บทช่วยสอนกฎของโอห์มและกำลังในวงจรไฟฟ้า

กฎของโอห์มมีความสำคัญอย่างมากในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าในฐานะแนวคิดพื้นฐาน โดยให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับพฤติกรรมของวงจรไฟฟ้า เมื่อเข้าใจกฎของโอห์ม คุณจะปลดล็อกความสามารถในการคำนวณแรงดัน กระแส ความต้านทาน และกำลังไฟฟ้าในวงจร ในบทช่วยสอนนี้ เราจะเจาะลึกหลักการของกฎของโอห์มและสำรวจว่าพลังงานเกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าอย่างไร

กฎของโอห์ม

ตามกฎของโอห์ม ตัวนำที่เชื่อมต่อจุดสองจุดจะมีกระแสไหลที่สัมพันธ์โดยตรงกับแรงดันไฟฟ้ารอบๆ จุดเหล่านั้น และสัมพันธ์ผกผันกับความต้านทานของตัวนำ ในทางคณิตศาสตร์สามารถแสดงเป็น:

ในสมการนี้ V หมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ในหน่วยโวลต์ I หมายถึงกระแสที่วัดได้ในหน่วยแอมแปร์ และ R หมายถึงความต้านทานที่วัดได้ในหน่วยโอห์ม ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์นี้เน้นการเชื่อมต่อระหว่างแรงดัน กระแส และความต้านทาน ตามกฎของโอห์ม การเพิ่มแรงดันในวงจรจะส่งผลให้กระแสเพิ่มขึ้นตามไปด้วย เนื่องจากความต้านทานยังคงที่ ในทำนองเดียวกัน ถ้าความต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสจะลดลงสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด

การคำนวณแรงดัน กระแส และความต้านทาน

พิจารณาตัวอย่างเพื่อแสดงให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้กฎของโอห์มในทางปฏิบัติ วงจรที่มีแรงดัน 12 โวลต์และความต้านทาน 4 โอห์ม โดยใช้กฎของโอห์ม เราสามารถคำนวณกระแสที่ไหลผ่านวงจรได้ดังนี้

ในการหาค่ากระแส (I) ให้หารทั้งสองข้างของสมการด้วย 4:

ดังนั้น ในตัวอย่างนี้ กระแสที่ไหลผ่านวงจรคือ 3 แอมแปร์

กำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

พลังงานมีความสำคัญอย่างมากในวงจรไฟฟ้า เนื่องจากเป็นตัวบ่งชี้อัตราที่พลังงานไฟฟ้าถูกใช้หรือถ่ายโอน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของวงจร กำลังไฟฟ้า (P) ในวงจรไฟฟ้าสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

ที่นี่ P คือพลังงานที่วัดเป็นวัตต์:

สมการแสดงให้เห็นว่ากำลังเป็นผลคูณของกระแสและแรงดัน นี่หมายความว่ากำลังไฟฟ้าที่ใช้โดยอุปกรณ์หรือส่วนประกอบในวงจรนั้นแปรผันโดยตรงกับทั้งกระแสที่ไหลผ่านและแรงดันที่ตกคร่อม

การคำนวณกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

ตอนนี้เพื่อคำนวณพลังงานที่ใช้โดยอุปกรณ์ในวงจร สมมติว่าเรามีวงจรที่มีกระแส 2 แอมแปร์และแรงดัน 6 โวลต์ และเราต้องการกำหนดกำลังไฟจากนั้น:

ดังนั้นพลังงานที่อุปกรณ์ใช้ในตัวอย่างนี้คือ 12 วัตต์

แผนภูมิวงกลมสูตรกฎของโอห์ม

ด้านล่างนี้คือแผนภูมิวงกลมที่แสดงสูตรทั้งหมดสำหรับการคำนวณกระแส ความต้านทาน แรงดัน และกำลังของวงจรใดๆ:

บทสรุป

กฎของโอห์มให้ความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างแรงดัน กระแส และความต้านทาน ทำให้สามารถคำนวณและคาดคะเนได้อย่างแม่นยำในวงจรไฟฟ้า นอกจากนี้ การคำนวณพลังงานยังช่วยให้เราสามารถประเมินการใช้พลังงานและประสิทธิภาพของอุปกรณ์และส่วนประกอบภายในวงจรได้