ไฟฟ้ากระแส เป็นอีกหนึ่งหัวข้อที่น้อง ๆ หลายคนอาจจะยังไม่เข้าใจ ซึ่งพี่ก็ได้สรุปเนื้อหาสำคัญมาให้ในบทความนี้แล้ว ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้ากระแส คืออะไร, ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากับความต่างศักย์, พลังงานในวงจรไฟฟ้า
กระแสตรง รวมถึงหัวข้ออื่น ๆ ตัวอย่างโจทย์ ข้อสอบ และเฉลยให้ด้วย ถ้าพร้อมแล้ว ไปดูกันเลยย !
ไฟฟ้ากระแส คืออะไร ?
ไฟฟ้ากระแส คือ การไหลของประจุไฟฟ้า ผ่านตัวนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง โดยมีแรงขับเคลื่อนจากความต่างศักย์ระหว่างสองจุด
กระแสไฟฟ้าในตัวนำ
กระแสไฟฟ้าเกิดจากการมีประจุไฟฟ้าลัพธ์เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง จึงได้มีการกำหนดว่า กระแสไฟฟ้าในตัวนำใด ๆ คือ ปริมาณประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของตัวนำนั้นในหนึ่งหน่วยเวลา
ตัวอย่างโจทย์กระแสไฟฟ้าในตัวนำ
ในหลอดทดลองที่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ มีประจุบวกจำนวน 300 \text{ C} เคลื่อนที่ไปทางขวา และมีประจุลบจำนวน -500\text{ C} เคลื่อนที่ไปทางซ้าย ผ่านพื้นที่หน้าตัดหนึ่งภายในเวลา 4 วินาที จงหาขนาดของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในหลอดทดลองนี้
วิธีทำ
หาขนาดของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในหลอดทดลองนี้
I=\frac{Q}{\Delta{t}}
I=\frac{\left(\left|300\right|+\left|-500\right|\right)}{4}
I=\frac{800}{4}
I=200\text{ A}
ตอบ ขนาดของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในหลอดทดลองนี้มีค่าเท่ากับ 200 แอมแปร์
กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ
ในตัวนำที่เป็นโลหะ อิเล็กตรอนบางส่วนไม่ได้ถูกยึดติดกับอะตอมใดอะตอมหนึ่ง แต่จะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เรียกว่า อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งมีการเคลื่อนที่ 2 ลักษณะ คือ ในกรณีเมื่อลวดตัวนำไม่มีสนามไฟฟ้าและมีสนามไฟฟ้า
ตัวอย่างโจทย์กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ
ลวดเงินเส้นหนึ่งมีพื้นที่หน้าตัด 2.0 ตารางมิลลิเมตร มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 2.4 แอมแปร์ จงหาขนาดของ
ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระในลวดเงินนี้
กำหนดให้
ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนอิสระในเงิน n=\ 5.8\times{10}^{28} ต่อลูกบาศก์เมตร
ประจุของอิเล็กตรอน e=\ 1.6\times{10}^{-19}\text{ C}
หาขนาดของความเร็วลอยเลื่อน
I=nev_dA
2.4=(5.8\times{10}^{28})(1.6\times{10}^{-19})v_d(2\times{10}^{-6})
v_d=\frac{2.4}{(5.8\times{10}^{28})(1.6\times{10}^{-19})(2\times{10}^{-6})}
v_d=0.13\times{10}^{-3}\text{ m/s}
ตอบ ขนาดของความเร็วเลื่อนมีค่าเท่ากับ 0.13\times{10}^{-3} เมตรต่อวินาที
ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากับความต่างศักย์
กฎของโอห์ม
ถ้าอุณหภูมิของลวดตัวนำคงตัว กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำจะแปรผันตรงกับความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองของลวดตัวนำนั้น ซึ่งเป็นไปตาม กฎของโอห์ม (Ohm’s Law)
ตัวอย่างโจทย์กฎของโอห์ม
เตารีดไฟฟ้าเครื่องหนึ่งมีความต้านทาน 44\text{ }\Omega ต่อเข้ากับปลั๊กไฟในบ้านซึ่งมีแรงดัน 220\text{ V} จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเตารีดกี่แอมแปร์
วิธีทำ
หากระแสไฟฟ้าไหลผ่านเตารีด
\Delta{V}=IR
220=I(44)
I=\frac{220}{44}
I=5\text{ A}
ตอบ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเตารีด 5 แอมแปร์
สภาพต้านทานไฟฟ้าและสภาพนำไฟฟ้า
จากการศึกษาหาความสัมพันธ์ของความต่างศักย์ไฟฟ้า (\Delta{V})และกระแสไฟฟ้า (I) เพื่อหาความต้านทานของลวดโลหะตามกฎของโอห์ม ทำให้ทราบว่า
- ความต้านทาน (R) แปรผันตรง ความยาวของลวดโลหะ (l) เมื่อพื้นที่หน้าตัด (A) คงที่
- ความต้านทาน (R) แปรผันผกผัน พื้นที่หน้าตัด (A) เมื่อความยาวของลวดโลหะ (l) คงที่
ตัวอย่างโจทย์สภาพต้านทานไฟฟ้าและสภาพนำไฟฟ้า
ลวดโลหะเส้นหนึ่งยาว 1.00 เมตร มีพื้นที่หน้าตัด 0.10 ตารางมิลลิเมตร และความต้านทาน 0.10 โอห์ม
ลวดเส้นนี้มีสภาพต้านทานเท่าใด
วิธีทำ
หาสภาพความต้านทาน
R=\rho\frac{l}{A}
\rho=\frac{RA}{l}
\rho=\frac{(0.1)(0.1\times{10}^{-6})}{1}
\rho=1.0\times{10}^{-8}\ \Omega\cdot{\text{m}}
ตอบ ลวดโลหะเส้นนี้มีสภาพต้านทาน 1.0\times{10}^{-8} โอห์มเมตร
การต่อตัวต้านทาน
การต่อตัวต้านทาน คือ การเชื่อมตัวต้านทานตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเข้าด้วยกันในวงจรไฟฟ้าระหว่างจุดร่วมสองจุด
ซึ่งวิธีการต่อตัวต้านทานจะมี 2 แบบ คือ การต่อแบบอนุกรมและการต่อแบบขนาน
ตัวอย่างโจทย์การต่อตัวต้านทาน
ตัวต้านทานสามตัวมีความต้านทาน 4 โอห์ม 9 โอห์ม และ 12 โอห์ม เมื่อนำตัวต้านทานทั้งสามตัวมาต่อกันแบบอนุกรม จะมีความต้านทานสมมูลเท่าไร

วิธีทำ
หาความต้านทานสมมูล
R_t=R_1+R_2+R_3
R_t=4+9+12
R_t=25\text{ }\Omega
ตอบ ความต้านทานสมมูลมีค่าเท่ากับ 25 โอห์ม
ตัวต้านทานสามตัวมีความต้านทาน 4 โอห์ม 6 โอห์ม และ 12 โอห์ม เมื่อนำตัวต้านทานทั้งสามตัวมาต่อกันแบบขนาน
จะมีความต้านทานสมมูลเท่าไร

วิธีทำ
หาความต้านทานสมมูล
\frac{1}{R_t}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}
\frac{1}{R_t}=\frac{1}{4}+\frac{1}{6}+\frac{1}{12}
\frac{1}{R_t}=\frac{3}{12}+\frac{2}{12}+\frac{1}{12}
\frac{1}{R_t}=\frac{3+2+1}{12}
\frac{1}{R_t}=\frac{6}{12}
\frac{1}{R_t}=\frac{1}{2}
R_t=2\text{ }\Omega
ตอบ ความต้านทานสมมูลมีค่าเท่ากับ 2 โอห์ม
พลังงานในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง
พลังงานไฟฟ้าและความต่างศักย์
แรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ อีเอ็มเอฟ (emf) คือ พลังงานที่แหล่งกำเนิดไฟฟ้า (เช่น แบตเตอรี่) ให้แก่ประจุไฟฟ้าต่อหน่วยประจุไฟฟ้า เพื่อใช้ในการเคลื่อนที่จากขั้วลบไปยังขั้วบวกภายในแหล่งกำเนิดนั้น
ความต่างศักย์ คือ พลังงานไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าถ่ายโอนให้กับส่วนประกอบต่าง ๆ ในวงจร (เช่น ตัวต้านทาน
หรือเครื่องใช้ไฟฟ้า) ต่อหนึ่งหน่วยประจุ
ตัวอย่างโจทย์พลังงานไฟฟ้าและความต่างศักย์
แบตเตอรี่อีเอ็มเอฟ 12 โวลต์ มีความต้านทานภายใน 0.5 โอห์ม ต่ออยู่กับตัวต้านทานที่ความต้านทาน 3.5 โอห์ม
จงหากระแสไฟฟ้ารวมในวงจร
วิธีทำ
หากระแสไฟฟ้ารวมในวงจร
I=\frac{\varepsilon}{R+r}
I=\frac{12}{3.5+0.5}
I=\frac{12}{4}
I=3\text{ A}
ตอบ กระแสไฟฟ้ารวมในวงจรเท่ากับ 3 แอมแปร์
พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง
กำลังไฟฟ้า คือ งานที่ประจุไฟฟ้าทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือ พลังงานไฟฟ้าของประจุไฟฟ้าที่ถ่ายโอนไปยังส่วนต่าง ๆ ของวงจรในหนึ่งหน่วยเวลา
ตัวอย่างโจทย์พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง
พัดลมพกพาขนาดเล็กใช้แรงดันไฟฟ้า 9\text{ V} มีค่าความต้านทานภายในวงจร 18\text{ }\Omega พัดลมตัวนี้จะใช้กำลังไฟฟ้าเท่าใด
วิธีทำ
หากำลังไฟฟ้า
P=\frac{\Delta{V}^{2}}{R}
P=\frac{\left(9\right)^2}{18}
P=\frac{81}{18}
P=4.5\text{ W}
ตอบ พัดลมตัวนี้จะใช้กำลังไฟฟ้า 4.5 วัตต์
แบตเตอรี่และวงจรไฟฟ้ากระแสตรงเบื้องต้น
การต่อแบตเตอรี่
การนำแบตเตอรี่หลายก้อนมาต่อกันสามารถทำได้ 2 รูปแบบคือ แบบอนุกรมและแบบขนาน
ตัวอย่างโจทย์การต่อแบตเตอรี่
นำแบตเตอรี่ขนาด 2.4 โวลต์ ความต้านทานภายใน 0.2 โอห์ม จำนวน 3 ก้อนมาต่อแบบอนุกรมเพื่อเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า จงหาอีเอ็มเอฟสมมูลและความต้านทานภายในสมมูลของแบตเตอรี่ที่ต่อแบบอนุกรม
และแบบขนาน
วิธีทำ
หาอีเอ็มเอฟสมมูลที่ต่อแบบอนุกรม
\varepsilon_t=\varepsilon_1+\varepsilon_2+\varepsilon_3
\varepsilon_t=2.4+2.4+2.4
\varepsilon_t=7.2\text{ V}
หาความต้านทานภายในสมมูลที่ต่อแบบอนุกรม
r_t=r_1+r_2+r_3
r_t=0.2+0.2+0.2
r_t=0.6\text{ }\Omega
ตอบ อีเอ็มเอฟสมมูลที่ต่อแบบอนุกรมมีค่าเท่ากับ 7.2 โวลต์ และความต้านทานภายในสมมูลที่ต่อแบบอนุกรมมีค่าเท่ากับ 0.6 โอห์ม
หาอีเอ็มเอฟสมมูลที่ต่อแบบขนาน
\varepsilon_t=\varepsilon_1=\varepsilon_2=\varepsilon_3
\varepsilon_t=2.4\text{ V}
หาความต้านทานภายในสมมูลที่ต่อแบบขนาน
\frac{1}{r_t}=\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_3}
\frac{1}{r_t}=\frac{1}{0.2}+\frac{1}{0.2}+\frac{1}{0.2}
\frac{1}{r_t}=\frac{3}{0.2}
r_t=\frac{0.2}{3}=0.067\text{ }\Omega
ตอบ อีเอ็มเอฟสมมูลที่ต่อแบบขนานมีค่าเท่ากับ 2.4 โวลต์ และความต้านทานภายในสมมูลที่ต่อแบบขนานมีค่าเท่ากับ 0.067 โอห์ม
การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสตรง
ตัวอย่างโจทย์การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสตรง
จงหากระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทาน R_b ดังรูป

วิธีทำ
หา R_{bc}
\frac{1}{R_t}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}
\frac{1}{R_{bc}}=\frac{1}{6}+\frac{1}{12}
\frac{1}{R_{bc}}=\frac{2}{12}+\frac{1}{12}
\frac{1}{R_{bc}}=\frac{3}{12}
\frac{1}{R_{bc}}=\frac{1}{4}
R_{bc}=4\text{ }\Omega
หาความต้านทานภายนอกสมมูล
R=R_a+R_{bc}
R=4+4
R=8\text{ }\Omega
หาอีเอ็มเอฟสมมูล
\varepsilon=\varepsilon_1+\varepsilon_2
\varepsilon=5+5
\varepsilon=10\text{ V}
หาความต้านทานภายในสมมูล
r=r_1+r_2
r=1+1
r=2\text{ }\Omega
หากระแสไฟฟ้ารวมในวงจร
I=\frac{\varepsilon}{R+r}
I=\frac{10}{8+2}
I=\frac{10}{10}
I=1\text{ A}
หากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน R_b
เนื่องจาก ความต่างศักย์ที่ตกคร่อมระหว่างปลายความต้านทาน R_b และ R_C มีค่าเท่ากัน จะได้ว่า
V_b=V_c
I_bR_b=I_CR_C
เนื่องจาก I=I_b+I_C=1
I_b(6)=(1-I_b)(12)
I_b=2-{2I}_b
{3I}_b=2
I_b=\frac{2}{3}\text{ A}
ตอบ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทาน R_b มีค่าเท่ากับ \frac{2}{3} แอมแปร์
สูตรไฟฟ้ากระแส
ติว A-Level ฟิสิกส์กับ SmartMathPro
สำหรับสนามสอบ A-Level ก็จะเป็นอีกสนามที่มีความสำคัญมากเพราะสามารถใช้ยื่นคะแนนได้หลายคณะและเป็นวิชาที่ต้องอาศัยการเตรียมตัวค่อนข้างนาน สำหรับใครที่กลัวเตรียมตัวไม่ทันอยากจะประหยัดเวลาในการเตรียมสอบ
พี่ขอแนะนำตัวช่วยอย่าง คอร์สเตรียมสอบมหาลัยฯ ของ SmartMathPro เลยย มีให้เลือกมากมายทั้งสนาม TGAT / TPAT หรือ A-Level และสอนโดยติวเตอร์ที่มีความเชี่ยวชาญในแต่ละวิชาด้วย
โดยในแต่ละคอร์สจะสอนปูพื้นฐานแบบละเอียด อิงตาม Test Blueprint ปีล่าสุด (ใครที่พื้นฐานไม่แน่นก็สามารถเรียนได้) พร้อมพาตะลุยโจทย์แบบไต่ระดับ ตั้งแต่โจทย์ซ้อมมือไปจนถึงข้อสอบเก่าหรือโจทย์ที่ใกล้เคียงกับข้อสอบจริง แถมยังแจกเทคนิคในการทำข้อสอบที่จะช่วยให้น้อง ๆ ทำข้อสอบได้เร็วขึ้นและช่วยเพิ่มโอกาสในการอัปคะแนนให้อีกด้วย สำหรับน้อง ๆ คนไหนที่สมัครตอนนี้ รับฟรี Unseen Mock Test ชุดพิเศษ และสิทธิพิเศษต่าง ๆ ประจำเดือน ถ้าใครสนใจ คลิก เข้ามาดูรายละเอียดแต่ละคอร์สได้เลยยย
ข้อสอบไฟฟ้ากระแส พร้อมเฉลย
1. ลวดโลหะชนิดหนึ่ง มีความต้านทานต่อความยาวเท่ากับ 0.50 โอห์มต่อเมตร นำลวดชนิดนี้จำนวน 2 เส้น ที่ยาวเส้นละ 50 เซนติเมตร มาต่อเข้ากับตัวต้านทานขนาด 1.8 โอห์ม และแบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ ที่มีความต้านทานภายใน
0.20 โอห์ม ดังภาพ

อิเล็กตรอนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดของตัวต้านทาน 1.8 โอห์ม ในเวลา 1.6 วินาที มีจำนวนกี่อิเล็กตรอนเท่าใด
กำหนดให้ อิเล็กตรอนมีขนาดประจุ e=1.6\times{10}^{-19}\text{ C}
- 5.0\times{10}^{18}
- 6.0\times{10}^{18}
- 7.0\times{10}^{18}
- 7.5\times{10}^{18}
- 9.5\times{10}^{18}
ตอบ 2. 6.0\times{10}^{18}
วิธีทำ
หาความต้านทานภายนอกรวมทั้งวงจร
ความต้านทานของลวดโลหะ 1 เส้น =0.5\times0.5=0.25\text{ }\Omega
จึงได้ว่า
R_t=R_1+R_2+R
R_t=0.25+0.25+1.8
R_t=2.3\text{ }\Omega
หากระแสไฟฟ้าไหลในวงจร
I=\frac{\varepsilon}{R+r}
I=\frac{1.5}{2.3+0.2}
I=\frac{1.5}{2.5}
I=0.6\text{ A}
หาจำนวนอิเล็กตรอน
I=\frac{Q}{\Delta{t}}
I=\frac{Ne}{\Delta{t}}
0.6=\frac{N(1.6\times{10}^{-19})}{1.6}
N=6\times{10}^{18} ตัว
2. ตัวต้านทาน R_1 ขนาด 200 โอห์ม R_2 ขนาด 200 โอห์ม และ R_3 ขนาด 300 โอห์ม ต่อดังภาพ

เมื่อต่อปลายทั้งสองข้างของส่วนของวงจรนี้กับถ่านไฟฉาย พบว่ากำลังไฟฟ้าของตัวต้านทาน R_1, R_2 และ R_3
มีค่า P_1, P_2 และ P_3 ตามลำดับ
คำถาม จงเรียงลำดับค่ากำลังไฟฟ้าจากมากไปน้อย
- P_1>P_2=P_3
- P_1>P_3>P_2
- P_1>P_2>P_3
- P_2>P_1>P_3
- P_3>P_1>P_2
ตอบ 3. P_1>P_2>P_3
วิธีทำ
หากระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว
กำหนดให้กระแสที่เข้าวงจรคือ I
จะได้ว่ากระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทาน R_1 คือ I
สำหรับตัวต้านทาน R_2 และ R_3 กระแสที่ไหลผ่านจะมีค่า ดังนี้
V_{R_2}=V_{R_3}
I_2R_2=I_3R_3
I_2={\frac{R_3}{R_2}I}_3
I_2={\frac{300}{200}I}_3
I_2={\frac{3}{2}I}_3
เนื่องจาก I=I_2+I_3 จะได้ว่า
I=\left({\frac{3}{2}I}_3\right)+I_3
I={\frac{3}{2}I}_3+{\frac{2}{2}I}_3
I={\frac{5}{2}I}_3
I_3=\frac{2}{5}I=0.4I
จาก I_2={\frac{3}{2}I}_3 จะได้ว่า
I_2=\frac{3}{2}\left(0.4I\right)
I_2=0.6I
หากำลังไฟฟ้าแต่ละตัว
P_1=I^2R_1=200I^2
P_2={I_2}^2R_2=\left(0.6I\right)^2200=72I^2
P_3={I_3}^2R_3=\left(0.4I\right)^2300=48I^2
จึงได้ว่า P_1>P_2>P_3
เป็นอย่างไรกันบ้างกับสรุปเนื้อหาไฟฟ้ากระแส และข้อสอบพร้อมเฉลยที่พี่เอามาฝาก หวังว่าจะช่วยให้น้อง ๆ ที่กำลังเตรียมตัวสอบทุกคนแม่นในเนื้อหาเรื่องนี้มากขึ้นน้าา
ข้อสอบฟิสิกส์พร้อมเฉลย
ทีมวิชาการฟิสิกส์
ผู้อยู่เบื้องหลังการจัดทำคอร์สเรียนร่วมกับพี่ติวเตอร์
และผู้เขียนบทความวิชาการฟิสิกส์ของสถาบัน SmartMathPro
ทีมวิชาการฟิสิกส์
ผู้อยู่เบื้องหลังการจัดทำคอร์สเรียนร่วมกับพี่ติวเตอร์
และผู้เขียนบทความวิชาการฟิสิกส์ของสถาบัน SmartMathPro
สำหรับน้อง ๆ ที่สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม รวมถึงติดตามข่าวสารต่าง ๆ ที่อัปเดตอย่างเรียลไทม์ ได้ที่
Line : @smartmathpronews
FB : Pan SmartMathPro ติวคณิต By พี่ปั้น
IG : pan_smartmathpro
X : @PanSmartMathPro
Tiktok : @pan_smartmathpro
Lemon8 : @pan_smartmathpro




