Tip:
Highlight text to annotate it
X
สวัสดี นี่คือครูแอนเดอสัน และวันนี้ครูจะอธิบายเรื่องความต่างศักย์ กระแส แล้วก็
ความต้านทาน ทั้งสามตัวที่พูดถึงนี้ เราจะพบเห็นได้ในวงจรไฟฟ้า .. ออกจะยากสักหน่อยที่จะนึกภาพว่ากระแสไฟฟ้าในวงจร
นั้นไหลไปมาอย่างไร เราเลยต้องใช้จินตนาการมากหน่อยที่จะเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นข้างในนั้น
ครูก็เลยจะอธิบานเรื่องพวกนี้โดยใช้ตัวอย่างเปรียบเทียบ โดยตัวอย่างที่ว่าก็คือตัวอย่าง
เรื่องน้ำ .. เราก็เลยจะเริ่มจากน้ำที่เราเก็บไว้ในแท้งค์สูง ซึ่งก็จะมี
พลังงานศักย์เก็บอยู่ .. พอพูดถึงพลังงานศักย์ในทางไฟฟ้า นั่นก็คือ ความต่างศักย์ ซึ่งเราวัดกันในหน่วยโวลต์
พอน้ำไหลลงมาข่างล่างที่ห้องน้ำหรืออ่างล้างหน้า นั่นก็คือกระแสไฟฟ้า มีสัญญลักษณ์
คือ I และกระแสไฟฟ้าก็คือปริมาณน้ำที่กำลังไหลอยู่นั่นเอง
เรื่องของเรื่องคือ น้ำก็จะไหลลงมาแล้วในที่สุดก็จะถูกเอาไปใช้งานที่อ่างล้างหน้าหรืออะไรๆในห้องน้ำ นั่นแหละ
ก็คิดว่าน่าจะมีการบำบัดน้ำเสีย ทำให้สะอาดก่อนละนะ แล้วก็จะถูกปั๊มกลับขึ้นไปเก็บไว้ที่แท้งค์
อย่างเดิม .. แล้ว ความต้านทานคืออะไรล่ะ? เราใช้ R แทนความต้านทาน ซึ่งอาจจะเป็นอะไรก็ตาม
ที่ต้านการไหลของกระแสไฟฟ้า อย่างขนาดความเล็กใหญ่ของท่อ หรืออาจจะเป็น
อะไรๆที่ อุดตันอยู่ภายในท่อนั้น แล้วก็ร่วมด้วยช่วยกันต้านให้น้ำไหลช้าลง นี่ก็เรียกว่าความต้านทานทั้งสิ้น
ในทำนองเดียวกัน ไม่ว่าอะไรที่อยู่ในลวดแล้วทำให้กระแสไฟฟ้าไหลช้าลง ก็ล้วนแต่เป็นความต้านทานหมด
ตกลงเราก็มีความนต่างศักย์ที่วัดเป็นหน่วยโวลต์ มีกระแสที่วัดเป็นหน่วยแอมส์ กับความต้านทาน
วัดเป็นโอห์ม แต่ละคำนี้ก็มีที่มาจากนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่มาค้นพบอะไรๆ
เกี่ยวกับไฟฟ้านั่นเอง
เอาละ .. วันนี้ครูจะสอนด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า"ชุดสร้างวงจร" (circuit construction kit) ถ้าพวกเราอยากจะลองใช้ดู
ก็สามารถเข้าไปที่เวปไซต์อันนี้ คือ phet.colorado.edu ก็จะได้เห็น
แบบจำลองดีๆหลายอัน ที่จะช่วยให้เราเข้าใจว่าไฟฟ้าทำงานอย่างไร
ด้วยแบบจำลองวงจรพวกนี้แหละ ที่ครูกำลังจะใช้นี่จะเป็น DC ที่หมายถึงไฟฟ้ากระแสตรง
ในแบบจำลองนี้ ก็มาเริ่มกันที่ใส่แบตเตอรี่เข้าไปก่อน เอ้า .. มาลองใส่แบตเตอรี่กัน
ด้วยการกด right click (คลิดขวาที่เม้าส์ - ผู้แปล) สามารแสดงค่าได้ด้วย
สมมติว่าเราจะกำหนดให้อันนี้ เป็นแบตเตอรี่ 9 โวลต์ หมายความว่าแบตมีพลังงานอยู่เท่านี้นั่นเอง ก็เหมือนกับ
แบตเตอรี่ที่เราใส่ในเครื่องตรวจควันก็เป็นขนาด 9 โวลต์เช่นกัน ทีนี้เรามาใส่
สายไฟลงไปตรงนี้ แล้วก็อีกเส้นที่ตรงนี้ เสร็จแล้วมาลองวัดค่ากระแสไฟดู
เราก็จะใส่แอมป์มิเตอร์ไปที่ตรงนี้ หยิบมาวางตรงนี้ แล้วลองวัดดู
วัดแอมป์ซึ่งก็คือกระแสที่ไหลผ่านวงจรนี้ ลองใส่สายไฟลงไปอีกเส้น
เสร็จแล้วก็ทำให้มันครบวงจร ก็เอาสายไฟอีกเส้นมาใส่ตรงนี้ อีกเส้น
ตรงนี้ แล้วก็ต่อเข้าด้วยกัน แล้วก็มีสายอีกเส้นตรงนี้ด้วย
ทีนี้จะสนุกแระ .. ถ้าพวกเราพอจะรู้อะไรๆเกี่ยวกับไฟฟ้ามาบ้าง ก็คงเดาได้ว่ากำลังจะมีเรื่องสนุกเกิดขึ้น
ที่ครูจะทำอยู่นี่คือกำลังจะ"ลัดวงจร" จะเกิดอะไรขึ้นถ้าแบตเตอรี่ลัดวงจร? 'เอ่อ..
เราก็จะเห็นว่าอิเลคตรอนก็จะวิ่งฉิวววว... ดูที่แอมป์มิเตอร็ก็จะเห็นว่า
เข็มชี้มันก็ชี้ไปจนสุดทางเท่าที่มันจะไปได้แล้ว ให้สังเกตด้วยว่า เขามีการบอกด้วยว่า ไอ้ผลที่แสดงอยู่เนี่ย ทำให้ช้าลงมาจนเหลือน้อยกว่า 1% แล้วนา
จากความเร็วปกติน่ะ นี่ถ้าเห็นของจริงในแลปก็เรียบร้อยไปแล้ว เพราะว่าเราอาจจะไปทำให้เกิดสปาร์ค หรือไม่ก็อาจจะ
ทำให้แบตเตอรี่ระเบิดได้ ก็อย่าไปทำเข้าก็ละกัน ครูจะเอาออกละ
แล้วก็จะเอาตรงนี้ออกด้วย เอาละไม่ดีนะ อย่าทำ เป็นการต่อวงจรที่ "อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพ"
ถึงตอนนี้มาลองใส่อุปกรณ์อันที่สามเข้าไปดีกว่า ก็อีกละ
เราก็เริ่มจากตรงที่มีแรงดันไฟฟ้า ที่ก็คือพลังงานศักย์นั่นเอง แล้วก็มีกระแส ที่ก็คือ
การไหลของอิเล็กตรอน แต่ตอนนี้มาเพิ่มความต้านทานเข้าไปที่นี่ ดังนั้นถ้าเราเพิ่มตัวต้านทานไป
ในวงจร แล้วก็ต่อมันเข้าไปในวงจรซะ แล้วปล่อยให้เริ่มทำงาน ก็จะได้ออกมาเป็นวงจรที่ทำงานใช้ได้
ตอนนี้เราก็จะมีพลังงานศักย์ที่คอยผลักอิเลคตรอนให้ไหลไปทางนี้
มันก็จะไหลผ่านแอมป์มิเตอร์ที่จะวัดกระแสเป้ฯแอมป์ขณะที่อเลคตรอนเคลื่อนผ่านไป และตอนนี้เราก็มี
ตัวต้านทาน ซึ่งเข้ามาช่วยชะลอการไหลของอิเลคตรอนพวกนี้
เรามาลองเปลี่ยนให้มีการแสดงค่าดูกัน เอาละ ได้อะไรทีนี้? เรากลับมาที่คำนิยามอีกที
เราก็จะมีความต่างศักย์ หรือ V ซึ่งก็คือแบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์
แล้วก็มีกระแส ซึ่งกระแสจะแทนด้วย I แสดงว่าเป็นค่ากระแสไฟฟ้า
หรือเรียกว่าเป็นสัญลักษณ์สำหรับกระแส เสร็จแล้วอันสุดท้ายก็มี
ความต้านทาน และความต้านทานก็วัดด้วยหน่วยโอห์ม พอเราดูค่าต่างๆทั้งหมดนี้แล้ว
เราก็น่าจะพอเห็นภาพหรืออธิบายกฎของโอห์มได้
เรามี 9 โวลต์ เรามีความต้านทาน 10 โอห์ม และเรามี 0.9 แอมป์
9 เท่ากับ 10 .. โทษทีลายมือแย่หน่อย .. คูณ 0.9
ดูจากตัวเลขแล้ว ก็น่าจะพอมองออกว่า กฎของโอห์มก็อาจจะอธิบายง่ายๆ ได้เป็น V เท่ากับ I คูณ R
โอย นั่น R น่าเกลี่ยดไปหน่อย ..ตกลงก็จะได้ V เท่ากับ I คูณ R หรือพูดอีกอย่างคือ ความต่างศักย์เท่ากับกระแส
คูณด้วยความต้านทาน ถ้างั้นมันควรจะเป็นยังงัยถ้าเราเพิ่มความต่างศักย์ ก็ถ้าเราเพิ่ม
ความต่างศักย์ ขณะที่ความต้านทานคงที่ คือไม่มีการเปลี่ยนแปลง ถ้าเราเพิ่ม
ความต่างศักย์ กระแสไฟฟ้าจะเป็นยังงัย? เอ้า ..มาลองดูกัน
ถ้าทำอย่างที่ว่า คือเพิ่มความต่างศักย์
โทษที มาเปลี่ยนค่าเพิ่มความต่างศักย์ ตรงนี้ให้มีค่ามากขึ้น สิ่งที่จะเกิดขึ้น
กับแอมป์หรือกระแสไฟฟ้าก็คือ กระแสจะมีค่ามากขึ้น เพราะความต้านทาน
มีค่าคงเดิม แล้วครูก็เพิ่มความต่างศักย์ขึ้นไป แล้วกระแสจะเป็นยังงัย?
กระแสจะเพิ่มขึ้น สิ่งที่แบบจำลองอันนีทำไว้ได้ดีมากก็คือ ลองดูนี่
เพิ่มความต่างศักย์แล้วอย่างนี้ ก็จะแสดงให้เห็นว่าอิเลคตรอน หรือไอ้ลูกที่แทนอิเลคตรอนเนี่ย
จะมีความเร็วมากขึ้น ก็เอาเป็นว่าการเพิ่มความต่างศักย์ที่แบตเตอรี่
จะทำให้เราได้กระแสมากขึ้น ทีนี้ ในทางตรงข้าม ถ้าเราเพิ่มความต้านทานล่ะ?
มาลองเปลี่ยนความต้านทานดูกัน ค่าตอนนี้อยู่ที่ 10 โอห์ม สมมติว่าเราเพิ่ม
สมมติว่าเราเพิ่มให้เป็น 51 โอห์ม แล้วจะเป็นยังงัย? ก็จะเป็นว่า พอเราเพิ่มความต้านทาน
กระแสก็จะลดลง นั่นก็คือมีความแปรผกผันระหว่าง
ความต้านทานกับกระแส แล้วก็มีการแปรผันตรงระหว่างความต่างศักย์
กับกระแส นั่นแหละคือการอธิบายอย่างง่ายๆ จากกฎของโอห์ม ที่เราเอามาแก้ปัญหาได้
หรือถ้าจะว่ากันก็คือ เอ้า ลองปิดค่าทั้งหลาย ไม้ให้พวกเราเห็น แล้วมาดูกัน
สมมติว่าเราไม่รู้ว่าความต่างศักย์มีค่าเป็นเท่าไร แต่เรารู้ว่ากระแสมีค่าเป็น 0.94 แอมป์
และรู้ว่าเป็นความต้านทานมีค่าเป็น 51.25 โอห์ม เราก็น่าที่จะคำนวณความต่างศักย์ออกมาได้
นั่นคือ ในกรณีของวงจรอย่างง่ายแบบนี้ เราสามารถที่จะคำนวณจากค่าของกระแส ค่าของความต้านทาน
และค่าของโวลต์ เราก็จะคำนวณค่าแต่ละอันออกมาได้
วิธีที่ดีที่สุดที่ครูใช้จำสูตรอันนี้ หรือพวกเราอาจจะ
ใช้วิธีธีอื่นๆจำก็ตาม แต่ของครูใช้ปิระมิดอันนี้
ครูมีค่าโวลต์ที่ด้านบน มีค่ากระแสที่ด้านล่างข้างนึง แล้วก็ค่าความต้านทานอยู่อีกข้าง
แล้ววิธีของครูก็คือเอามือปิดไอ้ค่าที่ครูต้องการหา เอ้าสมมติ
ค่าที่ครูต้องการหาคือความต่างศักย์ ครูก็ปิดที่ V ก็จะได้ออกมาเป็น
กระแสคูณความต้านทาน ตกลงถ้าครูไม่รู้ค่าความต่างศักย์ ครูก็ปิดที่นั่น
ก็จะได้ออกมาเป็น ความต่างศักย์ เท่ากับกระแส คูณความต้านทาน ทีนี้ถ้าครู
ไม่รู้ค่ากระแส ก็ปิดที่ I .. สมมติครูไม่รู้กระแส ก็จะได้กระแส เท่ากับ
ความต่างศักย์ หารด้วยความต้านทาน ทำนองเดียวกัน ถ้าไม่รู้ความต้านทาน
ก็ปิดที่ R ก็จะได้เป็นความต้านทานเท่ากับความต่างศักย์หารด้วยกระแส
ตกลงทั้งหมดที่อธิบายมานี่แหละ เรียกว่ากฎของโอห์ม และที่เห็นนี่คือลายมือครูเอง ครูไม่ค่อยเก่ง
เท่าไร กับไอ้เมาส์ตัวนี้ ตกลงนั่นก็คือกฎของโอห์ม ที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง
ความต่างศักย์ กระแส และความต้านทาน ซึ่งชื่อทั้งหมดนี้ตั้งตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์ที่
ศึกษาวิจัยกับเรื่องไฟฟ้า อีตาคนนี้ก็คือ โวลตา (Volta) ได้เป็นโวลต์มาจาก Volta ส่วนนี่
ความต้านทาน มาจาก Ohms และกระแส หรือแอมป์ ก็มาจาก อีตาแอมแปร์ (Ampere)
นั่นแหละกฎของโอห์ม และวิธีง่ายที่สุด
ที่จะดูว่าแต่ละตัวทำงานยังงัยก็คือการใช้แบบจำลองการสร้างวงจรนี่
นอกจากนี้ยังมีอันอื่นๆ อย่างพวกนี้ด้วย เช่นโวลต์มิเตอร์ เราอาจจะติดโวลต์มิเตอร์
ไว้ตรงนี้ และอันที่จริงเราสามารถจะวางไว้ตรงจุดไหนก็ได้สำหรับ
วัดความต่างศักย์ ได้ความต่างศักย์ออกมาเป็น 48.12 โวลต์ แล้วเราก็ยังสามารถใช้แอมป์มิเตอร์ได้ด้วย เดี๋ยวให้ครู
ลบอันนี้ออกก่อน ถ้าพวกเรานึกสนุก ก็อาจจะลองใส่
หลอดไฟเข้าไป ก็จะได้เป็นหลอดไฟอยู่ตรงนี้ เช่นเดิม .. เราต้องมีกระแสไฟฟ้า
เข้าไปด้านนึงแล้วก็ออกมาอีกด้านนึง ได้เป็นแสงสว่างออกมา แล้วหากเราเปลี่ยน
ค่าความต้านทาน .. มาลองเปลี่ยนค่าความต้านทานกันดู มาใช้ความตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้ดีกว่า ก็อาจจะลด
ค่าความต้านทานและเพิ่มกระแสไฟฟ้าขึ้นมาได้ ก็จะได้อิเลคตรอนที่ไหล
ในอัตราที่มากขึ้น ก็จะได้แสงสว่างและความร้อนมากขึ้น เป็นตัวอย่างของวงจรอย่างง่ายอันนี้
ครูจะอธิบายในรายละเอียดเกี่ยวกับวงจรขนานหรืออนุกรมในวิดีโออันถัดไป
หวังว่าเท่าที่ดูมาทั้งหมดนี้ คงช่วยให้เรามีพื้นฐานที่ดีขึ้นมาบ้างแล้ว