แผนการจัดการเรียนรู้ฟิสิกส์4

99 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 การอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน แถบสีที่คาดไว้บนตัวต้านทานมีความหมายดังนี้ แถบสีที่ 1 บอกเลขตัวแรก แถบสีที่ 2 บอกเลขตัวที่สอง แถบสีที่ 3 บอกเลขยกกำลังของสิบ แถบสีที่ 4 บอกความคาดเคลื่อนของค่าความต้านทานที่อ่านได้จากสามแถบแรก โดยบอกเป็นร้อยละ แถบสี แทนเลข แทนเลข คูณด้วย ความคลาดเคลื่อน ดำ 0 0 1 น้ำตาล = ±1 % น้ำตาล 1 1 101 แดง = ± 2 % แดง 2 2 102 ทอง = ± 5 % ส้ม 3 3 103 เงิน = ±10 % เหลือง 4 4 104 ไม่มีแถบสี = ±20 % เขียว 5 5 105 น้ำเงิน 6 6 106 ม่วง 7 7 - เทา 8 8 - ขาว 9 9 - ทอง - - 10-1 เงิน - - 10-2

100 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่าง อะลูมิเนียมเส้นหนึ่งยาว 1 เมตร มีสภาพต้านทาน 2.7 x 10-8 โอห์ม.เมตร และมี พื้นที่หน้าตัด 2 ตารางมิลลิเมตร จงคำนวณหาความต้านทานของลวดอะลูมิเนียม จากโจทย์ทราบ ... = 1 m, r = 2.7 x 10-8 W.m, A = 2.0 x 10-6 m 2 วิธีทำ สูตร … R = 1.35 x 10-2 W สภาพต้านทานและสภาพนำไฟฟ้า สภาพต้านทานเป็นสมบัติเฉพาะของสารหนึ่งๆ ส่วนความต้านทาน เป็นสมบัติของสารแต่ละ ชิ้น สารใดมีความต้านทานมาก แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าผ่านน้อยหรือกล่าวว่ามีความนำไฟฟ้า (electrical conductance) น้อย ความนำไฟฟ้า เป็นสมบัติทางไฟฟ้าที่ตรงข้ามกับความต้านทานไฟฟ้าของสาร หรือ กล่าวได้ว่า ความนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน สัญลักษณ์ ความนำไฟฟ้า แทนด้วย "G" จะได้ว่า … มีหน่วยเป็น โอห์ม –1 หรือ ซีเมนส์ (S) สำหรับสารที่มีสภาพต้านทานมาก จะมีสภาพนำไฟฟ้า (electrical conductivity) น้อย สภาพนำ ไฟฟ้า จึงเป็นส่วนกลับของสภาพต้านทาน สัญลักษณ์ สภาพนำไฟฟ้า แทนด้วย "s" จึงได้ว่า ... มีหน่วยเป็น โอห์ม.เมตร -1 หรือ ซีเมนส์ต่อเมตร (S/m)

101 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 การคำนวณหาความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เมื่ออุณหภูมิของตัวนำเปลี่ยนแปลง จะทำให้สภาพต้านทานของตัวนำประเภทโลหะ เปลี่ยนแปลง หรือทำให้ความต้านทานของตัวนำเปลี่ยนแปลงไปด้วย ถ้ากำหนดให้… t = อุณหภูมิของโลหะตัวนำในหน่วยองศาเซลเซียส a = สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน (Temperature coefficient of resistance) คือ ค่าความต้านทาน ที่เปลี่ยนไปต่อความต้านทานเดิม เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียสมีหน่วยเป็น ( 0 C)- 1 จะได้ความสัมพันธ์ดังนี้… 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ทบทวนก่อนเรียน โดยถามนักเรียนเกี่ยวกับเซลล์ไฟฟ้า การต่อเซลล์ไฟฟ้าอนุกรม/ขนาน/ ผสม 1.2 นำเข้าสู่บทเรียนโดยถามนักเรียนว่า แรงดัน กระแส ความต้านทาน มีความสัมพันธ์กัน อย่างไร 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง สภาพต้านทาน ตัวต้านทาน และกฎของโอห์ม 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึกและตอบคำถาม จากแบบฝึกหัด เรื่อง การอ่าน ค่าความต้านทานและการเขียนวงจรไฟฟ้า 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 นักเรียนนำข้อมูลจากขั้นการสืบค้น ข้อมูล มาอภิปรายร่วมกับครู 3.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับสภาพต้านทาน ตัวต้านทาน และกฎของโอห์ม เพื่อให้ นักเรียนสรุปสาระสำคัญลงในสมุดจดบันทึก 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 นักเรียนสนทนาซักถามครูเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของ กระแสไฟฟ้า ตัวต้านทาน แรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งเป็นตัวแปรความสัมพันธ์กฎของโอห์ม สภาพต้านทานและตัวต้านทาน

102 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 4.2 นักเรียนและครูร่วมกันอภิปราย เกี่ยวกับ การหาค่าสภาพต้านทาน การหาค่าตัวต้านทาน จากการอ่านค่า และจากการคำนวณ 4.3 ครูและนักเรียนช่วยกันสรุปตอบข้อสงสัย 5.ขั้นประเมิน 4.4 นักเรียนอธิบายและแสดงวิธีคิด จากแบบฝึกหัด เรื่อง การอ่านค่าความต้านทานและการ เขียนวงจรไฟฟ้า 5.2 แบบประเมินคุณลักษณะ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง สภาพต้านทาน ตัว ต้านทาน วงจรไฟฟ้า (หน้า 6-12) 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง การอ่านค่าความ ต้านทานและการ เขียนวงจรไฟฟ้า 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหาและขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ 9. การวัดและการประเมินผล การวัดและการ ประเมินผล วิธีการวัดและการ ประเมินผล เครื่องมือ เกณฑ์ ความรู้ความเข้าใจ(K) ตรวจแบบฝึกหัด ตรวจสมุดจด แบบฝึกหัด สมุดจด ร้อยละ 50 ขึ้นไป - ทักษะกระบวนการ(P) แบบฝึกหัด แบบฝึกหัด ร้อยละ 50 ขึ้นไป คุณธรรม จิตพิสัย(A) สังเกตพฤติกรรมนักเรียน แบบประเมินคุณลักษณะ - ลงชื่อ ..................................................ครูผู้สอน (นางสาวณัฐิญา คาโส) .........../.............../..................

103 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (ตรง) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 8 เรื่อง วงจรไฟฟ้า จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ วงจรไฟฟ้า ประกอบด้วย ความต้านทานหลายตัวต่อเข้าด้วยกันแบบต่างๆ เซลล์ไฟฟ้าหลายๆ เซลล์ ต่อเข้าด้วยกัน มีการใช้แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์วัดในจุดต่างๆ ซึ่งเมื่อต่อตัวนำหรือตัวต้านทานเข้ากับ แหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน และแหล่งกำเนิดไฟฟ้านั้น กระแสไฟฟ้าที่เกิดก็ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า โดยประจุไฟฟ้าได้รับพลังงานจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 ศึกษาการต่อวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม 3.1.2 ศึกษาการคำนวณในวงจรอนุกรม 3.13. ศึกษาการต่อวงจรไฟฟ้าแบบขนาน 3.1.4 ศึกษาการคำนวณในวงจรไฟฟ้าขนาน 3.1.5 ศึกษาการต่อวงจรไฟฟ้าแบบผสม 3.1.6 ศึกษาการคำนวณในวงจรไฟฟ้าแบบผสม 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.2 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่าง ๆ 3.2.3 เขียนรูปวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม ขนาน และผสมได้ถูกต้อง 3.2.4 สามารถคำนวณหาค่า แรงดัน กระแส ความต้านทาน ในวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรมได้ถูกต้อง 3.3 ด้านเจตคติ/คุณลักษณะอันพึงประสงค์/คุณธรรมจริยธรรมที่สอดแทรก 3.3.1 นักเรียนมีความซื่อสัตย์ แก้โจทย์ปัญหาได้ด้วยตัวเอง 3.3.2 นักเรียนมีความรับผิดชอบ ตรงต่อเวลา 3.3.3 นักเรียนมีระเบียบวินัย รักการเรียนรู้ 4. สมรรถนะของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 4.3 ความสามารถในการแก้ปัญหา 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี

104 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. สาระการเรียนรู้ การต่อวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม ในวงจรไฟฟ้าถ้ามีตัวต้านทานมากกว่า 1 ตัว ต่อเรียงอันดับหรืออนุกรมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าเรียกว่า วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม ( Series Circuit ) ดังแสดงในรูปที่ 2 รูปที่ 2 วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม จากรูปที่ 2 จะพิจารณาได้ว่า ต้นของตัวต้านทาน ( Resistor) ตัวที่หนึ่ง หรือ R 1 ต่อเข้ากับแหล่งจ่าย ไฟตรงด้านขั้วบวก ( + ) และปลายด้านของตัวต้านทาน ตัวที่หนึ่งต่อเข้ากับต้นของตัวความต้านทานตัวที่สอง หรือ R 2 และปลายของตัวต้านทานตัวที่สองต่อเข้ากับต้นของความต้านทานตัวที่สามหรือ R 3 ต่อเข้ากับ แหล่งจ่ายไฟตรงด้านขั้วลบ ( - ) ครบวงจรที่ขั้วลบ ของแหล่งจ่ายไฟตรง ทำให้มีกระแสไฟฟ้า ( Current ) ไหล วงจร ในลักษณะของวงจรอนุกรม จะมีกระแสไฟฟ้าไหลเพียงค่าเดียวเท่านั้น เพราะกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัว ต้านทาน R1 , R2 และ R3 คือกระแสไฟฟ้าเดียวกันและมีค่าเท่ากับกระแสไฟฟ้าในวงจรรวมทั้งหมด ( Current Total ใช้อักษรย่อ IT ) แต่ค่าแรงดันไฟฟ้ารวมทั้งหมดของวงจร ( Voltage Total ใช้อักษรย่อ ET) จะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม ตัวต้านทาน R1 ,R2 และ R3 รวมกัน จากหลักการดังกล่าวจะได้ คุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม 1.ค่าความต้านทานรวมทั้งหมด( RT) ของวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม มีค่าเท่ากับผลรวมของความต้านทาน ทุกตัวรวมกัน RT = R1 + R2 + R3+………. Rn 2.กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานทุกตัวมีค่าเท่ากัน IT = I1 = I2 = I3 =………. In 3.แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรจะแตกต่างกันไป ความต้านทานตัวใดมีค่ามากจะ มีแรงดันตกคร่อมมาก 4.ผลรวมของแรงดันตกคร่อมความต้านทานแต่ละตัวจะเท่ากับแรงดันที่จ่ายให้กับวงจร ET = E1 + E2 + E3+………. En

105 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่างที่ 1 จากวงจรประกอบด้วยตัวต้านทาน R1=4 Ω ต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน R2=8 Ω มีแหล่งจ่ายไฟตรง E=6 V จงหาค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม ตัวต้านทานแต่ละตัว กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัว ต้านทานแต่ละตัว กระแสไฟฟ้ารวม และความต้านทานรวมในวงจร วิธีทำ จากคุณสมบัติของวงจรอนุกรม หาค่าความต้านทานรวม RT จะได้ RT = R1 + R2 RT = 4 Ω + 8 Ω RT = 12 Ω ความต้านทานรวมในวงจรเท่ากับ 12 Ω หาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร I จะได้ \กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรเท่ากับ 0.5 A หาค่าแรงดัน V1 และ V2 จะได้ V1 = IR1 = 0.5 A × 4 Ω = 2 V V2 = IR2 = 0.5 A × 8 Ω = 4 V แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม ตัวต้านทาน 4 Ω เท่ากับ 2 V แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม ตัวต้านทาน 8 Ω เท่ากับ 4 V หาค่าแรงดันไฟฟ้ารวมทั้งหมด VT จะได้ VT = V1 + V2 = 2 V+4 V = 6 V หรือ VT = IRT = 0.5 A × 12 Ω = 6 V VT = E = 6 V หาค่ากระแสไฟฟ้า I1 และกระแสไฟฟ้า I2 จะได้

106 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 จากคุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรมจะได้กระแสไฟฟ้ามีค่าเท่ากัน IT = I1 = I2 = 0.5 A ตัวอย่างที่ 2 จากวงจรประกอบด้วยตัวต้านทาน R1 = 2.2 kΩ ตัวต้านทาน R2 = 3 kΩ และตัวต้านทาน R3 =4.7 kΩ แหล่งจ่ายไฟตรง E = 20 V จงหาค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัว กระแสไฟฟ้า ไหลในวงจรรวม และความต้านทานรวมในวงจร วิธีทำ จากคุณสมบัติของวงจรอนุกรม คำนวณหาค่าความต้านทานรวมทั้งหมด RT ได้ดังนี้ RT = R1 + R2 + R3 RT = 2.2 kΩ + 3 kΩ + 4.7 kΩ RT = 9.9 kΩ ความต้านทานรวมในวงจรเท่ากับ 9.9 kΩ คำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าทั้งหมด IT จะได้ กระแสไฟฟ้าทั้งหมด เท่ากับ 2.02 mA คำนวณหาค่าแรงดัน V1 ,V2 และ V3 จะได้ V1 = IR1 = 2.02 mA × 2.2 kΩ = 4.444 V V2 = IR2 = 2.02 mA × 3 kΩ = 6.06 V V3 = IR3 = 2.02 mA × 4.7 kΩ = 9.494 V VT = V1 + V2 + V3 VT = 4.444 V + 6 .06 V + 9. 494 V VT = 19.998 V

107 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 การต่อวงจรไฟฟ้าแบบขนาน วงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานตั้งแต่ 2 ตัวหรือมากกว่าต่อขนานหรือตกคร่อมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า เรียกว่า วงจรไฟฟ้าแบบขนาน(Parallel Circuit ) ดังแสดงในรูปที่ 1 รูปที่1 วงจรไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนาน จากวงจรรูปที่ 1 จะพิจารณาได้ว่าปลายข้าง หนึ่งของตัวต้านทาน ตัวที่หนึ่ง R1 ตัว ต้านทานตัวที่สอง R2 และตัวต้านทานตัวที่ R3 ต่อเข้าทางด้านขั้วบวก ( + ) ของ แหล่งจ่ายไฟตรง ( E ) และปลายอีกข้างหนึ่ง ของต้านทาน ตัวที่หนึ่ง R1 ตัวต้านทาน ตัวที่ สอง R2 และตัวต้านทานตัวที่ R3 ต่อเข้าที่ จุดเดียวกัน คือ ต่อเข้าทางด้านขั้วลบ (-) ของแหล่งจ่ายไฟตรง ( E ) ในการต่อวงจรไฟฟ้าลักษณะนี้จะทำให้ค่า ของความต้านทานรวมมีค่าเท่ากับผลรมของส่วนกลับของความต้านทานทุกตัวที่ต่ออยู่ในวงจรรวมกัน แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม ตัวต้านทานตัวที่ R1 กระแสไฟฟ้ารวมในวงจรเท่ากับกระแสไฟฟ้า ที่ไหลผ่านตัวต้านทานทุกตัวรวมกัน กระแสที่ไหลผ่านตัว ต้านทาน แต่ละตัวขึ้นอยู่กับค่าความต้านทาน แต่ละตัวขึ้นอยู่กับค่าความต้านทาน โดยค่าความต้านทานมาก กระแสจะไหลผ่านน้อยถ้าค่าความต้านทานน้อยกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านมาก ค่าความต้านทานเท่ากัน กระแสไฟฟ้า ไหลผ่านเท่ากัน ซึ่งเป็นไปตามกฎของโอห์ม ในลักษณะของวงจรไฟฟ้าแบบขนาน (Parallel Circuit ) จะเห็นได้ว่าเมื่อค่าความต้านทานของตัว ต้านทานตัวใดๆในวงจรขนาน (Parallel Circuit ) เกิดขัดข้องหรือขาดกระแสก็ยังสามารถไหลผ่านความ ต้านทานตัวอื่นๆได้เหมือนเดิม คุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าแบบขนาน 1. ค่าความต้านทานรวมของวงจรไฟฟ้าแบบขนาน (Parallel Circuit ) มีค่าเท่ากับ ส่วนกลับของความ ต้านทานรวมของวงจร เท่ากับผลรวมของส่วนกลับของความต้านทานทุกตัวที่ต่ออยู่วงจรไฟฟ้าแบบขนาน 2.กระแสไฟฟ้ารวมในวงจร จะเท่ากับกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวรวมกัน IT = I1 + I2 + I3 +…………In 3.แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม ตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรเท่ากัน และเท่ากับแหล่งจ่ายไฟในวงจร E = V1 = V2 =V3 =…………..Vn 4.ในกรณีที่มีตัวต้านทาน ต่อขนานกันสองตัว ค่าความต้านทานรวมหาได้จาก

108 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 หรือ ตัวอย่างที่ 1 จงแสดงวิธีการหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวกระแสไฟฟ้ารวม ( IT )และ ค่าความต้านทานรวม ( RT ) ในวงจร เมื่อตัวต้านทาน R1 = 6 ตัวต้านทาน R2 = 3 และแหล่งจ่ายไฟตรง มีค่าเท่ากับ 15 V วิธีทำ จากคุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าแบบขนาน สามารถหาค่าความต้านทานรวม RT จากสูตร ค่าความต้านทานรวม RT = 2 Ω คำนวณหาค่ากระแสไหลผ่าน R1 คือ I1 กระแสไหลผ่าน R2 คือ I2 และกระแสไฟฟ้ารวม IT IT = I1 + I2 = 2.5 A + 5 A = 7.5 A กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน RT คือ IT เท่ากับ 2.5 A กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R2 คือ I2 เท่ากับ 5 A กระแสไฟฟ้ารวม คือ IT เท่ากับ 7.5 A คำนวณหาค่าแรงดันตกคร่อม R1 คือ V1 แรงดันตกคร่อม R2 คือ V2 และแรงดันไฟฟ้ารวม VT จะเห็นได้ว่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวรวมกัน จะมีค่าเท่ากับแหล่งจ่ายแรงดันที่จ่ายให้กับวงจร

109 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่างที่ 2 จากวงจร จงหาค่าความต้านทานรวม ( RT ) กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว ( IR1 , IR2 , IR3 )และกระแสไฟฟ้ารวม (IT ) วิธีทำ คำนวณหาค่าความต้านทานรวมทั้งหมดของวงจร (RT ) จากสูตร ค่าความต้านทานรวม ( RT ) เท่ากับ 1.455 kΩ คำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว ( IR1 , IR2 ,IR3 ) และกระแสไฟฟ้ารวม ( IT ) T 1 2 3 I = I + I + I I 17.196 mA I 9.26 mA 4.464 mA 3.472 mA T T = = + + 17.182 mA 1.455 k 25 V R E I T T = = =

110 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 หรือ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน R1 เท่ากับ 9.26 mA หรือ ( IR1 = 9.26 mA ) กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน R2 เท่ากับ 4.464 mA หรือ ( IR2 = 4.464 mA ) กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน R3 เท่ากับ 3.472 mA หรือ ( IR1 = 3.472 mA ) กระแสไฟฟ้ารวมในวงจรมีค่าเท่ากับ 17.196 mA หรือ ( IT =17.196 mA ) ตัวอย่างที่ 3 จากวงจร ให้คำนวณหาค่าความต้านทานรวม ( RT ) กระแสไฟฟ้า I1 , I2 ,I3 และ IT วิธีทำ คำนวณหาค่าความต้านทานรวม RT จากสูตร ค่าความต้านทานรวม ( RT ) ในวงจรมีค่าเท่ากับ 298 Ω คำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว ( I1 , I2 , I3 ) และกระแสไฟฟ้ารวมทั้งหมด (IT ) R 1 R 1 R 1 R 1 T 1 2 3 = + + 1k 1 540 k 1 2 k 1 R 1 T + + = 0.5 k 1.85 k 1k R 1 T = + + = 3.35 k R 1 T 8.5 mA 2 k 17 V R E I 1 1 = = = 31.48 mA 0.54 k 17 V R E I 2 2 = = = 17 mA 1 k 17 V R E I 3 3 = = = T 1 2 3 I = I + I + I

111 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 หรือ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน R1 เท่ากับ 8.5 mA หรือ ( IR1 = 8.5 mA ) กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน R2 เท่ากับ 31.48 mA หรือ ( IR2 = 31.48 mA ) วงจรแบบผสม วงจรไฟฟ้าแบบผสม คือวงจรที่ประกอบด้วยวงจรอนุกรม ( Series Circuit ) และวงจรขนาน ( Parallel Circuit ) ย่อยๆ อยู่ในวงจรใหญ่เดียวกัน ดังนั้นในการคำนวณเพื่อวิเคราะห์หาค่าปริมาณทางไฟฟ้าต่างๆ เช่น กระแสไฟฟ้า( Current ) แรงดันไฟฟ้า ( Voltage ) และค่าความต้านทานรวม จึงต้องใช้ความรู้จากวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม วงจรไฟฟ้า แบบขนาน และกฎของโอห์ม ( Ohm’s Law ) วงจรไฟฟ้าแบบผสม โดยทั่วไปจะมีอยู่ 2 ลักษณะ คือ แบบ อนุกรม – ขนาน (Series -Parallel) และแบบขนาน – อนุกรม (Parallel – Series ) วงจรไฟฟ้ากระแสตรงผสมแบบอนุกรม – ขนาน ( Series -Parallel ) วงจรไฟฟ้ากระแสตรงผสมแบบอนุกรม – ขนาน หมายถึงวงจรที่มีตัวต้านทาน ในแต่ละกลุ่มย่อย ต่อขนานกันอยู่และนำแต่ละกลุ่มมาต่ออนุกรมกันอีกที จากวงจรรูปที่ 1 พิจารณาได้ว่าตัวต้านทานตัวที่ 2 และ ตัวต้านทานตัวที่ 3 ต่อขนานกันอยู่ โดยปลายอีกด้านหนึ่งต่ออนุกรมกับตัวต้านทานตัวที่ 1 ดังรูปที่ 1 รูปที่ 1 วงจรไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม (อนุกรม – ขนาน) การหาค่าความต้านทานรวม ( RT ) จึงต้องหาค่าความต้านทานรวม ( RT2 ) ระหว่างตัวต้านทานตัวที่ 2 และ ความต้านทานตัวที่ 3 แบบวงจรขนานก่อน จากนั้นจึงนำค่า ความต้านทานรวม ( RT2 ) มารวมกับค่าความต้านทานตัวที่ 1 ( RT1 ) แบบวงจรไฟฟ้าอนุกรม ( Series Circuit ) ในการหาค่ากระแสไฟฟ้า ( Current ) และแรงดันไฟฟ้า ( Voltage )ให้หาค่าในวงจรโดยใช้ลักษณะและ วิธีการเดียวกัน กับวงจรอนุกรม วงจรขนานดังที่ผ่านมาโดยให้หาค่าต่างๆในวงจรรวม ก็จะได้ค่าต่างๆตามที่ ต้องการ I 56.98 mA I 8.5mA 31.48 mA 17 mA T T = = + + 57.04 mA 0.298 k 17 V R E I T T = = =

112 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 คุณสมบัติของวงจรผสมแบบอนุกรม – ขนาน 1.ค่าความต้านทานรวม ( RT ) 2.ค่ากระแสไฟฟ้ารวม ( IT ) IT = I1 = ( I2 + I3 ) IT = IT1 = IT2 3.ค่าแรงดันไฟฟ้ารวม (VT ) E = VR1 + ( VR2 = VR3 ) E = VT1 + VT2 วงจรไฟฟ้าผสมแบบขนาน- อนุกรม (Parallel – Series ) รูปที่ 3 วงจรไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม (ขนาน – อนุกรม ) วงจรไฟฟ้าแบบผสมแบบขนาน – อนุกรม หมายถึง วงจรที่ตัวต้านทาน ในแต่ละกลุ่มย่อยต่อ อนุกรมกันอยู่และนำแต่ละกลุ่มย่อยมาต่อขนานกันอีกที ดังวงจรรูปที่ 3 พิจารณาได้ว่าตัวต้านทานตัวที่ 2 และตัว ต้านทานตัวที่ 3 ต่ออนุกรมกันอยู่ โดยปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทานตัวที่ 2 ต่อเข้าที่จุดเดียวกันกับตัวต้านทาน ตัวที่ 1 ในส่วนต้น และปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทานตัวที่ 3 ต่อเข้าที่จุดเดียวกันกับตัวต้านทานตัวที่ 1 ในส่วน ปลาย การหาค่าความต้านทานรวม ( RT) จึงต้องหาค่าความต้านทานรวม ( RT2 ) ระหว่างตัวต้านทานตัวที่ 2 และตัวต้านทานตัวที่ 3 แบบวงจรไฟฟ้าอนุกรมก่อน จากนั้นจึงนำค่าความต้านทานรวม ( RT2 ) มาหาค่าความ ต้านทานรวม ( RT ) แบบวงจรไฟฟ้าขนาน ( Parallel Circuit ) กับตัวต้านทานตัวที่ 1 ในการหาค่ากระแส (Current ) และแรงดันไฟฟ้า ( Voltage ) ให้หาค่าในวงจรโดยใช้ลักษณะ และวิธีการเดียวกันโดยให้หาค่าต่างๆในวงจรย่อยแต่ละกลุ่มก่อน จากนั้นหาค่าต่างๆในวงจรรวมกลุ่มใหญ่ R R R R R R R T T1 T2 2 3 2 3 T 1 = + + = + R R

113 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 คุณสมบัติวงจรผสมแบบขนาน-อนุกรม 1.ค่าความต้านทานรวม ( RT ) 2. คากระแสไฟฟ้ารวม ( IT ) IT = ( I1 + I2 ) = I3 IT = IT1 + IT2 3.ค่าแรงดันไฟฟ้ารวม (VT ) E = VR1 = ( VR2 + VR3 ) E = VT1 = VT2 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 นำเข้าสู่บนเรียนโดยถามนักเรียนว่า นักเรียนคิดว่าการต่อเซลล์ไฟฟ้า กับตัวต้านทานจะมี ลักษณะเหมือนหรือต่างกันอย่างไรบ้าง 1.2 การต่อตัวต้านทานมีวิธีการต่อแบบอนุกรม ขนาน และผสม เช่นเดียวกับเซลล์ไฟฟ้า แต่มี ลักษณะการต่อและคิดคำนวณต่างจากเซลล์ไฟฟ้าโดยสิ้นเชิง 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง วงจรไฟฟ้า 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึก 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 นักเรียนนำข้อมูลจากขั้นการสืบค้น ข้อมูล มาอภิปรายร่วมกับครู 3.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า เพื่อให้ นักเรียนสรุปสาระสำคัญลงในสมุดจด บันทึก และทำแบบฝึกหัด เรื่อง วงจรไฟฟ้า 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 นักเรียนสนทนาซักถามครูเกี่ยวการต่อวงจรไฟฟ้า และการคำนวณหาค่าความต้านทาน กระแสไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้า จากการต่อวงจร แบบอนุกรม ขนาน และผสม 4.2 นักเรียนและครูร่วมกันอภิปราย เกี่ยวกับ การต่อวงจรไฟฟ้า และการคำนวณหาค่า ความต้านทาน กระแสไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้า จากการต่อวงจร แบบอนุกรม ขนาน และ ผสมและจากการคำนวณ 4.3 ครูและนักเรียนช่วยกันสรุปตอบข้อสงสัย T1 T2 T1 T2 T T R R R R R R1 (R2 R3) R1(R2 R3) R + = + + + =

114 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. ขั้นประเมิน 5.1 นักเรียนอธิบายและแสดงวิธีคิด จากแบบฝึกหัด เรื่อง วงจรไฟฟ้า 5.2 แบบประเมินคุณลักษณะ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง วงจรไฟฟ้า (หน้า 14-16) 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง วงจรไฟฟ้า 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหาและขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ 9. การวัดและการประเมินผล การวัดและการ ประเมินผล วิธีการวัดและการ ประเมินผล เครื่องมือ เกณฑ์ ความรู้ความเข้าใจ(K) ตรวจแบบฝึกหัด ตรวจสมุดจด แบบฝึกหัด สมุดจด ร้อยละ 50 ขึ้นไป - ทักษะกระบวนการ(P) แบบฝึกหัด แบบฝึกหัด ร้อยละ 50 ขึ้นไป คุณธรรม จิตพิสัย(A) สังเกตพฤติกรรมนักเรียน แบบประเมินคุณลักษณะ - ลงชื่อ ..................................................ครูผู้สอน (นางสาวณัฐิญา คาโส) .........../.............../..................

115 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (ตรง) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 9 เรื่อง กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ เคอร์ชอฟฟ์ เคอเรนท์ ลอว์ จะกล่าวถึงความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าที่ ไหลเข้าและไหลออกจากจุดใดจุดหนึ่งในวงจรไฟฟ้า การแก้สมการของเคอร์ชอฟฟ์จะใช้หลักการลดทอนทางพีชคณิต หรือใช้เมทริกซ์และดีเทอร์มิแนนท์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 ศึกษาเรื่อง กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ 3.1.2 ศึกษาการใช้เมทริกซ์และดีเทอร์มิแนนซ์ แก้สมการ 3.13. ศึกษาตัวอย่างการแก้ปัญหาโจทย์ 3.1.4 เพื่อปฏิบัติการทดลองโดยใช้ กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.2 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่าง ๆ 3.3 ด้านเจตคติ/คุณลักษณะอันพึงประสงค์/คุณธรรมจริยธรรมที่สอดแทรก 3.3.1 นักเรียนมีความซื่อสัตย์ แก้โจทย์ปัญหาได้ด้วยตัวเอง 3.3.2 นักเรียนมีความรับผิดชอบ ตรงต่อเวลา 3.3.3 นักเรียนมีระเบียบวินัย รักการเรียนรู้ 4. สมรรถนะของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 4.3 ความสามารถในการแก้ปัญหา 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี

116 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 IT I2 I1 5. สาระการเรียนรู้ กฎของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchoff’s Low) วงจรไฟฟ้าต่าง ๆ ที่ผ่านมา เป็นวงจรอย่างง่ายที่สามารถนำเอากฎของโอห์มมาใช้ในการ แก้ปัญหาได้โดยตรง แต่ถ้าเป็นปัญหาโจทย์ที่ยุ่งยากและสลับซับซ้อนมาก ๆ แล้วจะไม่สามารถใช้กฎของโอห์ม แก้ปัญหาได้โดยตรง วงจรเหล่านี้จะประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหลายตัวและอุปกรณ์ต่าง ๆ ต่ออยู่หลาย สาขาดังรูป รูปที่ 1 วงจรไฟฟ้าตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์ ดังนั้นจึงต้องคิดหาวิธีการแก้ปัญหาโจทย์ของวงจรที่ซับซ้อนเหล่านี้ ให้ได้จนปัจจุบันมีหลายวิธี ด้วยกันวิธีการหนึ่งที่คิดขึ้นแก้ปัญหาวงจรที่ซับซ้อนนี้ ได้มาจากผลการทดลองของ นักฟิสิกส์ชาว เยอรมันชื่อว่า กุสตาฟ อาร์ เคอร์ชอฟฟ์ ในราวปี พ.ศ. 2400 เคอร์ชอฟฟ์ได้ตั้งข้อสรุปผลจากการทดลองของเขา ขึ้นมา 2 ข้อรู้จักกันในชื่อว่ากฎของเคอร์ชอฟฟ์ ซึ่งกล่าวไว้ดังนี้ 1. กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ กล่าวว่า “ กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าจุดใดจุดหนึ่งใน วงจรไฟฟ้าจะ เท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากจุดนั้น” 2. กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ กล่าวว่า “ ผลบวกของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ในวงจรไฟฟ้าปิดจะมี ค่าเท่ากับผลบวกของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความต้านทานในวงจรไฟฟ้าปิดนั้น” 1. กฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchoff’s current Law) กล่าวว่า “ กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าจุดใดจุดหนึ่งในวงจรไฟฟ้าจะเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจาก จุดนั้น” I T = I1+ I 2 I 1 + I 2 + I 3 = I T รูปที่ 2 ความหมายของกฎกระแสของเคอร์ชอฟฟ์ 1 R 2 R R3 1 E 2 E 3 E T I 1 I 2 I 3 I

117 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่างที่ 1 จากรูปให้คำนวณค่า I T , I 1 , I 2 , I 3 รูปที่ 3 วงจรไฟฟ้าตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์ วิธีทำ หาค่าความต้านทานรวมของวงจร R 2 // R 3 // R 4 R T1 = จำ นวนR ค ่ ำของR (ตัวต้านทานค่าเท่ากัน) = 3 3 = 1 R T = R 1 + R T1 = 2+1 = 3 คำนวณค่า I T = R E = 3 9 = 3 A หาแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R 2 // R 3 // R 4 V 1 = I. R T1 = 3 1 = 3 V หากระแสไฟฟ้า I 2 = 2 R E = 3 3 = 1 A เนื่องจาก R 2 = R 3 = R 4 ดังนั้น I 2 = I 3 = I 4 = 1 A เมื่อ I T เป็นกระแสไฟฟ้าไหลเข้า I 2 ,I 3 ,I 4 เป็นกระแสไฟฟ้าไหลออก I T = I 1 +I 2 + I 3 แทนค่า 3 = 1 + 1 + 1 3 = 3 ตอบ สรุปได้ว่า กระแสไฟฟ้าไหลเข้า = กระแสไฟฟ้าไหลออก หรือ กระแสไฟฟ้าไหลเข้า = กระแสไฟฟ้าไหลออก = 0 หรือ ผลรวมของกระแสไฟฟ้าไหลเข้า = ผลรวมของกระแสไฟฟ้าไหลออก E = 9V R2 = 3 R3 = 3 R4 = 3 R1 = 2 T I 1 I 2 I 3 I

118 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 2. กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ กล่าวโดยสรุปได้ว่า “ในวงจรไฟฟ้าใด ๆ ผลรวมทางพีชคณิตของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้แก่วงจร มีค่า เท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมความต้านทานในวงจรไฟฟ้าปิดนั้น ” ลักษณะของวงจรไฟฟ้าปิดหรือที่เรียกกันทั่ว ๆ ไปว่าลูป (Loop) หมายถึง เส้นทางใด ๆ ก็ตามในวงจรไฟฟ้า ถ้าหากเริ่มจากจุดหนึ่งไปตามเส้นทางนั้นแล้วสามารถกลับมายังจุดนั้นได้อีก เรียกว่า ลูป (Loop) เช่น รูปที่ 4 แสดงลูปของวงจร รูปที่ 5 แสดงวงจรอนุกรม จากนิยามกฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์จะได้ว่า E = 1 2 3 V + V + V = I.R 1 + I.R 2 + I.R 3 E – I.R 1 – I.R 2 – I.R 3 = 0 E – (I.R 1 + I.R 2 + I.R 3 ) = 0 E + (– I.R 1 – I.R 2 – I.R 3 ) = 0 จากสมการสรุปกฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ได้อีกอย่างหนึ่งว่า “ผลรวมของแรงดัน -ไฟฟ้าทั้งหมดใน วงจรไฟฟ้าปิดใด ๆ จะเท่ากับศูนย์” 3. การเขียนสมการแรงดันไฟฟ้าโดยใช้กฎของเคอร์ชอฟฟ์ 3.1 ให้สมมติกระแสไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่าพร้อมทิศทาง 3.2 กำหนดขั้วแรงดันไฟฟ้าให้แก่อุปกรณ์ในวงจรทุกตัว ตามทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าใน วงจร โดยกำหนดให้ด้านที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้ามีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกและด้านที่กระแสไฟฟ้าไหลออกจากอุปกรณ์ มีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ 3.3 เขียนสมการแรงดันไฟฟ้าตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์ในวงจรต่างๆที่เป็นไปได้และใส่เครื่องหมาย หน้าแรงดันไฟฟ้าให้ถูกต้อง Loop 1 Loop 2 2 R 3 R 2 R 2 E 1 E E R1 V1 R2 V2 V3 R3

119 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 3.4 โดยทั่ว ๆ ไปสมการเหล่านี้ ตัวที่ไม่รู้ค่าจะเป็นกระแสไฟฟ้าส่วนตัวต้านทานจะกำหนดค่ามาให้ ดังนั้นจะต้องพยายามหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนต่าง ๆ ของวงจรให้ได้ถ้า-หากกระแสไฟฟ้าที่คำนวณ ออกมาได้ค่าเป็นลบ (–) แสดงว่ากระแสไฟฟ้าที่แท้จริงมีทิศทางตรงข้ามกับที่สมมติไว้ 3.5 จะต้องจำกฎการคูณและการหารเครื่องหมายดังนี้ (+) คูณ (+ ) ได้ (+) (+) หาร (+ ) ได้ (+) (+) คูณ (–) ได้ (–) (+) หาร (–) ได้ (–) (–) คูณ (–) ได้ (+) (–) หาร (–) ได้ (+) (–) คูณ (+) ได้ (–) (–) หาร (+) ได้ (–) 4. ข้อกำหนดในการใส่เครื่องหมายหน้าแรงดันไฟฟ้าให้ถูกต้อง 4.1 ใส่เครื่องหมายบวก (+) ต้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้าและใส่เครื่องหมายลบ(–)ปลายทางที่ กระแสไฟฟ้าไหลออก 4.2 ในการเขียนสมการแรงดันไฟฟ้าให้เริ่มที่จุดใดจุดหนึ่งไล่ไปเรื่อย ๆ พบบวก(+)ให้ใส่ เครื่องหมายบวก(+) ถ้าพบลบ(–)ให้ใส่เครื่องหมายลบ(–)จนครบวงจร ตัวอย่างที่ 2 จงหาค่ากระแสไฟฟ้า I 1 และ I 2 ในวงจร รูปที่ 6 วงจรตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์ วิธีทำ จากวงจรกำหนดทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าจากขั้วบวกไปหาขั้วลบ จะได้ สมการดังนี้ Loop 1 +I 1 R 1 + I 1 R 2 + I 2 R 2 – E 1 = 0 I 1 R 1 + I 1 R 2 + I 2 R 2 = E 1 แทนค่าในสมการ 25 I 1 +60 I 1 +60 I 2 = 50 85 I 1 +60 I 2 = 50 …………….(1) Loop2 +I 2 R 3 + I 2 R 2 + I 1 R 2 –E 2 = 0 I 2 R 3 + I 2 R 2 + I 1 R 2 = E 2 แทนค่าในสมการ 40I 2 + 60 I 2 +60 I 1 = 75 100 I 2 +60 I 1 = 75 60 I 1 +100 I 2 = 75 …………….(2) + - + + + + - - - - - + R1 = 25 R3 = 40 60 R2 50V E1 75V E2 2 I 1 I

120 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 หาค่า I 1 จากสมการที่ (1) 85 I 1 +60 I 2 = 50 85 I 1 = 50 – 60 I 2 I 1 = 85 50 60I 2 − ………….(3) แทนค่า I 1 ในสมการที่ (2) จะได้ 60 I 1 +100 I 2 = 75 85 60(50 60I ) 2 − + 100 I 2 = 75 คูณ 60 เข้าไปในวงเล็บจะได้ 85 3,000 – 85 3,600I 2 + 100 I 2 = 75 เอา 85 คูณตลอดเพื่อกำจัดตัวส่วนให้หมดไปจะได้ 85 85 3,000 – 85 85 3,600I 2 + (100I 85) 2 = 7585 3,000 – 3,600I 2 + 8,500 I 2 = 6,375 (8,500 – 3,600)I 2 = 6,375 – 3,000 4,900I 2 = 3,375 I 2 = 4,900 3,375 = 0.69 A แทนค่า I 2 ในสมการที่ (3) I 1 = 85 50 60I 2 − = ( ) 85 50 −60 0.69 = 0.1 A I 1 = 0.1 A หรือ 100 mA I 2 = 0.69 A หรือ 690 mA ตอบ

121 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่างที่ 3 จงหาค่ากระแสไฟฟ้า I 1 , I 2 และ I 3 ในวงจร รูปที่ 7วงจรตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์ วิธีทำ Loop 1 , I R I R I R E E 0 1 1 1 2 2 2 3 1 + − − − = 8I I I 12 10 0 1 1 2 + 4 − 4 − − = 12I I 22 1 2 − 4 = (1) Loop 2 , I R I R I R I R I R E 0 1 2 2 2 2 3 2 4 3 4 2 − + + + + − = 4I I I I I 7 0 1 1 2 2 3 − + 4 + 2 + 2 + 2 − = 4I I I 7 1 2 3 − + 8 + 2 = (2) Loop 3 , I R I R I R E 0 3 5 3 4 2 4 3 + + − = 4I I I 12 0 3 3 2 + 2 + 2 − = 2I I 12 2 3 +6 = (3) จะได้สมการ 12I I 22 1 2 − 4 = 4I I I 7 1 2 3 − + 8 + 2 = 2I I 12 2 3 +6 = เขียนในรูปแมทริกซ์ = − − 12 7 22 I I I 0 2 6 4 8 2 12 4 0 3 2 1 หาค่าดีเทอร์มิแนนท์ D = 0 2 6 0 2 4 8 2 4 8 12 4 0 12 4 − − − − = (576 + 0 + 0) – (0 + 48 + 96) = 576 – 144 = 432 R1 = 8 R3 = 2 R2 = 4 + + - - - + + - - + E 7V 2 = 1 I 2 I - + R5 = 4 E 12V R4 = 2 3 = E 10V 1 = 3 I

122 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 DI1 = 12 2 6 12 2 7 8 2 7 8 22 − 4 0 22 − 4 = (1056 – 96 + 0) – (0 + 88 – 168) = 960 + 80 = 1040 D DI I 1 1 = 432 1040 = = 2.41 A DI2 = 0 12 6 0 12 4 7 2 4 7 12 22 0 12 22 − − = (504 + 0 + 0) – (0 + 288 – 528) = 504 + 240 = 744 D DI I 2 2 = 432 744 = = 1.72 A DI3 = 0 2 12 0 0 4 8 7 4 8 12 4 22 12 4 − − − − = (1152 + 0 – 176 ) – (0 + 168 + 96) = 976 + 264 = 712 D DI I 3 3 = 432 712 = = 1.65 A จะได้กระแสไฟฟ้า I1 = 2.41 A , I2 = 1.72 A และ I3 = 1.65 A ตอบ

123 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ทบทวนก่อนเรียน ซักถามนักเรียนว่ากฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์กล่าวว่าอย่างไร ครู อธิบายเสริม 1.2 ครูนำเข้าสู่บทเรียนโดยการกล่าวนำว่าในวงจรไฟฟ้ามีแหล่งจ่ายแรงดันมากกว่าหนึ่งแหล่ง การแก้ปัญหาโจทย์จะทำได้หลายวิธีเช่นทฤษฎีกระแสเมช 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง กฎของเคอร์ชอฟฟ์ 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึก 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.3 นักเรียนนำข้อมูลจากขั้นการสืบค้น ข้อมูล มาอภิปรายร่วมกับครู 3.4 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีกระแสเมชพร้อมตัวอย่างการคำนวณ 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 นักเรียนสนทนาซักถามครูเกี่ยวการต่อวงจรไฟฟ้าที่มีแหล่งจ่ายแรงดันมากกว่าหนึ่งแหล่ง 4.2 นักเรียนและครูร่วมกันอภิปราย เกี่ยวกับ การต่อวงจรไฟฟ้า และการคำนวณหาค่า ความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้อง 4.4 ครูและนักเรียนช่วยกันสรุปตอบข้อสงสัย 5. ขั้นประเมิน 1.2 นักเรียนอธิบายและแสดงวิธีคิด จากแบบฝึกหัด เรื่อง กฎของเคอร์ชอฟฟ์ 5.2 แบบประเมินคุณลักษณะ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง กฎของเคอร์ชอฟฟ์ (หน้า 18-20) 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง กฎของเคอร์ชอฟฟ์ 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหาและขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์

124 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 9. การวัดและการประเมินผล การวัดและการ ประเมินผล วิธีการวัดและการ ประเมินผล เครื่องมือ เกณฑ์ ความรู้ความเข้าใจ(K) ตรวจแบบฝึกหัด ตรวจสมุดจด แบบฝึกหัด สมุดจด ร้อยละ 50 ขึ้นไป - ทักษะกระบวนการ(P) แบบฝึกหัด แบบฝึกหัด ร้อยละ 50 ขึ้นไป คุณธรรม จิตพิสัย(A) สังเกตพฤติกรรมนักเรียน แบบประเมินคุณลักษณะ - ลงชื่อ ..................................................ครูผู้สอน (นางสาวณัฐิญา คาโส) .........../.............../..................

125 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (ตรง) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 10 เรื่อง พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ เมื่อต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ ทำให้มีกระแสไฟฟ้าผ่าน เครื่องใช้ไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นตามชนิดของเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น เมื่อต่อ หลอดไฟกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะได้พลังงานแสงสว่าง ถ้าต่อเตาไฟฟ้าเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะได้ พลังงานความร้อน ถ้าต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับเครื่องซักผ้า พัดลม และสว่านไฟฟ้า ก็จะได้พลังงาน กล เป็นต้น กำลังไฟฟ้า คือ พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาทีหรือวัตต์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 อธิบายความสัมพันธ์ของพลังงานไฟฟ้า พร้อมทั้งคำนวณหาค่าตัวแปรที่เกี่ยวข้อง 3.1.2 อธิบายความสัมพันธ์ของกำลังไฟฟ้า พร้อมทั้งคำนวณหาค่าตัวแปรที่เกี่ยวข้อง 3.13. อธิบายความสัมพันธ์ของพลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า และคำนวณหาค่าจากสถานการณ์ที่กำหนด 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.2 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่าง ๆ 3.3 ด้านเจตคติ/คุณลักษณะอันพึงประสงค์/คุณธรรมจริยธรรมที่สอดแทรก 3.3.1 นักเรียนมีความซื่อสัตย์ แก้โจทย์ปัญหาได้ด้วยตัวเอง 3.3.2 นักเรียนมีความรับผิดชอบ ตรงต่อเวลา 3.3.3 นักเรียนมีระเบียบวินัย รักการเรียนรู้ 4. สมรรถนะของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 4.3 ความสามารถในการแก้ปัญหา 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี

126 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. สาระการเรียนรู้ พลังงานไฟฟ้า เมื่อต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ ทำให้มีกระแสไฟฟ้าผ่าน เครื่องใช้ไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นตามชนิดของเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น เมื่อต่อ หลอดไฟกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะได้พลังงานแสงสว่าง ถ้าต่อเตาไฟฟ้าเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะได้ พลังงานความร้อน ถ้าต่อ แหล่งกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับเครื่องซักผ้า พัดลม และสว่านไฟฟ้า ก็จะได้พลังงานกล เป็นต้น กำลังไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า คือ พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาทีหรือวัตต์ เขียน สมการ ได้ดังนี้… เมื่อ... P = กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูลต่อวินาทีหรือวัตต์ W = พลังงานไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล t = เวลา มีหน่วยเป็นวินาที พิจารณาวงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วย แหล่งจ่ายไฟฟ้า (เซลล์ไฟฟ้า) ต่อเข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า (ตัวต้านทาน) ดังรูป จากวงจรไฟฟ้าที่กำหนดให้ เมื่อต่อวงจรครบวงจร เซลล์ไฟฟ้าจะให้ประจุ +Q คูลอมบ์ ในเวลา t วินาที ประจุไฟฟ้า Q เคลื่อนที่ไปได้ เนื่องจากพลังงานของเซลล์ไฟฟ้าที่ให้ออกมา และขณะประจุ Q เคลื่อนที่ผ่าน ความต้านทาน (R) ย่อมสูญเสียพลังงานไปส่วนหนึ่ง แยกพิจารณาได้ดังนี้ 1. พลังงานไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า 2. พลังงานไฟฟ้าที่สูญเสียให้แก่ตัวต้านทาน (เครื่องใช้ไฟฟ้า)

127 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 พลังงานไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จากนิยามของแรงเคลื่อนไฟฟ้า “แรงเคลื่อนไฟฟ้า (E) คือ พลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ประจุ +1 C ครบวงจรพอดี” ดังนั้น … ในการเคลื่อนประจุ +1 C ครบวงจร ต้องใช้พลังงาน E ถ้าเคลื่อนประจุ +Q C ครบวงจร ต้องใช้พลังงาน QE เมื่อ … WE = พลังงานไฟฟ้าที่เซลล์ไฟฟ้าจ่ายออกมา ... (J ; จูล) Q = ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ ... (C ; คูลอมบ์) E = แรงเคลื่อนไฟฟ้า ... (V ; โวลต์) จะได้ว่า ... WE = QE จาก …. Q = It ดังนั้น …. WE = ItE ถ้าให้ PE คือ กำลังไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้า จาก... จะได้ ... หรือ ...

128 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 การคำนวณค่าไฟฟ้า เมื่อมีการใช้เครื่องใช้ไฟฟ้า ต้องเสียค่าไฟฟ้าให้กับการไฟฟ้า โดยคิดจากจำนวนพลังงานไฟฟ้าที่ เครื่องใช้ไฟฟ้านั้นๆ ใช้ไป จาก... จะได้… W = P.t เมื่อ … P = กำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้า ... (Watt ; W วัตต์) t = เวลาที่ใช้ไฟฟ้า ... (s ; วินาที) W = พลังงานไฟฟ้าที่เครื่องใช้ไฟฟ้าใช้ไป ... (J ; จูล) โดยปกติหน่วยของพลังงานไฟฟ้า เป็นวัตต์.วินาที ถ้านำมาใช้กับพลังงานที่ใช้ จะไม่เหมาะสม เพราะเป็นหน่วยเล็ก ในทางปฏิบัติจึงคิดพลังงานไฟฟ้าเป็นกิโลวัตต์.ชั่วโมง หรือ ที่เรียกกัว่า “หน่วย หรือ ยูนิต (Unit)” 1 หน่วย (Unit) = 1 กิโลวัตต์.ชั่วโมง หาค่าพลังงานที่เครื่องใช้ไฟฟ้าใช้ไปได้จาก … W = P (กิโลวัตต์) x t (ชั่วโมง) จำนวนยูนิต หาได้จาก … @ เครื่องมือวัดจำนวนยูนิต เรียกว่า “Kilowatt hour-meter” การเปรียบเทียบหน่วย กิโลวัตต์.ชั่วโมงกับจูล … 1 kW.hr = 1000 Watt x 3600 s 1 kW.hr = 3.6 x 106 J

129 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 เครื่องหมายบนเครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้า จะมีตัวเลขบอกความต่างศักย์ที่ใช้(V) และกำลังไฟฟ้า (P) ที่เกิดขึ้นเป็นวัตต์ (W) แต่บางชนิดก็กำหนดค่าความต่างศักย์(V) กับกระแสที่ผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้าเป็นแอมแปร์ (A) เช่น … เตารีด 110 V 750 W หมายความว่า “เตารีดจะเกิดกำลัง 750 วัตต์ เมื่อใช้กับไฟฟ้าความต่าง ศักย์110 โวลต์” จำ… ควรใช้กับไฟความต่างศักย์ 110 โวลต์ เท่านั้น ถ้าใช้กับความต่างศักย์ 220 โวลต์ เตารีด จะไหม้และเกิดอันตราย แต่ถ้าใช้กับความต่างศักย์ต่ำกว่า จะเกิดกำลังน้อยกว่า 750 วัตต์ ทำให้เกิดความ ร้อนน้อยลง เตาไฟฟ้า 220 V 3 A หมายความว่า “เมื่อใช้เตาไฟฟ้ากับความต่างศักย์ 220 โวลต์ จะมีกระแส ผ่าน 3 แอมแปร์ หรือเกิดกำลัง (P) = IV ดังนั้น P = 220 x 3 = 660 วัตต์” การต่อวงจรไฟฟ้าในบ้าน เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น หลอดไฟฟ้า เตารีด พัดลม จะต่อวงจรแบบขนานทั้งสิ้น เนื่องจาก ต้องการให้เครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านั้น ได้รับความต่างศักย์เท่ากันและเท่ากับที่กำหนดไว้บนเครื่องใช้ไฟฟ้า จึง จะเกิดกำลังตามที่กำหนด และถ้าเครื่องมือใดชำรุดเสียหาย ก็จะเสียหายเฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้าเครื่อง นั้น ไม่เกี่ยวกับเครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดอื่น 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 นำเข้าสู่บนเรียนโดยถามนักเรียนว่า พลังงานมาจากไหน ร่างกายมนุษย์จำเป็นต้องได้ พลังงานมาจากแหล่งใด เหตุใดพลังงานเหล่านั้นจึงสามารถเปลี่ยนรูปพลังงานได้ 1.2 พลังงานที่นักเรียนรู้จักมีพลังงานอะไรบ้าง 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึก 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.5 นักเรียนนำข้อมูลจากขั้นการสืบค้น ข้อมูล มาอภิปรายร่วมกับครู 3.6 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับพลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 นักเรียนสนทนาซักถามครูเกี่ยวกับการคิดค่าไฟ จากการใช้พลังงานในรูปแบบของอุปกรณ์ เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน 4.2 นักเรียนและครูร่วมกันแก้ปัญหาโจทย์ ที่เกี่ยวกับ การคำนวณหาพลังงาน กำลังไฟฟ้า 4.5 ครูและนักเรียนช่วยกันสรุปตอบข้อสงสัย 5. ขั้นประเมิน 5.1 นักเรียนอธิบายและแสดงวิธีคิด จากแบบฝึกหัด เรื่อง พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า 5.2 แบบประเมินคุณลักษณะ

130 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง พลังงานไฟฟ้าและ กำลังไฟฟ้า (หน้า 21-22) 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง พลังงานไฟฟ้าและ กำลังไฟฟ้า 1 ชุด ใช้ขั้นขยายความรู้และขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ 9. การวัดและการประเมินผล การวัดและการ ประเมินผล วิธีการวัดและการ ประเมินผล เครื่องมือ เกณฑ์ ความรู้ความเข้าใจ(K) ตรวจแบบฝึกหัด ตรวจสมุดจด แบบฝึกหัด สมุดจด ร้อยละ 50 ขึ้นไป - ทักษะกระบวนการ(P) แบบฝึกหัด แบบฝึกหัด ร้อยละ 50 ขึ้นไป คุณธรรม จิตพิสัย(A) สังเกตพฤติกรรมนักเรียน แบบประเมินคุณลักษณะ - ลงชื่อ ..................................................ครูผู้สอน (นางสาวณัฐิญา คาโส) .........../.............../..................

131 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (ตรง) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 11 เรื่อง เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ กัลป์วานอมิเตอร์เป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า แบบอนาลอก ได้แก่แอมมิเตอร์ และโวลต์มิเตอร์แบบเข็ม แอมมิเตอร์เป็นอุปกรณ์สำหรับใช้วัดกระแสไฟฟ้า โดยต่ออนุกรมเข้ากับวงจร โวลต์มิเตอร์ เป็นอุปกรณ์สำหรับใช้วัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดในวงจรไฟฟ้า โอห์มมิเตอร์เป็นอุปกรณ์สำหรับใช้วัดความต้านทานไฟฟ้า 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 เข้าใจหลักการต่อเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า 3.1.2 สามารถดับแปลงกัลป์วานอมิเตอร์ เป็นแอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ และโอห์มมิเตอร์ 3.1.3 สามารถใช้เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าได้ถูกต้องเหมาะสม 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.2 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่าง ๆ 3.3 ด้านเจตคติ/คุณลักษณะอันพึงประสงค์/คุณธรรมจริยธรรมที่สอดแทรก 3.3.1 นักเรียนมีความซื่อสัตย์ แก้โจทย์ปัญหาได้ด้วยตัวเอง 3.3.2 นักเรียนมีความรับผิดชอบ ตรงต่อเวลา 3.3.3 นักเรียนมีระเบียบวินัย รักการเรียนรู้ 4. สมรรถนะของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 4.3 ความสามารถในการแก้ปัญหา 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี

132 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. สาระการเรียนรู้ มัลติมิเตอร์ ( Multimeter ) เป็นเครื่องวัดไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่รวมเอาเครื่องวัด 3 ชนิด มาอยู่ในตัวเดียวกัน ดังแสดงในรูป การเลือกใช้เครื่องวัดชนิดใดสามารถทำได้โดยการเลือกจากสวิตซ์ควบคุม สำหรับมัลติมิเตอร์นั้นประกอบด้วย เครื่องวัด ดังต่อไปนี้ 1. แอมมิเตอร์ ( Ammeter ) ใช้สำหรับวัดค่ากระแสไฟฟ้า A , DCmA 2. โวลต์มิเตอร์ ( Voltmeter ) ใช้สำหรับวัดค่าแรงดันไฟฟ้า V ,DCV 3. โอห์มมิเตอร์ (Ohmmeter ) ใช้สำหรับวัดค่าความต้านทาน Ω ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเครื่องวัดแบบแอนะล็อก ดังแสดงในรูป (ก) เป็นเครื่องวัดชนิดเดียวที่สามารถหาได้ ในขณะนั้น แต่ในปัจจุบันถึงแม้เครื่องวัดชนิดนี้จะยังคงมีใช้งานอยู่ แต่ก็เริ่มได้รับการแทนที่จากเครื่องวัดแบบ ดิจิทัลมาตามลำดับ ดังแสดงในรูป (ข) โครงสร้างของเครื่องวัด อุปกรณ์ภายในประกอบด้วย D' Arsonval หรือ ขดลวดเคลื่อนที่ ดังแสดงในรูป โดยขดลวดนี้จะใช้สำหรับ วัดค่ากระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าหรือความต้านทาน ขด ลวดทองแดงที่พันอยู่รอบแกนนี้รวมเรียกว่า อาร์มมา เจอร์ (Armature) ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ระหว่างขั้วแม่เหล็กถาวร 2 ขั้ว ส่วนสปริงภายในที่ยืดติด กับขดลวดเคลื่อนที่ซึ่งมีเข็มของเครื่องวัดต่อเข้าด้วยนี้จะ ทำหน้าที่รั้งให้เข็มของเครื่องวัดชี้ที่ตำแหน่ง 0 รูปแสดงขดลวดเคลื่อนที่

133 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 การทำงานของเครื่องวัด ขดลวดเคลื่อนที่ภายในเครื่องวัดแบบแอนะล็อกนี้จะเป็นตัวผ่านของกระแสไฟฟ้า ไม่ว่าจะทำการวัด กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า หรือค่าความต้านทาน โดยการวัดผ่านสายวัดทั้งสอง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้า ไปในขดลวดจะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น โดยสนามแม่เหล็กนี้จะให้กำเนิดขั้วเหนือทางด้านขวา และขั้วใต้ทาง ด้านซ้ายของขดลวดเคลื่อนที่นี้ ดังแสดงในรูป (ก) ส่วนรูป (ข) แสดงการหาทิศทางของขั้วเหนือโดยใช้ กฎมือซ้าย (Left Hand Rule) แรงปฏิกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้า กับสนามแม่เหล็กที่เกิดจาก แม่เหล็กถาวร ทำให้เกิดแรงผผลักชุดอาร์มาเจอร์ให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกาทั้งนี้เนื่องจากขั้วที่ เหมือนกันจะเกิดการผลักกัน ดังแสดงในรูป รูปแสดงปฏิกิริยาตอบสนองที่เกิดจากสนามแม่เหล็ก ขั้วใดที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกผลักจากขั้วใต้ของแม่เหล็กถาวร และถูกดึงดูดจากขั้วเหนือของ แม่เหล็กถาวร ในขณะที่ขั้วเหนือที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะถูกผลักจากขั้วเหนือของแม่เหล็กถาวร และ ถูกดึงดูดจากขั้วใต้ของแม่เหล็กถาวรเช่นกัน ผลของแรงปฏิกิริยารวมทั้งหมดนี้จะเอาชนะแรงดึงที่เกิดจากสปริงที่ คอยรั้งเข้มของเครื่องวัดไว้ทำให้เข็มชี้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกา ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด เคลื่อนที่มากขึ้นก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดมากขึ้นและทำให้เกิดการผลักและดึงดูดกันมากขึ้น ผลทำ ให้การเบี่ยงเบนของเข็มนาฬิกามากยิ่งขึ้น ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า เมื่อกระแสมมีค่ามากขึ้นจะทำให้การเบี่ยงเบนของ เข็มมากขึ้น ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในขดลวดเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม จะทำให้ขั้วเหนือเกิดขึ้นทางด้านซ้าย และขั้วใต้เกิดขึ้นทางด้านขวาของอาร์มาเจอร์ส่งผลให้เข็มเคลื่อนไปในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา และไปกระทบกับ หลักหยุดเข็ม ดังแสดงในรูป ดังนั้น ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางตรงกันข้ามมีปริมาณมากเกินไป

134 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ก็จะหาให้เครื่องวัดพังเสียหายได้ซึ่งด้วยเหตุนี้ที่สายวัดจึงมีการบอกชนิดของ ขั้ว (+ และ - ) โดยเมื่อทำการวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า จะต้องให้ สายวัดสีแดง (+) ต่อเข้ากับจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า และต่อสายวัดสีดำ (-) เข้ากับจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า ข้อควรปฏิบัติอีกประการหนี่งคือเนื่องจากแรง โน้มถ่วงโลกมีผลต่อการเคลื่อนที่ของเข็มเครื่องวัด ดังนั้น เพื่อให้ได้ผลของ การวัดถูกต้องจึงควรวางเครื่องวัดให้อยู่ในแนวราบหรือแนวระดับขณะทำการ วัด รูปแสดงการเคลื่อนที่ของเข็ม ค่าความไวต่อการตอบสนองของเครื่องวัด ขดลวดอาร์มาเจอร์มีค่าความต้านทานค่าหนึ่งเรียกว่า ค่าความต้านทานภายใน ( Rm ) ซึ่งค่าความ ต้านทานภายในนี้จะมีค่าน้อยประมาณ 1 ถึง 500 โดยทั่วไปแล้วขดลวดนี้จะมีขนาดเล็กมาก (ขนาดเท่าเส้น ผม) และไม่สามารถนำกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก ๆ ได้ ปริมาณกระแสไฟฟ้าจะอยู่ในย่าน 10 uA ถึง 10 mA ซึ่งค่ากระแสไฟฟ้านี้จะเป็นตัวกำหนดค่ากระแส FSD (Full - Scale Deflection) ของเครื่องวัด ซึ่งหมายถึง ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ทำให้เข็มของเครื่องวัดเคลื่อนที่ได้เต็มหน้าปัดทางด้านขวาพอดีดังนั้นค่ากระแสไฟฟ้า สูงสุดที่ทำให้เข็มของเครื่องวัดเคลื่อนที่ได้เต็มสเกล ( I m ) นี้ จึงเป็นตัวแสดง ค่าความไวต่อการตอบสนองของ เครื่องวัด ( Sensitivity) ตัวอย่างเช่นเครื่องวัดที่ต้องการการกระแสไฟฟ้าเพียง 10 uA เพื่อให้เข็มเบี่ยงเบนไป FSD จะมีความไวมากกว่าเครื่องวัดที่ต้องการกระแสไฟฟ้าถึง 10 mA แผ่นภาพรายละเอียดของ Rm และ Im ดัง แสดงในรูป รูปแผ่นภาพแสดงเครื่องวัดชนิดแอนะล็อก แอมมิเตอร์ รูปแสดงเครื่องวัดที่มีค่ากระแสไฟฟ้าไหลสูงสุด (Im ) เท่ากับ 1 mA โดยเครื่องวัดนี้จะทำงานได้ถูกต้อง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าค่าใด ๆ ไหลผ่านในย่านตั้งแต่ 0 ถึง 1 mA แต่ถ้ากระแสไฟฟ้าทำการวัดมีค่าเกินกว่า 1 mA ซึ่ง เกินกว่าอัตราทนกระแสของฟิวส์จะทำให้ฟิวส์ขาด ซึ่งเป็นการป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับเครื่องวัดได้ อย่างไรก็ตามการที่จะวัดค่ากระแสไฟฟ้าที่เกินกว่ากระแส FSD (Im ) สามารถทำได้โดยขั้นแรกจะต้องทราบถึง ค่าความต้านทานภายในของเครื่องวัด และกระแส FSD ดังแสดงในรูป ใช้เครื่องวัดที่มีค่าความต้านทาภายใน 50 และกระแส FSD เท่ากับ 1 mA

135 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 รูปแสดงแอมมิเตอร์ขนาด 1 mA ย่านการวัดของแอมมิเตอร์ ค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เครื่องวัดสามารถวัดได้ ดังแสดงในรูป มีค่าเท่ากับ 1 mA อย่างไรก็ตามถ้าต้องการ วัดกระแสไฟฟ้าในย่านตั้งแต่ 0 ถึง 1 mA จำเป็นที่จะต้องมีเส้นทางให้กระแสไฟฟ้า 9 mA ไหลผ่าน เพื่อให้ กระแสไฟฟ้าเพียงแค่ 1 mA เท่านั้นที่จะไหลผ่านเข้าไปยังขดลวดอาร์มาเจอร์ ตัวต้านทานขนาน หรือตัวต้านทาน ชันท์ ( Shunt Resistor , Rsh ) ที่จะนำมาต่อกับตัวต้านทานภายใน เพื่อที่จะเป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้าที่จะ ทำความเสียหายให้กับเครื่องวัดดังแสดงในรูป โดยค่าของตัวต้านทานชันท์นี้สามารถคำนวณได้จากการหาค่า แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม Rsh ก่อน

136 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 รูปแสดงแอมมิเตอร์ขนาด 10 mA เพื่อที่จะทำให้แอมมิเตอร์สามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้หลาย ๆ ย่าน จึงได้ออกแบบให้สามารถเลือกตัว ต้านทานชันท์ค่าต่าง ๆ ที่จะมาต่อขนานกับตัวต้านทานภายใน ดังแสดงในรูป (ก) ถ้าสวิตซ์เลื่อนไปที่ ตำแหน่ง A (ย่าน 0 ถึง 1 mA ) ไม่จำเป็นต้องต่อตัวต้านทานชันท์เนื่องจากกระแส FSD ที่ไหบผ่านขดลวดเคลื่อนที่มีค่าเท่ากับ 1 mA อยู่แล้ว ถ้าสวิตซ์เลื่อนไปที่ ตำแหน่ง B (ย่าน 0 ถึง 10 mA ) เท่ากับว่าได้เลือกตัวต้านทานชันทีค่า 5.6 (ได้ คำนวนไปก่อนแล้ว ) เพื่อที่จะแบ่งกระแสไฟฟ้าค่า 9 mA ให้ไหลผ่านและยอมให้กระแสค่า 1 mA เท่านั้นที่ไหล ผ่าน Rm ในตำแหน่ง C (ย่าน 0 ถึง 100 (ย่าน 0 ถึง 100 mA ) เลื่อนสวิตซ์ไปตำแหน่งตัวต้านทานชันท์ที่จะแบ่ง ปริมาณกระแสไฟฟ้า 99 mA ออกจากขดลวดเคลื่อนที่ เมื่อทำการวัดกระแสไฟฟ้าค่า 100 mA ค่าความ ต้านทานชันท์นี้คำนวนได้จาก

137 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 รูปแสดงแอมมิเตอร์ที่มีย่านการวัดหลายย่าน สุดท้ายถ้าสวิตซ์เลื่อนไป ตำแหน่ง D (ย่าน 0 ถึง 1000 mA ) เท่ากับว่าได้เลือก Rsh3ขนานกับ Rm เพื่อที่จะแบ่งกระแสไฟฟ้า 999 mA ออกจากขดลวดเคลื่อนที่ ค่าความต้านทาน Rsh3 คำนวนได้จาก รูป (ข) แสดงรูปลักษณะภายนอกของสวิตซ์หมุนแอมมิเตอร์ที่ใช้สำหรับเลือกย่านการวัดกระแสไฟฟ้าที่ ต้องการส่วนการต่อแอมมิเตอร์เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าในวงจร ดังแสดงในรูป (ค) การวัดกระแสไฟฟ้า ข้อควรปฏิบัติเมื่อใช้แอมมิเตอร์วัดปริมาณกระแสไฟฟ้าในวงจร ดังนี้ 1. เลือกย่านการวัดให้มีค่าสูงสุดก่อนเสมอ จากนั้นค่อยลดย่านการวัดลงตามค่ากระแสไฟฟ้าที่ทำการวัดได้ ทั้งนี้เพื่อป้องกันความเสียหายไม่ให้เกิดขึ้นกับแอมมิเตอร์ 2. ต่อสายสีแดง ( + ) ของแอมมิเตอร์เข้ากับด้านที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก และสายสีดำ ( - )เข้ากับด้านที่มี ศักย์ไฟฟ้าเป็นลบของวงจร 3. การต่อแอมมิเตอร์จะต้องต่อในเส้นทางที่มีกระแสไฟฟ้าไหล นั่นคือ จะต้องทำาการเปิดวงจรก่อน จากนั้นจึงนำแอมมิเตอร์ไปต่ออันดับเข้ากับวงจร 4. ค่าความคลาดเคลื่อนของเครื่องวัดแบบแอนะล็อก ส่วนใหญ่จะประมาณ ของค่าที่อ่านได้เต็มสเกล ดังนั้น การอ่านค่ากระแสไฟฟ้าควรที่จะอ่านค่าให้ใกล้เคียงกับเต็มสเกลให้มากที่สุด ตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสไฟฟ้า ค่า 7 mA วัดจากสเกล 10 mA ค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดเท่ากับ +- 0.3 mA ดังนั้นค่าที่วัดได้จะมีค่าตั้งแต่ 6.7 - 7.3 mA 5. โดยปกติแล้วเครื่องวัดแบบแอนะล็อกจะมีกระจกติดตั้งอยู่ที่สเกลบริเวณด้านหลังเข็มทของเครื่องวัด ซึ่ง จะช่วยสะท้อนเงาของเข็มให้ปรากฏบนกระจก ดังนั้น ขณะทำการอ่านค่าจะต้องมองในลักษณะตั้งตรง เพื่อให้ เข็มของเครื่องวัดและเงาในกระจกทับกันพอดีจึงจะได้ค่าของการวัดที่ถูกต้อง

138 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 โวลท์มิเตอร์ การเพิ่มของแรงดันไฟฟ้าทำให้ปริมาณของกระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้นด้วย จากความสัมพันธ์ระหว่าง แรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าในลักษณะนี้จึงสามารถนำเอาหลักการทำงานของเครื่องวัดชนิดขดลวดเคลื่อนที่ มาใช้วัดแรงดันไฟฟ้าได้ดังแสดงในรูป (ก) จากรูป Im = 1 mA และ Rm = 10 ถ้าต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าขนาด 10 mV เข้ากับขดลวดที่มีค่าความ ต้านทานภายใน 10 จะทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหล 1 mA กระแสไฟฟ้า 1 mA นี้จะทำให้เข็มของเครื่องวัดเบี่ยงเบนเต็มสเกล (FSD) และสามารถทำการวัดแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่อยู่ในย่านระหว่าง 0 ถึง 10 mV ได้ ย่านการวัดของโวลต์มิเตอร์ เพื่อที่จะวัดแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดมากกว่า 10 mV จะต้องใช้ตัวต้านทานที่เรียกว่า ตัวต้านทานแบบตัว คูณ (Multiplier Resistor ) ต่อเพิ่มเข้าไปเพื่อที่จะแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มเข้ามานี้ ตัวอย่างเช่น ถ้าต้องการวัด แรงดันไฟฟ้าย่านตั้งแต่ 0 ถึง 100 mV ก่อนอื่นจะต้องตระหนักว่าแรงดันไฟฟ้าขนาด 10 mV ที่ตกคร่อมค่าความ ต้านทานของขดลวดเคลื่อนที่ ( Rm = 10 ) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหล 1 mA ( Im = 10 mV/10 = 1 mA ) และเข็มของเครื่องวัดจะชี้เต็มสเกลพอดี ดังนี้ เมื่อต้องการวัดแรงดันไฟฟ้าขนาด 100 mV จะต้องนำตัว ต้านทานแบบตัวคูณมาต่ออันดับกับ Rm เพื่อที่จะแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มเข้ามาขนาด 90 mV นี้โดยค่าความ ต้านทานของตัวต้านทานแบบตัวคูณนี้สามารถคำนวณได้จาก กฎของโอห์ม ดังนี้ ถ้าติดตั้งสวิตซ์เลือกตำแหน่งเข้ากับวงจรภายใน ดังแสดงในรูป (ข) ทำให้สามารถเลือกได้ทั้งตำแหน่ง A นั้นคือ ตัดตัวต้านทานแบบตัวคูณออกไปเพื่อให้วัดค่าแรงดันไฟฟ้าขนาด 10 mV ได้หรือเลือกที่ตำแหน่ง B เพื่อให้ตัวต้านทานแบบตัวคูณต่ออันดับเข้ากับ Rm และสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าในย่าน 100 mV ได้ รูป (ก) แสดงโวลต์มิเตอร์ที่มีย่านวัดหลายย่าน ซึ่งวงจรภายในประกอบด้วยตัวต้านทานแบบตัวคูณ 4 ตัว เพื่อใช้สำหรับเลือกย่านการวัดในแต่ละย่าน ตำแหน่ง A ถ้าเลือกย่านการวัดที่ 10 mV จึงไม่จำเป็นที่จะต้องต่อตัวต้านทานแบบตัวคูณเข้ากับวงจร เนื่องจากว่าถ้าต่อแรงดันไฟฟ้าขนาด 5 mV คร่อมขั้วบวกและขั้วลบของเครื่องวัดจะทำให้เข็มของเครื่องวัดชี้ แสดงครึ่งหนึ่งของ FSD แต่ถ้าต่อแรงดันไฟฟ้าขนาด 10 mV จะทำให้เข็มเบี่ยงเบนไปเต็ม FSD

139 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตำแหน่ง B ถ้าเลือกย่านการวัดที่ 10 mV แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มเข้ามาซึ่งมีค่าเท่ากับ 90 mA ( 100 mA - 10 mV ) จะต้องไปตกคร่อมที่ตัวต้านทานแบบตัวคูณตัวแรก ( Rmlt1 ) ซึ่งมีค่าความต้านทานเท่ากับ ตำแหน่ง C ถ้าเลือกย่านการวัดที่ 1 V ( 1,000 mV ) แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งเท่ากับ 990 mV (1,000 mV - 10 mV ) จะต้องไปตกคร่อมที่ตัวต้านทานแบบตัวคูณที่สอง ( Rmlt2 ) ซึ่งมีค่าความต้านทานเท่ากับ ตำแหน่ง D เลือกย่านการวัด 10 V หรือ 10,000 mV ซึ่งส่วนต่างของแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 10,000 mV - 10 mV = 9,990 mV ตำแหน่ง E เลือกย่านการวัด 100 V หรือ 100,000 mV มีส่วนต่างของแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 100,000 mV - 10 = 99,990 mV รูปแสดงโวลต์มิเตอร์ที่มีย่านการวัดหลายย่าน รูป (ข) แสดงรูปลักษณะภายนอกของสวิตซ์เลือกตำแหน่ง ซึ่งจะใช้สำหรับเลือกย่านแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการวัด ส่วนรูป (ค) แสดงการใช้โวลต์มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าในวงจร

140 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 การวัดแรงดันไฟฟ้า ข้อควรปฏิบัติเมื่อใช้โวลต์วัดแรงดันไฟฟ้าในวงจร มีดังนี้ 1. ต้องตั้งย่านการวัดให้อยู่ในย่านสูงสุดก่อนเสมอ (100 V) จากนั้นจึงค่อยลดลงตามขนาดของ แรงดันไฟฟ้าที่ทำการวัดได้ 2. ต่อสายสีแดง ( + ) เข้ากับด้านที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก และต่อสายสีดำ ( - ) เข้ากับด้านที่มีศักย์ไฟฟ้า เป็นลบ 3. การต่อโวลต์มิเตอร์จะต้องต่อขนานกับตัวอุปกรณ์ที่ต้องการวัด 4. ค่าความคลาดเคลื่อนของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จากเครื่องวัดแบบแอนะล็อก จะมีค่าประมาณ 3% ดังนั้น ถ้าวัดแรงดันไฟฟ้าขนาด 7 V ค่าที่อ่านได้จะประมาณ 6.7-7.3 V 5. การอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าจากเครื่องวัดจะต้องอ่านในลักษณะตั้งตรงกับเข็มของเครื่องวัดทั้งนี้เพื่อให้เข็ม ของเครื่องวัดและเงาของเข็มในกระจกทับกันพอดีจึงจะได้ค่าที่ถูกต้อง โอห์มมิเตอร์ ค่าความต้านทานสามารถวัดโดยใช้เครื่องวัดที่อาศัยหลักการทำงานของขดลวดเคลื่อนที่เช่นเดียวกัน จาก รูป (ก) แสดงโครงสร้างภายในของโอห์มมิเตอร์ สิ่งที่แตกต่างของเครื่องวัดชนิดนี้คือ แบตเตอรี่ขนาด 1.5 V ที่ใช้ เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าเมื่อใช้วัดค่าความต้านทานเมื่อนำสายวัดมาแตะกันเข็มของเครื่องวัดจะชี้เต็มสเกล (0 ) โดยสามารถปรับค่าความต้านทานจนเข็มชี้ FSD ( 1 mA ) ค่าความต้านทานรวมที่ทำให้เข็มของเครื่องวัดชี้ เต็มสเกลนี้มีค่าเท่ากับ เนื่องจากค่าความต้านทานของขดลวดเคลื่อนที่ (Rm) มีค่าเท่ากับ 10 ดังนั้น ตัวต้านทานชนิด ปรับค่าได้ภายในจึงต้องปรับให้มีค่าเท่ากับ 1,490 (1,500 - 10 = 1,490 ) เพื่อที่จะทำให้ค่าความ ต้านทานรวมของวงจรเท่ากับ 1,500 และทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสูงสุด ( Im ) ที่ทำให้เข็มชี้เต็มสเกล (FSD) ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 mA การปรับค่าความต้านทานให้เครื่องวัดชี้ที่ตำแหน่ง 0 นี้เรียกว่า การปรับค่าศูนย์โอห์ม (Zero -Ohms Adjust) โดยเมื่อนำสายวัดมาแตะกันเข็มของเครื่องวัดชี้เต็มสเกล (ด้านขวาสุด) ซึ่งแสดงว่าไม่มี ค่าความต้านทานระหว่างสายวัดทั้งสอง (0 ) แต่เมื่อมีค่าความต้านทานใด ๆ อยู่ระหว่างสายวัดทั้งสองค่า ความต้านทานนี้จะทำให้ระยะการเบี่ยงเบนของเข็มชี้เปลี่ยนแปลงไป โดยถ้าค่าความต้านทานสูงจะทำให้ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรได้น้อย ส่งผลให้การเบี่ยงเบนของเข็มชี้เกิดขึ้นน้อยตามไปด้วย ดังในรูป ( ข )

141 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 เหตุที่ต้องปรับค่าศูนย์โอห์มให้กับเครื่องวัดเนื่องจากการคายประจุของแบตเตอรี1.5 V ภายในของ เครื่องวัดเมื่อเวลาผ่านไปนั่นเอง การลดค่าความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่าได้จะทำให้ค่ากระแสสูงสุด (Im) ยังคงทำให้เข็มชี้เต็มสเกล (FSD) อยู่เช่นเดิม นั่นคือ มีกระแสไฟฟ้าปริมาณ 1 mA ไหล เมื่อนำสายวัดทั้งสองมา แตะกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อแบตเตอรี่ภายในคายประจุจนเหลือแรงดันไฟฟ้า 1 V จะต้องทำการปรับค่าความ ต้านทานให้เท่ากับ 990 ดังนั้น ค่าความต้านทานของวงจรในเครื่องวัดจึงมีค่าเท่ากับ ซึ่งขณะนี้ถือว่าเครื่องวัดได้ทำการปรับศูนย์โอห์มแล้ว เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในขดลวดเคลื่อนที่มี ค่าเท่ากับ 1 mA และทำให้เข็มชี้เต็มสเกล FSD รูปที่ 14 - 13 (ก) แสดงตัวอย่างของโอห์มมิเตอร์ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลภายใน 1 mA และมีค่าความ ต้านทานของขดลวด 10 โดยนำโอห์มมิเตอร์นี้มาวัดตัวต้านทาน 3 ค่า เพื่อแสดงให้เห็นถึงการตอบสนองของ โอห์มมิเตอร์ต่อการวัดค่าความต้านทาน รูปแสดงการตอบสนองของโอห์มมิเตอร์ต่อตัวต้านทานค่าต่างๆ

142 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 1. ถ้านำสายวัดทั้งสองมาแตะกัน ค่าความต้านทานรวมของวงจรจะมีค่าเท่ากับ และทำให้เข็มชี้เบี่ยงเบนไปเต็มสเกล ดังแสดงในรูป (ข) 2. ถ้าวัดตัวต้านทานค่า 1,500 ค่าความต้านทานรวมของวงจรจะมีค่าเท่ากับ เนื่องจากกระแสไฟฟ้า 1 mA ทำให้เข็มชี้เต็มสเกล ดังนั้นกระแสไฟฟ้า 0.5 mA จึงทำให้เข็มเบี่ยงเบนไปครึ่งหนึ่ง ของสเกล ดังแสดงในรูป (ค) 3. ถ้าวัดตัวต้านทานค่า 4,500 ค่าความต้านทานรวมของวงจรจะมีค่าเท่ากับ ดังนั้น กระแสไฟฟ้า 0.25 mA จึงทำให้เข็มของเครื่องวัดเบี่ยงเบนไป 1ใน4ของสเกล ดังแสดงในรูปที่ 14 - 13 (ง) ย่านการวัดของโอห์มมิเตอร์ รูป (ก) แสดงรูปลักษณะภายนอกของโอห์มมิเตอร์ซึ่งมีย่านการวัดหลายย่านส่วนรูป (ข) แสดงค่าความ ต้านทานที่ต่อแบบอันดับ และค่าความต้านทานชันท์ที่ต่ออยู่ภายในเพื่อใช้สำหรับเลือกย่านการวัดค่าความ ต้านทานที่แตกต่างกัน สำหรับย่านการวัดของโอห์มมิเตอร์นี้จะแปลความหมายแตกต่างไปจากของแอมมิเตอร์ และโวลต์มิเตอร์ ดังแสดงในรูป (ก) ย่านการวัด R x 1, R x 10 และ R x 100 จะใช้เป็นค่าตัวคูณกับค่าที่อ่านได้ ตัวอย่างเช่น ถ้าเข็มชี้ที่ตำแหน่ง 500 และตั้งย่านการวัดที่ R x 10 ดังนั้น ค่าความต้านทานที่วัดได้จริงจะมีค่า เท่ากับ ภายในโอห์มมิเตอร์จะมีแบตเตอรีขนาดเล็ก 1.5 V ซึ่งจะใช้สำหรับย่านการวัด R x 1, R x 10 และ R x 100 และใช้แบตเตอรีขนาด 9 หรือ 15 V สำหรับย่านการวัด R x 1000 หรือสูงกว่ารูป ( ข ) แสดงวงจรภายใน ของโอห์มมิเตอร์เมื่อเลือกย่านการวัด R x 1 ซึ่งจะไม่มีตัวต้านทานแบบตัวคูณมาต่ออันดับ หรือตัวต้านทานชันท์

143 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 มาต่อชขนานกับตัวต้านทานภายใน ดังนั้นเมื่อนำสายวัดทั้งสองมาแตะกันจึงทำให้เข็มของเครื่องวัดชี้ไปด้านขวา สุดของสเกล (0 ) รูปแสดงโอห์มมิเตอร์ที่มีย่านการวัดหลายย่าน การวัดค่าความต้านทานด้วยโอห์มมิเตอร์ ข้อควรปฏิบัติเมื่อใช้โอห์มมิเตอร์วัดค่าความต้านทานในวงจร มีดังนี้ 1. นำปลายสายวัดทั้งสองมาแตะกัน จากนั้นให้ปรับที่ปุ่ม Zero - Ohms Adjust เพื่อให้เข็มของเครื่องวัดชี้ ที่ตำแหน่ง 0 การทำเช่นนี้เพื่อตรวจสอบว่าเครื่องวัดยังทำงานได้ถูกต้อง 2. ต้องแน่ใจว่าไม่ม่แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ต้องการวัด ทั้งนี้เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ ในวงจรเมื่อรวมกับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ภายในจะทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรมากเกินไป ซึ่งจะทำ ความเสียหายให้กับเครื่องวัดได้ 3. ต่อสายวัดคร่อมกับอุปกรณ์ที่ต้องการวัด อ่านค่าที่วัดได้จากสเกล จากนั้นนำค่าที่อ่านได้คูณเข้ากับย่านา การวัดที่ตั้งไว้ ได้แก่ x1 , x10 , x100 , x1,000 หรือมากกว่า 4. เมื่อทำการวัดค่าความต้านทานของอุปกรณ์ใด ๆ ขณะที่อุปกรณ์นั้นยังต่ออยู่ในวงจรจะทำให้ค่าที่วัดได้ ผิดพลาด ทั้งนี้เนื่องจากผลของตัวต้านทานอื่นที่อาจต่อขนานกับอุปกรณ์ที่ต้องการวัดนี้การแก้ไขทำได้โดยให้ ปลดปล่อยด้านหนึ่งของอุปกรณ์ที่ต้องการวัดออก จากนั้นจึงทำการวัด ออสซิสโลสโคป (Oscilloscope) ออสซิสโลสโคป หรือบางครั้งเรียกสั้น ๆ ว่า สโคป ( Scope ) ที่ใช้งานกันอยู่ทั่ว ๆ ไป ดังแสดงในรูป สำหรับ การใช้งานของออสซิสโลสโคปนั้น จะใช้แสดงรูปคลื่นสัญญาณ หรือช่วงห่างของสัญญาณ โดยรูปคลื่นสัญญาณที่ ได้อาจเป็นแบบไซน์ แบบสี่เหลี่ยม แบบสามเหลี่ยมหรือแบบฟันเลื่อย เป็นต้น สำหรับความแตกต่างของรูป คลื่นสัญญาณจะขึ้นอยู่กับการวัดที่จุดใด ๆ ภายในวงจร จากนั้นรูปคลื่นสัญญาณที่ได้จะไปปรากฏที่หลอดคาโธด ( Cathoe - Ray Tube , CRT ) ซึ่งมีลักษณะเป็นจอแสดงผลเช่นเดียวกับจอของเครื่องรับโทรทัศน์และจอของ เครื่องคอมพิวเตอร์จากรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏบนจอ CRT นี้ ทำให้สามารถวัด หรือคำนวนหาคาบเวลา ความถี่และคุณลักษณะของแอมปลิจูด เช่น ค่า rms , ค่าเฉลี่ย , ค่า peak - to peak เป็นต้น

144 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 รูปออสซิลโลสโคป นอกจากนั้น ออสซิสโลสโคปยังช่วยให้สามารถตรวจสอบหาจุดเสียที่เกิดภายในวงจรได้รูปแสดงความ แตกต่างของรูปคลื่นสัญญาณจากการวัดที่จุดวัดที่แตกต่างกันภายในวงจร ซึ่งรูปคลื่นสัญญาณ หรือข้อมูลที่ได้รับ จากการวัดด้วยออสซิสโลสโคปนี้เป็นประโยชน์มากมายแก่นักอิเล็กทรอนิกส์ในการวิเคราะห์การทำงานของวงจร รูปแสดงรูปสัญญาณที่ได้จากการวัดที่จุดต่างๆ ในวงจร การควบคุมการทำงาน ออสซิสโลสโคปที่ใช้ในปัจจุบันได้รับการออกแบบให้มีรูปลักษณะที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามสำหรับการ ทำงานในฟังก์ชันหลัก ๆ จะยังคงลักษณะการใช้งานที่คล้ายกัน รูปแสดงปุ่มฟังก์ชันบริเวณด้านหน้าของออส ซิสโลสโคปทั่ว ๆ ไป ซึ่งประกอบด้วยปุ่มฟังก์ชันควบคุมทำงาน ดังนี้

145 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ฟังก์ชันควบคุมทั่วไป - ควบคุมความเข้มของลำแสง ( Intensity Control ) ช่วยควบคุมความสว่างของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏบน จอ CRT - ควบคุมความคมชัด ( Focus Control ) ปรับความคมชัดของสัญญาณ และรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏบนจอ - สวิตซ์เปิด/ปิดเครื่อง ( Power On/Off ) เป็นสวิตซ์ควบคุมการเปิด หรือปิดใช้งานออสซิสโลสโคป พร้อมทั้ง แสดงไฟบอกขณะเปิดใช้งาน ออสซิสโลสโคปบางแบบสามารถที่จะแสดงรูปคลื่นสัญญาณได้มากกว่า 1 รูปคลื่น ดังแสดงในรูป โดยเรียก ออสซิสโลสโคปชนิดนี้ว่า ออสซิสโลสโคปแบบ Dual - trace Oscilloscope ซึ่งออสซิสโลสโคปแบบนี้มี ประโยชน์ทำให้เราสามารถทำการเปรียบเทียบเฟสแอมปลิจูด รูปลักษณะของสัญญาณ และคาบเวลาของ 2 รูป คลื่นสัญญาณ ที่วัดจากจุดทดสอบ 2 จุด โดยการป้อนสัญญาณแรกเข้าที่ช่องรับสัญญาณ A (Channel A) และ สัญญาณที่สองเข้าที่ช่องรับสัญญาณ B (Channel B)

146 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 เครื่องกำเนิดสัญญาณ (Function Generator) หลังการการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ เสร็จเรียบร้อยแล้ว อาจมีความจำเป็นต้องป้อนสัญญาณที่มี รูปแบบและความถี่ที่แน่นอนเข้าไปในวงจร ทั้งนี้ก็เพื่อเป็นการทดสอบการทำงานของวงจรที่สร้างขึ้น สำหรับ เครื่องกำเนิดสัญญาณที่สามารถนำไปใช้งานได้หลายหน้าที่ และนิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย มีชื่อเรียกว่า Function Generator ซึ่งเครื่องกำเนิดสัญญาณนี้จะให้รูปสัญญาณออกมาได้หลายแบบ เช่น รูปคลื่นไซน์รูป สี่เหลี่ยม รูปสามเหลี่ยม หรือแบบฟันเลื่อย เป็นต้นรูป (ก) แสดงภายถ่ายของเครื่องกำเนิดสัญญาณ ส่วนรูป (ข) แสดงภาพวาดของเครื่องกำเนิดสัญญาณที่สามารถทำการตั้งโปรแกรมการทำงานได้ รูปแสดงเครื่องกำเนิดสัญญาณ 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 นำเข้าสู่บนเรียนโดยให้นักเรียนยกตัวอย่างเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าที่นักเรียนรู้จัก 1.2 นำเครื่องมือวัดทางไฟฟ้ามาให้นักเรียนดู และให้นักเรียนบอกชื่อเครื่องมือวัดที่นำมา 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึก 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.7 นักเรียนนำข้อมูลจากขั้นการสืบค้น ข้อมูล มาอภิปรายร่วมกับครู 3.8 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า

147 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 นักเรียนสนทนาซักถามครูเกี่ยวเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า 4.2 นักเรียนและครูร่วมกันอภิปราย เกี่ยวกับ การต่อเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า 4.3 ครูและนักเรียนช่วยกันสรุปตอบข้อสงสัย 5. ขั้นประเมิน 5.1 นักเรียนอธิบายและแสดงวิธีคิด จากแบบฝึกหัด เรื่อง เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า 5.2 แบบประเมินคุณลักษณะ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า (หน้า 23-25) 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง เครื่องมือวัดทาง ไฟฟ้า 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหาและขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ 9. การวัดและการประเมินผล การวัดและการ ประเมินผล วิธีการวัดและการ ประเมินผล เครื่องมือ เกณฑ์ ความรู้ความเข้าใจ(K) ตรวจแบบฝึกหัด ตรวจสมุดจด แบบฝึกหัด สมุดจด ร้อยละ 50 ขึ้นไป - ทักษะกระบวนการ(P) แบบฝึกหัด แบบฝึกหัด ร้อยละ 50 ขึ้นไป คุณธรรม จิตพิสัย(A) สังเกตพฤติกรรมนักเรียน แบบประเมินคุณลักษณะ - ลงชื่อ ..................................................ครูผู้สอน (นางสาวณัฐิญา คาโส) .........../.............../..................

155 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (สลับ) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 12 เรื่อง ลักษณะของไฟฟ้ากระแสสลับ จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ ลักษณะไฟฟ้ากระแสสลับ ความต่างศักย์ไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา ในลักษณะที่เป็นกราฟรูป Sine และทิศทางของ กระแสไฟฟ้าจะกลับไปกลับมา เป็นการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิกอย่างง่าย 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 บอกลักษณะของกราฟระหว่างความต่างศักย์กับเวลาในวงจรที่ตัวต้านทานต่อกับแหล่งกำเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ 3.1.2 สรุปความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับเวลา และความต่างศักย์กับเวลา ที่มีการเปลี่ยนค่าในรูป ของฟังก์ชันไซน์ได้ 3.1.3 สามาสามารถอธิบายค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยของกำลังสองของความต่างศักย์ไฟฟ้าและ กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับได้ 3.1.4 สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างค่าสูงสุดกับค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยของกำลังสองของ กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับได้ 3.1.5 สามารถเขียนแผนภาพเฟสเซอร์ได้ 3.1.6 สามารถแก้ปัญหาเกี่ยวกับไฟฟ้ากระแสสลับโดยใช้แผนภาพเฟสเซอร์ได้ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.2 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่าง ๆ 3.3 ด้านเจตคติ/คุณลักษณะอันพึงประสงค์/คุณธรรมจริยธรรมที่สอดแทรก 3.3.1 นักเรียนมีความซื่อสัตย์ แก้โจทย์ปัญหาได้ด้วยตัวเอง 3.3.2 นักเรียนมีความรับผิดชอบ ตรงต่อเวลา 3.3.3 นักเรียนมีระเบียบวินัย รักการเรียนรู้ 4. สมรรถนะของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 4.3 ความสามารถในการแก้ปัญหา 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี