ข้ามไปยังเนื้อหา

ไฟฟ้า

AQA · GCSE · Physics · หัวข้อ 2

ดูสไลด์ ฝึกฝน
2.1

ไฟฟ้า: พลังงานตามความต้องการ

กดสวิตช์แล้วหลอดไฟจะสว่าง หลังเหตุการณ์ทันทีนี้คือสายโซ่ของการไหล: ประจุถูกดันด้วยแรงต่างศักย์ ผ่านสายไฟและอุปกรณ์ ถ่ายโอนพลังงานจากสถานีไฟฟ้าไปยังหลอดไฟ บทเรียนนี้ครอบคลุม AQA GCSE Physics 8463, หัวข้อ 4.2 ไฟฟ้า

เริ่มจากคำถามพื้นฐาน: เซลล์ สวิตช์ และหลอดไฟเชื่อมต่อกันเป็นวงจรอนุกรม ทำไมการเปิดสวิตช์จึงหยุดกระแสไฟฟ้าที่ต่อเนื่อง? เมื่อปิดสวิตช์ หลอดไฟจะสิ้นเปลืองประจุหรือไม่?

สวิตช์ต้องสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าให้สมบูรณ์ และเซลล์ไฟฟ้าเคมีจะสร้าง ความต่างศักย์ ในวงจรอนุกรมที่คงตัว กระแสไฟจะมีค่าเท่ากันทั้งก่อนและหลังหลอดไฟ หลอดไฟทำหน้าที่ถ่ายโอนพลังงาน แต่ประจุไฟฟ้าไม่ถูกใช้สิ้นไป การคำนวณในภายหลังจะเชื่อมโยง $Q=It$, $E=QV$, $P=VI$ และ $E=Pt$

อ้างอิงนี้ใช้สัญลักษณ์วงจรมาตรฐานและ แผ่นสูตรฟิสิกส์ เมื่อมีการจัดเตรียมสำหรับการสอบ ใช้แผ่นสูตรที่กำหนดสำหรับการสอบของคุณ ฝึกการเลือกและจัดรูปสมการแทนการสันนิษฐานว่าข้อสอบในอนาคตทุกฉบับจะมีสิ่งอำนวยความสะดวกเช่นเดียวกัน AQA ใช้คำว่า "ความต่างศักย์" ในโจทย์และยอมรับการใช้คำว่า "แรงดันไฟฟ้า" อย่างถูกต้อง ไฟฟ้าสถิตและสนามไฟฟ้าเป็นเนื้อหาเฉพาะทางฟิสิกส์เท่านั้น

2.1

แผนภาพวงจร ประจุ และกระแส

หลักสูตร

สัญลักษณ์วงจร,ประจุไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า (AQA 8463 ข้อ 4.2.1.1-4.2.1.2)

  1. วาดและตีความแผนผังวงจรโดยใช้สัญลักษณ์มาตรฐาน
  2. ระบุว่าประจุไฟฟ้าไหลได้ก็ต่อเมื่อวงจรปิดและมีแหล่งความต่างศักย์
  3. ใช้ ความหนาแน่นประจุ = กระแส × เวลา (Q = It), โดยเวลาอยู่ในหน่วยวินาที
  4. จำได้ว่ากระแสไฟฟ้าคือการไหลของประจุ และกระแสมีค่าเท่ากันทุกจุดในวงลูปปิดเดียว

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

แผนภาพวงจรใช้สัญลักษณ์มาตรฐาน จำได้ดังนี้: เซลล์ แบตเตอรี่ สวิตช์ (เปิด, ปิด), หลอดไฟ, ตัวต้านทาน, ตัวต้านทานแปรผัน, อแอมมิเตอร์, โวลต์มิเตอร์, ไดโอด, LED, เทอร์มิสเตอร์, LDR และฟิวส์ อแอมมิเตอร์ต่อ แบบอนุกรม; โวลต์มิเตอร์ต่อ แบบขนาน กับองค์ประกอบนั้น

สัญลักษณ์วงจรมาตรฐานที่ AQA กำหนด จัดเป็นตาราง
ใช้คู่แผ่นโลหะยาว/สั้นซ้ำๆ สำหรับแบตเตอรี่; ลูกศรสว่างเข้า LDR และออกจาก LED

เพื่อให้ประจุไหลได้ วงจรต้อง ปิด และมีแหล่งความต่างศักย์ กระแสไฟฟ้า คือการไหลของ ประจุ และขนาดของกระแสคืออัตราการไหล:

$$Q = It$$
  • $Q$ การไหลของประจุ เป็นคูลอมบ์, C; $I$ กระแส เป็นแอมแปร์, A; $t$ เวลา เป็น วินาที, s.
  • กระแสมีค่าเท่ากันทุกจุดในลูปอนุกรมเดียว
  • Conventional current flows from + to −; electrons flow the opposite way.

วิธีคิดตัวอย่าง: ประจุไม่ใช่กระแสไฟฟ้า

เขียนโดยครู: 4.0 C ไหลผ่านจุดหนึ่งใน 2.0 s ในวงจรอนุกรมที่เสถียร กระแสไฟฟ้าคืออัตราการไหลของประจุต่อวินาที:

$$Q=It\quad\Rightarrow\quad I=Q/t$$
$$I=Q/t=4.0\ \mathrm{C}/(2.0\ \mathrm{s})=2.0\ \mathrm{A}$$

หนึ่งแอมแปร์หมายถึงหนึ่งคูลอมบ์ต่อวินาที มีประจุ 4.0 C ไหลผ่านจุดอื่นของวงจรรอบนั้นในเวลา 2.0 s เดียวกัน หากประจุเดียวกันใช้เวลา 4.0 s แทน:

$$I=Q/t=4.0\ \mathrm{C}/(4.0\ \mathrm{s})=1.0\ \mathrm{A}$$

การเพิ่มเวลาเป็นสองเท่าสำหรับปริมาณประจุเท่าเดิมจะทำให้กระแสไฟฟ้าลดลงครึ่งหนึ่ง

ฝึกฝนการไหลของประจุ: ลองทำก่อนดูเฉลย

เขียนโดยครู: ชาร์จเจอร์จ่ายกระแสคงที่ 0.90 A เป็นเวลา 25 นาที จงหาปริมาณประจุเป็นคูลอมบ์ แล้วทำนายผลของการเพิ่มเวลาเป็นสองเท่าโดยรักษากระแสไฟฟ้าไว้เท่าเดิม

ตรวจสอบ: ใช้หน่วยวินาที เพราะแอมแปร์วัดคูลอมบ์ต่อวินาที

$$t=25\ \mathrm{min}\times60\ \mathrm{s/min}=1500\ \mathrm{s}$$
$$Q=It$$
$$Q=It=0.90\ \mathrm{A}\times1500\ \mathrm{s}=1350\ \mathrm{C}$$
$$Q=It=0.90\ \mathrm{A}\times3000\ \mathrm{s}=2700\ \mathrm{C}$$

เวลาเป็นสองเท่าให้ปริมาณประจุเป็นสองเท่า ที่ระดับกระแสไฟฟ้าเท่าเดิม

การคำนวณจริงในข้อสอบ: หากระแสจากการไหลของประจุ

AQA GCSE Physics June 2024 Paper 1H Q10.3 gives a fuse wire melting when 2.0 C flows in 400 ms. Calculate current before checking.

Check: known charge and time mean use $Q=It$, rearranged for current.

$$\begin{aligned} t&=400\ \mathrm{ms}\times0.001\ \mathrm{s/ms}=0.400\ \mathrm{s}\\ Q&=It\quad\Rightarrow\quad I=Q/t\\ I&=Q/t=2.0\ \mathrm{C}/(0.400\ \mathrm{s})=5.0\ \mathrm{A} \end{aligned}$$

This agrees with the official scheme. Teacher extension: treating 400 ms as 400 s would make the denominator 1000 times too large and current 1000 times too small. Check the time unit before substituting.

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
circuit symbols/ˈsɜːkɪt ˈsɪmblz/ สัญลักษณ์วงจรไฟฟ้า
charge/tʃɑːdʒ/ ประจุไฟฟ้า
LDR/ˌel diː ˈɑː/ ตัวต้านทานแสง (LDR)
2.2

กระแส ความต้านทาน และความต่างศักย์

หลักสูตร

กระแส, ความต้านทาน และความต่างศักย์ (AQA 8463 ข้อ 4.2.1.3)

  1. ระบุว่ากระแสผ่านส่วนประกอบขึ้นอยู่กับความต้านทานและความต่างศักย์ข้ามมัน
  2. ใช้ ความต่างศักย์ = กระแส × ความต้านทาน (V = IR) ในทุกทิศทาง
  3. จำได้ว่ายิ่งความต้านทานมาก กระแสยิ่งน้อยสำหรับความต่างศักย์ที่กำหนด
  4. การปฏิบัติที่จำเป็น 3: ตรวจสอบว่าความต้านทานของลวดขึ้นกับความยาวอย่างไร ที่อุณหภูมิคงที่ รวมถึงการจัดวางมิเตอร์, R = V/I, กราฟแปรผัน, ความคลาดเคลื่อนศูนย์ และการรักษาให้ลวดเย็นอยู่

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

The current through a component depends on both the potential difference across it and its resistance:

$$V = IR$$
  • $V$ ความต่างศักย์ เป็นโวลต์, V; $I$ กระแส เป็นแอมแปร์, A; $R$ ความต้านทาน เป็นโอห์ม, Ω.
  • ยิ่งความต้านทานมาก กระแสจะยิ่งน้อยลงสำหรับความต่างศักย์ที่กำหนดหนึ่ง

ตัวอย่างวิธีทำ ความต่างศักย์ 0.45 V ขับเคลื่อนกระแส 0.0075 A ผ่านเหรียญ จงหาความต้านทานของเหรียญ

  • Known: $V$ and $I$; rearrange before substituting.
    $$R = \frac{V}{I} = \frac{0.45\ \text{V}}{0.0075\ \text{A}} = 60\ \Omega$$

Required practical 3: resistance of a wire and resistor combinations

ยึดลวดต้านทาน (นิครอมหรือคอนสแทนแทน) ตามไม้บรรทัดเมตร วัดความยาวที่เลือกไว้ระหว่างจุดสัมผัสจริงของคลิปตายตัวและคลิปเคลื่อนที่ได้ ใช้แอมมิเตอร์ต่ออนุกรมกับความยาวนั้น และใช้โวลต์มิเตอร์ต่อแบบขนานกับสองจุดสัมผัสนี้

เซลล์ สวิตช์ และแอมมิเตอร์สร้างวงจรลูปหนึ่งผ่านลวดที่เลือกไว้; โวลต์มิเตอร์ต่อข้ามคลิปทั้งสอง และไม้บรรทัดเมตรใช้วัดระยะห่างระหว่างคลิป
A และ V วัดค่าสำหรับลวดที่เลือกไว้ระหว่างคลิปทั้งสอง

ใช้แรงดันต่ำและปิดสวิตช์ระหว่างอ่านค่าเพื่อจำกัดการเกิดความร้อน เปลี่ยนเฉพาะความยาว: รักษาสัมประสิทธิ์ความต้านทาน พื้นที่หน้าตัด และอุณหภูมิของลวดให้คงที่ สำหรับแต่ละความยาว จดบันทึกแรงดันและกระแสที่วัดได้ แล้วคำนวณ $R = V/I$ ทำซ้ำการอ่านค่าและตรวจสอบผลลัพธ์ที่ไม่สอดคล้องกัน

เช่น ตัวอย่าง ข้อมูลในอุดมคติที่เขียนโดยครู นี้แสดงการคำนวณ; ไม่ใช่ผลการทดลองจริง:

ความยาว / ซม. แรงดันไฟฟ้า / V กระแสไฟฟ้า / A ความต้านทาน / Ω
20 0.60 0.30 2.0
40 0.80 0.20 4.0
60 0.90 0.15 6.0

At constant temperature, for the same material and cross-sectional area, resistance is directly proportional to wire length. Plot calculated resistance against length; a straight line through the origin supports this relationship. The measured potential difference need not be identical at each length, so calculate each resistance from its own paired readings.

ค่าตัดแกนที่ไม่เป็นศูนย์ต้องได้รับการตรวจสอบ ตรวจสอบว่าวัดความยาวระหว่างจุดสัมผัสหรือไม่ ความต้านทานของการสัมผัสและสายไฟสามารถส่งผลต่อผลลัพธ์ได้ ห้ามบังคับให้กราฟผ่านจุดกำเนิดหรือลบค่าตัดแกนทุกค่าออกในฐานะ ความผิดพลาดศูนย์ โดยไม่ระบุสาเหตุ

In the second part of this practical, connect two equal resistors in series, then in parallel. With the ammeter measuring total current and the voltmeter across the whole combination, measure total potential difference and current and calculate total resistance. Compare with one resistor: series has greater total resistance; parallel has smaller total resistance. For two identical 10 Ω resistors, ideal totals are 20 Ω in series and 5 Ω in parallel. The parallel result can be explained from the doubled total current at the same potential difference, without needing a reciprocal-resistance formula.

สำรวจ

One operating point: voltage, current and resistance

$I=\frac{V}{R};\quad P=VI$

At the worked operating point, 6 V across 20 ohms produces 0.30 A and 1.8 W.

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
Physics Equations Sheet/ˈfɪzɪks ɪˈkweɪʒnz ʃiːt/ ตารางสูตรฟิสิกส์
potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ ความต่างศักย์
in series/ɪn ˈsɪəriːz/ แบบต่ออนุกรม
in parallel/ɪn ˈpærəlel/ แบบต่อขนาน
Electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ กระแสไฟฟ้า
resistance/rɪˈzɪstəns/ ความต้านทาน
Ohmic conductor/ˈəʊmɪk kənˈdʌktə/ ตัวนำตามกฎของโอห์ม
Filament lamp/ˈfɪləmənt læmp/ หลอดไฟAssigned
direct/daɪˈrekt/ กระแสตรง
2.3

ตัวต้านทานและลักษณะ I–V

หลักสูตร

ตัวต้านทานและลักษณะ I-V (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.1.4)

  1. อธิบายว่าสำหรับตัวต้านทานบางชนิดความต้านทานจะคงที่ ในขณะที่อีกบางชนิดจะเปลี่ยนไปตามกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน
  2. อธิบายกราฟ I-V ของตัวนำโอห์มที่อุณหภูมิคงที่ หลอดไฟ filament และไดโอด
  3. Explain the filament lamp graph: current heats the filament, resistance increases.
  4. ระบุว่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และยกตัวอย่างการใช้งานในเครื่องควบคุมอุณหภูมิ
  5. ระบุว่าความต้านทานของ LDR ลดลงเมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น และยกตัวอย่างการใช้งานในการเปิดไฟอัตโนมัติ
  6. การปฏิบัติที่จำเป็น 4: ตรวจสอบลักษณะ I-V ขององค์ประกอบวงจร รวมถึงการปรับแรงดันไฟฟ้า, การกลับขั้วแหล่งจ่ายไฟ และการป้องกันไดโอด

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

การปฏิบัติที่จำเป็น 4 วัดกระแสผ่านตัวต้านทาน หลอดไส้ และไดโอดที่แรงดันไฟฟ้าต่าง ๆ ที่วัดได้Across each component. Connect an ammeter in series and a voltmeter in parallel with the component. Vary the pd using a variable dc supply, or a variable resistor in series. Start at zero and stay within component ratings. Record paired readings across a suitable range; repeat and investigate inconsistent readings. Switch off before reversing the supply connections to obtain negative values, using meters that can read the reversed polarity. Plot current vertically against potential difference horizontally.

แหล่งจ่ายไฟ DC ปรับได้และแอมมิเตอร์สร้างวงจรลูปอนุกรมกับหลอดไส้; โวลต์มิเตอร์ต่อข้ามหลอดไส้เท่านั้น
A และ V วัดกระแสผ่านและแรงดันไฟฟ้า Across the lamp.

สำหรับการตรวจสอบหลอดไส้ใน AQA มิถุนายน 2023 8463/1H Q06.1, Figure 6 ครอบคลุม −6 V ถึง +6 V พร้อมการอ่านค่าที่ 1 V ช่วง Collect positive values, then reverse the supply to obtain the negative values; these settings belong to that lamp investigation, rather than every possible component.

สำหรับไดโอด ให้ใช้ตัวต้านทานป้องกันที่เหมาะสมต่ออนุกรมเพื่อจำกัดกระแส และใช้มิลลิแอมมิเตอร์วัดกระแสขนาดเล็ก The protective resistor, not the milliammeter, protects the diode. Measure pd across the diode alone, excluding the protective resistor. Keep the ohmic resistor near constant temperature; the lamp's changing filament temperature is part of the effect being investigated.

สามแผนภาพกราฟ I–V: ตัวนำโอห์ม (ตัวต้านทานคงที่) ที่อุณหภูมิคงที่, หลอดไส้ whose current rises less steeply at larger voltage magnitudes, and a diode with negligible reverse current.
รูปร่างเชิงคุณภาพ ไม่ใช่กราฟวัดผลทางตัวเลข กระแสไฟฟ้าคือแกนนอนในทั้งสามแผนภาพ
  • ตัวนำโอห์ม (ตัวต้านทานคงที่ที่อุณหภูมิคงที่): กระแสแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้า; ความต้านทานคงที่ เส้นตรงผ่านจุดกำเนิด
  • หลอดไฟ: ความต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของไส้หลอดสูงขึ้น กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นไม่เท่าสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นกราฟ I–V จึงแบนราบลงห่างจากจุดกำเนิดในทั้งสองทิศทาง
  • Diode: conducts in the forward direction; reverse current is negligible in this model, so reverse resistance is very high. Do not assume every diode has exactly the same forward voltage.

ที่จุดทำงานที่กำหนด ให้คำนวณความต้านทานโดยใช้ $R=V/I$ บนกราฟกระแสต่อแรงดันไฟฟ้า ความต้านทานไม่ใช่ค่าความชัน สำหรับเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ความชันคือ $I/V=1/R$; สำหรับกราฟลักษณะโค้ง ให้ใช้พิกัดของจุดที่กำหนดไว้ แทนการใช้ค่าความชันของเส้นสัมผัส

ตัวอย่างวิธีทำ ปรับจาก AQA มิถุนายน 2023 8463/1H Q06.2. ที่ +3.0 V กราฟหลอดทางการให้ค่าประมาณ 0.16 A:

$$R = \frac{V}{I} = \frac{3.0\ \text{V}}{0.16\ \text{A}} = 18.75\ \Omega \approx 19\ \Omega$$

ที่ 6.0 V เอกสารเดียวกันให้ค่า 0.21 A (Q06.3) ในฐานะการขยายความรู้สำหรับครู ให้เปรียบเทียบความต้านทาน:

$$R = \frac{V}{I} = \frac{6.0\ \text{V}}{0.21\ \text{A}} \approx 29\ \Omega$$

ความต้านทานที่สูงกว่าสอดคล้องกับไส้หลอดที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น: การสั่นสะเทือนของโครงผลึกเพิ่มขึ้นทำให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนยากขึ้น กระแสไฟฟ้ายังคงเพิ่มขึ้น แต่เพิ่มในสัดส่วนที่น้อยกว่าแรงดันไฟฟ้า

  • เทอร์มิสเตอร์: ในชนิดที่ใช้ในที่นี้ ความต้านทานจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น — ใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในเครื่องควบคุมอุณหภูมิ
  • LDR: ความต้านทานจะลดลงเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้น — ใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแสงในวงจรไฟอัตโนมัติ
ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น; ความต้านทานของ LDR ลดลงเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้น.
นี่คือกราฟแสดงความต้านทานเทียบกับสภาพแวดล้อม ไม่ใช่กราฟลักษณะ I–V

เซ็นเซอร์ไม่ได้กำหนดเวลาเปิดอุปกรณ์โดยตัวเอง ตัวอย่างเช่น ตัวควบคุมที่ตั้งไว้เพื่อเปิดหลอดไฟเมื่อความต้านทาน LDR สูง จะเปิดไฟในที่มืด ระบบควบคุมการเย็นสามารถตั้งค่าให้เปิดเมื่อความต้านทานเทอร์มิสเตอร์ลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ระบุกฎของตัวควบคุมที่กำหนดให้และติดตามการเปลี่ยนแปลงผ่านระบบนั้น สำหรับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซ็นเซอร์เท่ากันเท่านั้น ความต้านทานที่ลดลงจึงบ่งชี้ถึงกระแสที่เพิ่มขึ้นตาม $I=V/R$; แหล่งจ่ายไฟคงที่ไม่รับประกันว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซ็นเซอร์จะคงที่ในวงจรอนุกรม

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
Diode/ˈdaɪəʊd/ ไดโอด
2.4

วงจรอนุกรมและวงจรขนาน

หลักสูตร

วงจรอนุกรมและขนาน (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.2)

  1. สำหรับส่วนประกอบแบบอนุกรม: ระบุว่ากระแสไฟฟ้าเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายแบ่งกัน และความต้านทานรวมคือผลบวกของความต้านทานแต่ละตัว
  2. สำหรับส่วนประกอบแบบขนาน: ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน Across Each ตัว ความรวมของกระแสคือผลบวกของกระแสในแต่ละสาขา และความต้านทานรวมของตัวต้านทานสองตัวมีค่าน้อยกว่าความต้านทานรายตัวที่มีค่าน้อยที่สุด
  3. อธิบายโดยคร่าวๆ ว่าทำไมการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมจึงเพิ่มความต้านทานรวม แต่การต่อแบบขนานจะลดความต้านทานรวม
  4. คำนวณกระแส, แรงดันไฟฟ้า และความต้านทาน ในวงจร DC แบบอนุกรม โดยใช้ความต้านทานเทียบเท่า

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

ในวงจรอนุรม์ ส่วนประกอบจะแบ่งปันวงลูปเดียวที่ไม่มีการแยกสาขา ในวงจรขนาน ส่วนประกอบจะเชื่อมต่อกันบนเส้นทางแยกต่างหากระหว่างจุดเชื่อมต่อเดียวกันสองจุด ให้ติดตามเส้นทางเหล่านี้ในแผนภาพก่อนใช้กฎกระแสและแรงดันไฟฟ้า

หลอดไฟสองดวงเดียวกันและเซลล์แบตเตอรี่วาดเป็นวงจรอนุกรมและวงจรขนาน พร้อมตำแหน่งของแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์.
ส่วนประกอบเหมือนกัน กฎแตกต่างกันมาก

สำหรับส่วนประกอบใน วงจรอนุกรม:

  • กระแสไฟฟ้าเท่ากันในแต่ละส่วนประกอบ;
  • แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายถูก แบ่ง ระหว่างส่วนประกอบ;
  • ความต้านทานรวมคือ ผลบวก: $R_{total} = R_1 + R_2$.

สำหรับส่วนประกอบใน วงจรขนาน:

  • แรงต่างศักย์ระหว่างแต่ละส่วนประกอบมีค่า เท่ากัน;
  • กระแสไฟรวมคือ ผลรวม ของกระแสในสายสาขา;
  • ความต้านทานรวมของตัวต้านทานสองตัวมีค่าน้อยกว่าความต้านทาน ที่น้อยที่สุด ของตัวใดตัวหนึ่ง

คุณต้องอธิบายทั้งสองทิศทาง: การต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมเพิ่มการต้านทานเพิ่มเติมในเส้นทางนำไฟฟ้าที่ไม่แยกแขนทางเดียว ทำให้ความต้านทานรวมเพิ่มขึ้น; แบบขนานแต่ละตัวต้านทานเปิดเส้นทางใหม่สำหรับประจุ ทำให้กระแสไหลมากขึ้นสำหรับต่างศักย์เท่าเดิม และความต้านทานรวมลดลง

คุณ ไม่จำเป็นต้อง คำนวณความต้านทานรวมของตัวต้านทานสองตัวแบบขนาน — เพียงแค่เปรียบเทียบและอธิบายเท่านั้น

ตัวอย่างวิธีทำ แบตเตอรี่ 6.0 V ขับเคลื่อนหลอดไฟแบบอนุกรมกับตัวต้านทานแปรผันที่ปรับไว้ที่ 6.0 Ω หลอดไฟมีความต้านทาน 12 Ω ที่จุดทำงานนี้

  • Known: supply pd and both resistances at this operating point. Keep the unrounded current when finding the voltage shares.
$$\begin{aligned} R_{total} &= R_{lamp}+R_{resistor}=12+6.0=18\ \Omega\\ I &= \frac{V}{R_{total}}=\frac{6.0}{18}=\frac{1}{3}\ \text{A}\approx0.33\ \text{A}\\ V_{lamp} &= IR_{lamp}=\frac{6.0}{18}\times12=4.0\ \text{V}\\ V_{resistor} &= IR_{resistor}=\frac{6.0}{18}\times6.0=2.0\ \text{V} \end{aligned}$$

ส่วนแบ่งเหล่านี้รวมกันได้ 6.0 V ส่วนแบ่งเท่ากันเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อความต้านทานเท่ากันที่จุดทำงานเท่านั้น ส่วนประกอบแบบอนุกรมไม่จำเป็นต้องแบ่งแรงดันเท่ากันเสมอไป

Teacher-written comparison with fixed resistors. Two 8.0 Ω resistors are connected to an ideal 12 V supply. In series, $R_{total}=R_1+R_2=16\ \Omega$ and $I=V/R_{total}=0.75\ \text{A}$; each resistor has $V=IR=6.0\ \text{V}$. In parallel, each branch has 12 V, so each branch current is $I=V/R=1.5\ \text{A}$ and $I_{total}=I_1+I_2=3.0\ \text{A}$. Adding another parallel resistor gives another current path and increases total current at the same supply pd. No reciprocal-resistance formula is needed here.

สำหรับแขนขนานอิสระบนแหล่งจ่ายต่างศักย์คงที่ที่สมบูรณ์แบบ การเปิดแขนหนึ่งจะหยุดกระแสในแขนนั้น; แขนที่เหลือยังคงมีต่างศักย์เท่าเดิม การเปิดเส้นทางแบบอนุกรมเพียงเส้นเดียวจะหยุดกระแสผ่านองค์ประกอบทั้งสอง หากต่างศักย์แหล่งจ่ายเปลี่ยนแปลงภายใต้โหลด อย่าสันนิษฐานว่ากระแสในแขนอื่นไม่เปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างวิธีทำแบบบูรณาการ, ปรับจาก AQA มิถุนายน 2024 8463/1H Q05.5 ที่อุณหภูมิ 20 °C กราฟเทอร์มิสเตอร์ของโจทย์ให้ค่าประมาณ 80 Ω เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวต้านทาน 400 Ω ผ่านแหล่งจ่าย 12 V หาต่างศักย์ข้ามเทอร์มิสเตอร์

$$R_{total} = R_{fixed} + R_{thermistor} = 400 + 80 = 480\ \Omega$$
$$I = \frac{V_{supply}}{R_{total}} = \frac{12}{480} = 0.025\ \text{A}$$
$$V_{thermistor} = IR_{thermistor} = 0.025\times80 = 2.0\ \text{V}$$

The fixed resistor has the remaining 10 V. This example uses the graph reading supplied above; the complete exam question also requires reading that resistance from the graph. A fixed supply pd does not make the thermistor pd equal to the supply pd.

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
Thermistor/ˈθɜːmɪstə/ เทอร์มิสเตอร์
2.5

การใช้ในชีวิตประจำวันและความปลอดภัย

หลักสูตร

การใช้งานในบ้านและความปลอดภัย (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.3)

  1. ระบุว่าไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแหล่งจ่าย AC มีความถี่ 50 Hz และแรงดันไฟฟ้าประมาณ 230 V ในสหราชอาณาจักร
  2. อธิบายความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ
  3. ระบุสายไฟ Live, Neutral และ Earth ตามสีฉนวน และระบุหน้าที่ของแต่ละสาย
  4. อธิบายว่าทำไมสายไฟ Live อาจเป็นอันตรายได้แม้ว่าสวิตช์ในวงจร mains จะเปิดอยู่
  5. อธิบายอันตรายของการเชื่อมต่อใดๆ ระหว่างสายไฟ Live กับสายดิน

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

The UK mains supply is alternating (ac): the potential difference repeatedly changes polarity. Its frequency is 50 Hz, meaning 50 complete cycles per second, and its quoted potential difference is about 230 V. Batteries provide direct (dc) potential difference with one polarity. A dc potential difference need not be perfectly constant in magnitude; its direction does not reverse.

กราฟต่างศักย์ตามเวลาเชิงคุณภาพ: 50 Hz ac เปลี่ยนขั้ว; ตัวอย่างแบตเตอรี่คงค่าบวก
มาตราส่วนความต่างศักย์เชิงคุณภาพ: กราฟไม่ได้แสดง 230 V เป็นจุดสูงสุด หนึ่งรอบ 50 Hz ใช้เวลา 20 มิลลิวินาที

การจำย้อนกลับจากการสอบจริง: AQA มิถุนายน 2024 8463/1H Q05.1 ถามถึงความถี่และต่างศักย์แหล่งจ่ายไฟฟ้าหลักของสหราชอาณาจักร: 50 Hz และ 230 V ตามลำดับ ห้าสิบรอบต่อวินาทีไม่หมายถึงการเปลี่ยนทิศทางเพียงห้าสิบครั้งต่อวินาที: รอบไซน์ประกอบด้วยครึ่งรอบบวกและครึ่งรอบลบ

หน้าตัดสายเคเบิลสามแกนพร้อมลูกศรชี้จากสีน้ำตาล/เฟส ไปยังแกนล่างซ้าย, สีน้ำเงิน/ศูนย์ ไปยังแกนล่างขวา, และสีเขียว-เหลือง/กราวด์ ไปยังแกนบน
สีฉนวนถูกตั้งชื่อโดยลูกศรชี้
สาย สีฉนวน หน้าที่ปกติและต่างศักย์
เฟส (live) สีน้ำตาล จัดให้มีต่างศักย์สลับ; ประมาณ 230 V เทียบกับกราวด์
ศูนย์ (neutral) สีน้ำเงิน เสร็จวงจรปกติ; อยู่ที่หรือใกล้ระดับกราวด์, ประมาณ 0 V
earth green and yellow stripes Protective connection to an exposed metal case; near 0 V in the normal model, carrying no normal load current.

ศูนย์และกราวด์มีหน้าที่ต่างกันแม้ว่าโดยปกติจะอยู่ใกล้ระดับกราวด์ ศูนย์นำกระแสโหลดปกติ; กราวด์ป้องกันเปิดเส้นทางกระแสความผิดปกติ

ทำไมสวิตช์เปิดจึงไม่ทำให้สายเฟสทั้งหมดปลอดภัย

สวิตช์เปิดจะตัดทางเดินกระแสไฟจากแหล่งจ่ายไปยังโคมไฟ; จุด A อยู่ด้านแหล่งจ่าย และจุด B อยู่ด้านโหลด
สวิตช์เปิดที่มีป้ายระบุจุดด้านแหล่งจ่ายและด้านโหลด

The open switch stops the lamp current in this ideal circuit. Point A remains connected to the live supply, at about 230 V relative to earth. A person making a conducting connection from that live point to earth can receive an electric shock. Do not infer from an unlit appliance that every part of the circuit is isolated. This does not mean that point B after a correctly wired open live switch must also remain live.

The danger depends on the current through the body, its path and duration. A human body is not a zero-resistance wire, but a current much smaller than a typical appliance fuse rating can still cause severe injury. An appliance fuse does not guarantee protection against touching live wiring.

การป้องกันด้วยสายดินและฟิวส์เมื่อเกิดข้อผิดพลาดในเคสโลหะ

For the classroom fault model, suppose the live wire touches an exposed metal case that has a sound protective-earth connection. The earth conductor supplies a low-resistance fault path; the resulting large current heats and melts a suitably rated fuse in the live wire, breaking the live supply. Without that earth connection, a case can become live without enough current to operate the fuse. A fuse's protection against excessive current is different from a claim that every possible shock current will blow it.

ประเมินข้อผิดพลาดของการขาดสายกลาง (Broken Neutral)

Teacher-written ideal model: a lamp is connected to a single-phase live and neutral supply. The neutral connection breaks between the lamp and the supply. The downstream neutral terminal remains connected to live through the lamp; there is no other return path. No normal load current flows, but that downstream terminal can be at live potential.

Condition Live-to-earth pd Load-side neutral-to-earth pd Pd across lamp
ปกติ ประมาณ 230 V ประมาณ 0 V ประมาณ 230 V
สายกลางขาด ประมาณ 230 V ประมาณ 230 V ประมาณ 0 V

This ideal model explains an unlit lamp with a dangerous downstream terminal. Both lamp terminals are at approximately the same potential, so the lamp pd is near zero; either can still have a large pd relative to earth. It is inconsistent to assign 230 V both across this unlit ideal lamp and from each of its terminals to earth in the stated single-phase model.

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
alternating/ˈɔːltəneɪtɪŋ/ กระแสสลับ
2.6

การถ่ายโอนพลังงาน: กำลังไฟและอุปกรณ์ไฟฟ้า

หลักสูตร

กำลังไฟและการถ่ายโอนพลังงานในอุปกรณ์ (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.4.1-4.2.4.2)

  1. ใช้กำลังไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้า × กระแสไฟฟ้า (P = VI) และ กำลังไฟฟ้า = กระแสไฟฟ้ายกกำลังสอง × ความต้านทาน (P = I^2 R)
  2. อธิบายความสัมพันธ์ของการถ่ายโอนกำลังไฟฟ้าในอุปกรณ์กับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมอุปกรณ์ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน และพลังงานที่ถูกถ่ายโอนตามเวลา
  3. ใช้พลังงานที่ถูกถ่ายโอน = กำลังไฟฟ้า × เวลา (E = Pt) และ พลังงานที่ถูกถ่ายโอน = การไหลของประจุ × แรงดันไฟฟ้า (E = QV) โดยวัดเวลาเป็นวินาที
  4. อธิบายว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านถ่ายโอนพลังงานไปเป็นพลังงานจลน์ ความร้อน หรือแสงอย่างไร และเชื่อมโยงค่ากำลังไฟฟ้าที่กำหนดไว้กับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานสะสมขณะใช้งาน

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

Electrical appliances transfer energy from batteries or the mains. A motor transfers energy mechanically to moving objects; a heater transfers energy to the thermal store of its surroundings. Power is the rate of energy transfer: 1 W means 1 J each second. A rating states this rate at the specified working potential difference; it is not the total energy used.

ปริมาณที่ทราบ สมการ เป้าหมาย
แรงดันและกระแส $P=VI$ กำลังไฟฟ้าเป็น W
กระแสและความต้านทาน $P=I^2R$ กำลังไฟฟ้าความต้านทานเป็น W
กำลังและเวลา $E=Pt$ พลังงานเป็น J
ประจุและแรงดัน $E=QV$ พลังงานเป็น J

ใช้วินาทีร่วมกับวัตต์เพื่อให้ได้จูล ใช้แอมแปร์ โวลต์ โอห์ม และคูลอมบ์ร่วมกับสมการเหล่านี้ สำหรับโมเดลความต้านทาน การแทนค่า $V=IR$ ลงใน $P=VI$ จะได้ $P=(IR)I=I^2R$ หากไม่ทราบกระแส ให้จัดรูป $I^2=P/R$ แล้วรากที่สอง: $I=\sqrt{P/R}$ ไม่ใช่ $P/R$

ตัวอย่างวิธีทำ — AQA Month มิถุนายน 2023 8463/1H Q06.3 หลอดไฟไหลผ่าน 0.21 A ที่ 6.0 V เป็นเวลา 30 นาที คำนวณพลังงานที่ถ่ายโอน กระแสและ pd ให้กำลัง; กำลังและเวลาให้พลังงาน

แปลงหน่วยเวลา: $30\ \text{min}=30\times60\ \text{s}=1800\ \text{s}$.

$$\begin{aligned} P&=VI=6.0\ \text{V}\times0.21\ \text{A}=1.26\ \text{W}\\ E&=Pt=1.26\ \text{W}\times1800\ \text{s}=2268\ \text{J}\approx2300\ \text{J} \end{aligned}$$

เส้นทางทางเลือกโดยใช้ประจุ กระแสและเวลาที่เท่ากันให้ค่าประจุ; ทุกคูลอมบ์จะถ่ายโอน 6.0 J ผ่านโคมไฟ

$$\begin{aligned} Q&=It=0.21\ \text{A}\times1800\ \text{s}=378\ \text{C}\\ E&=QV=378\ \text{C}\times6.0\ \text{V}=2268\ \text{J} \end{aligned}$$

ทั้งสองเส้นทางสอดคล้องกันและยอมรับในแผนการตอบทางการ เก็บค่ากลางไว้จนกว่าจะได้คำตอบสุดท้าย; เขียน J สำหรับพลังงาน ไม่ใช่ W

ตัวอย่างวิธีทำ — AQA มิถุนายน 2025 8463/1H Q09.2 ข้อสอบกำหนดกำลังของปั๊ม-มอเตอร์ 4.86 W และความต้านทาน 6.0 Ω และถามถึงการไหลของประจุใน 30 นาที ใช้โมเดล $P=I^2R$ ที่ข้อสอบกำหนด; นี่ไม่ใช่ข้อความทั่วไปที่ระบุว่าอินพุตไฟฟ้าทั้งหมดของมอเตอร์ที่กำลังทำงานจริงเป็นความร้อนความต้านทาน กำลังและความต้านทานให้กระแส; กระแสและเวลาให้ประจุ

$$\begin{aligned} I^2&=\frac{P}{R}=\frac{4.86\ \text{W}}{6.0\ \Omega}=0.81\ \text{A}^2\\ I&=\sqrt{\frac{P}{R}}=\sqrt{\frac{4.86\ \text{W}}{6.0\ \Omega}}=0.90\ \text{A}\\ Q&=It=0.90\ \text{A}\times1800\ \text{s}=1620\ \text{C} \end{aligned}$$

เปรียบเทียบกำลังที่กำหนด — เขียนโดยครู อุปกรณ์สองชนิดถ่ายโอนพลังงานอินพุต 120 kJ เท่ากันที่กำลังคงที่ 1.0 kW และ 2.0 kW แปลง 120 kJ เป็น 120 000 J และ kW เป็น W ก่อนใช้ $t=E/P$

พลังงานอินพุตเทียบกับเวลาสำหรับอุปกรณ์ 1.0 kW และ 2.0 kW: ถ่ายโอน 120 kJ เท่ากันใน 120 s และ 60 s
เส้นที่ชันกว่าถ่ายโอนพลังงานได้เร็วขึ้น จุดสิ้นสุดแสดงถึงพลังงานเท่ากัน แต่ใช้เวลาต่างกัน
$$\begin{aligned} t_{1}&=\frac{E}{P_1}=\frac{120\,000\ \text{J}}{1000\ \text{W}}=120\ \text{s}\\ t_{2}&=\frac{E}{P_2}=\frac{120\,000\ \text{J}}{2000\ \text{W}}=60\ \text{s} \end{aligned}$$

ที่เวลาทำงานเท่ากัน อุปกรณ์ 2.0 kW จะถ่ายโอนพลังงานเป็นสองเท่า สำหรับพลังงานอินพุตเท่ากันที่กำหนด จะใช้เวลาครึ่งหนึ่ง การมีกำลังกำหนดสูงเพียงอย่างเดียวไม่พิสูจน์การใช้พลังงานรวมหรือต้นทุนรวมต่องาน: ระยะเวลาและ (สำหรับการใช้งานที่เป็นประโยชน์) ประสิทธิภาพมีความสำคัญ สำหรับวัสดุและปริมาณน้ำเท่ากัน กำลังทำความร้อนที่เป็นประโยชน์ที่สูงกว่าจะเพิ่มอุณหภูมิได้เร็วกว่าเมื่อการสูญเสียเทียบเคียงกันได้

2.7

ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติ

หลักสูตร

ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติ (AQA 8463 ข้อความ 4.2.4.3)

  1. อธิบายระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติว่าเป็นระบบสายเคเบิลและหม้อแปลงที่เชื่อมระหว่างสถานีผลิตไฟฟ้ากับผู้บริโภค
  2. ระบุว่าการเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่งจ่าย และการลดระดับแรงดันไฟฟ้าจะลดแรงดันไฟฟ้าสำหรับใช้ในบ้าน
  3. อธิบายเหตุผลที่ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการถ่ายโอนพลังงาน โดยใช้ P = VI และกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียในสายเคเบิล P = I^2 R

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติ ส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังผู้ใช้ผ่านสายเคเบิลและหม้อแปลง

เส้นทางระดับระบบ: โรงไฟฟ้า, หม้อแปลงยกแรงดัน, สายส่งไฟฟ้า, หม้อแปลงลดแรงดัน, ผู้ใช้
ลูกศรแสดงเส้นทางถ่ายโอนพลังงานของระบบ ไม่ใช่สายวงจรแต่ละเส้น

หม้อแปลงยกแรงดัน เพิ่มแรงต่างศักย์ก่อนการส่งผ่าน สำหรับกำลังเข้าสายเท่ากัน แรงต่างศักย์ที่จุดส่งสูงขึ้นทำให้กระแสเล็กลง: $I=P_{\text{in}}/V$ ด้วยความต้านทานสายเคเบิลเท่ากัน ความร้อนสูญเสีย $P_{\text{loss}}=I^2R$ มีค่าน้อยลง พลังงานอินพุตส่วนมากถึงผู้ใช้ ดังนั้นประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น การสูญเสียลดลงแต่ไม่หายไป

A step-down transformer lowers the transmission pd for consumers; UK domestic appliances use about 230 V. This is a lower and more suitable value than transmission pd; it can still cause a dangerous electric shock. Transformer construction and operation are taught in topic 4.7; this section explains their system-level roles.

คำอธิบายข้อสอบจริง — AQA มิถุนายน 2022 8463/1H Q06.1–06.2 ใบข้อสอบวางหม้อแปลง X ไว้ก่อนสายส่งไฟฟ้าเหนือพื้นดินและ Y ไว้ก่อนผู้ใช้ X เพิ่มแรงต่างศักย์ ลดกระแส ลดการถ่ายโอนความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมและเพิ่มประสิทธิภาพการส่งผ่าน Y ลดแรงต่างศักย์ให้เป็นค่าที่ปลอดภัยสำหรับผู้ใช้ อย่าแทนที่คำอธิบาย X ด้วยแค่ “มีประสิทธิภาพมากขึ้น”: ต้องระบุลำดับเหตุการณ์ทางฟิสิกส์

เปรียบเทียบแรงต่างศักย์ที่จุดส่งสองแบบ

การเปรียบเทียบแบบย่อที่เขียนโดยครู ตั้งกำลังอินพุตที่จุดส่งไว้ที่ 500 kW และความต้านทานสายรวมที่ 2.0 Ω เปรียบเทียบแรงต่างศักย์ที่จุดส่ง 10 kV กับ 20 kV ใช้โมเดลความต้านทานแบบเส้นเดียวอย่างง่ายและหม้อแปลงอุดมคติ; นี่ไม่ใช่การคำนวณเครือข่ายสามเฟสของอังกฤษจริง แปลง kW และ kV เป็น W และ V

ที่ 10 kV:

$$\begin{aligned} I_1&=\frac{P_{\text{in}}}{V_1}=\frac{500\,000\ \text{W}}{10\,000\ \text{V}}=50\ \text{A}\\ P_{\text{loss},1}&=I_1^2R=(50\ \text{A})^2\times2.0\ \Omega=5000\ \text{W} \end{aligned}$$

ที่ 20 kV:

$$\begin{aligned} I_2&=\frac{P_{\text{in}}}{V_2}=\frac{500\,000\ \text{W}}{20\,000\ \text{V}}=25\ \text{A}\\ P_{\text{loss},2}&=I_2^2R=(25\ \text{A})^2\times2.0\ \Omega=1250\ \text{W} \end{aligned}$$

แรงต่างศักย์ที่จุดส่งเป็นสองเท่าทำให้กระแสเป็นครึ่งหนึ่งและการสูญเสียสายเป็นหนึ่งในสี่ กำลังอินพุตไม่เปลี่ยนแปลง; กำลังเอาต์พุตเพิ่มขึ้นเพราะมีการสูญเสียน้อยลง การคำนวณกระแสและความต้านทานให้ค่าการสูญเสีย แต่ไม่สามารถให้ประสิทธิภาพด้วยตนเองได้: จำเป็นต้องใช้กำลังอินพุตรวมหรือพลังงานด้วย

Sheet 2.7 comparison. At 2000 A through 40 Ω, $P_{\text{loss}}=I^2R=(2000\ \text{A})^2\times40\ \Omega=1.6\times10^8\ \text{W}$. At 500 A through the same resistance, $P_{\text{loss}}=I^2R=(500\ \text{A})^2\times40\ \Omega=1.0\times10^7\ \text{W}$. Current is one quarter, so loss is one sixteenth. Without a stated input, do not claim these losses are a small percentage of the total.

การคำนวณประสิทธิภาพจริง — AQA มิถุนายน 2023 8463/1H Q01.5. พลังงานอินพุตคือ 34.2 GJ และมีประสิทธิภาพ 0.992. ใช้ $\eta=E_{\text{useful}}/E_{\text{in}}$ และจัดรูปใหม่ก่อนแทนค่า พลังงานทั้งสองใช้ GJ ในที่นี้ ดังนั้นอัตราส่วนไม่ต้องการการแปลงเป็น J

$$E_{\text{useful}}=\eta E_{\text{in}}=0.992\times34.2\ \text{GJ}=33.9264\ \text{GJ}\approx33.9\ \text{GJ}$$

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
National Grid/ˈnæʃənl ɡrɪd/ ระบบส่งกำลังไฟฟ้าแห่งชาติ
step-up transformer/step ʌp trænsˈfɔːmə/ หม้อแปลงเพิ่มแรงดัน
step-down transformer/step daʊn trænsˈfɔːmə/ หม้อแปลงลดแรงดัน
2.8

ไฟฟ้าสถิต (เฉพาะวิชาฟิสิกส์)

หลักสูตร

ไฟฟ้าสถิต, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อความ 4.2.5)

  1. อธิบายการเสียดสีวัสดุฉนวนทำให้อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอน ทำให้เกิดประจุที่มีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงข้าม
  2. อธิบายแรงระหว่างวัตถุที่มีประจุ: ประจุเหมือนกันผลักกัน ประจุต่างชนิดกันดูดกัน โดยเป็นแรงที่ไม่สัมผัส
  3. อธิบายการผลิตไฟฟ้าสถิตและการเกิดประกายไฟจากการเสียดสีพื้นผิว
  4. วาดรูปแบบสนามไฟฟ้าของทรงกลมที่มีประจุแยกตัว
  5. Explain the concept of an electric field and how it explains the non-contact force between charges and sparking.

แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

เมื่อยึดวัสดุฉนวนสองชนิดถูเข้าด้วยกัน อิเล็กตรอน — ซึ่งเป็นประจุลบ — จะถูกถูออกจากตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง:

  • วัสดุที่ได้รับอิเล็กตรอนจะมีสถานะเป็น ประจุลบ
  • วัสดุที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะเหลือประจุ บวก เท่ากัน

Charged objects exert forces without contact: like charges repel; unlike charges attract — a non-contact force. A large potential difference can create a strong electric field across a small air gap. If the field is strong enough, the air becomes conducting (electrical breakdown), and charge flows briefly across the gap as a spark. An earthed conductor can receive a spark; earthing does not remove a nearby high-voltage source.

วัตถุที่มีประจุสร้างสนามไฟฟ้ารอบตัวเอง: เป็นพื้นที่ที่ประจุอื่นจะรู้สึกถึงแรง

การชาร์จด้วยการถูถ่ายโอนอิเล็กตรอน; spheres บวกมีสนามแบบรัศมี. อิเล็กตรอนเคลื่อนที่; สนามบอกแรง. สนามมีความเข้มมากที่สุดใกล้วัตถุและอ่อนลงเมื่ออยู่ไกลออกไป

คุณต้องวาดรูปแบบสนามของ sphere ที่มีประจุแยกตัว: เส้นตรงแบบรัศมีชี้ ออก จากประจุบวก (หรือเข้าหาประจุลบ), ระยะห่างระหว่างเส้นกว้างขึ้นเมื่ออยู่ห่างจาก sphere

เชื่อมโยงคำอธิบายเข้ากับข้อสอบจริง

AQA มิถุนายน 2022 8463/1H Q05.1: อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากผ้าไปยังแท่ง; อิเล็กตรอนเป็นลบ, ดังนั้นผ้าจะถูกทิ้งไว้ด้วยประจุบวกเกิน อย่าอธิบายการถ่ายโอนประจุบวก Q05.4: ความต่างศักย์สูงสามารถทำให้เกิด breakdown ของอากาศ; อิเล็กตรอนไหลผ่านอากาศจากแท่งลบไปยังตัวนำที่ต่อกราวด์

AQA มิถุนายน 2024 8463/1H Q04.1–04.3: อิเล็กตรอนถ่ายโอนไปยังนักเรียน, ผมของเธอได้รับประจุลบเดียวกัน, และประจุเหมือนกันผลักกัน สนามไฟฟ้าคือบริเวณที่วัตถุที่มีประจุอีกตัว experiences แรง; ความเข้มลดลงตามระยะทาง

Q04.4: ประกายไฟส่งพลังงาน 0.60 J ด้วยประจุ 2.0 ไมโครคูลอมบ์ แปลง $Q=2.0\times10^{-6}\ \mathrm{C}$. เลือก $E=QV$ และจัดรูป:

$$V=E/Q=0.60\ \mathrm{J}/(2.0\times10^{-6}\ \mathrm{C})=3.0\times10^5\ \mathrm{V}$$

ส่วนขยายวัตถุเป็นกลางสำหรับ Sheet 2.8. แท่งที่มีประจุสามารถดูดกระดาษเป็นกลางได้เพราะมันแยกประจุบวกและลบภายในกระดาษเล็กน้อย ประจุตรงข้ามที่ใกล้กว่ารู้สึกแรงดึงดูดที่แข็งแกร่งกว่าแรงผลัดของประจุเหมือนกันที่อยู่ไกลกว่า ในกำแพงฉนวน, ประจุที่ถูกยึดย้ายเล็กน้อย; อย่าสันนิษฐานว่าอิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระผ่านมัน การดูดเพียงอย่างเดียวไม่พิสูจน์ประจุสุทธิตรงข้าม ในคำถามแท่งของ sheet, แท่งทั้งหมดถูกกำหนดให้มีประจุ, ดังนั้นกฎประจุตรงข้ามจะใช้ได้

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ สนามไฟฟ้า
2.8

รายการตรวจสอบก่อนจะจบหัวข้อนี้

  • วาดสัญลักษณ์มาตรฐาน; วาง ammeters แบบอนุกรม, voltmeters แบบขนาน
  • ใช้ $Q = It$, $V = IR$, $P = VI$, $P = I^2R$, $E = Pt$, $E = QV$ — เลือกจากคำในโจทย์
  • อธิบาย RP3: $R \propto L$, การควบคุม, การตรวจสอบการตัดและความร้อน; RP4: วงจรและรูปร่าง I–V
  • ระบุกฎกระแส ความต่างศักย์ และความต้านทานแบบอนุกรม/ขนาน; อธิบายแนวโน้มความต้านทาน
  • จำค่าไฟหลัก: 230 V, 50 Hz, AC; สีสายงานและหน้าที่; อธิบายอันตรายของสายไฟ
  • อธิบายประสิทธิภาพของ National Grid ด้วย $P = I^2R$
  • (ฟิสิกส์เท่านั้น) อธิบายการชาร์จด้วยแรงเสียดทานด้วยอิเล็กตรอน, และวาดสนามแบบรัศมีของ sphere ที่มีประจุ

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

  • การบอกว่ากระแสไฟฟ้าถูกใช้หมดโดยหลอดไฟ ในวงจรแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้ามีค่าเท่ากันทุกจุด; พลังงานถูกถ่ายโอน ไม่ใช่ประจุไฟฟ้า
  • การเพิ่มตัวต้านทานแบบขนานโดยคิดว่าเป็นแบบอนุกรม ตัวต้านทานสองตัวที่ต่อแบบขนานจะมีค่าความต้านทานรวม น้อยกว่า ค่าที่น้อยที่สุด
  • การวางโวลต์มิเตอร์แบบอนุกรมหรือแอมมิเตอร์แบบขนาน แอมมิเตอร์ควรอยู่ในวงจร; โวลต์มิเตอร์ควรวัดข้ามองค์ประกอบนั้น
  • การไม่แปลงหน่วยกระแสเป็นมิลลิแอมแปร์หรือเวลาเป็นวินาที: $75\ \text{mA} = 0.075\ \text{A}$, $30\ \text{min} = 1800\ \text{s}$
  • การสับสนระหว่างกำลังและพลังงาน $P = VI$ ให้หน่วยวัตต์; คุณต้องใช้ $E = Pt$ หรือ $E = QV$ เพื่อหาค่าจูล
  • การตีความแนวโน้มของเซ็นเซอร์ผิด ทาร์มิสเตอร์มีความต้านทานลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น; LDR มีความต้านทานลดลงเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้น
  • การบอกว่าสายดินมีกระแสไหลตลอดเวลา สายดินจะมีกระแสไหลก็ต่อเมื่อเกิดข้อผิดพลาดทำให้สายไฟ-live เชื่อมต่อกับโครงโลหะเท่านั้น

หัวข้อเพิ่มเติมใน AQA · GCSE · Physics

เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี

IGCSE, A-Level & AP