กฎของโอห์ม กําลังไฟฟ้า และพลังงานไฟฟ้า

ใบความรู้
เรือ่ ง กฎของโอหม์ กำลงั ไฟฟา้ และพลงั งานไฟฟ้า
วัตถปุ ระสงค์

1. บอกความสัมพนั ธ์ของปริมาณไฟฟ้าจากกฎของโอห์มไดอ้ ย่างถูกต้อง
2. บอกการใช้สมการกฎของโอห์มได้อยา่ งถูกต้อง
3. อธบิ ายการแก้ปัญหาวงจรไฟฟา้ ด้วยกฎของโอห์มได้อย่างถกู ต้อง
4. บอกความสมั พนั ธ์ของกำลังไฟฟ้ากับกฎของโอห์มได้อย่างถูกต้อง
5. อธบิ ายการคำนวณหาค่ากำลงั ไฟฟา้ ไดอ้ ยา่ งถูกต้อง
6. บอกความหมายของพลังงานไฟฟา้ ไดอ้ ย่างถูกต้อง

1. กฎของโอห์ม
กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ ไซมอน โอห์ม (George

Simon Ohm) กฎของโอห์มกำหนดข้ึนมาจากความสัมพันธ์ของแรงดัน, กระแสและความต้านทาน เกิดข้ึนตาม
ความเป็นจริงของการทำงานในวงจรไฟฟ้า คือ วงจรไฟฟ้าวงจรหนึ่ง ต้องประกอบด้วยส่วนประกอบอย่างน้อย 3
ส่วน คือ แรงดัน, กระแสและความต้านทานจึงจะสามารถทำให้วงจรไฟฟ้าวงจรน้ันทำงานได้ เม่ือมีการ
เปลีย่ นแปลงไปของแตล่ ะสว่ นท่สี มั พันธ์กัน ย่อมมีผลการทำให้วงจรไฟฟ้าทำงานเปลี่ยนแปลงไปดว้ ย

ความสัมพันธ์ที่เกิดข้นี น้ี เกิดข้ึนเป็นไปตามความเป็นจริงของการทำงานในวงจรไฟฟ้า คือ การแสจะไหล
ได้ต้องมีแรงดัน หรือความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุด แหล่งกำเนิดไฟฟ้าเป็นตัวให้แรงดันออกมา ส่วนความ
ตา้ นทานเปน็ ตัวตา้ นการไหลของกระแส ความตา้ นทานมีอยูท่ กุ แห่งทุกทที่ กี่ ระแสไหลผ่านไป

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสมีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A) แรงดันมีหน่วยเป็นโวลต์ (V) และความต้านทานมี
หน่วยเป็นโอห์ม (Ω) กล่าวได้ดังนี้ จำนวนของกระแสที่ไหลในวงจรไฟฟ้าเปล่ียนแปลงตามค่าแรงดันท่ีจ่าย
ให้กับวงจรน้ัน แต่เปล่ียนแปลงเป็นส่วนกลับกับความต้านทานในวงจร คำกล่าวน้ีสามารถเขียนออกเป็น
สมการได้ 2 สภาวะดงั นี้

ยอร์จซมี อนโอห์ม นักฟิสกิ สช์ าวเยอรมันใหค้ วาม สำคญั ของ วงจรไฟฟ้า และสรุปเป็นกฏออกมาดังนี้ คือ
1. ในวงจรใด ๆ กระแสไฟฟ้าทไี่ หลในวงจรนน้ั จะเปน็ ปฏภิ าคโดยตรงกับแรงดนั ไฟฟา้

2. ในวงจรใด ๆ กระแสไฟฟ้าทไ่ี หลในวงจรนั้นจะเปน็ ปฏิภาคโดยกลบั กบั ความตา้ นทานไฟฟา้

เม่อื รวมความสัมพนั ธท์ ั้ง 2 เข้าด้วยกัน และเม่ือ K เปน็ ค่าคงที่ของตวั นำไฟฟ้า จะได้สตู ร

ถ้าให้ความต้านทานไฟฟ้าเท่าเดิมต่ออยู่กับวงจรใด ๆ แรงดันไฟฟ้าท่ีเพิ่มขึ้นจะทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มข้ึน
ตามความสัมพันธ์ซึ่งกัน และกัน เช่น แรงดันไฟฟ้า 10 โวลต์ ไฟฟ้ากระแสตรงต่ออยู่กับความต้านทานไฟฟ้า 20
โอหม์ จะมีกระแส ไฟฟา้ ไหลผา่ นวงจร 1 แอมแปร์ ดงั รูป

แต่ถ้าเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้า 40 โวลต์ กระแสไฟฟ้าก็จะเพิ่มข้ึนตามทันที หรือในทำนองเดียวกัน ถ้า
ความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป แรงดันไฟฟา้ คงที่ กระแสไฟฟา้ จะเปล่ียนตามไปดว้ ย

ความตา้ นทานไฟฟา้ เพ่มิ ข้ึน กระแสไฟฟา้ ท่ีไดจ้ ะลดลง

ความต้านทานไฟฟ้าลดลง กระแสไฟฟ้าที่ไดจ้ ะเพ่ิมขึ้น

2. การใช้สมการกฎของโอห์ม

3. การแก้ปญั หาวงจรไฟฟา้ ดว้ ยกฏของโอห์ม

การนำกฏของโอห์มไปใช้งาน สิ่งสำคัญท่ีจะต้องจำเป็นพื้นฐาน คือ หน่วยของปริมาณไฟฟ้าท่ีใช้งานแต่

ละชนดิ ต้องอยใุ่ นหนว่ ยมาตรฐานดงั น้ี

I = กระแส หนว่ ยมาตรฐานเป็นแอมแปร์

R = ความตา้ นทาน หนว่ ยมาตรฐานเป็นโอหม์

E = แรงดนั หน่วยมาตรฐานเปน็ โวลต์

ในการคำนวณค่าแต่ละคร้ังต้องทำการแปลงหน่วยของปริมาณไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องท้ัง หมดให้อยู่ในหน่วย

มาตรฐานก่อนจงึ สามารถคำนวณได้ เพอื่ ไม่ใหเ้ กดิ ความความผดิ พลาดจากผลลพั ธ์ท่ีคำนวณออกมาได้

ตัวอย่าง จ่ายแรงดันให้เส้นลวดความร้อนเส้นหนึ่ง 200 V เกิดกระแสไหลผ่านเส้นลวดความร้อน 5 A จงหาค่า

ความตา้ นทานของเส้นลวดความร้อนเสน้ น้ี

วธิ ที ำ

สูตร R = E

I

เมอ่ื R = ?

E = 200 V

I = 5A

แทนค่า R = 200 V = 40 Ω

5A

เพราะฉะนัน้ ความต้านทานของเส้นลวดความร้อน = 40 Ω ตอบ
ตวั อยา่ ง มกี ระแสไหล 3 A ผา่ นความตา้ นทาน 75 Ω จะเกิดแรงดันตกคร่อมวงจรเท่าไร
วิธีทำ

สตู ร R = IR
เมือ่ E = ?

I = 3A
R = 75 Ω
แทนค่า E = 3 A x 75 Ω = 225 V

เพราะฉะน้ันมแี รงดันตกคร่อมวงจร = 225 V ตอบ

ตัวอยา่ ง จ่ายแรงดัน 220 V ให้เตารีดไฟฟ้าตัวหนึ่งมีค่าความต้านทาน 50 Ω จะเกิดกระแสไหลผ่านเตารีดตัวน้ี
เทา่ ไร
วิธีทำ

สูตร I = E

R

เม่อื I = ?
E = 220 V

แทนคา่ R = 50 Ω
R = 220 V = 4.4 A

50 Ω

เพราะฉะนัน้ มกี ระแสไหลผา่ นเตารีด = 4.4 A ตอบ

4. กำลงั ไฟฟา้ กับกฏของโอหม์
กำลังไฟฟ้าเมื่อถูกนำมาใชง้ านรว่ มกบั กฏของโอห์ม สามารถสรปุ ผลไดด้ ังนี้ กำลงั ไฟฟ้า (P) วัตต์ (W)

คอื อัตราของงานทถ่ี ูกกระทำในวงจรซงึ่ เกิดกระแส (I) 1 แอมแปร์ (A) เมื่อแรงดนั (E) จ่ายใหว้ งจร 1 โวลต์ (V)
กำลังไฟฟา้ หาได้จากผลคูณของแรงดัน มีหน่วยเปน็ โวลต์ คณู ดว้ ยกระแส มีหนว่ ยเป็นแอมแปร์ เขียนเปน็
สมการออกมาได้ดังสมการ

เมือ่ P = กำลงั ไฟฟ้า หน่วยมาตรฐานวตั ต์ (W)

E = แรงดนั หนว่ ยมาตรฐานโวลต์ (V)

I = กระแส หน่วยมาตรฐานแอมแปร์ (A)

จากสมการ สามารถสบั เปล่ียนความสัมพันธ์ เพ่ือหาค่าแรงดัน และกระแส ได้ดังนี้

กำลังไฟฟา้ จากสมการ นำมาเขยี นในรปู ของสมการวงกลมได้ในลักษณะเดยี วกัน แสดงดังรปู

สตู รกำลังไฟฟา้ ในรูปวงกลม

5. การคำนวณหาค่ากำลังไฟฟ้า
กำลังไฟฟ้า หมายถึง พลังงานไฟฟ้าท่ีเครื่องใช้ไฟฟ้า ใช้ในเวลา 1 วินาที เครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชนิด เช่น

หม้อหุงขา้ ว เตารดี หลอดไฟฟา้ พัดลม ฯลฯ จะมตี ัวเลขกำกับไว้ที่เครือ่ งใช้ไฟฟ้า เช่น
เตารดี ไฟฟ้า มีตวั เลขกำกับวา่ 220V 1000W มคี วามหมายดงั นี้
220V แสดงวา่ เตารดี นี้ ใชก้ ับไฟฟ้าท่ีมคี วามตา่ งศักย์ 220โวลต์
1000W แสดงว่าเตารดี นี้ ใช้กำลงั ไฟฟ้า 1000 วตั ต์ ซ่ึงหมายถงึ เตารีดน้ีจะใช้พลงั งานไฟฟ้า1000จูล ในเวลา1
วนิ าที

กำลังไฟฟ้าของเคร่ืองใช้ไฟฟ้า คำนวณได้จาก พลังงานไฟฟ้าที่เครื่องใช้ไฟฟ้าใช้ไปในเวลา1วินาที

สูตร กำลงั ไฟฟา้ x เวลา = พลังงานไฟฟ้า

กำลังไฟฟ้าของเคร่ืองใช้ไฟฟ้า คำนวณได้จากปริมาณกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า ถ้ามี

กระแสไฟฟ้าไหลผ่านมาก แสดงว่า เคร่ืองใช้ไฟฟ้าน้ันใช้พลังงานไฟฟ้ามาก แสดงว่า ใช้กำลังไฟฟ้ามาก

สูตร P = VI

ตวั อย่าง หลอดไฟฟา้ ขนาด 120 W ต่ออยใู่ นวงจรไฟฟ้าทมี่ ีแรงดัน 24 V หลอดไฟฟ้าหลอดนี้จะกินกระแสเทา่ ไร

และมคี ่าความต้านทานในตวั เทา่ ไร

วิธีทำ 1) หากระแสจากสูตร I=P
เมอ่ื
E

I =?

แทนค่า P = 120 W ตอบ
2) หาความตา้ นทานจากสตู ร E = 24 V

เมอ่ื I = 120 W = 5 A

แทนคา่ 24 V

R=E

I

R =?
E = 24 V
I = 5A

R = 24 V = 4.8 Ω

5A

ตัวอยา่ ง จ่ายแรงดัน 100 V ให้กบั ตัวต้านทานมีค่าความต้านทาน 2.5 kΩ จงหาค่ากระแสไหลในวงจร และหา

ค่าทนกำลังไฟฟา้ ของตัวตา้ นทานตัวนี้

วธิ ที ำ 1) หากระแสจากสตู ร I=E
เม่ือ
R

I =?

E = 100 V

R = 2.5 kΩ = 2,500 Ω

แทนคา่ I = 100 V = 0.04 A = 40 mA
2) หากำลงั ไฟฟ้าจากสูตร
2,500 Ω

P = EI

เมื่อ P = ?

E = 100 V

I = 0.04 A

แทนคา่ P = 100 V x 0.04 A = 4 W

3) หรอื หากำลังไฟฟ้าโดยใช้สตู ร P = E2

R

เมื่อ P = ?

E = 100 V

R = 2.5 kΩ = 2,500 Ω

แทนค่า P = (100 V)2 = 10,000 V2 = 4 W ตอบ
2,500 Ω 2,500 Ω

6. พลงั งานไฟฟ้า
พลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy) คือพลังงานที่ใช้ไปหรือสร้างขึ้นมาใหม่จากกำลังไฟฟ้าท่ีส่งเข้ามา

หรือส่งออกไป โดยมีความสัมพันธ์กับเวล มีหน่วยใช้แสดงพลังงานเป็นจลุ (J) พลังงานไฟฟ้าใช้สญั ลักษณ์ตัว "W"
สามารถเขยี นสมการได้ดังน้ี

W = Pt

เมอ่ื W = พลังงานไฟฟ้า หนว่ ยจูล (J)

P = กำลังไฟฟ้า หนว่ ยวตั ต์ (W)

I = เวลา หนว่ ยวินาที (s)

ไฟฟ้ากระแสสลับท่ีถูกนำมาใช้งานในชีวิตประจำวัน เราต้องซื้อมาจากน่วยงานที่ผลิตกระแสไฟฟ้า

ออกจำหน่าย เช่น การไฟฟ้าฝ่ายผลิต การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และการไฟฟา้ นครหลวง เปน็ ต้น พลังงานไฟฟ้า

เหล่านี้มิได้ถูกคิดออกมาเป็นจูล (J) แต่จะคิดออกมาเป็นกิโลวัตต์ - ชั่วโมง (Kilowatt-houre, kWh) ไม่ได้จัดเป็น

หน่วย SI แต่มีความสัมพันธก์ ับหน่วยระบบ SI โดยคิดค่ากำลังไฟฟ้าท่ีใช้เป้นกิโลวัตต์ (kW) คิดในเวลาเป็นชั่วโมง

(h) เขยี นสมการออกมาได้ดังนี้

W(kWh) = P(kW) x t(h)

ตวั อย่าง เตารีดขนาด 1,000 วตั ต์ ใชร้ ีดผา้ เปน็ เวลา 4 ชว่ั โมง จะใช้พลังงานไฟฟ้าไปเท่าไร
วิธีทำ

สูตร W = Pt
เมอื่ W = ?

P = 1,000 W = 1kW
t = 4h
แทนคา่ W = 1,000 W x 4 h = 4kWh

เตารดี ใช้พลังงานไฟฟ้าไป = 4kWh