ไฟฟ้ากระแสสลับ <บทนำ>

ไฟฟ้ากระแสสลับ คือไฟฟ้าที่ลักษณะการไหลของกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศทางตลอดเวลา คือ
ขณะหนึ่งมีค่าเป็น 0 แล้วจะเพิ่มขึ้นมีค่าสูงสุดในทิศทางบวกแล้วลดลงเป็น 0 ต่อจากนั้นก็จะมี
ค่าเพิ่มขึ้นอีกจนถึงค่าสูงสุด และทิศทางลบแล้วจะลดลงเป็น 0 อีก จะสลับกันไปตลอดเวลา
ถ้าไฟฟ้ากระแสสลับมีความถี่คงที่กระแสไฟฟ้าที่จะไหลก็จะเปลี่ยนทิศทางคงที่ตามไฟด้วย


ค่าใช้งาน (Effectivevalue) ของไฟฟ้ากระแสสลับ คือ จำนวนที่คำนวณจากองศาของความ
ร้อนที่ให้โดยตัวต้านทานซึ่งจะเปรียบเทียบเสมือนกับจำนวนของไฟฟ้ากระแสตรงค่าที่ใช้งาน
สามารถหาได้โดยวิธีทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่ารูทมีนสแคว (root– mean – square process)
ดังนั้นค่าใช้งานจะเป็นค่าเดียวกับค่า rms จากการที่ใช้ขั้นตอนของ rms จะได้ว่าค่าใช้งานของ
คลื่นซายน์จะเท่ากับ 0.707 เท่าของค่ายอด เมื่อแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า AC ที่ให้มา
ไม่มีข้อกำกับมา จะถือว่าเป็นค่าที่ใช้งานและมิเตอร์ส่วนมากจะถูกปรับแต่งให้แสดงแรงดันไฟฟ้า
และกระแสไฟฟ้าออกมาเป็นค่าที่ใช้งานหรือ rms


แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ <วงจร>

E = E_maxsinwt

V = V_maxsinwt

I = I_maxsinwt

ค่ายังผล หรือค่ามิเตอร์ หรือค่ารากที่สองของกำลังสองเฉลี่ย (root mean square ; rms)

แรงเคลื่อนไฟฟ้ายังผล = E_rms = E_max / root 2 = 0.707 E_max

กระแสไฟฟ้ายังผล = I_rms = I_max / root 2 = 0.707 I_max

ศักย์ไฟฟ้ายังผล = V_rms = V_max / root 2 = 0.707 V_max

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

การเขียนแผนภาพเฟรเซอร์ (PhasorDiagrams)

มีหลักการดังนี้

1. เขียนลูกศรแทนความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า

2. ความยาวของลูกศรแทนขนาดของความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า

3. ตำแหน่งของลูกศรแสดงเฟสเริ่มต้นของความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า

ไฟฟ้ากระแสสลับ <วงจร R>

V_R = V_maxsinwt

I_R = I_maxsinwt

(ก) กราฟแสดงความสัมพันธ์ V_R, I_R กับ wt

(ข) แผนภาพเฟรเซอร์

ไฟฟ้ากระแสสลับ <วงจร L>

ตัวเหนี่ยวนำที่อยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ มีสมบัติความต้านทานไฟฟ้าขึ้นยู่กับความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับ โดยสมบัตินี้ถูกเรียกว่า “ความต้านทานเชิงเหนี่ยวนำ (X_L)”

X_L = wL = 2pfL

V_L = V_maxsinwt

I_L = I_maxsin{(wt) – (p/2)}

การต่อตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมและแบบขนาน

ไฟฟ้ากระแสสลับ <วงจร C>

ตัวเก็บประจุที่อยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ มีสมบัติความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับ โดยสมบัตินี้ถูกเรียกว่า “ความต้านทานเชิงความจุ (X_C)”

ไฟฟ้ากระแสสลับ <วงจร RLC อนุกรม>

1. กระแสไหลผ่าน R, L และ C เท่ากัน

2. ความต่างศักย์ร่วม = ผลรวมของความต่างศักย์ย่อย (บวกแบบเวกเตอร์)

3. ความต้านทานเชิงซ้อน = ผลรวมของความความต้านทานย่อย (บวกแบบเวกเตอร์)

การหาความต่างศักย์ร่วม (V)

การหาความต้านทานเชิงซ้อนร่วม

ไฟฟ้ากระแสสลับ <วงจร RLC ขนาน>

1. ความต่างศักย์ V = V_R= V_L= V_C

2. กระแสรวม = ผลรวมของกระแสย่อย (บวกแบบเวกเตอร์)

3. ความต้านทานเชิงซ้อน = ผลบวกแบบเศษส่วนของแต่ละตัว (บวกแบบเวกเตอร์)

การหากระแสไฟฟ้ารวมของวงจร RLC แบบขนาน

บทนำฟิสิกส์ <คำนำ>

ฟิสิกส์ เป็นวิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับ สสารและ พลังงานศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และ ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสสารกับพลังงาน รวมทั้งเป็นความรู้พื้นฐานที่นำไปใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับการผลิต และ เครื่องใช้ต่าง ๆ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ ตัวอย่างเช่น การนำความรู้พื้นฐานทางด้าน แม่เหล็กไฟฟ้า ไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ (โทรทัศน์ วิทยุ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ) อย่างแพร่หลาย หรือ การนำความรู้ทางกลศาสตร์ไปใช้ในการพัฒนาเครื่องจักรกล และ ยานพาหนะ ยิ่งไปกว่านั้นความรู้ทางฟิสิกส์บางอย่างอาจนำไปสู่การสร้างเครื่องมือใหม่ที่ใช้ในวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่น การนำความรู้เรื่อง กลศาสตร์ควอนตัม ไปใช้ในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ที่ใช้ใน ชีววิทยา เป็นต้น

นักฟิสิกส์ศึกษาธรรมชาติ ตั้งแต่สิ่งที่เล็กมาก เช่น อะตอม และ อนุภาคย่อย ไปจนถึงสิ่งที่มีขนาดใหญ่มหาศาล เช่น จักรวาล จึงกล่าวได้ว่า ฟิสิกส์ คือ ปรัชญาธรรมชาติเลยทีเดียว

ในบางครั้ง ฟิสิกส์ ถูกกล่าวว่าเป็น แก่นแท้ของวิทยาศาสตร์ (Fundamental science) เนื่องจากสาขาอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เช่น ชีววิทยา หรือ เคมี ต่างก็มองได้ว่าเป็น ระบบของวัตถุต่างๆ หลายชนิดที่เชื่อมโยงกัน โดยที่เราสามารถสามารถอธิบายและทำนายพฤติกรรมของระบบดังกล่าวได้ด้วยกฎต่าง ๆ ทางฟิสิกส์ ยกตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของสารเคมีต่าง ๆ สามารถพิจารณาได้จากคุณสมบัติของโมเลกุลที่ประกอบเป็นสารเคมีนั้น ๆ โดยคุณสมบัติของโมเลกุลดังกล่าว สามารถอธิบายและทำนายได้อย่างแม่นยำ โดยใช้ความรู้ฟิสิกส์สาขาต่าง ๆ เช่น กลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น

ทั้งนี้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ภาคปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับขีดจำกัดของการสังเกต และประสิทธิภาพของเครื่องมือวัด ถ้าเทคโนโลยีของเครื่องมือวัดพัฒนามากขึ้น ข้อมูลที่ได้จะมีความละเอียดและถูกต้องมากขึ้น ทำให้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ยิ่งขยายออกไป ข้อมูลที่ได้ใหม่ อาจไม่สอดคล้องกับสิ่งที่ทฤษฎีและกฎที่มีอยู่เดิมทำนายไว้ ทำให้ต้องสร้างทฤษฏีใหม่ขึ้นมาเพื่อทำให้ความสามารถในการทำนายมีมากขึ้น

บทนำฟิสิกส์ <การวัด>

การวัด
จะต้องประกอบด้วย
1. วิธีการวัดที่ถูกต้อง
2. เครื่องมือวัดที่เหมาะสม
3. ผู้วัดที่มีความรู้ความสามารถ
4. สภาพแวดล้อมที่เหมาะสม
การแสดงผลการวัด ต้องแสดงตัวเลขที่อ่านได้จากเครื่องมือวัดทุกตัวที่สามารถอ่านได้ และเพิ่มค่าที่ปริมาณหรือคาดเดาที่ตัวเลขสุดท้ายอีก 1 ตำแหน่ง
หน่วยการวัด
1. หน่วยฐานเอสไอ เป็นหน่วยมาตรฐานที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกใช้ เรียกว่า หน่วยระหว่างชาติ (International System of Units) หรือหน่วยเอสไอ มีทั้งหมด 7 หน่วย

2. หน่วยอนุพันธ์ เป็นหน่วยซึ่งมีหน่วยฐานหลายหน่วยมาเกี่ยวข้องกัน เช่น หน่วยของอัตราเร็วเป็น เมตรต่อวินาที ซึ่งมีเมตรและวินาที เป็นหน่วยฐาน หน่วยอนุพันธ์มีหลายหน่วยซึ่งมีชื่อและสัญลักษณ์ที่กำหนดขึ้นโดยเฉพาะ

คำอุปสรรค หมายถึง ตัวพหุคูณที่ใช้นำหน้าหน่วยต่างๆเพื่อทำหน้าที่ขยายหน่วยนั้นๆ

บทนำฟิสิกส์ <เลขนัยสำคัญ>

คือ ตัวเลขที่ได้จากการวัดโดยใช้เครื่องมือที่เป็นสเกล โดยเลขทุกตัวที่บันทึกจะมีความหมายส่วนความสำคัญของตัวเลขจะไม่เท่ากัน ดังนั้นเลขทุกตัวจึงมีนัยสำคัญ ตามความเหมาะสม เช่น วัดความยาวของไม้ท่อนหนึ่งได้ยาว 121.54 เซนติเมตร เลข 121.5 เป็นตัวเลขที่วัดได้จริง ส่วน 0.04 เป็นตัวเลขที่ประมาณขึ้นมา เราเรียกตัวเลข121.54 นี้ว่า เลขนัยสำคัญ และมีจำนวนเลขนัยสำคัญ 5 ตัว

หลักการพิจารณาจำนวนเลขนัยสำคัญ

เลขทุกตัว ถือเป็นเลขที่มีนัยสำคัญ ยกเว้น
1. เลข 0 ( ศูนย์ ) ที่อยู่ซ้ายมือสุดหน้าตัวเลข เช่น
0.1 มีเลขนัยสำคัญ 1 ตัว
0.01 มีเลขนัยสำคัญ 1 ตัว
0.0152 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
2. เลข 0 ( ศูนย์ ) ที่อยู่ระหว่างตัวเลขถือเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น
101 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
1.002 มีเลขนัยสำคัญ 4 ตัว
3. เลข 0 ( ศูนย์ ) ที่อยู่ท้ายแต่อยู่ในรูปเลขทศนิยม ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น
1.20 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
2.400 มีเลขนัยสำคัญ 4 ตัว
4. เลข 0 ( ศูนย์ ) ที่ต่อท้ายเลขจำนวนเต็ม ถ้าจะนับเป็นเลขนัยต้องทำเครื่องหมายบอก เช่น
120 มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว
120 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
200 มีเลขนัยสำคัญ 1 ตัว
200 มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว
200 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
5. เลข 10 ที่อยู่ในรูปยกกำลัง ไม่เป็นเลขนัยสำคัญ เช่น
1.30 x104 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
2.501 x106 มีเลขนัยสำคัญ 4 ตัว

การบวกและการลบเลขนัยสำคัญ
ให้บวกลบข้อมูลตามปกติ แล้วเมื่อได้ผลลัพธ์ให้บันทึกโดยมีจำนวนตำแหน่งทศนิยมเท่ากับตำแหน่งทศนิยมของข้อมูลหลักที่มีจำนวนตำแหน่งทศนิยมน้อยที่สุด เช่น
1. 2.12 + 3.895 + 5.4236 = 11.4386
ปริมาณ 2.12 มีความละเอียดถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 2
3.895 มีความละเอียดถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 3
5.4236 มีความละเอียดถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 4
ผลลัพธ์ 11.4386 มีความละเอียดถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 4 ซึ่งมากกว่าเครื่องมือวัดที่อ่านได้ 2.12 , 3.895
ดังนั้นผลลัพธ์ต้องมีเลขนัยสำคัญมีความละเอียดไม่เกินทศนิยมตำแหน่งที่ 2
ดังนั้น ผลลัพธ์ คือ 11.44


การคูณและการหารเลขนัย
ให้คูณ-หารข้อมูลตามปกติ แล้วเมื่อได้ผลลัพธ์ให้บันทึก โดยมีจำนวนค่านัยสำคัญเท่าจำนวนค่านัยสำคัญของข้อมูลหลักที่มีจำนวนค่านัยสำคัญน้อยที่สุด เช่น
1. 432.10 x 5.5 = 2376.55
ปริมาณ 432.10 มีจำนวนเลขนัยสำคัญ 5 ตัว
5.5 มีจำนวนเลขนัยสำคัญ 2 ตัว
ผลลัพธ์ 2376.55 มีจำนวนเลขนัยสำคัญ 6 ซึ่งมีจำนวนเลขนัยสำคัญได้เพียง 2 ตัว
ดังนั้น ผลลัพธ์ คือ 2.4 x 103

บทนำฟิสิกส์ <แบบฝึกหัด>