Tip:
Highlight text to annotate it
X
สวัสดี ผมคือครูแอนเดอสัน .. วันนี้ผมจะมาว่าด้วยเรื่องวงจรอนุกรมและวงจรขนาน
ที่เห็นอันนี้คือแผนผังวงจรของทั้งสองประเภท คงยังจำกันได้ว่าอันนี้หมายถึงแบตเตอรี่
ส่วนยึกยือแต่ละอันนี่ก็คือตัวต้านทาน ส่วนผังอันนี้ก็คือวงจรอนุกรม รู้ใช่มั้ยว่า
นี่คือวงจรปิด หมายความว่ามันมีวง (ลูป) ครบรอบ ทำให้กระแสสามารถไหลไปได้
และเพราะว่าเรามีตัวต้านทานสามตัว กระแสไฟที่ผ่านตัวนี้ ก็จะต้อง
ผ่านอีกสองตัวเช่นกัน ทีนี้ถ้าเราดูที่ผังอันนี้ มีแบตเตอรี่ต่อกับตัวต้านทาน
สามตัวเหมือนกัน แต่ว่าเป็นการต่อแบบขนาน คือหมายความว่าเรามีวงจรอยู่สามวง
ที่กระแสอาจจะไหลผ่านไปได้ ก็เลยเรียกว่าวงจรขนาน ทีนี้ ลองนึกดูว่า
อีตอนที่เห็นทั้งวงจรอนุกรมและขนานทีแรกเลยเนี่ย มันจะมีอะไรๆ
ที่ดูไม่ค่อยน่าจะเข้าใจได้ง่ายๆ เท่าไร พูดอีกอย่างคือ มันจะมีอะไรแปลกๆ อยู่ในนั้น
แต่พอเข้าใจแล้วทั้งวงจรอนุกรมและขนานเท่านั้นแหละ
ก็จะเข้าใจหายสงสัยไปเลยแหละ เพราะงั้นวันนี้ครูจะมาอธิบายพื้นฐานวงจรขนานกับอนุกรม
ด้วยตัวอย่างสองสามอัน โดยการใช้โปรแกรมชุดสร้างวงจร (Circuit Construction Kit.)
ที่เห็นอยู่นี่คือเวปไซด์ phet.colorado.edu ที่ครูอยากจะให้พวกเราเข้าไปลองเล่นใช้งานดู
หนทางที่ดีที่สุดในการเรียนเรื่องไฟฟ้านี่ก็คือการได้เข้าไปลองฝึกเล่นกับมันจริงๆ เอาละทีนี้
ที่เรามีอยู่นี่ก็คือวงสองแบบ อันแรกนี่ ก็จะมีแบตเตอรี่อยู่ตรงนี้
เป็นแบตเตอรี่ 9 โวลต์ อันนี้ก็เป็นแอมป์มิเตอร์ที่เอาไว้ใช้วัดแอมป์ (กระแส) เสร็จแล้วก็มี
สายไฟที่ต่อไปยังหลอดไฟ กลับมาที่สวิชต์ แล้วก็กลับมาที่แบตเตอรี่อีกทีนึง
ตกลงอันนี้ก็คือวงจรอนุกรมคือจะมีกระแสไฟฟ้าไหลมาในทิศทางนี้
ผ่านแบตเตอรี่ แล้วก็กลับมา .. ไม่ใช่ แล้วก็ผ่านหลอดไฟก่อน แล้วก็กลับมาทีสวิชต์อีกครั้งนึง จะเห็นว่าพอครู
เปิดสวิชต์ปุ๊บ เราก็จะเห็นว่าอิเลคตรอนก็จะไหลไฟตามวงจร เราก็จะมีกระแสอยู่ 0.90 Amps แล้วก็
วิ่งผ่านไปที่หลอดไฟ ก็จะเห็นมีแสงสว่างอกกมาจากดวงไฟ
แสดงให้ดูว่ามีความสว่างมากน้อยเท่าไรออกมาจากหลอด อย่างแรกเลยที่ครูอยากลองคือ
ให้ครูลองปิด (สวิชต์) ดูแป๊บนึง เอาละ ครูจะเปิดวงจรสักเดี๋ยวนึง
คืออยากให้เราได้เข้าใจว่าจะมีไฟฟ้าออกมาเท่าไร หรือก็คือจะมีกระแสไหลอยู่
มากเท่าไร เทียบกับความสว่างที่ได้ในตอนนั้น แล้วครูก็จะเพิ่มหลอดไฟ
เข้าไปอีกหลอดนึง โดยจะต่อแบบขนาน เอาละ ให้ครูเพิ่มหลอดเข้าไปอีกอันตรงนี้ แล้ว
ครูต้องตัดท่อนนี้ออกก่อน แล้วต่อขั้วเข้าไปตรงนี้ ต่อกับสายทั้งสองด้าน แล้วครูก็
จะเลื่อนลงมาให้ดูดีหน่อย เอาละ ทีนี้เราก็จะได้หลอดไฟสองดวง เรามี
แบตเตอรี่อันเดียวกัน ถ้าพวกเรายังจำได้ว่าแสงสว่างมากเท่าไรตอนนั้น
รวมทั้งความเร็วด้วย .. แล้วเราก็จะมาเปิดดูกัน .. เอาละ ตกลงว่าวงจรขนาน
ของเราตอนนี้ก็จะมีหลอดไฟสองดวงทีี่ไม่สว่างเท่าในตอนแรก เหตุผลก็คือ ..ถ้ายังจำได้
ว่ามันเร็วแค่ไหน คือมีกระแสอยู่มากเท่าไร ..จำได้ว่าคือ 0.90 แอมป์
ตกลงว่าในวงจรอนุกรมเนี่ย ถ้าเราเพิ่มความต้านทานเข้าไป ก็แปลว่าเรากำลังลดปริมาณ
กระแสไฟฟ้า ผลก็คือหลอดไฟจะสว่างน้อยลง และปริมาณกระแสที่
ผ่านอุปกรณ์ทุกตัวในวงจรอนุกรมจะมีค่าเท่ากันหมด อีกอย่างนึงเกี่ยวกับเรื่องของ
วงจรอนุกรมก็คือ .. ให้ครูลอง ลองเอาอันนี้ออกก่อน ให้ครูเอาวงจรออกก่อน
เอาละ พอครูตัดวงจรตรงนี้ออก ตัดสายไฟตรงนี้ ก็จะไม่ต่อกันอีกต่อไป
หลอดไฟทั้งสองหลอดก็จะดับลงพร้อมกัน ตกลงว่าสิ่งที่ควรจำข้อแรกคือ
หลอดไฟทั้งสองต้องทำงานพร้อมกัน กระแสถึงจะไหลผ่านไปได้ และข้อที่สอง
หลอดไฟทุกหลอดจะมีปริมาณกระแสไฟฟ้าเท่ากันหมด อีกเรื่องนึงก็คือความต่างศักย์ มาลอง
เพิ่มโวลต์มิเตอร์เข้าไปดู .. ตกลงว่าถ้าเราเพิ่มโวลต์มิเตอร์เข้าไป อันนี้คือแบตเตอรี่ 9 โวลต์
ถ้าเราวัดความต่างศักย์ระหว่างทั้งสองด้านของแบตเตอรี่ทั้งสองอัน จะเห็นว่ามีความต่างศักย์อยู่ 9 โวลต์ .. ถ้าครูเลื่อน
เข็มวัดมาตรงนี้ เลื่อนอิเลคโตรดมาอยู่ที่นี่ ก็จะได้ 4.50 โวลต์ ..แล้วถ้าครู
เลื่อนเข็มวัดทั้งสองอันมาอยู่ตรงหลอดไฟดวงนี้ ก็จะได้ 4.50 โวลต์ เช่นกัน
ตกลงว่าผลรวมของความต่างศักย์ที่ลดลงของอุปกรณ์ทั้งสองอันจะมีค่าเท่ากับ
ความต่างศักย์ของวงจรทั้งหมด คือมีค่าเป็น 9 โวลต์ ..แต่ว่าหลอดไฟแต่ละอัน
จะมีทำให้ศักย์ไฟฟ้าลดลงไป 4.5 โวลต์ (ตามจุดต่างๆในวงจร) ตกลงเราได้มี 9 โวลต์ตรงนี้ แล้วก็ได้ 0 โวลต์ตรงนี้
พอเราไล่ศักย์ไฟฟ้ามาเรื่อยๆตามวงจรนี้ ทีนี้ครูจะเอาโวลต์มิเตอร์ออก แล้วปิดมันซะ
เสร็จแล้วลองเปิดดูอีกที เปิดไว้สักครู่นึง คราวนี้ช่วยกันจำว่าหลอดไฟมีความสว่างอยู่มากน้อยแค่ไหน
ทั้งสองหลอดเลยนะ สังเกตดูว่าตอนนี้เรามีกระแสอยู่ 0.45 Amps จากนั้นเราก็จะลงมาดู
ที่วงจรขนานนี่ ซึ่งวงจรขนานอันนี้ก็จะมีทางของวงจรสองอันขนานกันอยู่ พูดอีกอย่างก็คือ
มีสายไฟที่นำกระแสมาที่หลอดไฟดวงนี้ แล้วก็มีอีกเส้นที่นำมาทางอีกหลอดนึง
เพราะงั้น พอครูเปิดอันนี้ขึ้นมา จะเห็นเลยว่ามีความแตกต่างกันเยอะระหว่างทั้งสองวงจร และพอครูเห็นทีแรกนี่
ก็รู้สึกงงไปเลย ไม่เข้าใจว่า ทำไมหลอดไฟทั้งสองดวงนี้
ถึงไม่สว่างเท่ากันกับสองดวงข้างบนนั่น ถึงแม้เมื่อเทียบกับตอนที่มีหลอดเดียวก็เถอะ เพราะงั้น สิ่งแรกเลย
ที่เราอาจจะเดาไว้ในใจตอนแรกคือหลอดสองดวงนี่ อย่างน้อยก็น่าจะ
มีความสว่างเท่ากันกับหลอดดวงแรก ก่อนที่จะเอามาต่ออนุกรมเข้ากับอีกหลอดนั่น อีกอย่างก็คือ
เราจะเห็นว่าจริงๆแล้วเราก็มีกระแสไหลอยู่ในปริมาณที่มากกว่ามาก สังเกตได้จากที่อิเลคตรอน
ก็จะเลื่อนไปเร็วกว่ากันเยอะ ตกลงว่าความแตกต่างระหว่างวงจรอนุกรมกับวงจรขนาน
ก็คือว่า กระแสที่ไหลอยู่ในวงจรนั้น จะมากกว่ามาก ยังจำได้มั้ย ตอนที่ .. ลองกลับมานี่แล้วเอาอันนี้ออก
แล้วต่ออันนี้เข้าไปใหม่ จำได้มั้ยเรามี 0.90 แอมป์จ่ายให้กับหลอดไฟดวงนึง
แต่ตรงข้างล่างตอนนี้เรามี 1.8 แอมป์ หรือว่าก็คือมีกระแสไฟมากขึ้น
ทำไมเป็นอย่างงั้นล่ะ? คืองี้ .. เราจะมีกระแสที่ไหลมาทางนี้ กับกระแสที่ไหลมาทางนี้
กระแสที่อยู่ในแต่ละสาย เมื่อนำมารวมกันแล้ว ก็จะมีค่าเท่ากับกระแสในสายนี้ เพราะงั้น
อีตอนแรกที่เราบอกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ลดลงไปตามจุดต่างๆในวงจร แต่ละครั้งนั้น เมื่อนำมารวมกันเข้าก็จะมีค่าเท่ากับความต่างศักย์ของ
แบตเตอรี่ ทีนี้ ในวงจรขนานนี่ ทั้งสองเส้นทาง หรือกระแสที่ไหลอยู่ในทั้งสองเส้นทาง
เมื่อนำมารวมกันแล้วก็จะมีค่าเท่ากับกระแสของทั้งวงจร .. อีกอย่างนึงที่จะเห็น
ในวงจรขนานก็คือ .. ครูจะลองลบหลอดไฟดวงนี้ออกไปดู สังเกตว่าพอครูลบ
หลอดไฟในวงจรอนุกรมออก ทั้งวงจรดับหมด แต่ในวงจรขนาน ตอนที่ครูลบออกไป
อันนึง อีกอันนึงยังคงสว่างดีอยู่ ถึงตอนนี้ พวกเราก็น่าจะพอมองออกแล้วว่า พอครูลบ
หลอดไฟดวงนั้นออกไปกระแสในวงจรก็จะลดลงมาอยู่ที่ 0.90 และก็จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
มาทางด้านนี้ของวงจร แต่สำหรับทางด้านนี้เรายังคงมีกระแสไฟฟ้า หรือยังมีวงจรไฟฟ้า
ให้กระแสไหลได้อยู่ ครูจำได้เมื่อตอนเด็กๆ ครูมี หลอดไฟเป็นพวงที่ต่อกัน
เป็นวงจรอนุกรม และนั่นจะสร้างความปวดหัวให้ได้มาก ว่าเราเอาไปใช้งานตอนคริสต์มาสไม่ได้
เพียงเพราะว่าหลอดไฟเสียขึ้นมาเพียงดวงเดียว แล้วถ้าเป็นวงจรอนุกรม หลอดไฟทุกหลอดทั้งวงจร
ก็จะใช้งานไม่ได้เลย เราก็จะต้องมานั่งหาว่าเป็นที่หลอดไหน
ที่เกิดไส้หลอดขาดขึ้นมา ปัจจุบันนี้เขาเลยใช้แบบวงจรขนานแล้ว เหตุผลก็คือ
เราจะศักย์ไฟฟ้าจะได้ไม่ลดลงไปตามทางของหลอดแต่ละดวง อีกเหตุผลก็คือ
แม้ว่าหลอดไฟดวงนึงเกิดขาดขึ้นมา หลอดไฟดวงอื่นๆก็จะยังทำงานอยู่ เอาละ ที่ว่ามานี้ก็คือ
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวงจรอนุกรมและวงจรขนาน อย่าลืมว่า ในวงจรอนุกรมนั้น
จะมีกระแสเท่ากันหมดในทุกจุดของวงจร แต่ในวงจรขนาน
จะเป็นผลรวมของทั้งสองอัน ผลรวมของกระแสในแต่ละวงจะเท่ากับกระแสทั้งหมดในวงจร
และความต่างศักย์ของทุกวง .. ถ้าวัดด้วยโวลต์มิเตอร์ดู ในวงจรขนานก็จะ
เท่ากันหมดในทุกวง จำได้มั้ย อันนี้จะมีความต่างศักย์อยู่ 9.0 โวลต์ที่เส้นนี้ แล้วก็ที่เส้นนี้
ก็จะเป็น 9.00 โวลต์เหมือนกัน ตกลงว่าเราจะไม่ได้อะไรมาฟรีๆ
จากวงจรขนานหรอก เพราะที่จริงเราจะต้องใช้พลังงานมากขึ้นในวงจรแบบนี้
เทียบกับอันนี้ เพราะว่าเราต้องใช้กระแสสูงขึ้น เอาละ ทั้งหมดนี้ก็คือเรื่องของวงจรขนานกับอนุกรม
ก็หวังว่าคงช่วยอธิบายให้เราเข้าใจมากขึ้น