49
1 พ่อแม่ หวังพึ ่ง พาเจ้า ครูเล่า หวังเจ้า สร้างชื ่อ ชาติหวัง กําลัง ฝี มือ เจ้าคือ ความหวัง ทั งปวง

พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

1

พอแม หวงพง พาเจา

ครเลา หวงเจา สรางชอ

ชาตหวง กาลง ฝมอ

เจาคอ ความหวง ทงปวง

Page 2: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

2

หนวยท 3 กระแสไฟฟาและวงจรไฟฟากระแสตรง

ตอนท 3.1 กระแสไฟฟา

ความหมายของกระแสไฟฟา

ความหนาแนนกระแสไฟฟา

ความตานทาน สภาพตานทาน และสภาพนาไฟฟา

กฎของโอหม

ตอนท 3.2 วงจรไฟฟากระแสตรง

กฎของเครชฮอฟฟ

การถายเทพลงงานในวงจรไฟฟา

วงจรตวตานทานและตวเกบประจ

Page 3: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

3

กระแสไฟฟา

กระแสไฟฟา คออตราการไหลของประจผานพนทหนาตดหนงของตวนา

avQt

I

จากรปถาประจ ΔQ ไหลผานพนท A ในเวลา ∆t กระแสไฟฟาเฉลยจะมคาเปน

Page 4: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

4

I dQdt

ถาอตราการไหลของประจดงกลาวเปนฟงกชนของเวลา

จะไดกระแสไฟฟาบดดลมคาเปน

มหนวยเปนแอมแปร (Ampere, A) หรอ C/s

ประจทไหลนอาจเปนไดทงบวกและลบ หรอทงสองอยาง

ทศทางการไหลของกระแสจะเปนทศของประจบวกหรอตรงขาม

กบการไหลของอเลกตรอน

เราเรยกประจทเคลอนทนวา “พาหะประจ (charge carrier)”

กระแสไฟฟา (ตอ)

Page 5: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

5

จากรปประจ เคลอนทในตวนาผาน

พนทหนาตด A เปนระยะทาง ΔX

กระแสและความเรวลอยเลอน

q

ถา n คอความหนาแนนของพาหะ

ประจ จะเปนจานวน

พาหะประจรวม

nA x

Q nA x q จานวนประจทงหมดจะมคาเปน

ถาใหความเรวลอยเลอนคอ จะได/dv x t dQ nAv t q

ดงนนกระแสไฟฟาเฉลยจะมคาเปน /av dI Q t nqv A

Page 6: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

6

การเคลอนทของประจในตวนา

ประจจะเคลอนทในตวนาแบบสม (random) ดวยความเรวลอยเลอนทม

คานอยๆ (ประมาณ 2.22x10-4 m/s ในทองแดง)

การเปลยนทศทางของการเคลอนทของประจเกดจากการชนกบอนภาคอนๆ โดยถาเปนอเลกตรอนจะเคลอนทในทศตรงขามกบสนามไฟฟา ดงรป

ทงๆ ทมการชนกบอนภาคอนประจจะเคลอนทดวยความเรว vd

Page 7: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

7

ความหนาแนนกระแส ความหนาแนนกระแส (current density) คออตราสวนของกระแสตอ

หนงหนวยพนท หรอ/ dI A nq J v

สมการนใชไดเฉพาะกรณทกระแสมคาสมาเสมอและมทศตงฉากกบพนทหนาตด เทานนA

J เปนปรมาณเวกเตอรซงมทศในแนวการเคลอนทของประจบวก

เมอใดทเกดความตางศกยระหวางขวของตวนาจะเกดความหนาแนนกระแสและสนามไฟฟาขนในตวนาตามสมการ

J E คอสภาพนาไฟฟา (conductivity) ของตวนาซงเปนคาคงตวของ

ตวนาแตละชนด

Page 8: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

8

กฎของโอหม

กฎของโอหม (Ohm’s law) กลาววา “สาหรบวตถบางชนดจะม

อตราสวนระหวางความหนาแนนกระแสตอสนามไฟฟาเปนคาคงตว

หรอเทากบคาสภาพนาไฟฟาของตวนา

JE

วสดทเปนไปตามกฎของโอหมเรยกชอวา “ohmic” สวนวสดทไม

เปนไปตามกฎของโอหมเรยกชอวา “nonohmic”

Page 9: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

9

ความตานทาน

ถาใหความตางศกยกบตวนาคาความตางศกยจะแปรผนกบ

กระแสในตวนาหรอ

ΔV = RI

คอคาคงตวของการแปรผนมชอเรยกวา “คาความตานทาน (resistance)” ซงมหนวยเปน โอหม (ohms,Ω)R

คาความตานทานเกดขนเนองจากอเลกตรอนชนกบอะตอมอนๆ ภายในตวนาโดยจะขนอยกบชนดและรปรางของตวนา หรอ

lR =A

ρ

Page 10: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

10

เมอ และ คอความยาวและพนทหนาตดของตวนา คอคา

“สภาพตานทานไฟฟา (resistivity) ของตวนา

l A ρ

คาสภาพตานทานไฟฟาซงเปนคาคงตวจะเปนสวนกลบกบสภาพนาไฟฟาหรอ = 1/

ในตวนาอดมคตจะมคาสภาพตานทานไฟฟาเปนศนย แตในฉนวนอดมคตจะมสภาพตานทานไฟฟาเปนอนนต

คาสภาพตานทานไฟฟาจะขนกบสมบตของวสดและอณหภม

ความตานทาน

Page 11: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

11

ตารางคาสภาพ

ตานทานไฟฟา

ของวตถ

Page 12: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

12

ตวตานทาน

ตวตานทานจะมคาแตกตางกน

ตามสทเปนสญลกษณดงตาราง

ในวงจรไฟฟาจะมตวตานทานเพอควบคมระดบของกระแสไฟฟา

Page 13: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

13

กราฟความสมพนธระหวางกระแสไฟฟาและความตางศกย

วสดชนด ohmic จะมกราฟความสมพนธระหวาง และ แบบเชงเสนดงรป โดยมความชนเทากบสวนกลบของ

I V

R

วสดชนด nonohmic เชน ไดโอด (diode) จะมกราฟความสนพนธระหวาง และ ไมเปนแบบเชงเสนดงรป

I V

Page 14: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

14

ความตานทานของสายเคเบล

ρdR = dr2πrL

ใหวงกลมเลกๆ ของสายเคเบลซงหนา dr มความตานทานเปน

คาความตานทานในแนวรศมจะมคาสงมากซงเปนสงทเรา

ปรารถนาเพราะเราไมตองการใหกระแสไหลในแนวรศม

เราสามารถหาคาความ

ตานทานของสายเคเบล

รปทรงกระบอกไดดงน

b

a

ρ bR = dR = ln2πL a

Page 15: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

15

การเกดความตานทานในตวนา

ความตานทานในตวนาเกดจากการเคลอนท

ของอเลกตรอนอสระในตวนาซงจะเปนแบบ

สมดงรปในกรณทไมมสนามไฟฟาในตวนา

เมอใหสนามไฟฟากบตวนาการ

เคลอนทของอเลกตรอนอสระจะม

ระเบยบมากขนโดยจะเลอนลอยไป

ในทศตรงขามกบสนามไฟฟา ดงรป

อเลกตรอนอสระจะชนกบอะตอมใน

ตวนาทาใหอะตอมเกดการสนและตวนา

มอณหภมสงขนจงเกดความตานทาน

Page 16: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

16

สภาพตานทานไฟฟา

เนองจากอเลกตรอนไดรบแรงจากสนามไฟฟาจงมความเรงเปน

/ /e em q m a F E

ความเรวหลงชนของอเลกตรอนจะมคาเปน

0 / , 0f i e iavet q m t v v v a E

ถา คอคาเฉลยของชวงเวลาระหวางการชนแตละครง คาเฉลยของความเรวสดทายจะมคาเปน

/favg d eq m v v E

Page 17: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

17

ความหนาแนนของกระแสจะมคาเปน

2 /d eJ nqv nq E m

เมอใชกฎของโอหมจะไดสภาพนาไฟฟามคาเปน

2

e

nq τσ =m

e2

m1ρ= =σ nq τ

ทานองเดยวกนสภาพตานทานไฟฟาจะมคาเปน

สภาพตานทานไฟฟา (ตอ)

Page 18: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

18

ความตานทานและอณหภม

คาสภาพตานทานไฟฟาจะเปนฟงกชนเชงเสนของอณหภม หรอ

o oρ= ρ 1+α T -T

คอคาสภาพตานทานไฟฟาทอณหภม T0 oρ

คอคาสมประสทธอณหภม (temperature coefficient) ม

หนวยเปน

เนองจากความตานทานเปนสดสวนกบคาสภาพตานทาน ดงนน

1C

1 - o oR R T T

Page 19: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

19

กราฟระหวางสภาพตานทานและ

อณหภมจะเปนเชงเสนโดยสภาพ

ตานทานจะเพมขนเมออณหภม

สงขนดงรป

แต ณ อณหภมต าๆ กราฟ

จะไมเปนเชงเสน

กราฟระหวางสภาพตานทานและอณหภม

Page 20: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

20

สารกงตวนาและตวนายงยวด

สารกงตวนาจะมสภาพตานทาน

ไฟฟาลดลงเมออณหภมเพมขน

เหนอ TC ความตานทานจะเหมอนกบ

โลหะทวไปแตเมออณหภมต ากวา Tc

ความตานทานจะลดลงเปนศนยทนท

กลายเปนตวนายงยวด (super

conductor)

Page 21: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

21

การประยกตใชตวนายงยวด

เนองจาก R=0 เมอใหกระแสกบตวนา

ยงยวด กระแสจะยงคงอยโดยไมตองม

ความตางศกยระหวางขวของตวนา

เนองจากขนาดของสนามไฟฟาแมเหลกมคา

เปน 10 เทาของแมเหลกไฟฟาจงสามารถนา

ตวนายงยวดมาทาเปนแมเหลกกาลงสงซง

สามารถยกกอนเหลกขนาดใหญไดดงรป

ปกตจะใชตวนายงยวดใน MRI

Page 22: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

22

กาลงไฟฟา

ในวงจรไฟฟาทมแบตเตอรดงรป เมอประจ

เคลอนทจาก a ส b พลงงานศกยไฟฟาของ

ระบบจะเพมขนเทากบ ซงทาใหพลงงาน

เคมจากแบตเตอรลดลงในจานวนเทากน

Q V

เมอประจเคลอนทจาก c ส d ระบบจะสญเสยพลงศกยไฟฟาเนองจากการชนของอเลกตรอนกบอะตอมของตวตานทานทาใหตวตานทานมอณหภมสงขน

ตวตานทานจะถายเทพลงงานความรอนใหกบอากาศและมอณหภม

คงตวเมอเกดการสมดลระหวางความรอนทไดรบและความรอนท

ถายเท

Page 23: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

23

อตราการสญเสยพลงงานศกยไฟฟาของระบบจะเทากบอตราการ

เพมพลงงานภายในของตวตานทานในรปของพลงงานความรอน

เนองจากกาลงไฟฟาคออตราการถายเทพลงงานใหกบตวตานทาน

กาลงไฟฟาจงมคาเปน

P=IΔ V เมอใชกฎของโอหมจะได

22 VP = IΔ V = I R =

R มหนวยเปนวตต (Watt, W)

กาลงไฟฟา (ตอ)

Page 24: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

24

วงจรกระแสไฟฟาตรง

ถากระแสไฟฟาในวงจรมขนาดและทศทางคงตวเราเรยกกระแสนนวา “ไฟฟากระแสตรง (direct current)”

เนองจากความตางศกยระหวางขวของแบตเตอรมคาคงตว แบตเตอร

จะผลตไฟฟากระแสตรง

คาแรงเคลอนไฟฟาของแบตเตอรคอคาความตางศกยสงสดทแบตเตอร

สามารถผลตไดระหวางขวของแบตเตอร

แบตเตอรจงเปนแหลงกาเนด “แรงเคลอนไฟฟา (electromotive force)”

หรอเปนแหลงกาเนดของพลงงานในวงจรไฟฟา

Page 25: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

25

องคประกอบของวงจรไฟฟา

วงจรไฟฟาจะประกอบดวยแบตเตอรซงเปนแหลงกาเนดแรงเคลอนไฟฟาตออยกบตวตานทานภายนอกดวยลวดทไมมความตานทาน

ขวบวกของแบตเตอรจะมศกยไฟฟาทสงกวาขวลบ

This image cannot currently be displayed.

V Ir จากรปจะเหนวาความตางศกยระหวางขวของ

แบตเตอรมคาเทากบความตางศกยทตกครอมตวตานทานภายนอก

เนองจากแบตเตอรมความตานทานภายใน r ความตางศกยระหวางขวของแบตเตอรจะมคาเปน

Page 26: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

26

กาลงไฟฟาของแบตเตอร

ถา คอแรงเคลอนไฟฟาของแบตเตอร และ I คอกระแสทไหล

ผานแบตเตอร กาลงไฟฟาของแบตเตอรจะมคาเปน

2 2P I I R I r

P I V I

กาลงไฟฟาดงกลาวจะถกสงผานไปยงตวตานทานภายนอกและตวตานทานภายในดงนนกาลงไฟฟาของแบตเตอรจงมคาเปน

เมอ R และ r คอความตานทานภายนอกของตวตานทานและความตานทานภายในของแบตเตอรตามลาดบ

Page 27: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

27

การตอตวตานทาน

การตอตวตานทานม 2 แบบ คอ แบบอนกรมและแบบขนาน

ในกรณการตอแบบอนกรมจะดงรปซายมอ และวงจรทสมมลกน

จะเปนดงรปขวามอ

ถาตอตวตานทานสมมลเขากบแบตเตอร ความตางศกยระหวาง

ขวของแบตเตอรจะเทากบผลบวกของความตางศกยทตกครอม

ตวตานทานแตละตว

1 2V IR IR 1 2IR IR IR 1 2R R R

Page 28: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

28

การตอตวตานทานแบบขนาน

วงจรของการตอตวตานทานแบบขนานและวงจรทสมมลกนจะมลกษณะดงรป

ความตางศกยทตกครอมความตานทานแตละตวจะมคาเทากน ทงนเพราะตวตานทานแตละตวตอเขากบขวของแบตเตอรโดยตรง

กระแสทไหลเขาสจดใดจดหนงจะเทากบกระแสทไหลออก : I = I1+I2

ความตานทานรวมของวงจรจะหาคาไดจาก :1 2 3

1 1 1 1 ...R R R R

Page 29: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

29

การตอตวตานทานแบบผสม

ตวอยางการตอตวตานทานแบบผสมจะเปนดงรป

จะเหนไดวาตวตานทาน 8.0 โอหม ตออนกรมกบตวตานทาน 4.0 โอหม ไดความตานทานรวมเปน 12.0 โอหม

ตวตานทาน 6.0 โอหม ตอขนานกบตวตานทาน 3.0 โอหม ไดความตานทานรวมเทากบ

6.0 3.02.0

6.0 3.0

ความตานทานรวมจากทง 2 กรณจะตอกนอยอยางอนกรมซงจะไดความตานทานรวมทงหมดเปน 14.0 โอหม

Page 30: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

30

กฎของเครชฮอฟฟ

ในวงจรไฟฟาทซบซอนบางชนดเราไมสามารถใชวธงายๆ เพอหา

กระแสไฟฟาของสวนตางๆ ของวงจร จาเปนตองใชกฎของเครช

ฮอฟฟ (Kirchhoff’s Rules)

= in outI I

กฎของเครชฮอฟฟม 2 ขอคอ

Junction Rule: “ผลรวมของกระแสทไหลเขาสจดใดจดหนงของ

วงจรจะเทากบผลรวมของกระแสทไหลออก”

Loop Rule: “ผลรวมของความตางศกยครอมสวนตางๆ ของ

วงจรปดจะมคาเปนศนย”closedloop

ΔV = 0

Page 31: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

31

การเปรยบเทยบ Junction Rule กบการไหลของนาในทอ

รปบนเปนการไหลของกระแสเขาสและ

ออกจากรอยตออนหนงของวงจร ซงเขยน

เปนสมการของกระแสไฟฟาไดดงน

I1 = I2 + I3

การไหลของกระแส ณ รอยตอดงกลาวจะ

เปรยบไดกบการไหลของนาในทอดงรป

ขางลาง

Page 32: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

32

การหาความตางศกยครอม R โดยใช Loop Rule

การหาความตางศกยระหวางจด a และ b โดยเคลอนทจาก a ส b

รป (a) เปนการเคลอนทผานความ

ตานทานในทศเดยวกบกระแสซงจะ

ไดความตางศกยครอม R เทากบ -IR

รป (b) เปนการเคลอนทผานความตานทานในทศตรงกนขามกบ

กระแสซงจะไดความตางศกยครอม R เทากบ +IR

Page 33: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

33

การหาความตางศกยครอม โดยใช Loop Rule

รป(c) เปนการเคลอนทผานแหลง

กาเนด emf ในทศทางเดยวกบemf ซง

จะไดความตางศกยเทากบ

รป(d)เปนการเคลอนทผานแหลงกาเนด

emf ในทศทางตรงกนขามกบ emf ซงจะ

ไดความตางศกยเทากบ

ε

Page 34: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

34

คาแนะนาในการใชกฎเครชฮอฟฟ

เขยนวงจรพรอมกบเขยนคาตางๆ ของสวนประกอบของวงจรกากบ

แลวกาหนดทศทางการไหลของกระแสไฟฟาในสวนตางๆ ของวงจร

ทศทางของตวแปรตางๆ จะเปนอยางไรกได แตเมอประยกตเขากบ

กฎของเครชฮอฟฟตองมเครองหมายตามทศทกาหนด

ประยกต Junction Rule เขากบกระแสทรอยตอตางๆ ทสามารถเขยน

สมการความสมพนธของกระแสไดไมซาเดม

ประยกต Loop Rule เขากบวงจรปดตางๆ ทไมซากนโดยตองเขยน

สมการของความตางศกยทสอดคลองกบทศทางการเคลอนทผานจด

ตางๆ ของวงจรปดแลวแกสมการเพอหาคากระแสและความตางศกย

Page 35: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

35

วงจร RC

/ /1 1t RC t RCq C e Q e

εR

a

bS

x

RV

CCV

I

วงจรอดประจ

เกดขนเมอสบสวตซไปท a ซงจะเปนการอดประจใหกบตวเกบประจ

จานวนประจในตวเกบประจจะเพมขนเปนฟงกชนของเวลาตามสมการ

วงจร RC จะม 2 แบบ คอ วงจรอด

ประจและวงจรคายประจ ซง

ประกอบ ดวย R และ C ตอกนอย

อยางอนกรมแลวตอเขา

แรงเคลอนไฟฟา ดงรปε

Page 36: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

36

ประจในตวเกบประจจะเพมขนตามเวลาดงรปและจะมคาสงสดเทากบ เมอเวลาเปนอนนต

-t RCεI t = eR

C

t RC เมอเวลา คาคงตวของเวลาประจจะมคาเปน 63% ของประจสงสด

เนองจาก ดงนนกระแสของวงจรจะเปนฟงกชนของเวลาตามสมการ

/I t dq dt

วงจรอดประจ (ตอ)

Page 37: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

37

กระแสจะมคาเปนศนยเมออดประจเตมแลว ทงนเพราะความตาง

ศกยครอมตวเกบประจมคาเทากบความตางศกยของแรงเคลอนไฟฟา

21 12 2

U Q C

t

พลงงานไฟฟาทเกบสะสมในตวเกบประจจะมคาเปน

กระแสในวงจรอดประจจะเปนดงรป โดยมคาสงสดเมอเรมตนอดประจ (t=0) เปน

0IR

RCt

II 0

0 37 0. I

กระแสในวงจรอดประจ

Page 38: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

38

/t RCq Qe

-t RC -t RCdq QI t = = - e edt RC

εR

วงจรคายประจ

เกดขนเมอสบสวตซไปท b หลงจากทอดประจ

เตมทแลวซงจะเกดการคายประจจากตวเกบ

ประจทาใหเกดกระแสไหลในวงจรดงรป

ประจจะลดลงแบบเอกซโพเนนเซยลตามสมการ

เมอเวลา t=RC ประจจะลดลง 63% ของ

ประจเรมตนหรอเหลอประจเพยง 37%

ของประจสงสด

กระแสของวงจรจะลดลงตามสมการ

RCt

II0

0 37 0. I

Page 39: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

39

ตวอยางท 3.1 ปลายของเสนลวดอล ม เ นยม ซง ม เสน ผาน

ศนยกลาง 2 .5 mm ถกนามาหลอใหตอกบ

ลวดทองแดงซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 1.8

mm ลวดผสมดงกลาวมกระแสไหลผาน 1.3 A

จงหาความหนาแนนกระแสในลวดแตละสวน

และขนาดของความเรวลอยเลอนของอเลกตรอน

ในลวดทองแดง (ดวธทาจากประมวลสาระฯ)

Page 40: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

40

ตวอยางท 3.2 ลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 1.02 mm

มกระแสไหลผาน 1.67 A จงหาวา

(1)ขนาดของสนามไฟฟาในเสนลวดทองแดงน

มคาเทาใด

(2) ความตางศกยระหวางจด 2 จดบนเสนลวด

ทอย หางกน (ตามแนวเสนลวด) เปนระยะ

50 m

(3) ความตานทานของเสนลวดนซงยาว 50 m

(ดวธทาจากประมวลสาระฯ)

Page 41: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

41

ตวอยางท 3.5 จงคานวณหาชวงเวลา และระยะเฉลยอสระ

ระหวางการชนของอเลกตรอนในทองแดงโดยใช

อตราเรว

τ λ

61.6 10 /v m s

ตวอยางท 3.7

1 2 34.6 , 3.5 , 2.8 R R R

จากรปท 3.15 ของประมวลสาระฟสกส 2

(1) จงหาความตานทานรวมของชดตวตานทาน

ชดน โดยท

(2) ถานาแบตเตอรความตางศกย 12.0 V มาตอ

ครอมจด a กบ b จะมกระแสไหลผาน R1

เทาใด (ดวธทาจากประมวลสาระฯ)

(ดวธทาจากประมวลสาระฯ)

Page 42: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

42

ตวอยางท 3.10 ตวเกบประจ C คายประจผานตวตานทาน R

(1) จงหาวาตองใชเวลาเปนกเทาของคาคงตว

เวลาของการเกบประจ ทประจบนตวเกบ

ประจจะมคาเปนครงหนงของในตอนเรมตน

(2) จงหาวาตองใชเวลาเปนกเทาของคาคงตว

เวลาของการเกบประจ ทพลงงานสะสมของ

ตวเกบประจจะมคาเปนครงหนงของใน

ตอนเรมตน (ดวธทาจากประมวลสาระฯ)

Page 43: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

43

A2a

A1I A

1. ลวดเสนหนงมขนาดไมคงตว สวนเลกมพนทหนาตด a สวนใหญม

พนทหนาตด A และมพนท A1 ทามม 45 องศา กบแกนเสนลวด

พนท A2 อยบนแนวแกนเสนลวด ดงรป

ถากระแสไฟฟา I ผานพนท A อยางสมาเสมอ จงหา

a. กระแสไฟฟาทผาน พนท a

b. กระแสไฟฟาทผาน A1

c. กระแสไฟฟาทผาน A2

b. ความหนาแนนกระแสไฟฟาในลวดสวนใหญ

e. ความหนาแนนกระแสไฟฟาในลวดสวนเลก

แบบฝกหด

Page 44: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

44

3. สายไฟฟาทาจากทองแดง มเสนผาศนยกลาง 1.8 มลลเมตร

นาไฟฟาขนาด 15 แอมแปร เขาสบาน จงหาสนามไฟฟาใน

ลวดทองแดง กาหนดใหของทองแดงม 81.68 10 .m

2. ของเหลวมไอออนบวกซงมประจ +e จานวน n ไอออนตอ

หนวยปรมาตร และมไอออนลบ ซงมประจ -e จานวน n

ไอออนตอหนวยปรมาตรเทากนเมอทาใหเกดความตางศกย V

ขนในของเหลวไอออนบวกจะมความเรวลอยเลอน v ไอออน

ลบมความเรวลอยเลอน 6v ความหนาแนนกระแสไฟฟาเปน

เทาใด

Page 45: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

45

4. จากรป, ถา AB เปนสวนหนงของวงจรและมกระแส I =1.5 A

ไหลจาก A ส B ความตางศกย VB – VA เปนเทาใด

20 V

20

12 V

A B

5. มอเตอรไฟฟามความตางศกย 5 โวลต และมกระแส 5 แอมแปร

ผานเขาไป มอเตอรนมกาลงเทาใด

Page 46: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

46

120V +_

10

50 6A

a. จงหากระแสไฟฟาทผานความตานทานแตละตว

b. ทดสอบความถกตองโดยหากาลงทเสยไป และกาลงทได

6. วงจรไฟฟา ประกอบดวยเครองกาเนดไฟฟากระแสตรงสองเครอง

เครองหนงมแรงเคลอนไฟฟา 120 V อกเครองหนงไมทราบคา

แรงเคลอนไฟฟา แตทราบวาเมอตอเปนวงจรกบตวตานทาน ดง

รป มกระแสไฟฟาผาน 6A

Page 47: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

47

b

a

c

d

e

f

35. V

7 V

1

10

1

f

d

7. จงหากระแสไฟฟาทผานเสนทางตางๆ ในวงจรขางลางน

k

F5.0 2M

16V

8. ในวงจรอดประจแกตวเกบประจ ดงรป

Page 48: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

48

เมอเวลา t = 0 สบสวตชลง

a. จงหาสมการแสดงประจในตวเกบประจเปนฟงกชนของเวลา

b. จงหาคาคงตวเวลา

c. เมอเวลาอนนต มประจในตวเกบประจเทาใด

d. เมอเวลา t = 1.39 วนาท มประจในตวเกบประจเทาใด

e. เมอเวลา t = 0 กระแสไฟฟาในวงจรเปนเทาใด

f. เมอเวลา t = 0 จงหาอตราการใหความรอนของตวตานทาน

g. เมอเวลา t = 0 จงหาอตราการใหพลงงานของแบตเตอร

h. เมอเวลา t = 0 จงหาอตราการรบพลงงานของตวเกบประจ

i. เมอเวลา จงหาอตราการใหพลงงานของแบตเตอรเปนt

Page 49: พ่อแม่ หวังพึ่งพาเจ า้ ครูเล่าหวังเจาสร้ างช้ื่อ ชาติหวังก ...ความหนาแน่นกระแส

49

9. จากวงจรขางลางจงหา

ก) กระแสไฟฟาทผานตวตานทาน 10 โอหม

ข) ความตางศกยระหวางจด A กบ D

ค) ศกยท A สงหรอต ากวาศกยท D

ง) ความตางศกยระหวาง B กบ C

จ) ศกยท B สงหรอต ากวาศกยท C

R2 10 = R1 2 =

1

40 = V 2 = 20V

R3 5 =

A B

CDE

F

10. จากวงจรในรปขอ 8 ทาการเปลยนคาความจไฟฟาของตวเกบประจ

เปน 5 ไมโครฟารด และความตานทานเปน 50 กโลโอหม ถาตองการ

ใหตวเกบประจรบประจไดครงหนงของคาประจสงสด จะตองสบสวตซ

ลงเปนเวลาเทาใด