Slide 1

ฟิสิกส์ 5 (Physics V)
บทที่ 4
ไฟฟ้ ากระแสสลับ (Alternating Current)
โดย

อ.คมศิลป์ โคตมูล


Slide 2

นักเรียนเคยเรียนเกี่ยวกับไฟฟ้ ากระแสตรงมาแล้ว
ซึ่งหมายถึง สัญญาณหรือกระแสไฟฟ้ าที่ไม่ขึน้ กับเวลา
(อาจขึน้ กับเวลาได้ แต่ไม่มีการกวัดแกว่ง)

ไฟฟ้ ากระแสสลับ หมายถึง ?


Slide 3

ไฟฟ้ ากระแสสลับ มาจากไหน ?
ไฟฟ้ ากระแสสลับ เกิดขึน้ ได้อย่างไร ?

เครื่องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลับ


Slide 4

แรงเคลื่อนไฟฟ้ าจากเครื่องกาเนิดไฟฟ้ า
• สมมติ ขดลวดมี N รอบ และ
แต่ละรอบมีพืน้ ที่ A
• ให้ขดลวดหมุนด้วยอัตราเร็ว
เชิงมุม รอบแกนที่ตงั ้ ฉากกับ 
สนามแม่เหล็ก
• ให้  คือมุมระหว่าง
สนามแม่เหล็กและเวกเตอร์
พืน้ ที่ของขดลวด
• ฟลักซ์แม่เหล็กคือ
 B  BA cos   BA cos  t

• กฎของฟาราเดย์
d B
  N
dt

  NAB

d
dt

cos  t 

 NAB  sin  t

 max  NAB 


  max sin  t
  2 f  2 / T


Slide 5

Resistors in an AC Circuit


Slide 6

ในไฟฟ้ ากระแสตรง (กระแสคงที่) เรารู้ว่า กาลังหาได้จาก
2
2
P  IV  I R  V / R

นักเรียนคิดว่ากาลังในไฟฟ้ ากระแสสลับที่เกิดขึน้
กับตัวต้านทาน หาได้จากอย่างไร ?
P ( t )  I ( t ).V ( t )

กาลังที่เหมาะสมมากว่าน่ าจะเป็ นกาลังเฉลี่ย ?
นักเรียนคิดว่ากาลังเฉลี่ย หาได้จาก ?
Pav  I av .V av

??????


Slide 7

I av

ดังนัน้

และ

Vav

มีค่าเท่ากับศูนย์ !!!!!

T

Pav 

1
T

 I ( t ).V ( t ) dt

T→คาบเวลา

0

Pav 

1
2

I max .V max

ค่าเฉลี่ย (effective value) ของกระแสและความต่างศักย์
Pav  I rm s .V rm s
I rm s  I max

2,

V rm s  V max

rms → Root mean square

2


Slide 8


Slide 9

Capacitors in an AC Circuit


Slide 10

ความต้านทานเชิงความจุ (Capacitive reactance)


Slide 11

Inductors in an AC Circuit


Slide 12

ความต้านทานเชิงเหนี่ ยวนา (Inductive reactance)


Slide 13

การต่อวงจร RLC แบบอนุกรม


Slide 14

Phasor diagram


Slide 15

Phase angle

Maximum current

ความขัด (Impedance)


Slide 16


Slide 17

กาลังในวงจร RLC แบบอนุกรม
กำลัง ณ t ใด ๆ
กาลังเฉลี่ย
Power factor

กำลังเฉลีย่ จะเกิดขึน้ ในตัว R เท่ำนัน้

cos 


Slide 18

กาลังในวงจร RLC แบบขนาน


Slide 19

IC

Imax

1
Z

IL

I max 
V
Z

1






2

IC  I L
IR

I  I L  I C 

 VL
VC
 VR 



 
XC
 R 
 XL



 1
1
1 

   
XC
R
 XL

  tan

2
R

2



ΔVmax IR

2






2

Power = ?

2

เหมือนกันกับการต่ออนุกรมหรื อไม่ ?


Slide 20

การสันพ้
่ องในวงจร RLC

Review : กำรสันพ้
่ อง (Resonance) คือ อะไร ?
กำรสันพ้
่ อง : สถำนกำรณ์กำรสันของระบบ
่
ๆ หนึ่ง
ทีม่ พี ลังงำนสะสมในระบบมำกทีส่ ดุ ควำมถีข่ องแรงที่
ทำให้เกิดสถำนกำรณ์ดงั กล่ำว เรียกว่ำ ควำมถีส่ นพ้
ั ่ อง
Pendulum

Mass and spring system

f0 

f0 

1

g

2

l

1

k

2

M


Slide 21

การสันพ้
่ องในวงจร RLC แบบอนุกรมและขนาน

นักเรียนคิดว่ำกำรเกิดในวงจรกระแสสลับ
เกิดได้อย่ำงไร ?
กำลังเฉลีย่ สูงสุด = ?
ขึน้ อยูก่ บั อะไร ?


Slide 22

การสันพ้
่ องในวงจร RLC แบบอนุกรมและขนาน
IC

IL

Imax

ΔVmax IR

1


Slide 23

แบบอนุกรม
cos  

R

1

Z 

Z

 0 L  1  0C

R  (X L  XC)
2

0  1

I max  V Z

XL  XC

2

f0 

LC

1
2

LC

And maximum I

Minimum Z

แบบขนาน
cos  

1 R

1

1 Z

0  1

I max  V Z

1
Z

LC

2



 1
1
1 


  
XC
R
 XL

f0 

Maximum Z






2

XL  XC

1
2

LC

And minimum

I


Slide 24

Ex1 : จำกรูปจงแสดงให้เห็นว่ำ ควำมสว่ำงของ
หลอดไฟจะขึน้ กับควำมถีห่ รือไม่อย่ำงไร?
Ex2 : จำกรูปจงหำ
(i) กระแสทีผ่ ำ่ นตัว R,
L และ C
(ii) กระแสไฟฟ้ำรวม
v ( t )  120 sin(  t )

R  40 
X C  24 
X L  60 


Slide 25

Ex3 : จำกรูปจงหำควำมถีท่ ท่ี ำให้วงจรกรองดังต่อไปนี้มคี ำ่
 V out /  V in  0 . 5

(1)

Ex4 : จำกรูปจงหำควำมถีส่ นพ้
ั ่ อง

(2)


Slide 26

Ex5 : จำกรูปจงหำกระแสและควำมขัด

1

2


Slide 27

Ex6 : จำกรูปจงหำกระแสยังผลที่
จ่ำยออกมำจำกแหล่งจ่ำย เมือ่
(i) ควำมถีเ่ ยอะมำก ๆ
(ii) ควำมถีน่ ้อยมำก ๆ

Ex7 : จำกรูปจงหำค่ำของ R, L และ C
ถ้ำกระแสยังผลเป็ น 183 mA เมือ่ วงจร
เปิดดังรูป กระแสยังผลเป็ น 298 mA
เมือ่ สับ S ไปที่ 1 และกระแสยังผลเป็ น
137 mA เมือ่ สับ S ไปที่ 2


Slide 28

เอกสารและสื่ออ้างอิง
1. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พืน้ ฐานและเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 3 โดย สสวท.
2. Physics for Scientists and Engineers, 6 th Ed. By Serway and Jewett
3. Open Course Wear (http://ocw.mit.edu) Lecture Online
By Prof. Walter Lewin, MIT