กฎ ของ โอห์ม เป็นการ กล่าว ถึง ความ สัมพันธ์ ของ ปริมาณ ทาง ไฟฟ้า ตาม ข้อ ใด

Home - เนื้อหาฟิสิกส์ (Physics Story) - เนื้อหาแม่เหล็กไฟฟ้า - กฎของโอห์ม (Ohm’s Law)

ในปี พ.ศ. 2307 จอร์จ โอห์ม นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้า กับความต่างศักย์ไฟฟ้าในตัวนำที่มีอุณหภูมิคงที่พบว่า กระแสไฟฟ้าจะมีขนาดแปรผันตรงกับความต่างศักย์ไฟฟ้าในตัวนำนั้น ดังสมการแปรผัน

เมื่อนำค่าที่ได้จากการทดลองมาพล็อตกราฟพบว่า ความชันที่ได้จะมีค่าคงที่ (k) และถูกกำหนดให้เป็นความต้านทานทางไฟฟ้า (R) ดังสมการ

โดยที่ V คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า ในหน่วย โวลต์ (volt)

I คือ กระแสไฟฟ้า ในหน่วย แอมแปร์ (A)

R คือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า ในหน่วย โอห์ม ()

อัตราส่วนความต่างศักย์ และกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำโลหะใดๆ ณ อุณหภูมิหนึ่งๆ จะมีค่าคงที่เสมอ ซึ่งก็คือค่าความต้านทานไฟฟ้า R Author: Einstein@min via thaiphysicsteacher.com

Previous Page : กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ

Next Page: สภาพต้านทานไฟฟ้า

สภาพต้านทานเป็นสมบัติเฉพาะของสารหนึ่งๆ ส่วนความต้านทาน เป็นสมบัติของสารแต่ละชิ้น สารใดมีความต้านทานมาก แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าผ่านน้อยหรือกล่าวว่ามีความนำไฟฟ้า (electrical conductance) น้อย ความนำไฟฟ้า เป็นสมบัติทางไฟฟ้าที่ตรงข้ามกับความต้านทานไฟฟ้าของสาร หรือกล่าวได้ว่า ความนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน สัญลักษณ์ ความนำไฟฟ้า แทนด้วย "G“

จะได้ว่า…….

มีหน่วยเป็น โอห์ม –1 หรือ ซีเมนส์ (S)

สำหรับสารที่มีสภาพต้านทานมาก จะมีสภาพนำไฟฟ้า (electrical conductivity) น้อย สภาพนำไฟฟ้า

จึงเป็นส่วนกลับของสภาพต้านทาน สัญลักษณ์ สภาพนำไฟฟ้า แทนด้วย s

การคำนวณหาความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

ถ้ากำหนดให้ …

R0 = ความต้านทานของโลหะตัวนำที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส

Rt = ความต้านทานของโลหะตัวนำที่อุณหภูมิ t องศาเซลเซียส

t = อุณหภูมิของโลหะตัวนำในหน่วยองศาเซลเซียส

a = สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียส มีหน่วยเป็น (0C)-1

จะได้ความสัมพันธ์ดังนี้ …

ไดโอด

ไดโอด เป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วๆ ไป ที่จำกัดทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้ามันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม เช่น ใช้เป็นอุปกรณ์กรองแรงดันไฟฟ้าในวงจรภาคจ่ายไฟ เป็นต้น

ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode ; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด p และ แคโทด (Cathode; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด n

                ชนิดของสารกึ่งตัวนำ  เนื่องจากสารกึ่งตัวนำที่บริสุทธิ์  จะมีอิเล็กตรอนอิสระน้อย กระแสไฟฟ้าที่ผ่านจึงมีน้อยถ้าต้องการให้มีกระแสไฟฟ้าไหลเป็นจำนวนมาก   ต้องทำการเจือปนอะตอมของธาตุอื่นลงไปในสารเหล่านั้น   เรียกว่า “สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์” นอกจากนี้ยังมีสารกึ่งตัวนำแบบสารประกอบ
                สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์  แบ่งออกเป็น 2  ประเภท
                 1. สารกึ่งตัวนำประเภท N - type   เป็นสารกึ่งตัวนำ     ที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับอะตอมของสารหนูทำให้มีอิเล็กตรอนอิสระขึ้นมาหนึ่งตัวซึ่งสามารถเคลื่อนที่ในผลึกจึงยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลได้

2. สารกึ่งตัวนำประเภท P - type เป็นสารกึ่งตัวนำ ที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับอะตอมของ
อะลูมิเนียม ทำให้เกิดที่ว่างเรียกว่า Hole ขึ้น อิเล็กตรอนที่อยู่ข้าง Hole จะเคลื่อนที่ไปอยู่ใน Hole ทำให้ดูคล้ายว่า Hole เคลื่อนที่ได้ในทิศทางตรงข้ามกับทิศการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน จึงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้

แรงเคลื่อนไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้า ประกอบด้วย ความต้านทานหลายตัวต่อเข้าด้วยกันแบบต่างๆ เซลล์ไฟฟ้าหลายๆ เซลล์ต่อเข้าด้วยกัน มีการใช้แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์วัดในจุดต่างๆ ซึ่งเมื่อต่อตัวนำหรือตัวต้านทานเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานและแหล่งกำเนิดไฟฟ้านั้น กระแสไฟฟ้าที่เกิดก็เนื่องจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า โดยประจุไฟฟ้าได้รับพลังงานจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive force ; e.m.f.)

แรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ electromotive force (emf ; E) ของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าใดๆ นิยามว่า เป็นพลังงานที่แหล่งกำเนิดนั้นจะสามารถให้ได้ต่อหน่วยประจุไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นถ่านไฟฉายก้อนหนึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 1.5 โวลต์ (V) หรือจูลต่อคูลอมบ์ (J/C) หมายความว่า ให้พลังงานได้ 1.5 จูลต่อประจุไฟฟ้าทุกๆ 1 คูลอมบ์ ที่เคลื่อนที่ระหว่างขั้วไฟฟ้า

จากรูป

สัญลักษณ์

หมายถึง เซลล์ไฟฟ้า นำโวลต์มิเตอร์ (เครื่องมือวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า) V มาวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของถ่านไฟฉาย ปรากฏว่า วัดได้ค่า V1 ตามความหมายของแรงเคลื่อนไฟฟ้า

จะได้ ...

V1 = E = 1.5 โวลต์

ถ้าวงจรเปลี่ยนไปเป็นรูป (ข) โวลต์มิเตอร์อ่านได้ V2 ตอนนี้ V2 จะเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมความต้านทาน R และเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของเซลล์ไฟฟ้า เมื่อมีความต้านทาน R ต่อรวมอยู่ พบว่า V2 น้อยกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า E อธิบายได้ว่า เพราะเซลล์ไฟฟ้ามีความต้านทานภายใน r ทำให้พลังงานไฟฟ้าบางส่วนสูญเสียไป โดยการอาศัยกฎของโอห์ม และความหมายของแรงเคลื่อนไฟฟ้า และความต่างศักย์ไฟฟ้า

จะได้ ...

E = IR + Ir

หรือ...

I = E/R+r

เมื่อ ... I เป็นกระแสไฟฟ้า

สรุปนิยาม

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive force “e.m.f.”) หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิด (เซลล์ไฟฟ้า) ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์ ครบวงจรพอดี จากขั้วบวกไปยังขั้วลบผ่านตัวต้านทาน (R) ภายนอกเซลล์และจากขั้วลบไปยังขั้วบวก ผ่านเซลล์ไฟฟ้าภายใน มีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์

ความต่างศักย์ไฟฟ้าภายนอกเซลล์ (VR) หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์ จากขั้วบวกไปยังขั้วลบของเซลล์ โดยผ่านตัวต้านทานภายนอกเซลล์ (R) มีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์

ความต่างศักย์ไฟฟ้าภายในเซลล์ (Vr) หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการเคลื่อนประจุ +1 คูลอมบ์ จากขั้วลบไปยังขั้วบวกของเซลล์ โดยผ่านภายในเซลล์ไฟฟ้า มีหน่วย เป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือ โวลต์