดไดคอกระแสรวมของทงวงจร การทดลองท 2.2 การคดคาพลงงานไฟฟา

- ปดสวทชทกตวบนแผงสาธต- ตอวงจรตามรปท 2 และเปดเบรกเกอร หลงจากนน เปดสวตช

ตวท1 พรอมทงอานคากระแสไฟฟาของหลอดไฟจากมเตอร ปดสวตชตวท1 แลวจงเปดสวตชตวท2 พรอมทงอานคากระแสไฟฟาของหลอดไฟจากมเตอรเชนกนจากนนทำาแบบเดยวกนกบหลอดไฟ/อปกรณทเหลอ เพอหาคากระแสไฟฟาของหลอดไฟ/อปกรณท 3 และ 4บนทกคาทอานไดลงในใบงาน

- คำานวณกำาลงไฟฟาของแตละหลอดหรออปกรณไฟฟา(สตรท1)- กำาหนด เวลาใชงานหลอดไฟและอปกรณไฟฟา และ คาพลงงาน

8

ไฟฟาตอหนวย บนทกลงในใบงาน- คำานวณพลงงานไฟฟาจากการใชหลอดไฟและอปกรณไฟฟา

แตละชนด และบนทกลงในใบงาน (สตรท2)- คำานวณคาไฟฟาจากการใชหลอดไฟและอปกรณไฟฟาแตละ

ชนดโดยใชสตร และบนทกลงในใบงานคาไฟฟา (บาท) = พลงงานไฟฟา (หนวย) x คาพลงงานไฟฟา (บาท/หนวย)……..(สตรท3)

- ปดเบรกเกอร

บนทกผลการทดลองท 2.2 คาแรงดนไฟฟา 220 โวลท…………(ใหใชคาจรงทอานไดจากมเตอร)สมมตใหใชงานอปกรณไฟฟาเปนเวลา 240 ชวโมง…………(คาสมมตตามความเหมาะสม)สมมตใหคาไฟฟา 4 บาท ตอ หนวย…………(คาสมมตตามความเหมาะสม)ตารางบนทกคากำาลงไฟฟา

9

หลอดชนดใดใชพลงงานไฟฟามากทสดจากมากไปหานอยหลอดไส»หลอดตะเกยบ»หลอด LED สรปผลการทดลองท 2.2หลอดไฟทกนไฟมากไปนอย ไดแก หลอดไส»หลอดตะเกยบ»หลอด LED สงผลใหคาไฟฟาของหลอดไส มคามากทสด และ คาไฟฟาจากหลอด LED มคานอยทสด ดงนนในการเลอกใชหลอดไฟ เราควรเลอกใชหลอด LED เพราะเปนหลอดทชวยประหยดไฟฟา นอกจากนยงมอายการใชงานทนานกวาหลอดทกชนดอกดวย

ลำาดบ

อปกรณ

ไฟฟา

คากระแสไฟฟา (แอ

มป)(คาสมมต)

คากำาลงไฟฟา (วต

ต)

คาพลงงานไฟฟา

(หนวย)

คาไฟฟา(บาท)

1. หลอดไส

0.283 0.283x220=62.26

(62.26x240)/1000= 14.94

14.94x4= 59.76

2. หลอดตะเกย

บ

0.078 0.078x220=17.16

(17.16x240)/1000= 4.12

4.12x4= 16.48

3. หลอด LED

0.061 0.061x220=13.42

(13.42x240)/1000= 3.22

3.22x4= 12.88

4. ขนอยกบอปกรณทนำามาตอรวม

0.422 92.84 22.28 89.12

10

การทดลองท 31. วตถประสงคทวไปเพอใหผเรยนมความเขาใจเกยวกบการตอวงจรไฟฟาแบบผสม

และสามารถนำาความรไปประยกตใชในชวตประจำาวนได2. วตถประสงคเชงพฤตกรรมอธบายคณสมบตของวงจรไฟฟาแบบผสมได3. ความรความสามารถหรอประสบการณทควรมมากอนความเขาใจเกยวกบการตอวงจรแบบอนกรม และแบบขนาน4. ความรทางทฤษฎของเรองททำาการทดลองวงจรไฟฟาแบบผสม คอวงจรทประกอบดวยวงจรไฟฟาอนกรม

และวงจรไฟฟาขนาน ยอยๆ อยในวงจรใหญเดยวกน

การหาคาแรงดนไฟฟาของวงจรสามารถหาไดจากสตรV = I x R

โดยR คอ คาความตานทานไฟฟา มหนวยเปน โอหม (Ω)I คอ คากระแสไฟฟาของอปกรณไฟฟา มหนวยเปน แอมป (A)

11

V คอ คาแรงดนไฟฟาทอปกรณไฟฟาใชงาน มหนวยเปน โวลท (V)

เนองจากวงจรไฟฟาผสมเปนการรวมวงจรไฟฟาขนานและอนกรมเขาดวยกน การหาความตานทานรวมของวงจรจงตองทำาการหาแยกระหวางสวนทเปนวงจรไฟฟาขนานและอนกรมคาความตานทานรวมของวงจรขนาน

ความตานทานรวม RT หาไดจากสตร

คาความตานทานรวมของวงจรอนกรม

ความตานทานรวม RT หาไดจากสตร

โดย RT คอ คาความตานทานไฟฟารวมของวงจร มหนวยเปน โอหม (Ω)Rn คอ คาความตานทานตวสดทายของวงจรขนาน มหนวยเปน โอหม (Ω)การทดลองท 3 เรองวงจรผสม

3.1 ประกอบวงจรผสมตามรปท 3 โดยใสหลอดไฟ LED ลงในฐานเสยบ LED จำานวน 3 หลอด และปรบตวตานทานทคาตำาสด โดยหมน

12

ไปซายสด(ทวนเขมนาฬกา) จากนนทำาการเปดเบรคเกอร และเปดสวตชไฟ โดยหลอดไฟ LED ทกหลอดตองตด ทำาการปลดหลอดไฟ LED หลอดท 1 หรอ 2 ออก สงเกตการเปลยนแปลงหมายเหต : หากใสหลอดไฟ LED แลวหลอดไมตดใหสลบขวหลอดไฟ LED

3.2 ประกอบวงจรตามรปท 3 ตามเดม3.3 ทำาการปลดหลอดไฟ LED หลอดท 3 ออก สงเกตการ

เปลยนแปลง3.4 ประกอบวงจรตามรปท 3 ตามเดม จากนน ปรบตวตานทาน

โดยหมนทางซาย(ทวนเขม)เปนการลดคาความตานทาน และหมนทางขวา(ตามเขม)เปนการเพมคาความตานทาน สงเกตความเปลยนแปลงของหลอดไฟ LED

3.5 สรปและบนทกผลการทดลอง

รปท 3 ผงการตอสายไฟบนทกผลการทดลองท 3

1

2

1kΩ 5kΩ 5kΩ

5kΩ

ตวตานทานปรบคาได0-10kΩ

6V

13

เมอทำาการทดลองตามขอ 3.1 มหลอดไฟตวไหนบางทตด เมอทำาการปลดหลอดไฟ LED หลอดท 1 หรอ 2 ออก หลอดไฟ LED ทเหลอยงคงตดอยเมอทำาการทดลองตามขอ 3.3 มหลอดไฟตวไหนบางทตด และหลอดไฟตวไหนบางทดบ เพราะเหตใดเมอทำาการปลดหลอดไฟ LED หลอดท 3 ออก หลอดไฟ LED ท เหลอดบ เนองจากหลอดไฟ LED หลอดท 3 ตออนกรมกบวงจรเมอทำาการทดลองตามขอ 3.4 จงอธบายความเปลยนแปลงของหลอดไฟ LEDเมอปรบตวตานทานโดยหมนทางซาย(ทวนเขม)เปนการลดคาความตานทาน และหมนทางขวา(ตามเขม)เปนการเพมคาความตานทาน สงผลให ความสวางของหลอดไฟ LED คอยๆลดลง

กำาหนดให อปกรณในวงจรมคาตามรป

14

คาความตานทานของวงจรสวนท 1 มคาเทากบเทาไรจากสตร 1

RT= 1R1

+ 1R2

+ 1R3

1RT

=11+ 15+ 15

RT=0.714 KΩ

คาความตานทานของวงจรสวนท 1 มคาเทากบ 0.714 กโลโอหมคาความตานทานรวมของวงจรสวนท 2 มคาเทากบเทาไร ถากำาหนดใหปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 10kΩ (บดตามเขมจนสด)จากสตร RT = R1 + R2 + R3

RT = 0.714 + 10 + 5 kΩ RT = 15.714 kΩคาความตานทานรวมของวงจรสวนท 2 ถาปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 10kΩ มคาเทากบ 15.714 กโลโอหม

กระแสรวมของวงจรมคาเทากบเทาไร ถากำาหนดใหปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 10kΩ (บดตามเขมจนสด)จากสตร V = I × R 6 = I × 15.714× 1000

I = 0.00038 A (0.38 mA)กระแสรวมของวงจรถาปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 10kΩ ม คาเทากบ 0.38 มลลแอมปคาความตานทานรวมของวงจร(สวนท 2) มคาเทากบเทาไร ถากำาหนดใหปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 0Ω (บดทวนเขมจนสด)จากสตร RT = R1 + R2 + R3

RT = 0.714 + 0 + 5 kΩ RT = 5.714 kΩคาความตานทานรวมของวงจร(สวนท 2) ถาปรบคาตวตานทาน

15

ปรบคาไดเปน 0Ω มคาเทากบ 5.714 กโลโอหมกระแสรวมของวงจรมคาเทากบเทาไร ถากำาหนดใหปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 0Ω (บดทวนเขมจนสด)จากสตร V = I × R 6 = I × 5.714× 1000

I = 0.001 A ( 1 mA)กระแสรวมของวงจรถาปรบคาตวตานทานปรบคาไดเปน 0Ω มคาเทากบมคาเทากบ 1 มลลแอมป

สรปผล การทดลองท 3 วงจรไฟฟาแบบผสม คอ การตอวงจรไฟฟารวมกนระหวางวงจรไฟฟาแบบอนกรมและวงจรไฟฟาแบบขนาน จากการตอวงจรไฟฟาตามรปท 3 เมอปลดหลอดไฟ LED หลอดท 1 หรอ 2 ออกพบวา หลอดไฟ LED ทเหลอยงคงสวางอย เนองจากเปนสวนของวงจรขนาน กระแสไฟสามารถไหลครบวงจรได แตเมอทำาการปลดหลอดไฟ LED หลอดท 3 ออก พบวาหลอดไฟ LED ทเหลอดบทกหลอด เนองจากเปนสวนของวงจรอนกรม ทำาใหกระแสไฟไมสามารถไหลไดครบวงจรได และเมอหมนปรบตวตานทานแบบปรบคาไดจากคาความตานทานนอยไปหาคาความตานทานมาก พบวาหลอดไฟจะมความสวางจากมากไปนอย ทเปนเชนนเนองจากตวตานทานท ำา

16

หนาทจำากดการไหลของกระแสไฟฟา ซงเมอปรบตวตานทานใหมคาความตานทานตำากระแสไฟฟาในวงจรจะไหลไดมากนนคอหลอดไฟจะสวางมาก และเมอปรบตวตานทานใหมคาความตานทานสงกระแสไฟฟาในวงจรจะไหลไดนอย ทำาใหหลอดไฟสวางนอยลง