ข้ามไปที่เนื้อหาหลัก

กฏของเคอร์ชอฟฟ์

จำนวนผู้เยี่ยมชมหน้านี้

             กฏของเคอร์ชอฟฟ์ เป็นกฎในการคิดคำนวณค่าทางไฟฟ้า ในวงจรที่มีความยุ่งยาก เกินกว่าที่จะใช้กฏของโอห์ม ในการคำนวณ
             กฏของเคอร์ชอฟฟ์ แบ่งออกเป็น 2 กฏ คือ
             1. กฏกระแสของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff's Current Law : KCL) กล่าวไว้ว่า 
"ผลรวมทางพีชคณิตของกระแสไฟฟ้า ณ จุดใดๆ จะมีค่าเท่ากับศูนย์"     หรือ 
"ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าจุดใดๆ จะเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจุดนั้น"
ภาพที่ 1 แสดงกระแสไฟฟ้าที่จุดๆ หนึ่ง

                           จากรูปด้านบน เราสามารถเขียนกฎกระแสของเคอร์ชอฟฟ์ ได้ดังนี้
                                I1 - I2 + I3 - I4 - I5 = 0     หรือ
                                                  I1 + I3  = I2 + I4 + I5
              จากในภาพเราสามารถหาค่ากระแสที่ไม่รู้ค่าคือ  I5  ได้ ดังนี้       
          - ย้ายค่าที่ทราบไปอยู่ทางขวามือของสมการ จะได้
                     I5 =  I1 + I3 - I2 - I4
          - แทนค่าที่ทราบลงในสมการ จะได้ 
                     I5 =  5 + 8 - 2 - 7

                         =  4 A                  

             2. กฏแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff's Voltage Law : KVL) กล่าวไว้ว่า 
"ผลรวมทางพีชคณิตของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดในวงจรไฟฟ้าปิดใดๆ จะทีค่าเท่ากับศูนย์" หรือ 
"ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมความต้านทานในวงจรนั้นจะมีค่าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรนั้น"



ภาพที่ 2 แสดงวงจรไฟฟ้าปิดลูปใดๆ 

              จากรูปด้านบน เราสามารถเขียนสมการโดยใช้กฎแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์ ได้ดังนี้
                  ผลรวมทางพีชคณิตของแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าปิดใดๆ จะเท่ากับศูนย์ (โดยให้แรงดันที่จ่ายมีค่าเป็นบวก และแรงดันที่ตกคร่อมที่ตัวต้านทานมีค่าเป็นลบ)
                       E1 - V1 - V2 - V3 - V4  = 0    
 หรือ ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมความต้านทานในวงจรนั้นจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรนั้น
                            V1 + V2 + V3 + V4  =  E1  

ในวงจรปิด ภาพที่ 2 จะได้
V1 = IR1
V2 = IR2
V3 = IR3
V4 = IR4
แทนค่า ในสูตร จะได้
IR1 + IR2 +  IR3 + IR4 = 150
30I + 10I + 15I + 20I = 150
                             75I = 150
                                 I = 150 / 75
                                   = 2 A
จะได้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรเท่ากับ 2 แอมป์

             การนำกฏทั้งสองของเคอร์ชอฟฟ์ มาแก้ปัญหาในวงจรสามารถทำได้ดังนี้
 
            ตัวอย่าง  จากวงจรด้านล่าง จงหากระแสที่ไหลผ่านความต้านทานแต่ละตัวโดยใช้กฏของเคอร์ชอฟฟ์

                     วิธีทำ  
           1. กำหนดกระแสไหลในวงจร (ปกติจะกำหนดให้ไหลออกจากขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟฟ้า)

            2. เขียนสมการกระแสของเคอร์ชอฟฟ์ จากกระแสที่สมมติขึ้น  
                           จะได้     I3  =  I1 +  I2   
                   3. เขียนสมการแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์ ในวงจรปิดด้านซ้ายมือ 
                           จะได้   V1 +  V3  =  E1
                                       
                    จากกฎของโอห์ม  V = IR    จะได้ 
                                                 V1 = I1R1
                                                V3 = I3R3              
                     แทนค่าในสมการแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์  จะได้
                                                  I1R1 +  I3R3  = E1
                    แทนค่าที่รู้ลงในสมการ  จะได้ 
                                                   20I1 +  20I3  = 40
          4. แทนค่า   I3 = I1  +  I2    ลงในสมการแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์  จะได้
                                               20I1 +  20 ( I1 + I2 )  =  40
                                              20I1 +  20I1 +  20I2   = 40
                                                        40I1  +   20I2   =  40............ ...①
                สมการที่ 1 หาร 20 ,                2I1  +  I2  =  2............ ...②
       

       5. เขียนสมการแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์ ในวงจรปิดด้านขวามือ 
                           จะได้   V2  +  V3   +  V4  =  E2
                                       
                    จากกฎของโอห์ม  V = IR    จะได้ 
                                                 V2  =  I2R2
                                                 V3  = I3R3 
                                                 V4 = I2R4
                     แทนค่าในสมการแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์  จะได้
                                                  I2R2  +   I3R3  +  I2R4  =  E2
                    แทนค่าที่รู้ลงในสมการ  จะได้ 
                                                   10I2  +  20I3  +  20I2  =  36

         6. แทนค่า  I3  =  I1  +  I2  ลงในสมการแรงดันของเคอร์ชอฟฟ์  จะได้
                                              10I2  +  20 ( I1 +  I2 )  +  20I2  =  36
                                               10I2  +  20I1 +  20I2  +  20I2  =  36
                   นำค่ากระแสเหมือนกันมารวมกัน จะได้
                                                            20I1 +  50I2  = 36............ ...③
                สมการที่ 3 หาร 2 ,              10I1 +  25I2  = 18............ ...④


                      7. นำสมการที่ 2 และ 4  ไปหาค่าตัวแปร  I1 และ  I2  ด้วยวิธีตามที่นักเรียนถนัด

                                                 2I1  +   I2  =  2............... ②
                                           10I1   +  25I2  = 18............. ④
              
               แก้สมการโดยใช้แมทตริก จะได้

\   I1   =  DI1 / D
              = 32 ÷ 40
              = 0.8 A
        I2   =  DI2 / D
              = 16 ÷ 40
              = 0.4 A

  ดังนั้นจะได้
        กระแสที่ไหลผ่าน R1                          IR1 = I1 = 0.8 A
        กระแสที่ไหลผ่าน R2                          IR2 = I2 = 0.4 A
        กระแสที่ไหลผ่าน R3                          IR3 =  I3
                                                                         =  I1 +  I2

                                                                         = 0.8 + 0.4 = 1.2 A


            

ความคิดเห็น