เครื่องคำนวณกฎของโอห์ม - คำนวณแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทาน

เครื่องคำนวณกฎของโอห์มใช้หาค่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า หรือความต้านทานในวงจรไฟฟ้า เมื่อทราบค่าอีกสองค่า เครื่องคำนวณนี้ใช้กฎของโอห์ม ซึ่งเป็นกฎที่เชื่อมโยงปริมาณทั้งสามเข้าด้วยกัน โดยแรงดันไฟฟ้าเท่ากับกระแสไฟฟ้าคูณด้วยความต้านทาน เขียนได้เป็น V = I × R

ความหมายของแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทาน

แรงดันไฟฟ้า (V) คือแรงผลักทางไฟฟ้าที่ทำให้อิเล็กตรอนไหลผ่านวงจร หน่วยวัดคือโวลต์

กระแสไฟฟ้า (I) คืออัตราการไหลของอิเล็กตรอนผ่านจุดหนึ่งในวงจร หน่วยวัดคือแอมแปร์ ซึ่งมักย่อว่าแอมป์ (A)

ความต้านทาน (R) คือระดับที่วัสดุต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้า หน่วยวัดคือโอห์ม (Ω)

การเปรียบเทียบที่ใช้กันทั่วไปคือการเปรียบเทียบกับน้ำในท่อ แรงดันไฟฟ้าทำหน้าที่คล้ายแรงดันน้ำ กระแสไฟฟ้าทำหน้าที่คล้ายอัตราการไหล ส่วนความต้านทานทำหน้าที่คล้ายความแคบของท่อ แรงดันที่มากขึ้นหรือท่อที่กว้างขึ้นทำให้การไหลเพิ่มขึ้น ขณะที่ท่อที่แคบลงมากขึ้นทำให้การไหลลดลง

สูตรกฎของโอห์ม

สูตรพื้นฐานคือ:

V = I × R

อีกสองรูปแบบได้จากการจัดรูปสมการ:

I = V ÷ R

R = V ÷ I

สูตรทั้งสามอธิบายความสัมพันธ์เดียวกัน สูตรที่ควรใช้ขึ้นอยู่กับว่าค่าใดไม่ทราบ

วิธีคำนวณแรงดันไฟฟ้า

คูณกระแสไฟฟ้าด้วยความต้านทาน

V = I × R

ตัวอย่าง: วงจรหนึ่งมีกระแสไฟฟ้า 2 A และความต้านทาน 5 Ω V = 2 × 5 = 10 V

วิธีคำนวณกระแสไฟฟ้า

หารแรงดันไฟฟ้าด้วยความต้านทาน

I = V ÷ R

ตัวอย่าง: วงจรหนึ่งมีแรงดันไฟฟ้า 12 V และความต้านทาน 4 Ω I = 12 ÷ 4 = 3 A

วิธีคำนวณความต้านทาน

หารแรงดันไฟฟ้าด้วยกระแสไฟฟ้า

R = V ÷ I

ตัวอย่าง: วงจรหนึ่งมีแรงดันไฟฟ้า 9 V และกระแสไฟฟ้า 3 A R = 9 ÷ 3 = 3 Ω

ตัวอย่าง: การเลือกค่าตัวต้านทานสำหรับ LED

แบตเตอรี่ 9 V จ่ายไฟให้ LED ซึ่งต้องการกระแส 20 mA (0.02 A) และมีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า 2 V ตัวต้านทานที่ต่ออนุกรมกับ LED ต้องรับแรงดันไฟฟ้าส่วนที่เหลือ

แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน: 9 V − 2 V = 7 V

ความต้านทานที่ต้องใช้: R = 7 ÷ 0.02 = 350 Ω

เนื่องจาก 350 Ω ไม่ใช่ค่ามาตรฐานของตัวต้านทาน ผู้ประกอบวงจรจึงเลือกค่ามาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุด เช่น 330 Ω หรือ 390 Ω

วิธีใช้เครื่องคำนวณ

เครื่องคำนวณมีสามช่อง ได้แก่ แรงดันไฟฟ้า (V) กระแสไฟฟ้า (I) และความต้านทาน (R) ผู้ใช้กรอกข้อมูลสองช่องพอดีและเว้นช่องที่สามไว้ เครื่องคำนวณจะหาค่าที่ขาด ปัดเศษเป็นทศนิยมสองตำแหน่ง และแสดงสูตรที่ใช้

การกรอกข้อมูลครบทั้งสามช่องหรือกรอกน้อยกว่าสองช่องจะทำให้เกิดข้อผิดพลาด โดยระบบจะขอค่าพอดีสองค่า ระบบไม่รับตัวเลขติดลบ เนื่องจากในที่นี้ถือว่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทานมีค่าเป็นศูนย์หรือมากกว่า ข้อมูลที่ไม่ใช่ตัวเลขธรรมดา เช่น ข้อความหรือตัวเลขที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะแทนค่าได้ จะถูกปฏิเสธเช่นเดียวกัน หากค่าที่กรอกสองค่าทำให้ต้องหารด้วยศูนย์ เช่น การคำนวณกระแสไฟฟ้าโดยมีความต้านทาน 0 Ω เครื่องคำนวณจะแสดงข้อผิดพลาดแทนผลลัพธ์ที่ไม่กำหนด

ข้อจำกัดของกฎของโอห์ม

กฎของโอห์มใช้ได้กับวัสดุโอห์มมิก ได้แก่ ตัวนำ เช่น ลวดโลหะส่วนใหญ่และตัวต้านทาน ซึ่งกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า กฎนี้ไม่สามารถใช้โดยตรงกับอุปกรณ์อย่างไดโอด LED หรือทรานซิสเตอร์ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามแรงดันไฟฟ้า

กฎนี้ยังสมมติให้อุณหภูมิคงที่ เนื่องจากความต้านทานของวัสดุหลายชนิดเปลี่ยนแปลงเมื่อวัสดุร้อนขึ้น สำหรับวงจรกระแสสลับ (AC) วิศวกรใช้คำว่าอิมพีแดนซ์แทนความต้านทานเพียงอย่างเดียว เพราะตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำมีผลที่ขึ้นอยู่กับความถี่

ประวัติ

เกออร์ก ซีมอน โอห์ม (1789–1854) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เผยแพร่ความสัมพันธ์นี้ในปี 1827 หลังจากวัดการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในลวดที่มีความยาวและวัสดุต่างกัน นักวิทยาศาสตร์คนอื่นไม่เชื่อผลการค้นพบของเขาในช่วงแรก ต่อมาราชสมาคมได้ยกย่องผลงานของเขาด้วยเหรียญคอปลีย์ในปี 1841 ในปี 1881 การประชุมนานาชาติของวิศวกรไฟฟ้าได้ตั้งชื่อหน่วยความต้านทานว่าโอห์มเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา

คำถามที่พบบ่อย

กฎของโอห์มกล่าวอย่างง่าย ๆ ว่าอย่างไร?

กฎนี้ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากับกระแสไฟฟ้าคูณด้วยความต้านทาน: V = I × R การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหรือลดความต้านทานทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

สูตรกฎของโอห์มทั้งสามสูตรมีอะไรบ้าง?

V = I × R สำหรับแรงดันไฟฟ้า, I = V ÷ R สำหรับกระแสไฟฟ้า และ R = V ÷ I สำหรับความต้านทาน แต่ละสูตรเป็นการจัดรูปจากความสัมพันธ์เดียวกัน

ตัวอย่างการใช้กฎของโอห์มในชีวิตจริงคืออะไร?

การเลือกค่าตัวต้านทานจำกัดกระแสสำหรับ LED เมื่อแหล่งจ่ายมีค่า 5 V LED มีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า 2 V และกระแสเป้าหมาย 20 mA ความต้านทานที่ต้องใช้คือ (5 − 2) ÷ 0.02 = 150 Ω

กฎของโอห์มใช้ได้กับวงจรกระแสสลับหรือไม่?

ใช้ไม่ได้โดยตรง วงจรกระแสสลับใช้อิมพีแดนซ์แทนความต้านทานเพียงอย่างเดียว เนื่องจากตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำตอบสนองแตกต่างกันตามความถี่ของกระแสไฟฟ้า

กฎของโอห์มใช้ได้กับอุปกรณ์ทุกชนิดหรือไม่?

ไม่ กฎนี้ใช้ได้กับวัสดุโอห์มมิก เช่น ตัวต้านทานทั่วไปและลวดส่วนใหญ่ แต่ใช้ไม่ได้กับไดโอด LED หรือทรานซิสเตอร์ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามแรงดันไฟฟ้า

เหตุใดแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทานจึงต้องมีหน่วยต่างกัน?

เพราะปริมาณเหล่านี้ใช้วัดคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน โวลต์ใช้วัดแรงดันทางไฟฟ้า แอมแปร์ใช้วัดอัตราการไหล และโอห์มใช้วัดการต้านการไหลนั้น การใช้หน่วยปะปนกันในการคำนวณทำให้ได้คำตอบผิด แม้สูตรจะถูกต้องก็ตาม