551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 1 of 14

การทดลองท 1

วงจรไฟฟากระแสตรง: กฎของโอหม การแบงแรงดนและกระแสไฟฟา 1. จดประสงค

1. อธบายความสมพนธระหวางกระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา และความตานทาน จากกฎของโอหมได 2. คานวณหาคากระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา และความตานทาน โดยใชกฎของโอหมได 3. อธบายความหมายของวงจรอนกรม วงจรขนานและวงจรผสม ไดถกตอง 4. คานวณหาคากระแส แรงดนไฟฟาและความตานทาน โดยใชคณสมบตวงจรไฟฟากระแสตรงได 5. คานวณหาคากระแสและแรงดนไฟฟาดวยวธการแบงแรงดนและแบงกระแสไฟฟาได 6. อธบายคณสมบตของวงจรแบงแรงดนและแบงกระแสไฟฟาได

2. อปกรณการทดลอง

1. แหลงจายไฟฟากระแสตรง +/-15V 1 ตว 2. ตวตานทานปรบคาได 1k 1 ตว 3. ตวตานทานขนาด 330, 3.9k, 5.1k,10k, 100k, 330k, 390k อยางละ 3 ตว 4. มลตมเตอรแบบดจตอล 2 เครอง 5. โฟโตบอรด 1 บอรด 6. สายตอวงจร

3. ทฤษฏ

1. กฎของโอหม (Ohm’s Law) กลาววา “ในวงจรไฟฟาใด ๆ กระแสไฟฟาจะแปรผนตรงกบแรงดนไฟฟาและจะแปรผกผน

กบความตานทาน” นนกคอ

รปท 1 แสดงการวเคราะหกฎของโอหม

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 2 of 14

1. ความสมพนธระหวางกระแสไฟฟากบแรงดนไฟฟา

I E∝ นนคอ เมอกระแสไฟฟา (I) มคามากขน แสดงวาแรงดนไฟฟาจากแหลงจาย (E) กจะมคาเพมขน

2. ความสมพนธระหวางกระแสไฟฟากบความตานทาน

1IR

∝

นนคอ เมอกระแสไฟฟา ( I ) มคามากขน แสดงวาคาความตานทาน ( R ) มคาลดลง นนเอง 3. ความสมพนธระหวางกระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา และความตานทาน

EIR

= เปลยนเปนสมการจะได EI kR

=

เมอ k เปนคาคงททางไฟฟามคาเทากบ 1 ดงนนจะได

สตรกฎของโอหม EIR

= (Ampere)

จะได E I R= • (Volt) และ ERI

= (Ohm)

2. วงจรไฟฟากระแสตรง วงจรอนกรม คอ วงจรทประกอบดวยความตานทานตงแต 2 ตวขนไปตอเรยงกน โดยม

กระแสไฟฟาไหลผานความตานทานนน ๆ เพยงเสนเดยว

รปท 2 วงจรอนกรม

คณสมบตของวงจรอนกรม 1. 1 2 3...TR R R R= + + + 2. 1 2 3...TI I I I= = = = 3. 1 2 3...T R R RE V V V V= = + + + 4. 1 2 3...TP P P P= + + +

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 3 of 14

วงจรขนาน (Parallel Circuits) คอ วงจรทมองคประกอบวงจรตงแตสองตวขนไป โดยปลายทงสองขางตอครอมรวมกนทขวของแหลงจาย ดงแสดงในรป

รปท 3 การตอวงจรขนาน

คณสมบตของวงจรขนาน คอ

1. ความตานทานรวมจะมคานอยกวาความตานทานทมคานอยทสดในวงจร ซงหาได

จากสตร 1 2 3

1 1 1 1...TR R R R= + + +

2. กระแสรวมของวงจรจะเทากบกระแสทไหลในแตละสาขารวมกน ซงหาไดจากสตร 1 2 3...TI I I I= + + +

3. แรงดนตกครอมในแตละสาขาจะเทากบแรงดนของแหลงจาย ซงหาไดจากสตร

1 2 3...R R RE V V V= = = =

วงจรผสม คอ วงจรทประกอบไปดวยคณลกษณะของวงจรอนกรม และคณลกษณะของวงจรขนานรวมอยในวงจรเดยวกน ซงวงจรในลกษณะนจะมอยมากมายในวงจรทใชงานจรง และในการแกปญหาในวงจรผสมน จะตองใชคณสมบตของวงจรอนกรมแกปญหาในวงจรยอยทมลกษณะอนกรม และใชคณสมบตของวงจรขนานแกปญหาวงจรยอยทมลกษณะขนาน แลวจงนามาหาผลรวมผลรวมสดทาย จงจะไดผลของวงจรรวมทเรยกวา วงจรผสม

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 4 of 14

3. กฎการแบงแรงดนและกระแสไฟฟา วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะไมมโหลด คอ วงจรทมการตอแบบอนกรม ซงสามารถแบงแรง

ดนไฟฟาไดหลาย ๆ คาจากแหลงกาเนดเดยวกน คาแรงดนไฟฟาทไดจะมากหรอนอยขนอยกบคาความตานทานทตอในวงจรนน ๆ ดงแสดงในรปท 4

รปท 4 วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะไมมโหลด

จากรปเขยนสมการไดดงน

11

1 2R

RV ER R

=+

และ 22

1 2R

RV ER R

=+

วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะมโหลด จากวงจรแบงแรงดนไฟฟาแบบไมมโหลด จะเหนวาแรงดนจะถกแบงออกไดหลาย ๆ คา

ขนอยกบคาความตานทานทนามาตอในวงจร ทตองมการแบงแรงดนกเพอใหมขนาดของแรงดนเหมาะสมกบโหลด แตเมอนาโหลดมาตอในวงจรจะทาใหรปแบบของวงจรเปลยนแปลงไปซงสงผลใหคาแรงดนทโหลดมคาเปลยนแปลงไปดวย ดงแสดงในรปท 5

รปท 5 วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะมโหลด

จากรปเขยนสมการไดดงน

11

1 2( // )RL

RV ER R R

=+

และ 22

1 2

( // )( // )

LR

L

R RV ER R R

=+

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 5 of 14

วงจรแบงกระแสไฟฟา (Current Divider) คอ วงจรขนานนนเอง จากวงจรจะเหนวาเมอมกระแสไฟฟาไหลในวงจรขนาน กระแสจะถก

แบงใหไหลแยกไปในสาขาตาง ๆ ของวงจร คาของกระแสไฟฟาทไหลผานในแตละสาขาจะขนอยกบคาความตานทานทตออยในสาขานน ดงรป

รปท 6 วงจรแบงกระแสไฟฟา

จากรปเขยนสมการไดดงน

21

1 2T

RI IR R

=+

และ 12

1 2T

RI IR R

=+

4. คาถามกอนการทดลอง

1. กฏของโอหมกลาวถงความสมพนธระหวางตวแปรทางไฟฟา 3 ตว อะไรบาง

2. ในวงจรไฟฟาแบบอนกรม ถามตวตานทานสามตวทมคาตางกน กระแสไฟฟาทไหลผานตวตานทานแตละตวจะมคาเทาไร

3. ในวงจรไฟฟาแบบอนกรม ถามตวตานทานสามตวทมคาเทากน แรงดนไฟฟาทตกครอมตวตานทานแตละตวจะมคาเทาไร

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 6 of 14

4. อปกรณไฟฟาทใชตามบานพกอาศย เชน ทว ตเยน ตอวงจรเปนแบบอนกรม ขนานหรอผสม กบแหลงจายไฟ

5. ในวงจรไฟฟาแบบขนาน ในแตละสาขายอยจะไดรบปรมาณแรงดนหรอกระแสไฟฟาเปนจานวนเทาๆกน

6. ในวงจรผสม เราจะสามารถคานวณปรมาณใดไดเปนอนดบแรกระหวาง คาความตานทานรวม คาแรงดนไฟฟาในแตละสาขา หรอ คากระแสไฟฟาในแตละสาขา

7. ในวงจรไฟฟาตามรปท 4 ถา E = 15V, R1 = 1k, R2 = 2k แรงดนทตกครอมตวตานทานแตละตวจะมคาเทาไร

8. ในวงจรไฟฟาตามรปท 5 ถา E = 15V, R1 = 1k, R2 = 2k, RL = 2k แรงดนทตกครอมตวตานทานแตละตวจะมคาเทาไร

9. ในวงจรไฟฟาตามรปท 6 ถา IT = 3A, R1 = 1k, R2 = 2k กระแสไฟฟาทไหลผานตวตานทานแตละตวจะมคาเทาไร

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 7 of 14

5. ลาดบขนการทดลอง ตอนท 1/3: กฏของโอหมและวงจรไฟฟาแบบอนกรม

รปท 7 วงจรไฟฟาแบบอนกรมสาหรบการทดลองตอนท 1/3

1. ใหคานวณคากระแสไฟฟา และแรงดนไฟฟาทตกครอมตวตานทานแตละตว 2. ตอวงจรดงรปท 7 กาหนดใหใชมเตอรตวท 1 เพอวดกระแส และใชมเตอรตวท 2 สาหรบวด

แรงดน, ให R1=R2=R3=330Ω และกาหนดแรงดนเปน 15 โวลต 3. เปดแหลงจายแรงดน บนทกคากระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาทอานได ลงในตารางท 1 4. เปรยบเทยบกระแสไฟฟาทคานวณไวกบทวดได วามความแตกตางกนมากนอยเพยงไร 5. ทดลองเปลยนตวตานทาน R1, R2 และ R3 ใหมคาตางๆตามตารางบนทกผลการทดลอง

ตารางท 1 วงจรไฟฟาแบบอนกรม

คาตวตานทาน (โอหม)

แรงดนตกครอม R คานวณ (V)

แรงดนตกครอม R วด (V) ลาดบ

แหลงจายไฟฟา

(V) R1 R2 R3 VR1 VR2 VR3 VR1 VR2 VR3

กระแส คานวณ

(A)

กระแส วด (A)

1 15 330 330 330 2 15 330 330 3.9k 3 15 330 330 5.1k 4 15 3.9k 3.9k 3.9k 5 15 330 3.9k 3.9k 6 15 5.1k 3.9k 3.9k 7 15 5.1k 5.1k 5.1k 8 15 5.1k 330 5.1k 9 15 5.1k 3.9k 5.1k 10 15 330 5.1k 3.9k

Note: ใหนกศกษากลมเลขคทาการทดลองลาดบเลขคและนกศกษากลมเลขคทาการทดลองลาดบเลขค แลวนาผลการทดลองมาแลกกน

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 8 of 14

ตอนท 2/3: วงจรไฟฟาแบบขนานและวงจรไฟฟาแบบผสม

รปท 8 วงจรไฟฟาแบบขนานสาหรบการทดลองตอนท 2/3

6. ใหคานวณคากระแสไฟฟา และแรงดนไฟฟาทตกครอมตวตานทานแตละตว 7. ตอวงจรดงรปท 8 กาหนดใหใชมเตอรตวท 1 เพอวดกระแส และใชมเตอรตวท 2 สาหรบวด

แรงดน, ให R1=3.9k, R2=5.1k, R3=10k และกาหนดแรงดนเปน 15 โวลต 8. เปดแหลงจายแรงดน บนทกคากระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาทอานได ลงในตารางท 2 9. ปลดแหลงจายแรงดนออก วดความตานทานรวมทจดน บนทกเปน RT คาทวดได 10. เปรยบเทยบแรงดนและกระแสไฟฟาทคานวณไวกบทวดได วามความแตกตางกนมากนอย

เพยงไร ตารางท 2 วงจรไฟฟาแบบขนาน

คาทคานวณได คาทวดได คาความตานทาน R ( Ω ) แรงดน (V) กระแส (mA) แรงดน (V) กระแส (mA) R1=3.9k VR1= I1= VR1= I1= R2=5.1k VR2= I2= VR2= I2= R3=10k VR3= I3= VR3= I3=

E= IT= E= IT= RT= RT=

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 9 of 14

รปท 9 วงจรไฟฟาแบบผสมสาหรบการทดลองตอนท 2/3

11. ใหคานวณคากระแสไฟฟา และแรงดนไฟฟาทตกครอมตวตานทานแตละตว 12. ตอวงจรดงรปท 9 กาหนดใหใชมเตอรตวท 1 เพอวดกระแส และใชมเตอรตวท 2 สาหรบวด

แรงดน, ให R1=3.9k, R2=5.1k, R3=10k และกาหนดแรงดนเปน 15 โวลต 13. เปดแหลงจายแรงดน บนทกคากระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาทอานได ลงในตารางท 3 14. ปลดแหลงจายแรงดนออก วดความตานทานรวมทจดน บนทกเปน RT คาทวดได 15. เปรยบเทยบแรงดนและกระแสไฟฟาทคานวณไวกบทวดได วามความแตกตางกนมากนอย

เพยงไร ตารางท 3 วงจรไฟฟาแบบผสม

คาทคานวณได คาทวดได คาความตานทาน R ( Ω ) แรงดน (V) กระแส (mA) แรงดน (V) กระแส (mA) R1=3.9k VR1= I1= VR1= I1= R2=5.1k VR2= I2= VR2= I2= R3=10k VR3= I3= VR3= I3=

E= IT= E= IT= RT= RT=

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 10 of 14

ตอนท 3/3: วงจรแบงแรงดนและแบงกระแสไฟฟา

รปท 10 วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะไมมโหลด สาหรบการทดลองตอนท 3/3

16. คานวณคาแรงดนตกครอม R1 และ R2 ทคาตางๆ ตามตารางท 4 17. ตอวงจรดงรปท 10 โดยใชคาของตวตานทาน R1 และ R2 เปนไปตามตารางท 4 18. วดและอานคาแรงดน VR1 และ VR2 ทคาของตวตานทาน R1 และ R2 เปนไปตามตารางท 4 19. เปรยบเทยบแรงดนไฟฟาทคานวณไวกบทวดได วามความแตกตางกนมากนอยเพยงไร

ตารางท 4 วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะไมมโหลด R1 10k 10k คาความตานทาน

(โอหม) R2 10k 3.9k VR1 คาทคานวณได

(V) VR2 VR1 คาทวดได

(V) VR2

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 11 of 14

รปท 11 วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะมโหลด สาหรบการทดลองตอนท 3/3

20. คานวณคาแรงดนตกครอม R1 และ RL ทคาตางๆ ตามตารางท 5 21. ตอวงจรดงรปท 11 โดยโดยทคาความตาทาน RL มคาตางๆ ตามตาราง 22. วดและอานคาแรงดน VR1 และ VL ทคาของตวตานทาน R1 และ RL เปนไปตามตารางท 5 23. เปรยบเทยบแรงดนไฟฟาทคานวณไวกบทวดได วามความแตกตางกนมากนอยเพยงไร

ตารางท 5 วงจรแบงแรงดนไฟฟาขณะมโหลด คาความตานทาน

(โอหม) RL 330 3.9k 100k

VR1 คาทคานวณได (V) VR2

VR1 คาทวดได (V) VR2

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 12 of 14

รปท 12 วงจรแบงกระแสไฟฟา สาหรบการทดลองตอนท 3/3

24. คานวณคากระแสไฟฟา I1 และ I2 ทคาของตวตานทาน R1 และ R2 เปนไปตามตาราง และ

กาหนด IT = 1.5mA 25. คานวณคากระแสไฟฟา I1 ,I2 และ IT ทคาตางๆ ตามตารางท 6 26. ตอวงจรดงรปท 12 โดยโดยทคาความตาทาน R1 และ R2 มคาตางๆ ตามตาราง 27. ปรบคาความตานทานปรบคาไดจนอานคากระแส IT ได 1.5mA 28. วดและอานคาแรงดน I1 ,I2 และ IT ทคาของตวตานทาน R1 และ R1 เปนไปตามตารางท 6 29. เปรยบเทยบกระแสไฟฟาทคานวณไวกบทวดได วามความแตกตางกนมากนอยเพยงไร

ตารางท 6 วงจรแบงกระแสไฟฟา

R1 10k 10k คาความตานทาน (โอหม) R2 10k 3.9k

I1 คาทคานวณได (mA) I2

I1 คาทวดได (mA) I2

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 13 of 14

6. สรปผลการทดลอง ตอนท 1/3: กฏของโอหมและวงจรไฟฟาแบบอนกรม

ตอนท 2/3: วงจรไฟฟาแบบขนานและวงจรไฟฟาแบบผสม

ตอนท 3/3: วงจรแบงแรงดนและแบงกระแสไฟฟา

551124 Physics for Engineers Laboratory II 1(0-3-0) Page 14 of 14

7. คาถามทายการทดลอง

ตอนท 1/3: กฏของโอหมและวงจรไฟฟาแบบอนกรม 1. จากการทดลองยายตาแหนงการวดกระแสไฟฟา กระแสไฟฟาทไหลผานทงวงจรมคาเทากน

จรงๆหรอไมทาไมถงเปนเชนนน 2. จากวงจรการทดลอง ถาจายแรงดนใหกบวงจรอนกรมทตวตานทานมคาทากนทกตว เราจะ

หาคาแรงดนตกครอมตวตานทานแตละตวใหงายขนไดอยางไร

ตอนท 2/3: วงจรไฟฟาแบบขนานและวงจรไฟฟาแบบผสม 3. จากวงจรการทดลองวงจรขนาน ถาจายแรงดนใหกบวงจรอนกรมทตวตานทานมคาทากนทก

ตว เราจะหาคากระแสไฟฟาทไหลผานตวตานทานแตละตวใหงายขนไดอยางไร 4. จงสรปลาดบขนในการคานวณกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาในแตละวงจรยอยของวงจร

แบบผสม

ตอนท 3/3: วงจรแบงแรงดนและแบงกระแสไฟฟา 5. การคานวณแรงดนไฟฟาในวงจรแบงแรงดนแตกตางจากการคานวณแรงดนไฟฟาวงจร

อนกรมอยางไร 6. การคานวณกระแสไฟฟาในวงจรแบงกระแสไฟฟาแตกตางจากการคานวณกระแสไฟฟาวงจร

ขนานอยางไร