ต่างศักย์และกำลังไฟฟ้า
| English | ไทย |
|---|---|
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | ต่างศักย์ |
| volt/vəʊlt/ | โวลต์ |
| electromotive force/ɪˌlektrəʊˈməʊtɪv fɔːs/ | แรงขับเคลื่อนไฟฟ้า |
| electrical power/ɪˈlektrɪkl ˈpaʊə/ | กำลังไฟฟ้า |
| Ohm's law/əʊmz lɔː/ | กฎของโอห์ม |
คำว่า "แรงดัน"Really means
- A 240 V supply is dangerous; a 1.5 V cell is harmless.
- ความแตกต่างคือ พลังงานที่ coulomb ของประจุแต่ละตัวพกพา
- That energy-per-charge is the potential difference.
แรงต่างศักย์
- แรงดันไฟฟ้า (p.d.) คือพลังงานที่ถูกถ่ายโอนต่อหน่วยประจุ: $V = \dfrac{W}{Q}$.
- Unit: the volt, $1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$.
- นิยามสำหรับข้อสอบต้องการทั้งสองส่วน: "พลังงานที่ถูกถ่ายโอน จากไฟฟ้าไปเป็นรูปอื่น ต่อหน่วยประจุ ที่ไหลผ่านอุปกรณ์"
ต่างศักย์คือพลังงานที่ถ่ายโอนต่อหน่วย:
$V = \dfrac{W}{Q}$ — พลังงานต่อหน่วยประจุ, เป็นจูลต่อคูลอมบ์ (โวลต์)
หนึ่งโวลต์เท่ากับหนึ่งจูลต่อ ____
$1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$ — พลังงานหนึ่งจูลถูกย้ายต่อหนึ่งคูลอมบ์ของประจุ
e.m.f. vs p.d.
- แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด (e.m.f.) = พลังงานที่แหล่งกำเนิดมอบ ให้ กับแต่ละ coulomb (จากเคมีหรือรูปอื่นๆ เป็นไฟฟ้า)
- แรงดันไฟฟ้า (p.d.) = พลังงานที่ coulomb หนึ่งมอบ ให้ อุปกรณ์ (จากไฟฟ้าไปเป็นรูปอื่น) หน่วยเดียวกัน แต่บทบาทตรงข้ามกัน
แรงดันไฟฟ้าคือพลังงานต่อหน่วยประจุ. แหล่งจ่าย 240 V มอบพลังงานให้แต่ละ coulomb 160 เท่าของแหล่งจ่าย 1.5 V — นั่นคือสาเหตุที่มันอันตราย.
ทั้งแรงดันไฟฟ้า (e.m.f.) และต่างศักย์วัดเป็นหน่วยโวลต์
ใช่ — ทั้งสองเป็นพลังงานต่อหน่วยประจุ (J/C) ความแตกต่างคือพลังงานถูกส่งให้กับประจุ หรือถูกดึงออกจากประจุ
ตัวอย่างวิธีทำ: ประจุ, พลังงาน, กำลัง
แบตเตอรี่ส่ง $0.50\ \text{A}$ ผ่านหลอดไฟเป็นระยะเวลา $4.0$ นาที แรงต่างศักย์ across หลอดไฟคือ $6.0\ \text{V}$
- ประจุ: $Q = It = 0.50 \times 240 = 120\ \text{C}$ (เปลี่ยนนาที → วินาที).
- พลังงานที่ถ่ายโอนในหลอดไฟ: $W = VQ = 6.0 \times 120 = 720\ \text{J}$.
- กำลัง: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{720}{240} = 3.0\ \text{W}$ — เท่ากับ $VI = 6.0 \times 0.50$.
- ตรวจสอบ: แต่ละคูลอมบ์ให้ $6\ \text{J}$, และมี $120$ คูลอมบ์ไหลผ่าน ดังนั้นได้ $720\ \text{J}$; การคำนวณกำลังทั้งสองวิธีต้องสอดคล้องกัน
ต่างศักย์ $9.0\ \text{V}$ ขับเคลื่อนประจุ $40\ \text{C}$ ผ่านตัวต้านทาน พลังงานที่ถ่ายโอนในตัวต้านทานเป็นจูล (J) เท่าไหร่?
$W = VQ = 9.0 \times 40 = 360\ \text{J}$ — เก้าจูลต่อทุกคูลอมบ์
กำลังไฟฟ้า
- เมื่อรวม $V = \dfrac{W}{Q}$ และ $I = \dfrac{Q}{t}$ จะได้ $P = VI$
- พลังงานที่ถ่ายโอนในช่วงเวลาหนึ่งคือ $E = Pt$
กำลังไฟฟ้า
P = VI
ที่แรงดันไฟฟ้าคงที่, กำลังไฟฟ้าแปรผันตรงกับกระแสที่มันขับเคลื่อน
อุปกรณ์หนึ่งทำงานที่ $12\ \text{V}$ และกินกระแส $2.0\ \text{A}$ กำลังไฟฟ้าของอุปกรณ์นี้是多少?
$P = VI = 12 \times 2.0 = 24\ \text{W}$.
รูปแบบของกำลังสามแบบ
- จากกฎของโอห์ม ($V = IR$): $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$
- เลือกใช้รูปแบบที่ตรงกับปริมาณที่คุณทราบอยู่แล้ว
รูปแบบของกำลังไฟฟ้าใดที่ใช้เฉพาะแรงดันไฟฟ้าและความต้านทาน?
$P = \dfrac{V^{2}}{R}$ ใช้เฉพาะ $V$ และ $R$ — มีประโยชน์เมื่อคุณไม่ทราบค่ากระแส
หลอดไฟ $100\ \text{W}$ เปิดไว้ $60\ \text{s}$ มันถ่ายโอนพลังงานไปเท่าไหร่?
$E = Pt = 100 \times 60 = 6000\ \text{J}$.
ตัวอย่างวิธีทำ: ควรใช้รูปแบบใด
เครื่องทำความร้อนขนาด $12\ \text{V}$ ดึงกระแส $5.0\ \text{A}$. หากำลังและความต้านทานของมัน, กำลังหากนำไปใช้งานที่ $6.0\ \text{V}$ แทน, และพลังงานที่ถ่ายโอนใน $10$ นาทีเมื่อทำงานเต็มกำลัง
- กำลัง: $P = VI = 12 \times 5.0 = 60\ \text{W}$
- ความต้านทาน: $R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{12}{5.0} = 2.4\ \Omega$
- ที่ $6.0\ \text{V}$: เมื่อ $R$ ไม่เปลี่ยนแปลง, $P = \dfrac{V^{2}}{R} = \dfrac{6.0^{2}}{2.4} = 15\ \text{W}$ — การลดแรงดันไฟฟ้าลงครึ่งหนึ่งจะทำให้กำลังลดลงเหลือ หนึ่งในสี่
- พลังงาน: $E = Pt = 60 \times 600 = 3.6 \times 10^{4}\ \text{J} = 36\ \text{kJ}$
- ตรวจสอบ: $I^{2}R$ ให้ค่า $60\ \text{W}$ เหมือนเดิม: $5.0^{2} \times 2.4 = 60$. ทั้งสามรูปแบบสอดคล้องกันเพราะ $R$ มีค่าคงที่
ตัวต้านทานคงที่หนึ่งตัวถูกย้ายจากแหล่งจ่าย $12\ \text{V}$ ไปยังแหล่งจ่าย $6.0\ \text{V}$ ข้อความใดถูกต้อง? เลือกทั้งหมดที่ใช้ได้
ด้วย $R$ คงที่, $I = \dfrac{V}{R}$减半และ$P = \dfrac{V^{2}}{R}$ลดลงเหลือ四分之一 ตัวความต้านทานเองไม่เปลี่ยนแปลง
$I^{2}R$ และ $\dfrac{V^{2}}{R}$ จะสอดคล้องกันก็ต่อเมื่อ $R$ คงที่. สำหรับหลอดไส้ $R$ จะเพิ่มขึ้นเมื่อร้อนขึ้น ดังนั้นการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าจะได้กำลัง น้อยกว่า สี่เท่า. เปลี่ยนนาทีเป็นวินาทีก่อน $E = Pt$. และโวลต์คือจูลต่อ คูลอมบ์ — ไม่ใช่จูลต่อวินาที ซึ่งเป็นวัตต์
หนึ่งโวลต์เท่ากับหนึ่งจูลต่อวินาที
หนึ่งโวลต์เท่ากับหนึ่งจูลต่อ คูลอมบ์ — พลังงานต่อประจุ หนึ่งจูลต่อวินาทีคือหนึ่งวัตต์, ซึ่งเป็นกำลังไฟฟ้า
คุณเข้าใจแล้ว
- p.d. คือพลังงานที่ถ่ายโอนต่อหน่วยประจุ: $V = \dfrac{W}{Q}$ (โวลต์ = จูลต่อคูลอมบ์)
- e.m.f. คือพลังงานที่แหล่งจ่าย ให้ กับประจุ; p.d. คือพลังงานที่ประจุ จ่ายออกไป
- กำลัง $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$ (สองข้อหลังต้องการ $R$ ที่คงที่); พลังงาน $E = Pt$