แผนการจัดการเรียนรู้ฟิสิกส์4

156 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. สาระการเรียนรู้ การต่อตัวต้านทานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ความสัมพันธ์ของความต่างศักย์ กับเวลา คือ V V t = m sin เมื่อ Vm คือ ศักย์ไฟฟ้าสูงสุด ความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้า กับเวลา คือ I I t = m sin เมื่อ m I คือ กระแสไฟฟ้าสูงสุด การวัดค่าความต่างศักย์ของไฟฟ้ากระแสสลับ โดยทั่วไป การวัดไฟฟ้ากระแสสลับ เช่น ความต่างศักย์ หรือกระแสไฟฟ้า จะวัดเป็นค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ย ของกำลังสอง ของความต่างศักย์ ( Vrms ) และรากที่สองของค่าเฉลี่ย ของกำลังสอง ของไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมี สัญลักษณ์ ( rms I ) โดยที่ 2 m rms I I = , 2 m rms V V = หาค่าเฉลี่ยของกำลังสองเฉลี่ยจาก = = T m m I I tdt T i 0 2 2 2 2 2 sin 1 2 m rms I I = การต่อตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การหาค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทาน และต่อตัวประจุ ที่ต่อในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ไม่ เหมือนกับในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทาน สัมพันธ์กับเวลา ดังนี้ V V t R = m sin ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุ สัมพันธ์กับเวลา ดังนี้ V = V sin(t −) C m นั่นคือ เฟสของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุ จะตามเฟสของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัว ต้านทาน ที่ต่อแบบอนุกรมอยู่ 90การหาความต่างศักย์ไฟฟ้ารวม ต้องใช้วิธีการเขียนแผนภาพเฟสเซอร์ ดังนี้

157 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ความยาวของลูกศรแทนขนาด และตำแหน่งของลูกศรแสดงเฟสเริ่มต้น สำหรับตัวเก็บประจุที่ต่ออยู่ใน วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ความต่างศักย์ที่ตัวเก็บประจุ ( VC ) คือ V V t C = m sin และกระแสไฟฟ้า( C I ) คือ ) 2 cos sin( IC = CV t = CV t + นั่นคือความต่างศักย์ไฟฟ้าจะมีเฟสตามกระแสไฟฟ้าอยู่ 900 ตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การหาค่าของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้าที่ต่อในวงจรไฟฟ้า กระแสสลับไม่เหมือนกับในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทาน สัมพันธ์กับเวลา ดังนี้ V V t R = m sin ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำ สัมพันธ์กับเวลา ดังนี้ V = V sin(t +) L m นั่นคือ เฟสของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทาน จะตามเฟสของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัว เหนี่ยวนำ ที่ต่อแบบอนุกรมอยู่ 90 การหาความต่างศักย์รวมต้องใช้วิธีการเขียนแผนภาพเฟสเซอร์ ดังนี้ VC VR 2 2 V = VR +VC รวม VL รวม V VR

158 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ความยาวของลูกศรแทนขนาด และตำแหน่งของลูกศรแสดงเฟสเริ่มต้น สำหรับตัวเหนี่ยวนำที่ต่ออยู่ในวงจรไฟฟ้า กระแสสลับ ความต่างศักย์ที่ตัวเหนี่ยวนำ ( VL ) คือ ) 2 cos sin( VL = Vm t = Vm t + และกระแสไฟฟ้า( L I )คือ I I t L = m sin นั่นคือ กระแสไฟฟ้าจะมีเฟสตามความต่างศักย์ไฟฟ้าอยู่ 90 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปราย ก่อนเรียน เกี่ยวกับลักษณะของไฟฟ้ากระแสสลับว่า ต่าง จากไฟฟ้ากระแสตรงอย่างไร 1.2 เครื่องมือที่ใช้วัดปริมาณต่างๆของไฟฟ้ากระแสสลับใช้เหมือนกับไฟฟ้ากระแสตรงอย่างไร 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง กระแสและความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้า กระแสสลับ 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึกและตอบคำถาม จากแบบฝึกหัด เรื่อง กระแส และความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 นักเรียนนำข้อมูลจากขั้นการสืบค้น ข้อมูล มาอภิปรายร่วมกับครู 3.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับสภาพต้านทาน ตัวต้านทาน และกฎของโอห์ม เพื่อให้ นักเรียนสรุปสาระสำคัญลงในสมุดจดบันทึก 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับกราฟระหว่างความต่างศักย์กับเวลาในวงจรที่ตัวต้านทานต่อกับ แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

159 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 4.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับเวลา และความต่างกับศักย์กับ เวลา ที่มีการเปลี่ยนค่าในรูปของฟังก์ชันไซน์ 4.3 ครูอธิบายการหาค่าเฉลี่ยกำลังสองของกระแสไฟฟ้าและอธิบายความสัมพันธ์ระหว่าง ค่าสูงสุด กับค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยของกำลังสองของกระแสไฟฟ้าและความต่าง ศักย์ไฟฟ้าใน วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 4.4 ครูอธิบายวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มี ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และขดลวดเหนี่ยวนำ 5. ขั้นประเมิน 5.1 ฝึกหาความสัมพันธ์ระหว่างระหว่างค่าสูงสุดกับค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยของกำลังสองของ กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับนักเรียนทำใบงาน เรื่อง กระแสและความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 5.2 แบบประเมินคุณลักษณะ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง กระแสและความต่าง ศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง กระแสและความ ต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 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) .........../.............../..................

160 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (สลับ) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 13 เรื่อง การต่อวงจร R L C แบบอนุกรม จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ การคำนวณเกี่ยวกับวงจร RLC อนุกรมจะใช้หลักการคำนวณทั่วๆไปเช่นเดียวกับหลักการคำนวณของ วงจรอนุกรมในเรื่องของวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ลักษณะสมบัติที่สำคัญของวงจรอนุกรมที่ต้องนำมาใช้ในการ คำนวณวงจร R L C อนุกรมก็คือ 1. ในวงจรหรือส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจร จะมีกระแสไหลผ่านเพียงค่าเดียวเท่านั้น หรือกล่าวในอีกทาง หนึ่งก็คือ กระแสไหลในวงจรก็คือกระแสรวมนั่นเอง 2. แรงดันตกคร่อมในทุกส่วนของวงจร เมื่อนำมารวมกันทางเฟสเซอร์ จะมีค่าเท่ากับแรงดันที่จ่ายให้ วงจร 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.2 ด้านความรู้ 3.2.1 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจลักษณะสมบัติและวิธีการหาค่าต่างๆของวงจร RL อนุกรม 3.1.2 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจลักษณะสมบัติและวิธีการหาค่าต่างๆของวงจร RC อนุกรม 3.1.3 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจลักษณะสมบัติและวิธีการหาค่าต่างๆของวงจร RLC อนุกรม 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 เขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจร RL RC RLC อนุกรมได้ 3.2.2 คำนวณหาค่าอิมพีแดนซ์ของวงจร RL RC RLC อนุกรมได้ 3.2.3 คำนวณหาค่ากำลังไฟฟ้าของวงจร RL RC RLC อนุกรมได้ 3.2.4 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.5 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่างๆ 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

161 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 5. สาระการเรียนรู้ วงจร R L อนุกรม วงจร R L อนุกรมดังรูปที่ 1(ก) จะเห็นได้ว่ามีกระแส I ไหลในวงจรและกระแส I ดังกล่าวนี้ จะไหล ผ่านทั้ง R และ L ของวงจรด้วย ดังนั้นการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราจึงใช้เฟสเซอร์ ของกระแสเขียนเป็นแกนอ้างอิง ซึ่งจะเขียนได้ว่า I 0 หรือ I + j0 แรงดันของวงจร R L อนุกรม (ก) (ข) (ค) รูปที่ 1 การเขียนไดเฟสของรูปคลื่นของวงจร R L อนุกรมที่แสดงให้เห็นในรูป (ข)นั้นเราจะใช้กระแส I เป็นตัวอ้างอิงในการ เขียน ส่วนการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้เราก็จะใช้เฟสเซอร์ของกระแส I เขียนเป็นแกนอ้างอิงเช่นเดียวกัน ดังแสดงให้เห็นในรูป (ค) เนื่องจากว่า แรงดันที่เกิดตกคร่อมขึ้นที่ R คือแรงดัน VR เกิดอินเฟสกับกระแส I ที่ไหลในวงจรดังนั้นค่าเฟสเซอร์ ของแรงดัน VR จึงเขียนได้เป็น VR 0 หรือ VR + j0 และแรงดันตกคร่อม L คือ VL จะเกิดนำหน้ากระแส I ที่ไหลใน วงจรไปเป็นมุม 90 ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของแรงดัน VL จึงเขียนได้เป็น VL 90 หรือ 0 + j VL ส่วนแรงดันทั้งหมดของวงจรคือ VT ได้มาจากแรงดัน VR บวกกับแรงดัน VL ทางเฟสเซอร์ คือ VT = VR + VL = ( VR + j0 ) + ( 0+ j VL ) VT = VR + j VL AC R VR VL VT I VR VT VL I VR I j VL VT = VR + j VL L

162 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 อิมพีแดนซ์ของวงจร RL อนุกรม จากสมการในเทอมของแรงดัน จะเห็นได้ว่า เมื่อเรานำกฎของโอห์มมาใช้โดยการแทนค่า VT = IZ , VR = IR และ VL = IXL ก็จะเขียนได้ว่า IZ = IR + j IXL เมื่อใช้กระแส I หารสมการข้างบนนี้ตลอด จะทำให้ได้สมการของอิมพีแดนซ์ของวงจร RL อนุกรม คือ Z = R + j XL โวลท์เตจและอิมพีแดนซ์ไดอะแกรมของวงจร RL อนุกรม เมื่อนำสมการที่และมาเขียนแสดงในรูปของสามเหลี่ยมหรือไทรแองเกิ้ล ( Triangles ) ก็จะช่วยทำให้ การพิจารณาและการวิเคราะห์เกี่ยวกับแรงดันและอิมพีแดนซ์ที่เกิดขึ้นในวงจรในรูปของโพลาร์ฟอร์มและเรคแทง กิวลาร์ฟอร์มได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งโวลท์เตจไดอะแกรมและอิมพีแดนซไดอะแกรมที่เขียนได้ ( ซึ่งสอดคล้องกับสมการที่และตามลำดับ ) จะ แสดงให้เห็นดังรูปที่ 2(ก)และ(ข) ตามลำดับ (ก) (ข) รูปที่ 2 จากโวลท์เตจไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ก) จะได้ VT = VR + j VL VT = 2 2 VR +VL = tan-1 VL / VR VR = VT cos j VL VT VR j XL Z R

163 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 j VL = j VT sin จากอิมพีแดนซ์ไดอะแกรมในรูป (ข)จะได้ Z = R + j XL Z = 2 2 R + X L = tan-1 XL / R R = Z cos j XL = j Z sin เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RL อนุกรม เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RL อนุกรมมีค่าเท่ากับ cos ดังนั้นจากโวลท์เตจและอิมพีแดนซ์ ไดอะแกรมในรูปที่จะได้เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจรเท่ากับ PF = cos = T R V V = Z R ตัวอย่าง วงจร RL อนุกรมดังรูป จงหาค่า (ก) อิมพีแดนซ์ของวงจร (ข) กระแสที่ไหลในวงจร (ค) แรงดันตก คร่อม R , L และแรงดันตกคร่อมทั้งหมดของวงจร (ง) มุมเฟส เพาเวอร์แฟคเตอร์ และกำลังงานไฟฟ้า (จ) เขียน เฟสเซอร์ไดอะแกรม VT = 100 0 V VL = 61.75 51.87 V VR = 78.66 -38.13 V I = 1.9665 -38.13 A − = − L = 0.1H AC R = 40 VR VL VT I E = 100 0 V 50Hz (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม วิธีทำ (ก) XL = L = 2 fL = 2 3.14 50Hz 0.1 H = 31.4

164 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 Z = R + j XL = (40 + j 31.4) = 2 2 40 + 31.4 tan-1 31.4 / 40 = 50.852 38.13 (ข) I = Z E = 50.852 38.13 100 0 V = 1.9665- 38.13 A (ค) VR = IR = 1.9665- 38.13 A 40 0 = 78.66- 38.13 V VL = I (j XL) = 1.9665- 38.13 A 3.1490 = 61.7551.87 V VT = E = 1000 V (ง) cos = Z R = 50.852 40 = 0.7866 = cos-1 0.7866 = 38.13 หรือ = tan-1 XL / R = tan-1 31.4 / 40 = tan-1 0.785 = 38.13 PF = cos = 0.7866 หรือ 78.66% ล้าหลัง P = I2 R = (1.9665 A)2 40 = 154.7 W หรือ P = EI cos = 100 V 1.9665 A 0.7866 = 154.7 W (จ) เฟสเซอร์ไดอะแกรมที่เขียนได้แสดงให้เห็นดังรูป (ข) วงจร R C อนุกรม วงจร RC อนุกรมดังรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่ามีกระแส I ไหลในวงจรและกระแส I ดังกล่าวนี้ จะไหล ผ่านทั้ง R และ C ของวงจรด้วย ดังนั้นการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราจึงใช้เฟสเซอร์ ของกระแสเขียนเป็นแกนอ้างอิง ซึ่งจะเขียนได้ว่า I 0 หรือ I + j0

165 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แรงดันของวงจร R C อนุกรม (ก) (ข) (ค) รูปที่ 1 การเขียนไดอะแกรมของรูปคลื่นของวงจร RC อนุกรมที่แสดงให้เห็นในรูปที่ 1(ข) นั้นเราจะใช้กระแส I เป็นตัวอ้างอิงในการเขียน ส่วนการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้เราก็จะใช้เฟสเซอร์ของ กระแส I เขียนเป็นแกนอ้างอิงเช่นเดียวกัน ดังแสดงให้เห็นในรูป (ค) เนื่องจากว่า แรงดันที่เกิดตกคร่อมขึ้นที่ R คือแรงดัน VR เกิดอินเฟสกับกระแส I ที่ไหลในวงจร ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของแรงดัน VR จึงเขียนได้เป็น VR 0 หรือ VR + j0 และแรงดันตกคร่อม C คือ VC จะเกิดล้าหลังกระแส I ที่ไหลในวงจรไปเป็นมุม 90 ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของแรงดัน VC จึงเขียนได้เป็น VC - 90 หรือ 0 – j VC ส่วนแรงดันทั้งหมดของวงจรคือ VT ได้มาจากแรงดัน VR บวกกับแรงดัน VC ทางเฟสเซอร์ คือ VT = VR + VC = ( VR + j0 ) + ( 0- j VC ) VT = VR – j VC อิมพีแดนซ์ของวงจร RC อนุกรม จากสมการในเทอมของแรงดัน จะเห็นได้ว่า เมื่อเรานำกฎของโอห์มมาใช้โดยการแทนค่า VT = IZ , VR = IR และ VC = IXC ก็จะเขียนได้ว่า IZ = IR – j IXC เมื่อใช้กระแส I หารสมการข้างบนนี้ตลอด จะทำให้ได้สมการของอิมพีแดนซ์ของวงจร RC อนุกรม คือ Z = R + j XC AC R C I VR VT VC VR VT VC I VR I - j VC VT = VR - j VC

166 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 โวลท์เตจและอิมพีแดนซ์ไดอะแกรมของวงจร RC อนุกรม เมื่อนำสมการที่และมาเขียนแสดงในรูปที่ 2ของสามเหลี่ยมหรือไทรแองเกิ้ล ( Triangles ) ก็จะช่วยทำ ให้การพิจารณาและการวิเคราะห์เกี่ยวกับแรงดันและอิมพีแดนซ์ที่เกิดขึ้นในวงจรในรูปของโพลาร์ฟอร์มและเร คแทงกิวลาร์ฟอร์มได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งโวลท์เตจไดอะแกรมและอิมพีแดนซไดอะแกรมที่เขียนได้ ( ซึ่งสอดคล้องกับ สมการที่และตามลำดับ ) จะแสดงให้เห็นดังรูปที่ 2(ก)และ(ข)ตามลำดับ - j VC VT VR - j XC Z R (ก) (ข) รูปที่ 2 จากโวลท์เตจไดอะแกรมในรูปที่ 2(ก)จะได้ VT = VR - j VC VT = 2 2 VR +VC = - tan-1 VC / VR VR = VT cos - j VC = - j VT sin จากอิมพีแดนซ์ไดอะแกรมในรูป (ข)จะได้ Z = R - j XC Z = 2 2 R + X C = tan-1 XC / R R = Z cos - j XL = - j Z sin

167 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RC อนุกรม เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RC อนุกรมมีค่าเท่ากับ cos ดังนั้นจากโวลท์เตจและอิมพีแดนซ์ ไดอะแกรมในรูปที่จะได้เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจรเท่ากับ PF = cos = T R V V = Z R ตัวอย่าง วงจร RC อนุกรมดังรูป จงหาค่า (ก) อิมพีแดนซ์ของวงจร (ข) กระแสที่ไหลในวงจร (ค) แรงดันตก คร่อม R , C และแรงดันตกคร่อมทั้งหมดของวงจร (ง) มุมเฟส เพาเวอร์แฟคเตอร์ และกำลังงานไฟฟ้า (จ) เขียน เฟสเซอร์ไดอะแกรม AC R = 65 C = 75 f VR I VT VC E = 220 0 V 50Hz VT = 220 0 V VC = 120.31 -56.85 V VR = 184.148 33.15 V I = 2.8336 33.15 A = − (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม วิธีทำ (ก) XC = C 1 = 2fC 1 = 6 2 3.14 50 75 10 1 − Hz = 42.46 Z = R - j XC = (65 - j 42.46) = 2 2 65 + 42.46 tan-1 (- 42.46) / 65 = 77.64-33.45 (ข) I = Z E = − 77.64 33.15 220 0 V = 2.833633.15 A (ค) VR = IR = 2.833633.15 A 650 = 184.18433.15 V VC = I (- j XC)

168 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 = 2.833633.15 A 42.46- 90 = 120.31-56.85 V VT = E = 2200 V (ง) cos = Z R = 77.64 65 = 0.8372 = cos-1 0.8372 = 33.15 หรือ = tan-1 XC / R = tan-1 42.46 / 65 = tan-1 0.6532 = 33.15 PF = cos = 0.8372 หรือ 83.72% นำหน้า P = I2 R = (2.8336 A)2 65 519.1 W หรือ P = EI cos = 220 V 2.8336 A 0.8372 = 519.1 W วงจร R , L , C อนุกรม วงจร R , L , C อนุกรมดังรูปที่ 1 (ก) จะเห็นได้ว่า จะมีกระแส I ไหลในวงจร และกระแส I ดังกล่าวนี้จะเป็นตัวทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมขึ้นที่ R , L และ C คือแรงดัน VR , VL และ VC ตามลำดับ ส่วน แรงดันตกคร่อมค่ารีแอคแตนซ์และแรงดันตกคร่อมทั้งหมดของวงจรคือ แรงดัน VX และ VT ตามลำดับ (ก) (ข) (ค) รูปที่ 1 C AC VR VL VC VT VX I - j VC I + j VL VR VR + j VL - j VC I

169 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 − VR VT VX I ส่วนในรูปที่ 1 (ข) และ (ค) แสดงให้เห็นถึงเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจร R , L , C อนุกรมดังรูปที่ เฟสเซอร์ไดอะแกรมทั้งในรูปที่ 1 (ข)และ(ค) จะใช้เฟสเซอร์ของกระแสเขียนเป็นแกนอ้างอิงคือ I 0 หรือ I+j0 โดยที่แรงดันตกคร่อม R คือ VR จะเกิดอินเฟสกับกระแส I ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของแรงดัน VR คือ VR 0 หรือ VR+j0 และแรงดันตกคร่อม L คือ VL จะนำหน้ากระแส I ไปเป็นมุม 90 ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ ของแรงดัน VL จึงเขียนได้เป็น VL 90 หรือ 0 – j VL ส่วนแรงดันตกคร่อม C คือ VC จะเกิดล้าหลัง กระแส I ที่ไหลในวงจรไปเป็นมุม 90 ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของแรงดัน VC จึงเขียนได้เป็น VC - 90 หรือ 0 – j VC และจะสังเกตเห็นได้ว่าเฟสเซอร์ของแรงดัน VL กับ VC จะมีทิศทางสวนกัน ดังนั้นถ้าเรานำขนาด ของแรงดัน VL กับ VC มารวมกันทางคณิตศาสตร์ก็จะทำให้ได้ค่าเฟสเซอร์รวมของแรงดันที่ตกคร่อมค่ารีแอค แตนซ์ทั้งหมดของวงจรคือแรงดัน VX นั่นเอง ส่วนแรงดันตกคร่อมทั้งหมดของวงจรคือ VT ได้มาจากแรงดัน VR บวกกับแรงดัน VX ทางเฟสเซอร์นั่นเอง จากรูปที่ 1 (ข) จะได้ VX = ( + j VL ) + ( - j VC ) = j VL – j VC หรือ j ( VL – VC ) เมื่อแรงดัน VL มากกว่า VC ( VL VC ) ในวงจร R , L , C อนุกรมที่มีค่าแรงดัน VL มากกว่า VC จะเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมที่สมบูรณ์ได้ ดังแสดงให้เห็นตามรูปที่ 2 (ก) ซึ่งค่าของแรงดัน VX ที่ได้จะเห็นว่าอยู่ในย่าน + j ทั้งนี้เพราะค่าแรงดัน VL มากกว่า VC นั่นเอง อย่างไรก็ตาม ลักษณะสมบัติของวงจร R , L , C อนุกรมที่มีค่าแรงดัน VL มากกว่า VC นี้เรา สามารถที่จะหาได้โดยการพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างกระแส I , แรงดัน VR , แรงดัน VX และแรงดัน VT ซึ่งความสัมพันธ์ของค่าตัวแปรทั้ง 4 ที่กล่าวมานี้ จะแสดงให้เห็นในรูปของเฟสเซอร์ไดอะแกรมดังในรูปที่ 2( ข) โดยใช้แรงดัน VT เขียนเป็นแกนอ้างอิง (ก) (ข) จากสมการ และจากเฟสเซอร์ไดอะแกรมในรูปที่ 2 จะพิจารณาเห็นได้ว่าในวงจร R , L , C อนุกรม VR + j VX VT - j VC + j VL I รูป 2

170 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ในขณะที่เกิดแรงดัน VL มากกว่า VC นั้น จะมีลักษณะสมบัติของวงจรเหมือนกับลักษณะสมบัติของวงจร RL อนุกรมนั่นเอง เมื่อแรงดัน VC มากกว่า VL ( VC VL ) ในวงจร R , L , C อนุกรมที่มีค่าแรงดัน VC มากกว่า VL จะเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมที่สมบูรณ์ได้ ดังแสดงให้เห็นตามรูปที่ 3(ก) ซึ่งค่าของแรงดัน VX ที่ได้จะเห็นว่าอยู่ในย่าน - j ทั้งนี้เพราะค่าแรงดัน VC มากกว่า VL นั่นเอง อย่างไรก็ตาม ลักษณะสมบัติของวงจร R , L , C อนุกรมที่มีค่าแรงดัน VC มากกว่า VL นี้เรา สามารถที่จะหาได้โดยการพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างกระแส I , แรงดัน VR , แรงดัน VX และแรงดัน VT ซึ่งความสัมพันธ์ของค่าตัวแปรทั้ง 4 ที่กล่าวมานี้ จะแสดงให้เห็นในรูปของเฟสเซอร์ไดอะแกรมดังในรูปที่ 3( ข) โดยใช้แรงดัน VT เขียนเป็นแกนอ้างอิง (ก) (ข) รูปที่ 3 จากเฟสเซอร์ไดอะแกรมในรูปที่ 3 จะพิจารณาเห็นได้ว่าในวงจร R , L , C อนุกรมในขณะที่เกิดแรงดัน VC มากกว่า VL นั้น จะมีลักษณะสมบัติของวงจรเหมือนกับลักษณะสมบัติ ของวงจร RC อนุกรมนั่นเอง VR - j VX VT - j VC − + j VL I + VR VT VX I

171 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่าง วงจร R , L , C อนุกรมดังรูป จงหาค่า (ก) อิมพีแดนซ์ของวงจร (ข) กระแสที่ไหลใน วงจร (ค) แรงดัน VR , VL , VC , VX และ VT (ง) มุมเฟส เพาเวอร์แฟคเตอร์ และกำลังงานไฟฟ้า ของวงจร (จ) เขียนเฟส เซอร์ไดอะแกรม (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม วิธีทำ (ก) XL = j 2fL = j 2 3.14 50 Hz 80 10-3 H = 25.12 XC = 2fC 1 = 6 2 3.14 50 200 10 1 − Hz = 15.9235 XT = j ( XL – XC ) = j ( 25.12 - 15.9235 ) = j 9.1965 Z = R + j XT = ( 15 + j 9.1965 ) = 17.59531.5 (ข) I = Z E = 17.595 31.5 50 15 V = 2.84-16.5 A (ค) VR = IR = 2.84-16.5 A 150 = 42.6-16.5 V VL = I (j XL) = 2.84-16.5 A 25.1290 = 71.3473.5 V VC = I (-j XC) = 2.84-16.5 A 15.9235-90 = 45.22-106.5 V VX = I (j XT) = 2.84-16.5 A 9.196590 R = 15 L = 80 mH C = 200 f AC VR VL VT I 100 V 50 Hz 15 = VR = 42.6 -16.5 V VX = 26.12 73.5 V VL = 71.34 73.5 V VC = 45.22 -106.5 V E = 50 15 V

172 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 = 26.1273.5 V VT = E = 5015 V (ง) เมื่อ E = 5015 V และ I = 2.84-16.5 A ดังนั้นจะได้ = 15 - (-16.5) = 31.5 หรือ cos = Z R = 17.595 15 = 0.8525 = cos-1 0.8525 = 31.5 PF = cos = 0.8525 หรือ 85.25% ล้าหลัง P = I2 R = (2.84 A)2 15 = 121 W หรือ P = EI cos = 50 V 2.84 A 0.8525 = 121 W 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ทบทวนความรู้เรื่องวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่ประกอบด้วย R , L , C เพียงอย่างเดียวและ การเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรม 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง วงจร R L C กระแสสลับ 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึกและตอบคำถาม จากแบบฝึกหัด เรื่องวงจร R L C 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 อธิบายความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดันของวงจร RL อนุกรม 3.2 อธิบายการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมพร้อมกับยกตัวอย่าง 3.3 อธิบายการหาอิมพีแดนซ์ของวงจร RL, RC อนุกรมพร้อมกับยกตัวอย่าง 3.4 อธิบายการหากำลังไฟฟ้าของวงจร RL, RC อนุกรมพร้อมกับยกตัวอย่าง 3.5 ตั้งโจทย์บนกระดานแล้วให้ผู้เรียนออกมาทำ 3.6 อธิบายความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดันของวงจร R , L , C อนุกรม อิมพีแดนซ์และ กำลังไฟฟ้า 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหาอิมพีแดนซ์ของวงจร R , L , C อนุกรมพร้อมกับ ยกตัวอย่าง 4.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหากำลังไฟฟ้าของวงจร R , L , C

173 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. ขั้นประเมิน 5.1 สรุปคุณสมบัติต่างๆของวงจรที่ประกอบด้วย RL RC และ RLC 5.2 ตรวจแบบฝึกหัดที่ให้ผู้เรียนทำใส่สมุดท้ายคาบแล้วบันทึกผลลงในสมุดบันทึกและ ประเมินผลการเรียน 5.3 ประเมินคุณลักษณะ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง วงจร RLC 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง วงจร RLC 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) .........../.............../..................

174 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (สลับ) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 14 เรื่อง การต่อวงจร R L C แบบขนาน จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ การคำนวณเกี่ยวกับวงจร RLC ขนานจะใช้หลักการคำนวณทั่วๆไปเช่นเดียวกับหลัการคำนวณของวงจร ขนานในเรื่องของวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ลักษณะสมบัติที่สำคัญของวงจรขนานที่ต้องนำมาใช้ในการคำนวณ วงจร R L C ขนานก็คือ 1. แรงดันตกคร่อมในสาขาใดสาขาหนึ่งหรือแรงดันตกคร่อมในทุกๆสาขาของวงจรจะมีค่าเท่ากัน และ มีค่าเท่ากับแรงดันที่จ่ายให้แก่วงจรด้วย เพราะเป็นแรงดันตัวเดียวกัน 2. กระแสที่ไหลในแต่ละสาขาของวงจรในทุกๆสาขา เมื่อนำมารวมกันทางเฟสเซอร์ จะมีค่าเท่ากับ กระแสทั่งหมดที่ไหลในวงจร หรือกระแสรวมของวงจรนั่นเอง 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.3 ด้านความรู้ 3.3.1 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจลักษณะสมบัติและวิธีการหาค่าต่างๆของวงจร RL ขนาน 3.1.2 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจลักษณะสมบัติและวิธีการหาค่าต่างๆของวงจร RC ขนาน 3.1.3 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจลักษณะสมบัติและวิธีการหาค่าต่างๆของวงจร RLC ขนาน 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 เขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจร RL RC RLC ขนานได้ 3.2.2 คำนวณหาค่าอิมพีแดนซ์ของวงจร RL RC RLC ขนานได้ 3.2.3 คำนวณหาค่ากำลังไฟฟ้าของวงจร RL RC RLC ขนานได้ 3.2.4 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.5 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่างๆ 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

175 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 4.4 ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 4.5 ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 5. สาระการเรียนรู้ วงจร RL ขนาน วงจร RL ขนานดังรูปที่ 1 (ก) จะเห็นได้ว่าแรงดันตกคร่อม R และ L ของวงจรก็คือแรงดัน E ที่จ่าย ให้แก่วงจรนั่นเอง หรือจะกล่าวในอีกทางหนึ่งก็คือ แรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจรจะมีค่าเท่ากับแรงดันตกคร่อม R และ L ของวงจรนั่นเอง ดังนั้นการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราจึงใช้เฟสเซอร์ของแรงดัน เขียนเป็นแกนอ้างอิง ซึ่งจะเขียนแทนได้ว่า E0 หรือ E + j 0 กระแสของวงจร RL ขนาน (ก) (ข) (ค) รูปที่ 1 การเขียนไดอะแกรมของรูปคลื่นของวงจร RL ขนานที่แสดงให้เห็นดังรูปที่ 1(ข) นั้นเราจะใช้แรงดัน E เป็นตัวอ้างอิงในการเขียน ส่วนการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราก็จะใช้เฟสเซอร์ของแรงดัน E เป็นแกนอ้างอิงในการเขียนเช่นเดียวกัน ดังแสดงให้เห็นดังรูปที่ 1 (ค) เนื่องจากว่า กระแสที่ไหลผ่าน R คือ IR เกิดอินเฟสกับแรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจร ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ ของกระแส IR จึงเขียนได้เป็น IR0 หรือ IR + j 0 และกระแสที่ไหลผ่าน L คือ IL จะเกิดล้าหลังแรงดัน E ที่ จ่ายให้แก่วงจรอยู่เป็นมุม 90 ดังนั้น ค่าเฟสเซอร์ของกระแส IL จึงเขียนได้เป็น IC-90 หรือ 0 - j IL AC IT IR IL R L iR iT iL e IR E - j IL IT = IR - j IL

176 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ส่วนกระแสทั้งหมดของวงจรคือ IT ได้มาจากกระแส IR บวกกับกระแส IL ทางเฟสเซอร์คือ IT = IR + IL = (IR + j 0) + (0 - j IL) IT = IR - j IL แอดมิตแตนซ์ของวงจร RL ขนาน จากสมการในเทอมของกระแส จะเห็นได้ว่า เมื่อเรานำกฎของโอห์มมาใช้ โดยการแทนค่า IT = EY , IR = EG และ IL = EBL ก็จะเขียนได้ว่า EY = EG - jEBL เมื่อใช้แรงดัน E หารสมการข้างบนนี้ตลอด จะทำให้ได้สมการของแอดมิตแตนซ์ของวงจร RL ขนานคือ Y = G - j BL เคอร์เรนท์และแอดมิตแตนซ์ไดอะแกรมของวงจร RL ขนาน เมื่อนำความสัมพันธ์ของกระแสตามสมการ และความสัมพันธ์ของแอดมิตแตนซ์ตาม สมการมาเขียน แสดงในรูปของสามเหลี่ยมหรือไทรแองเกิ้ล ก็จะไดเป็นเคอร์เรนท์ไดอะแกรมและแอดมิตแตนซ์ไดอะแกรมดัง แสดงให้เห็นดังในรูปที่ 2 (ก) และ (ข) ตามลำดับ (ก) (ข) รูปที่ 2 จากเคอร์เรนท์ไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ก) จะได้ IT = IR - j IL T I = 2 2 R L I + I = - tan-1 IL / IR IR = IT cos -j IL = - j IT sin จากแอดมิตแตนซ์ไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ข) จะได้ - j IL IT IR - j BL Y G

177 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 Y = G - j BL Y = 2 2 G + BL = - tan-1 BL / G G = Y cos -j BL = -j Y sin เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RL ขนาน เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RL ขนานมีค่าเท่ากับ cos ดังนั้นจากเคอร์เรนท์และแอดมิตแตนซ์ ไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ก) และ (ข) จะได้เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจรเท่ากับ PF = cos = T R I I = Y G = R Z ตัวอย่าง วงจร RL ขนานดังรูป จงหาค่า (ก) กระแส IR , IL และ IT (ข) อิมพีแดนซ์และแอดมิตแตนซ์ของวงจร (ค) มุมเฟส เพาเวอร์แฟคเตอร์ และกำลังงานไฟฟ้าของวงจร (ง) เขียนเฟสเซอร์ ไดอะแกรม (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม วิธีทำ (ก) IR = R E = 25 0 50 0 V = 20 A. XL = 2fL = 2 3.14 50 Hz 0.1 H = j 31.4 IC = L jX E = 31.4 50 0 j V = 31.4 90 50 0 V = 1.592-90 A. IT = IR + IL = 20 A + 1.592-90 A E = 50 V 50Hz R=25 AC IT IR IL L=0.1 H −=− IL = 1.592 -90 V IT = 2.556 -38.5 A IR = 2 0 A E = 50 0 V

178 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 = (2 + j 0) + (0 - j 1.592) A. = (2 - j 1.592) A. = 2.556-38.5 A (ข) Z = T I E = 2.556 38.5 . 50 0 A V − = 19.56238.5 Y = Z 1 = 19.562 38.5 . 1 = 51.1-38.5 mS. หรือ Y = G - j BL = (1 / 25 - j 1 / 31.4 ) = (40 - j 31.847) mS. = 51.1-38.5 mS. (ค) เมื่อ E = 500 V และ IT = 2.556-38.5 A ดังนั้นจะได้ = 0 - (-38.5) = 38.5 หรือ cos = R Z = 25 19.562 = 0.7825 = cos-1 0.7825 = 38.5 PF = cos = 0.7825 หรือ78.25% ล้าหลัง P = IR 2 R = (2A.)2 25 = 100W. หรือ P = EIT cos = 50 V 2.556 A 0.7825 = 100W. วงจร RC ขนาน วงจร RC ขนานดังรูปที่ 1 (ก) จะเห็นได้ว่าแรงดันตกคร่อม R และ C ของวงจรก็คือแรงดัน E ที่จ่าย ให้แก่วงจรนั่นเอง หรือจะกล่าวในอีกทางหนึ่งก็คือ แรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจรจะมีค่าเท่ากับแรงดันตกคร่อม R และ C ของวงจรนั่นเอง ดังนั้นการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราจึงใช้เฟสเซอร์ของแรงดัน เขียนเป็นแกนอ้างอิง ซึ่งจะเขียนแทนได้ว่า E0 หรือ E + j 0 กระแสของวงจร RC ขนาน (ก) AC IT IR IC R C

179 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 (ข) (ค) รูปที่ 1 การเขียนไดอะแกรมของรูปคลื่นของวงจร RC ขนานที่แสดงให้เห็นดังรูปที่ 1(ข) นั้นเราจะใช้แรงดัน E เป็นตัวอ้างอิงในการเขียน ส่วนการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราก็จะใช้เฟสเซอร์ของแรงดัน E เป็นแกนอ้างอิงในการเขียนเช่นเดียวกัน ดังแสดงให้เห็นดังรูปที่ 1 (ค) เนื่องจากว่า กระแสที่ไหลผ่าน R คือ IR เกิดอินเฟสกับแรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจร ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ ของกระแส IR จึงเขียนได้เป็น IR0 หรือ IR + j 0 และกระแสที่ไหลผ่าน C คือ IC จะเกิดนำหน้าแรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจรอยู่เป็นมุม 90 ดังนั้น ค่าเฟสเซอร์ของกระแส IC จึงเขียนได้เป็น IC90 หรือ 0 + j IC ส่วนกระแสทั้งหมดของวงจรคือ IT ได้มาจากกระแส IR บวกกับกระแส IC ทางเฟสเซอร์คือ IT = IR + IC = (IR + j 0) + (0 + j IC) IT = IR + j IC แอดมิตแตนซ์ของวงจร RC ขนาน จากสมการในเทอมของกระแส จะเห็นได้ว่า เมื่อเรานำกฎของโอห์มมาใช้ โดยการแทนค่า IT = EY , IR = EG และ IC = EBC ก็จะเขียนได้ว่า EY = EG + jEBL เมื่อใช้แรงดัน E หารสมการข้างบนนี้ตลอด จะทำให้ได้สมการของแอดมิตแตนซ์ของวงจร RC ขนานคือ Y = G + j BC เคอร์เรนท์และแอดมิตแตนซ์ไดอะแกรมของวงจร RC ขนาน เมื่อนำความสัมพันธ์ของกระแสตามสมการ และความสัมพันธ์ของแอดมิตแตนซ์ตาม สมการมาเขียน แสดงในรูปของสามเหลี่ยมหรือไทรแองเกิ้ล ก็จะไดเป็นเคอร์เรนท์ไดอะแกรมและแอดมิตแตนซ์ไดอะแกรมดัง แสดงให้เห็นดังในรูปที่ 2 (ก) และ (ข) ตามลำดับ e iT iR iC IR E j IC IT = IR + j IC

180 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 (ข) (ข) รูปที่ 2 จากเคอร์เรนท์ไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ก) จะได้ IT = IR + j IC T I = 2 2 R C I + I = tan-1 IC / IR IR = IT cos j IC = j IT sin จากแอดมิตแตนซ์ไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ข) จะได้ Y = G + j BC Y = 2 2 G + BC = - tan-1 BC / G G = Y cos j BC = j Y sin เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RC ขนาน เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจร RC ขนานมีค่าเท่ากับ cos ดังนั้นจากเคอร์เรนท์และแอดมิตแตนซ์ ไดอะแกรมในรูปที่ 2 (ก) และ (ข) จะได้เพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจรเท่ากับ PF = cos = T R I I = Y G = R Z + j IC IT IR + j BC Y G

181 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 ตัวอย่าง วงจร RC ขนานดังรูป จงหาค่า (ก) กระแสที่ไหลในวงจร (ข) อิมพีแดนซ์และแอดมิตแตนซ์ของวงจร (ค) มุมเฟส เพาเวอร์แฟคเตอร์ และกำลังงานไฟฟ้าของวงจร (ง) เขียนเฟสเซอร์ ไดอะแกรม (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม วิธีทำ (ก) IR = R E = 56 0 100 0 V = 1.78570 A. XC = 2fC 1 = Hz F 6 2 3.14 50 75 10 1 − = -j 42.46 IC = C jX E − = − 42.46 100 0 j V = − 42.46 90 100 0 V = 2.35590 A. IT = IR + j IC = 1.78570 A + 2.35590 A = (1.7857 + j 0) + (0 + j 2.355) A. = (1.7857 + j 2.355) A. = 2.95552.83 A (ข) Z = T I E = 2.955 52.83 . 100 0 A V = 33.835-52.83 Y = Z 1 = 33.835 52.83 . 1 − = 29.55552.83 mS. หรือ Y = G + j BC = (1 / 56 + j 1 / 42.46 ) = (17.857 + j 23.551) mS. = 29.55552.83 mS. (ค) เมื่อ E = 1000 V และ IT = 2.955552.83 A ดังนั้นจะได้ = 52.83 - 0 = 52.83 หรือ cos = R Z = 56 33.8352 = 0.6042 = cos-1 0.6042 = 52.83 = IC = 2.355 90 V IT = 2.955 52.83 A IR = 1.7857 0 A E = 100 0 V AC IT IR IC R=56 C=75 f E = 100 V 50Hz

182 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 PF = cos = 0.6042 หรือ60.42% นำหน้า P = IR 2 R = (1.7857A.)2 56 = 178.57W. หรือ P = EIT cos = 100 V 2.955 A 0.6042 = 178.57W. วงจร R , L , C ขนาน วงจร R , L , C ขนานดังรูปที่ 1 (ก) จะเห็นได้ว่า แรงดันตกคร่อม R , L และ C ของวงจรก็คือแรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจรนั่นเอง ดังนั้น การเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจรดังกล่าวนี้ เราจึงใช้เฟสเซอร์ของแรงดัน เขียนเป็นแกนอ้างอิง ซึ่งจะเขียนได้ว่า E0 หรือ E + j 0 (ก) (ข) (ค) รูปที่ 1 จากวงจร R , L , C ขนานดังในรูปที่ 1 (ก) จะเห็นได้ว่า กระแสที่ไหลผ่าน R คือ IR จะเกิดอินเฟสกับ แรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจร ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของกระแส IR จึงเขียนได้เป็น IR0 หรือ IR + j 0 และกระแสที่ ไหลผ่าน L คือ IL จะเกิดล้าหลังแรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจรอยู่เป็นมุม 90 ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของกระแส IL จึง เขียนได้เป็น IL-90 หรือ 0 - j IL และกระแสที่ไหลผ่าน C คือ IC จะเกิดนำหน้าแรงดัน E ที่จ่ายให้แก่วงจรอยู่ เป็นมุม 90 ดังนั้นค่าเฟสเซอร์ของกระแส IC จึงเขียนได้เป็น IL90 หรือ 0 + j IC AC IT IR R L IL IC C IX - j IL E + j IC IR IR + j IC - j IL E

183 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 เนื่องจากกระแส IL และ IC มีทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งพิจารณาได้จากเครื่องหมายบวกและลบหน้า j ดังนั้น การหาค่ากระแสที่ไหลผ่านค่ารีแอคแตนซ์ของวงจร (กระแสที่ไหลผ่าน L และ C รวมกัน) คือกระแส IX จึง สามารถหาได้โดยการนำ IL และ IC มารวมกันทางเฟสเซอร์ คือ IX = j IC – j IL หรือ j ( IC – IL ) เมื่อกระแส IL มากกว่า IC ( IL IC ) ในวงจร R , L , C ขนานที่มีค่ากระแส IL มากกว่า IC จะเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมที่สมบูรณ์ได้ดัง แสดงให้เห็นตามรูปที่ 2 (ก) ซึ่งค่าของกระแส IX ที่ได้จะเห็นว่าอยู่ในย่าน - j ทั้งนี้เพราะค่ากระแส IL มากกว่า IC นั่นเอง อย่างไรก็ตาม ลักษณะสมบัติของวงจร R , L , C ขนานที่มีค่ากระแส IL มากกว่า IC นี้เราสามารถที่ จะหาได้โดยการพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน E , กระแส IR , กระแส IX และกระแส IT ซึ่ง ความสัมพันธ์ของค่าตัวแปรทั้ง 4 ที่กล่าวมานี้ จะแสดงให้เห็นในรูปของเฟสเซอร์ไดอะแกรมดังในรูปที่ 2(ข) โดย ใช้แรงดัน E เขียนเป็นแกนอ้างอิง (ข) (ข) รูปที่ 2 จากเฟสเซอร์ไดอะแกรมในรูปที่ 2 จะพิจารณาเห็นได้ว่าในวงจร R , L , C ขนานในขณะที่เกิดกระแส IL มากกว่า IC นั้น จะมีลักษณะสมบัติของวงจรเหมือนกับลักษณะสมบัติของวงจร RL ขนานนั่นเอง เมื่อกระแส IC มากกว่า IL ( IC IL ) ในวงจร R , L , C ขนานที่มีค่ากระแส IC มากกว่า IL จะเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมที่สมบูรณ์ได้ดัง แสดงให้เห็นตามรูปที่ 3 (ก) ซึ่งค่าของกระแส IX ที่ได้จะเห็นว่าอยู่ในย่าน + j ทั้งนี้เพราะค่ากระแส IC มากกว่า IL นั่นเอง อย่างไรก็ตาม ลักษณะสมบัติของวงจร R , L , C ขนานที่มีค่ากระแส IC มากกว่า IL นี้เราสามารถที่ จะหาได้โดยการพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน E , กระแส IR , กระแส IX และกระแส IT IR - j IX IT − E IR - j IX IT - j IL − + j IC E

184 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 เช่นเดียวกันกับวงจร R , L , C ขนานในขณะที่เกิดกระแส IL มากกว่า IC และความสัมพันธ์ของค่าตัวแปรทั้ง 4 ที่กล่าวมานี้ จะแสดงให้เห็นในรูปของเฟสเซอร์ไดอะแกรมดังในรูปที่ 2(ข) โดยใช้แรงดัน E เขียนเป็นแกน อ้างอิง IR + j IX IT - j IL + j IC E IR + j IX IT E (ข) (ข) รูปที่ 3 จากเฟสเซอร์ไดอะแกรมในรูปที่ 3 จะพิจารณาเห็นได้ว่าในวงจร R , L , C ขนานในขณะที่เกิดกระแส IC มากกว่า IL นั้น จะมีลักษณะสมบัติของวงจรเหมือนกับลักษณะสมบัติของวงจร RC ขนานนั่นเอง ตัวอย่าง วงจร R , L , C ขนานดังรูป จงหาค่า (ก) กระแส IR , IL , IC , IX และ IT (ข) อิมพีแดนซ์และแอดมิด แตนซ์ของวงจร (ค) มุมเฟส เพาเวอร์แฟคเตอร์ และกำลังงานไฟฟ้าของวงจร (ง) เขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรม IC C = 65 f A C I T I R L = 80 mH I L IX E = 100 V 50 Hz R = 40 IC = 2.041 90 A IX = 1.94 -90 A IL = 3.981 -90 A IR = 2.5 0 A E = 100 0 V − = − IT = 3.1664 -37.81 A (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม วิธีทำ (ก) IR = R E = 40 0 100 0 V = 2.50 A

185 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 XL = j 2fL = j 2 3.14 50 Hz 80 10-3 H = j 25.12 IL = L jX E = 25.12 90 100 0 V = 3.981-90 A XC = -j 2fC 1 = -j Hz F 6 2 3.14 50 65 10 1 − = -j 49 IC = C jX E − = − 49 90 100 0 V = 2.04190 A IX = IL + IC = 3.981-90 A + 2.04190 A = (-j 3.981 + j 2.041) A = -j 1.94 A = 1.94-90 A IT = IR + IX = 2.50 A + 1.94-90 A = 2.5 A + (-j 1.94 A) = (2.5 – j 1.94) A = 3.1644-37.81 A (ข) Z = T I E = A V − 3.1644 37.81 100 0 = 31.637.81 Y = Z 1 = 31.637.81 1 = 31.645-37.81 mS หรือ Y = G + j(BC - BL) Y = (1/R) + j(1/XC – 1/XL) = (1/40 ) + j(1/49 - 1/25.12 ) = 25 mS + j(20.408 mS – 39.81 mS) = (25 – j 19.402) mS = 3.1644-37.81 mS (ค) เมื่อ E = 1000 V และ IT = 3.1644-37.81 A ดังนั้นจะได้ = 0 - (-37.81) = 37.81 หรือ cos = Y G = mS mS 31.645 25 = 0.79

186 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 หรือ cos = R Z = 40 31.6 = 0.79 หรือ cos = T R I I = A A 3.1644 2.5 = 0.79 = cos-1 0.79 = 37.81 PF = cos = 0.79 หรือ 79% ล้าหลัง P = IR 2 R = (2.5 A)2 40 = 250 W หรือ P = EIT cos = 100 V 3.1644 A 0.79 = 250 W 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ทบทวนความรู้เรื่องวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่ประกอบด้วย R , L , C ในวงจรอนุกรม 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง วงจร R L C แบบขนาน กระแสสลับ 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึกและตอบคำถาม จากแบบฝึกหัด เรื่องวงจร R L C 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 อธิบายความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดันของวงจร RL ขนาน 3.2 อธิบายการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมพร้อมกับยกตัวอย่าง 3.3 อธิบายการหาอิมพีแดนซ์ของวงจร RL, RC ขนานพร้อมกับยกตัวอย่าง 3.4 อธิบายการหากำลังไฟฟ้าของวงจร RL, RC ขนานพร้อมกับยกตัวอย่าง 3.5 ตั้งโจทย์บนกระดานแล้วให้ผู้เรียนออกมาทำ 3.6 อธิบายความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดันของวงจร R , L , C ขนาน อิมพีแดนซ์และ กำลังไฟฟ้า 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหาอิมพีแดนซ์ของวงจร R , L , C ขนานพร้อมกับยกตัวอย่าง 4.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหากำลังไฟฟ้าของวงจร R , L , C 5. ขั้นประเมิน 5.1 สรุปคุณสมบัติต่างๆของวงจรที่ประกอบด้วย RL RC และ RLC แบบขนาน 5.2 ตรวจแบบฝึกหัดที่ให้ผู้เรียนทำใส่สมุดท้ายคาบแล้วบันทึกผลลงในสมุดบันทึกและ ประเมินผลการเรียน 5.3 ประเมินคุณลักษณะ

187 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง วงจร RLC ต่อแบบ ขนาน 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง วงจร RLC ต่อแบบ ขนาน 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) .........../.............../..................

188 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง ไฟฟ้ากระแส (สลับ) จำนวน 40 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 15 เรื่อง การต่อวงจร R L C แบบผสม จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ ในการคำนวณเกี่ยวกับวงจร RLC ผสมจะใช้หลักการคำนวณโดยทั่วๆไปเช่นเดียวกับหลักการคำนวณวงจร ผสมในเรื่องของวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ลักษณะสำคัญที่ต้องนำมาใช้ในการคำนวณวงจร RLC ผสม ต้องใช้คุณสมบัติของวงจร RLC อนุกรม และ RLC ขนาน การหาค่าแรงดันรวมทั้งหมดของวงจร เฟสเซอร์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 เพื่อให้ผู้เรียนมีความเข้าใจหลักการวิเคราะห์วงจร R,L,C ผสมแบบต่างๆได้ 3.1.2 เพื่อให้ผู้เรียนสามารถนำหลักการและความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดันในวงจร R,L,C ผสม ไปคำนวณหาค่าต่างๆได้ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 อธิบายหลักการวิเคราะห์วงจร R,L,C ผสมแบบอนุกรม-ขนานได้ 3.2.2 อธิบายหลักการวิเคราะห์วงจร R,L,C ผสมแบบขนาน--อนุกรมได้ 3.2.3 คำนวณหาค่าอิมพีแดนซ์ของวงจร R , L , C ผสมได้ 3.2.4 คำนวณหาค่ากำลังไฟฟ้าของวงจร R , L , C ผสมได้ 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

189 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. สาระการเรียนรู้ วงจร R , L , C ผสมนั้นเป็นการรวมคุณสมบัติของวงจร R , L , C แบบต่างๆ เช่น RL อนุกรม , RL ขนาน , RC อนุกรม , RC ขนาน , R , L , C อนุกรม และ R , L , C ขนาน เข้าไว้ด้วยกัน ดังนั้นการคำนวณหา ค่าต่างๆในวงจร จึงจำเป็นต้องทราบคุณสมบัติของวงจรต่างๆเหล่านี้ ส่วนรูปแบบของวงจร R , L , C ผสมนั้นมี รูปแบบของวงจร 2 รูปแบบคือ วงจร R , L , C ผสม ต่อแบบอนุกรม – ขนาน I1 = 1.6937 -32.13 A I2 = 1.4579 45 .6 A IT = 2.4584 3.3 A = E = 100 0 V R1 = 50 R2 = 48 L = 0.1 H C = 65 f I T A C I1 I2 E = 100 V 50 Hz Z1 Z2 (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม รูปที่ 1 วงจร R , L , C ผสม ต่อแบบอนุกรม – ขนานดังรูปที่ 1 (ก) จะเห็นว่าในสาขาที่ 1 ประกอบด้วย R1 ต่ออนุกรมกับ L และในสาขาที่ 2 ประกอบด้วย R2 ต่ออนุกรมกับ C โดยมีกระแส I1 ไหลในสาขาที่ 1 หรือสาขา RL อนุกรม และกระแส I2 ไหลในสาขาที่ 2 หรือสาขา RC อนุกรม วงจร R , L , C ผสม ต่อแบบอนุกรม – ขนาน การหาค่าต่างๆในวงจรเราจะพิจารณาในเทอมอนุกรม ของวงจรก่อน แล้วจึงพิจารณาในเทอมขนานทีหลัง ในส่วนของวงจรที่อนุกรมกันเราก็ต้องคิดแบบวงจรอนุกรม และในส่วนของวงจรขนานเราก็ต้องคิดแบบวงจรขนานที่ได้เรียนผ่านมาแล้ว จากลักษณะสมบัติของวงจร RL อนุกรม เราทราบว่า กระแสที่ไหลในวงจรจะต้องล้าหลังแรงดันอยู่เป็น มุมที่น้อยกว่า 90 (จะล้าหลังแรงดันอยู่เป็นมุมเท่าใดขึ้นอยู่กับค่า R และ XL) และจากลักษณะของวงจร RC อนุกรม เราทราบว่า กระแสที่ไหลในวงจรจะต้องนำหน้าแรงดันอยู่เป็นมุมที่น้อยกว่า 90 เช่นเดียวกัน ดังนั้น การคำนวณหาค่ากระแส I1 และ I2 เราสามารถหาได้ดังนี้คือ วิธีทำ จากวงจรในรูปที่ 1 (ก) จะได้ XL = j 2fL = j 2 3.14 50 Hz 0.1 H = j 31.4 XC = -j 2fC 1 = - j Hz F 6 2 3.14 50 65 10 1 − = -j 49

190 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 Z1 = R1 + j XL = (50 + j 31.4) = 2 2 50 + 31.4 tan-1 31.4 / 50 = 59.042 32.13 I1 = Z1 E = 59.042 32.13 100 0 V = 1.6937-32.13 A Z2 = R2 - j XC = (48 - j 49) = 2 2 48 + (−49) tan-1 -49/ 48 = 68.593 -45.6 I2 = Z2 E = − 68.593 45.6 100 0 V = 1.457945.6 A ส่วนกระแสทั้งหมดที่ไหลในวงจรคือ กระแส IT สามารถหาได้โดยการนำกระแส I1 และ I2 มารวมกันทาง เฟสเซอร์ที่อยู่ในรูปของคอมเพล็กซ์นัมเบอร์คือ IT = I1 + I2 = 1.6937-32.13 A + 1.457945.6 A = (1.4343 – j 0.9) A + (1.02 + j 1.0416) A = (2.4543 + j 0.1416) A = 2.45843.3 A เมื่อ E = 1000 V และ IT = 2.45843.3 A ดังนั้นจะได้มุมเฟสของวงจรคือมุม = 3.3 - 0 = 3.3 และเพาเวอร์แฟคเตอร์ ของวงจร มีค่าเท่ากับ cos ดังนั้น จะได้ PF = cos = cos 3.3 = 0.9983 หรือ 99.83 % นำหน้า ส่วนกำลังงานไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรจะมีค่าเท่ากับ P = EIT cos = 100 V 2.4584 A 0.9983 = 245.5 W หรือ P = P1 + P2 = I1 2 R1 + I2 2 R2 = (1.6937 A)2 50 + (1.4579 A)2 48 = 143.4 W + 102 W = 245.4 W และเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจร R , L , C ต่อแบบอนุกรม – ขนานดังรูปที่ 1 (ก) สามารถที่จะเขียน แสดงให้เห็นได้ในรูปที่ 1 (ข)

191 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 วงจร R , L , C ผสม ต่อแบบขนาน – อนุกรม วงจร R , L , C ผสม ต่อแบบขนาน – อนุกรม การหาค่าต่างๆในวงจรเราจะพิจารณาในเทอมขนาน ของวงจรก่อน แล้วจึงพิจารณาในเทอมอนุกรมทีหลัง ในส่วนของวงจรที่ขนานกันเราก็ต้องคิดแบบวงจรขนาน และในส่วนของวงจรอนุกรมเราก็ต้องคิดแบบวงจรอนุกรมที่ได้เรียนผ่านมาแล้ว วงจร R , L , C ผสม ต่อแบบขนาน – อนุกรม ดังในรูปที่ 2 (ก) จะเห็นว่าในกลุ่มแรกประกอบด้วย R1 ต่อขนานกับ L และในกลุ่มที่ 2 ประกอบด้วย R2 ต่อขนานกับ C การคำนวณหาค่ากระแส I1 , I2 , I3 , I4 และ IT ของวงจร จะต้องหาค่าอิมพีแดนซ์ Z1 , Z2 และ ZT ของวงจรก่อน ซึ่งจะหาได้ดังนี้คือ V1 = 115.3 50.55 V V2 = 171.64 -31.25 V IT = 5.8953 12.05 A = E = 220 0 V AC E = 220 0 V 50 Hz L = 0.1 H R1 = 25 R2 = 40 C = 75 f IT I1 I3 I2 I4 V1,Z1,P1 ZT V2,Z2,P2 (ก) วงจร (ข) เฟสเซอร์ไดอะแกรม รูปที่ 2 วิธีทำ จากวงจร R , L , C ผสม ต่อแบบขนาน – อนุกรม ดังในรูปที่ 2 (ก) จะได้ XL = j 2fL = j 2 3.14 50 Hz 80 10-3 H = j 25.12 XC = -j 2fC 1 = -j Hz F 6 2 3.14 50 65 10 1 − = -j 49 BL = - j X L 1 = - j 31.4 1 = - j 31.8471 mS. BC = j X C 1 = j 42.46 1 = j 23.5516 mS. G1 = 1 1 R = 25 1 = 40 mS.

192 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 G2 = 2 1 R = 40 1 = 25 mS. Y1 = G1 - j BL = (40 - j 31.8471) mS = 51.13-38.5 mS Y2 = G2 + j BC = (25 + j 23.5516) mS = 34.346443.3 mS Z1 = 1 1 Y = 51.13 38.5 . 1 − mS = 19.55838.5 Z2 = 2 1 Y = 34.3464 43.3 . 1 mS = 29.115-43.3 ZT = Z1 + Z2 = 19.55838.5 + 29.115-43.3 = (15.306 + j 12.175) + (21.189 - j 19.968) = (36.495 - j 7.793) = 37.318-12.05 IT = ZT E = − 37.318 12.05 220 0 V = 5.895312.05 A V1 = IT Z1 = 5.895312.05 A 19.55838.5 = 115.350.55 V V2 = IT Z2 = 5.895312.05 A 29.115-43.3 = 171.64-31.25 V I1 = 1 1 R V = 25 0 115.3 50.55 V = 4.61250.55 A I2 = L jX V1 = 31.4 90 115.3 50.55 V = 3.672-39.45 A I3 = 2 2 R V = − 40 0 171.64 31.25 V = 4.291-31.25 A I4 = C jX V − 2 = − − 42.46 90 171.64 31.25 V = 4.04258.75 A เมื่อ E = 2200 V และกระแส IT = 5.895312.05 A ดังนั้นจะได้มุมเฟสของวงจรคือ

193 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 มุม = 12.05 - 0 = 12.05 และเพาเวอร์แฟคเตอร์ของวงจรมีค่าเท่ากับ cos ดังนั้นจะได้ PF = cos = cos 12.05 = 0.978 หรือ 97.8 % นำหน้า ส่วนกำลังงานไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรจะมีค่าเท่ากับ P = EIT cos = 220 V 5.8953 A 0.978 = 1268.4 W หรือ P = P1 + P2 = I1 2 R1 + I3 2 R2 = (4.612 A)2 25 + (4.291 A)2 40 = 531.8 W + 736.5 W = 1268.3 W และเฟสเซอร์ไดอะแกรมของวงจร R , L , C ต่อแบบขนาน – อนุกรมดังรูปที่ 2 (ก) สามารถที่จะเขียน แสดงให้เห็นได้ในรูปที่ 2 (ข) 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ทบทวนความรู้เรื่องวงจร RL และ RC ขนาน , อนุกรมและการเขียนเฟสเซอร์ ไดอะแกรม1.2 กล่าวนำความสัมพันธ์ของ R , L และ C ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนสืบค้นข้อมูล จาก ใบความรู้ เรื่อง วงจร R L C แบบผสม 2.2 สรุปสาระสำคัญ บันทึกลงในสมุดจดบันทึกและตอบคำถาม จากแบบฝึกหัด เรื่องวงจร R L C 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 อธิบายรูปแบบของวงจร R,L,C ผสม 3.2 อธิบายความสัมพันธ์ของกระแส และแรงดันในวงจร R,L,C ผสมแบบขนานอนุกรม 3.3 อธิบายการเขียนเฟสเซอร์ไดอะแกรมวงจร R , L , C ผสมแบบขนาน—อนุกรม 3.4 อธิบายการหาอิมพีแดนซ์ของวงจร R , L , C ผสมแบบขนาน—อนุกรม 3.5 อธิบายการหากำลังไฟฟ้าของวงจร R , L , C ผสมแบบขนาน—อนุกรม 3.6 ยกตัวอย่างโจทย์เรื่องวงจร R,L,Cผสมแบบขนาน--อนุกรม 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหาอิมพีแดนซ์ของวงจร R , L , C แบบผสมพร้อมกับ ยกตัวอย่าง 4.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหากำลังไฟฟ้าของวงจร R , L , C 5. ขั้นประเมิน 5.1 สรุปคุณสมบัติต่างๆของวงจรที่ประกอบด้วย RL RC และ RLC แบบผสม 5.2 ตรวจแบบฝึกหัดที่ให้ผู้เรียนทำใส่สมุดท้ายคาบแล้วบันทึกผลลงในสมุดบันทึกและ ประเมินผลการเรียน 5.4 ประเมินคุณลักษณะ

194 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่อง วงจร RLC ต่อแบบ ผสม 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง วงจร RLC ต่อแบบ ผสม 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) .........../.............../..................

201 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้หน่วยที่ 3 เรื่อง ไฟฟ้าแม่เหล็ก

202 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 เรื่อง ไฟฟ้าแม่เหล็ก จำนวน 14 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 16 เรื่อง สนามแม่เหล็ก จำนวน 4 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ แม่เหล็ก (Magnet) โดยทั่วไปจะหมายถึง แม่เหล็กธรรมชาติ(ซึ่งมีส่วนผสมส่วนใหญ่ คือ Fe3O4) มีคุณสมบัติสามารถดูด เหล็ก และนิเกิลได้ นอกจากนี้อาจเป็นแม่เหล็กที่สร้างขึ้นเองซึ่งมีรูปร่างต่างๆ กัน เรียกว่า แท่งแม่เหล็ก มีได้ ต่างกัน เช่น เป็นแท่งสี่เหลี่ยม แท่งทรงกระบอก รูปเกือกม้า เข็มทิศ เป็นต้น และสามารถดูดพวกสารแม่เหล็ก ได้โดยการเหนี่ยวนำ โดยปกติมี 2 ขั้ว คือ ขั้วเหนือ (north pole “N”) และขั้วใต้ (south pole “S”) ขั้วแม่เหล็ก (Magnetic pole) เป็นบริเวณปลายทั้งสองของแท่งแม่เหล็กที่มีอำนาจแม่เหล็กแรงมาก แรงกระทำระหว่างขั้วแม่เหล็กมี 2 แบบ 1. แรงดูดกัน เกิดจากการนำขั้วแม่เหล็กต่างชนิดกันมาวางใกล้กัน 2. แรงผลักกัน เกิดจากการนำขั้วแม่เหล็กชนิดเดียวกันมาวางใกล้กัน สนามแม่เหล็ก (Magnetic field) คือบริเวณที่อำนาจการกระทำที่เกิดจากแม่เหล็ก อำนาจการกระทำที่ส่งออกมาจากแม่เหล็กนี้ มีลักษณะเป็นเวกเตอร์ มีสัญลักษณ์เป็น B เส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic line of force) มีลักษณะดังนี้ 1. ภายนอกแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งออกจากขั้วเหนือ (N) เข้าสู่ขั้วใต้ (S) 2. ภายในแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งออกจากขั้วใต้ (S) เข้าสู่ขั้วเหนือ (N) 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 อธิบายเกี่ยวกับอนุภาคในสนามแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็ก จุดสะเทิน 3.1.2 อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก 3.1.3 คำนวณหาปริมาณต่าง ๆ จากสถานการณ์ที่กำหนดให้ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ 3.2.1 มีกระบวนการสังเกตอย่างเป็นลำดับขั้นตอน 3.2.2 นักเรียนมีทักษะในการคิดหาเหตุผลและนำไปใช้แก้ปัญหาสถานการณ์ที่กำหนดในลักษณะต่าง ๆ

203 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 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 5. สาระการเรียนรู้ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ จากการศึกษาเกี่ยวกับเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงกระทำต่อ เส้นลวดนั้นแต่ถ้าไม่มีสนามแม่เหล็กจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ ในปี พ.ศ.2363 Hans Christian Oersted นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก พบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านในลวด ตัวนำ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆลวดตัวนำนั้น ซึ่งแยกพิจารณาตามลักษณะของลวดตัวนำดังนี้ 1. สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าผ่านในลวดตรงยาว เมื่อนำเข้มทิศไปวางใกล้ลวดตรงที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน พบว่าแนวเข็มทิศมีการเปลี่ยนแปลงไปจากแนวเหนือใต้เดิม แสดงว่ารอบๆลวดมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้น การหาทิศของสนามแม่เหล็กรอบลวดตรง หาได้โดยใช้กฎ มือขวา ซึ่งทำได้โดยใช้มือขวากำรอบเส้นลวดตัวนำ ดังรูป 1, 2 ในลักษณะให้นิ้วหัวแม่มือชี้ตามทิศของ กระแสไฟฟ้า ทิศทางการวนของปลายทั้งสี่จะแสดงทิศของสนามแม่เหล็กรอบๆลวดตัวนำนั้น รูป 1. กระแสไฟฟ้าและทิศทางของสนามแม่เหล็ก รูป 2. การใช้กฎมือขวาหาทิศทางของ สนามแม่เหล็ก 2.สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าผ่านในขดลวดวงกลม เมื่อนำเส้นลวดมาขดเป็นวงกลม แล้วผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดนั้น จะเกิดสนามแม่เหล็ก ดัง รูป 3. จากการตรวจสอบทิศของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดกับทิศทางของกระแสไฟฟ้าพบว่า จะเป็นไปตามกฎมือ ขวา โดยทิศทางของกระแสไฟฟ้าตามแนวโค้งของเส้นลวดแทนด้วยนิ้วทั้งสี่ แล้วนิ้วหัวแม่มือชี้ทิศของขั้วเหนือ หรือแนวเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้น

204 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 รูป 3. สนามแม่เหล็กของขดลวดวงกลม และ ของแท่งแม่เหล็ก 3.สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าผ่านในโซเลนอยด์ โซเลนอยด์ คือ ลวดตัวนำที่มีฉนวนหุ้มหรือสายไฟ เมื่อนำมาพันเป็นขดลวดวงกลมที่มีรัศมีคงตัว เรียง ซ้อนกัน ที่ขดเป็นรูปร่างคล้ายสปริง จากการศึกษาพบว่า เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดโซเลนอยด์จะเกิดสนามแม่เหล็กรอบๆ โซเลนอยด์ คล้ายกับเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากแท่งแม่เหล็ก การหาทิศสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านลวดโซเลนอยด์ ให้ใช้กฎมือขวา โดยใช้ มือขวากำ รอบลวดโซเลนอยด์ โดยให้นิ้วมือทั้งสี่วนไปตามทิศของกระแสไฟฟ้าในขดลวด นิ้วหัวแม่มือชี้ทิศเส้นแรงแม่เหล็ก หรือชี้ไปทางขั้วเหนือที่เกิดขึ้น ดังรูป 5 , 6 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1. สร้างความสนใจ 1.1 ครูสาธิตนำแม่เหล็กรูปเกือกม้าดูดวัตถุที่เป็นตะปู เข็มหมุด เศษเหล็ก หรือคลิ๊บหนีบ กระดาษ ให้นักเรียนสังเกต วัตถุถูกดูดโดยแม่เหล็ก ได้อย่างไร ( เพราะแรงเนื่องจาก สนามแม่เหล็ก) 1.2 ครูถามกระตุ้นว่า บริเวณใดมีแรงกระทำต่อวัตถุแสดงว่าบริเวณนั้นมีสนาม จริงหรือไม่ และ เราจะสามารถมองเห็นสนามเหล่านั้นได้อย่างไร รูป 6 การหาขั้วแม่เหล็กโดยใช้กฎมือขวา รูป 5 ขั้วแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดตัวนำโซเลนอยด์

205 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูให้นักเรียนค้นคว้าหาความรู้เกี่ยวกับปริมาณต่าง ๆ เกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก จากเอกสาร ใบความรู้ 2.2 ให้นักเรียนเข้ากลุ่มทำกิจกรรมเรื่อง เส้นสนามแม่เหล็ก ครู ถามกระตุ้นให้นักเรียนได้คิด ด้วยตัวอย่างคำถามต่อไปนี้ -เราจะพิสูจน์ได้อย่างไรว่า บริเวณที่ส่งแรงกระทำต่อวัตถุนั้น มีสนาม -ถ้าวางแท่งแม่เหล็กในลักษณะต่างกัน เส้นแรงที่กระทำต่อผงเหล็ก จะมีลักษณะที่ เหมือนกันหรือแตกต่างกัน หรือไม่ อย่างไร 2.3 นักเรียนแต่ละกลุ่ม ร่วมกันอภิปราย และสรุปผลการทำกิจกรรม 2.4 นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอ แผนภาพเส้นแรงแม่เหล็ก เมื่อวางแท่งแม่เหล็กในลักษณะต่าง ๆ กัน ที่ได้จากการทำกิจกรรม หน้าชั้นเรียน 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 ผู้สอนอธิบายเพิ่มเติม เกี่ยวกับเส้นแรงแม่เหล็ก ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน 3.2 ครูและนักเรียนร่วมกันสรุปลักษณะสำคัญของเส้นแรงแม่เหล็ก ในธรรมชาติที่มีค่าไม่ สม่ำเสมอ และถามกระตุ้นต่อว่า หากต้องการให้สนามแม่เหล็กมีค่าสม่ำเสมอ จะสามารถ ทำได้อย่างไร 4.ขั้นขยายความรู้ 4.1 ให้ผู้เรียนเข้ากลุ่ม ทำกิจกรรมที่ 16 สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ 4.2 ผู้เรียนส่งตัวแทนนำเสนอผลงานหน้าชั้นเรียน 4.3 ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายหลังการทำกิจกรรม เกี่ยวกับการใช้ประโยชน์ของ สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ในชีวิตประจำวัน 4.4 ให้นักเรียนทำแบบฝึกหัด เกี่ยวกับ เส้นแรงของสนามแม่เหล็ก 5.ขั้นประเมิน 5.1 เฉลยแบบฝึกหัด พร้อมทั้งตรวจสอบความถูกต้อง ความเข้าใจของการทำแบบฝึกหัด 5.2 ตรวจสอบจาการตอบคำถาม การอภิปราย หน้าชั้นเรียน 5.3 สังเกตความสนใจ ความกระตือรือร้นในการเรียนรู้ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่องไฟฟ้าแม่เหล็ก 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง ไฟฟ้าแม่เหล็ก 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์

206 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) .........../.............../..................

207 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 แผนการจัดการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 รายวิชา ฟิสิกส์4 รหัสวิชา ว30204 หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 เรื่อง ไฟฟ้าแม่เหล็ก จำนวน 14 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 17 เรื่อง แรงและฟลักซ์แม่เหล็ก จำนวน 6 ชั่วโมง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ตัวชี้วัด - 2. สาระสำคัญ แรงแม่เหล็ก เนื่องจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระด้วยความเร็วลอยเลื่อน ดังนั้นเมื่อลวดตัวนำวางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงกระทำต่ออิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้ตามสมการ เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระอยู่ภายในลวดตัวนำ ดังนั้นแรงที่เกิดขึ้นจึงทำให้ลวดตัวนำเคลื่อนที่ในทิศ ของแรงนั้น ฟลักซ์แม่เหล็ก การศึกษาสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก พบว่า เส้นสนามแม่เหล็กแผ่ออกจากขั้วเหนือเป็นบริเวณสามมิติ บริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กทั้งสองจะมีเส้นสนามแม่เหล็กหนาแน่นยิ่งกว่าบริเวณอื่น ถ้าพิจารณาพื้นที่ในบริเวณที่มี สนามแม่เหล็ก เรียกเส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพี้นที่นี้ว่า ฟลักซ์แม่เหล็ก พบว่า บริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กจะมีฟลักซ์ แม่เหล็กหนาแน่นและฟลักซ์แม่เหล็กจะน้อยลง เมื่ออยู่ห่างขั้วแม่เหล็ก 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 อธิบายความหมายของสนามแม่เหล็กเส้นแรงแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก และความหนา แน่นฟลักซ์แม่เหล็กได้ 3.1.2 บอกความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กพื้นที่ตั้งฉากกับฟลักซ์แม่เหล็กและความหนาแน่นฟลักซ์ แม่เหล็ก 3.1.3 คำนวณหาความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กได้เมื่อกำหนดปริมาณที่เกี่ยวข้องได้ 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

208 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 5. สาระการเรียนรู้ แรงระหว่างลวดตัวนำสองเส้นขนานกันที่มีกระแสไฟฟ้า เมื่อนำเส้นลวดตรง 2 เส้น มาวางขนานกันแล้วผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในลวดทั้งสองจะเกิดแรงกระทำ ต่อเส้นลวดทั้งสองเนื่องจากสนามแม่เหล็กดังรูป 7 , 8 สรุป 1. ถ้ากระแสไฟฟ้าผ่านในลวดคู่ขนาน ในทิศทางเดียวกันจะเกิดแรงดูดกัน 2. ถ้ากระแสไฟฟ้าผ่านในลวดคู่ขนาน ในทิศตรงข้ามกันจะเกิดแรงผลักกัน 3. ขนาดของแรงกระทำระหว่างเส้นลวดทั้งสองที่วางขนานกัน แล้วมีกระแสผ่านจะแปรโดยตรงกับ ขนาดของกระแสไฟฟ้าในลวดทั้งสอง และแปรผกผันกับระยะห่างของลวดทั้งสอง แรงกระทำต่อขดลวดที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก เมื่อนำขดลวดตัวนำรูปสี่เหลี่ยม วางในสนามแม่เหล็ก แล้วผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดตัวนำ ทำให้ ขดลวดเกิดการหมุน แสดงว่ามีแรงขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงข้ามกันกระทำต่อขดต่อขดลวดด้านที่อยู่ตรงข้าม กัน (นักเรียนสามารถศึกษารายละเอียดได้จาก หนังสือเรียน วิชาฟิสิกส์ ว 023 หน้าที่ 198-200 ) เราเรียก ปรากฏการณ์นี้ว่าเกิด โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำต่อขดขดลวด รูป 7. แรงกระทำบนเส้นลวดเส้นหนึ่งโดยสนามแม่เหล็กจากลวดอีกชุดหนึ่ง เมื่อทิศของกระแสไฟฟ้าไปทางเดียวกัน แรงกระทำนี้จะเป็นแรงดูด x x x x x x x x x x x x B F1 • • • • • • • • • • • • B F2 I1 I2 รูป 8. แรงกระทำบนเส้นลวดเส้นหนึ่งโดยสนามแม่เหล็กจากลวดอีกชุดหนึ่ง เมื่อทิศของกระแสไฟฟ้าสวนทางกัน แรงกระทำนี้จะเป็นแรงผลัก B F F B I2 I1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

209 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 รูป 9. ขดลวดตัวนำในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก รูป 10. โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวด และสามารถหาค่าโมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวดได้จากสมการ M = NIABcos เมื่อ M คือ โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวด มีหน่วยเป็น นิวตัน.เมตร ( N.m ) N คือ จำนวนรอบของขดลวด มีหน่วยเป็น รอบ I คือ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด มีหน่วยเป็น แอมแปร์ ( A ) A คือ พื้นที่ขดลวด มีหน่วยเป็น ตารางเมตร ( m2 ) B คือ สนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น เทสลา ( T ) คือ ระนาบของขดลวดทำมุมกับทิศของสนามแม่เหล็ก ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ( B ) มีค่าเท่ากับ จำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่เส้น แรงแม่เหล็กพุ่งผ่านในแนวตั้งฉาก A B = เมื่อ B : ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (เทสลา, 2 Wb m ,T) :จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่พุ่งผ่านพื้นผิวในแนวตั้งฉากหรือฟลักซ์แม่เหล็ก (Wb) A : พื้นที่ที่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่าน ( 2 m ) ในกรณีที่ทิศของสนามแม่เหล็ก ทำมุม กับเวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับพื้นที่รองรับ พิจารณาพื้นที่รองรับ เล็กๆ ซึ่งมีสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอผ่าน a cos a S P P Q R S I I d B dA = . BdA = . = BAcos

210 แผนการจัดการเรียนรู้ วิชา ฟิสิกส์4 ว30204 6. กระบวนการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 1.สร้างความสนใจ - ครูและนักเรียนร่วมกันแสดงความคิดเห็นและตอบคำถามเกี่ยวกับ แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็ก โดยครูตั้งคำถามว่า เมื่อพูดถึงแม่เหล็ก นักเรียนนึกถึงอะไรบ้าง และนักเรียนช่วยกันเขียนสิ่งที่ เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กให้ได้มากที่สุด 2.ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 นักเรียนค้นคว้าหาความรู้เกี่ยวกับปริมาณต่าง ๆ เกี่ยวกับแรงแม่เหล็ก และฟลักซ์แม่เหล็ก จากเอกสาร ใบความรู้ 2.2 นักเรียนทำการทดลอง หาเส้นแรงแม่เหล็กโดย และสร้างแม่เหล็กชั่วคราวจากผงตะไบ เหล็กในหลอดทดลอง และการทำลายสภาพการเป็นแม่เหล็ก 3.ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 นักเรียนฝึกคำนวณหาความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจากตัวอย่างที่ครูยกมา และ แบบฝึกหัด จากเรื่องแม่เหล็ก และฟลักซ์แม่เหล็ก 3.2 นักเรียนร่วมกับครูสรุปเกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก และหลักการคำนวณหาความหนาแน่น ของฟลักซ์แม่เหล็ก 4.ขั้นขยายความรู้ 4.1ครูอธิบายการเหนี่ยวนำสารแม่เหล็ก ให้แสดงอำนาจแม่เหล็กจนทำให้ดูดกับแม่เหล็กถาวรได้ หลังจากที่ทำการทดลองแล้ว โดยใช้ Flash animation program จากสื่อ Physic Cyber Lab 4.2 ครูอธิบายความหมายของสนามแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็ก และความหนาแน่น ฟลักซ์ แม่เหล็ก โดยใช้สื่อ Power point 4.3 ครูอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์แม่เหล็ก พื้นที่ตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก และความ หนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก โดยใช้สื่อ Power point 4.4 ครูอธิบายการคำนวณหาความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก พร้อม ยกตัวอย่างการคำนวณ 5.ขั้นประเมิน 5.1เฉลยแบบฝึกหัด พร้อมทั้งตรวจสอบความถูกต้อง ความเข้าใจของการทำแบบฝึกหัด 5.2ตรวจสอบจาการตอบคำถาม การอภิปราย หน้าชั้นเรียน 5.3สังเกตความสนใจ ความกระตือรือร้นในการเรียนรู้ 7. สื่อการเรียนรู้ สื่อการเรียนการสอน รายการสื่อ จำนวน สภาพการใช้สื่อ 1.ใบความรู้ เรื่องแรงแม่เหล็ก 1 ชุด ใช้ขั้นสำรวจค้นหา 2. แบบฝึกหัด เรื่อง ฟลักซ์แม่เหล็ก 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 3. แบบประเมินคุณลักษณะ 1 ชุด ใช้ขั้นประเมิน 8. แหล่งเรียนรู้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์

211 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) .........../.............../..................