หากจะมีส่วนให้ความรู้ให้ประโยชน์ต่อท่านบ้าง ติชม เสนอแนะ ถามปัญหา ได้ที่ ice@icelectronic.com จะขอบคุณยิ่ง

กำลัง(Power) และพลังงาน(Energy)

กำลัง | การคำนวน | ร้อนเกินไป | พลังงาน

หน้าต่อไป: ไฟฟ้ากระแสสลับ(AC) ไฟฟ้ากระแสตรง(DC) และสัญญาณไฟฟ้า
ควรดู: แรงดันและกระแส | ความต้านทาน | กฎของโอห์ม

กำลังคืออะไร?

กำลังคืออัตราของการใช้พลังงาน:

กำลัง = พลังงาน กำลังมีหน่วยวัดเป็นวัตต์ (W)
พลังงานมีหน่วยวัดเป็นจูล (J)
เวลามีหน่วยวัดเป็นวินาที (s)

เวลา

อิเล็กทรอนิกส์โดยส่วนมากจะใช้กำลังน้อย ดังนั้นหน่วยวัดกำลังที่ใช้จะเป็นมิลลิวัตต์ (mW) 1mW = 0.001W ตัวอย่างเช่น LED ใช้กำลังประมาณ 40mW และบลีบเปอร์ใช้ประมาณ 100mW แม้แต่หลอดไฟฉายก็ใช้ไฟเพียงประมาณ 1W

สำหรับในวงจรไฟฟ้าหลัก(mains)มักใช้กำลังที่สูงกว่า ดังนั้นหน่วยกำลังที่ใช้วัดจะเป็นกิโลวัตต์ (kW) 1kW = 1000W ตัวอย่างเช่น หลอดไฟบ้านใช้ไฟ 60W และกาต้มน้ำไฟฟ้าใช้ประมาณ 3kW

การคำนวนกำลังโดยใช้กระแสและแรงดัน

มีสามวิธีในการเขียนสมการที่เกี่ยวข้องกับกำลัง กระแสและแรงดันคือ

กำลัง = กระแส × แรงดัน ดังนั้น P = I × V

หรือ

I =	P
	V

หรือ

V =	P
	I

ในเมื่อ

P = กำลังมีหน่วยเป็นวัตต์ (W)
V = แรงดันมีหน่วยเป็นโวลท์ (V)
I = กระแสมีหน่วยเป็นแอมป์ (A)

หรือ

P = กำลังมีหน่วยเป็นมิลลิวัตต์ (mW)
V = แรงดันมีหน่วยเป็นโวลท์ (V)
I = กระแสมีหน่วยเป็นมิลลิแอมป์ (mA)

I V

เราสามารถใช้สามเหลี่ยม PIV เพื่อช่วยในการจำสมการทั้งสาม โดยใช้วิธีเหมือนกันกับ สามเหลี่ยมกฎของโอห์ม และตามที่เราทราบแล้วว่าหน่วยแอมป์สูงไปสำหรับวงจร อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ดังนั้นจึงใช้หน่วยการวัดกระแสเป็นมิลลิแอมป์ (mA) และกำลังเป็นมิลลิวัตต์ (mW) 1mA = 0.001A และ 1mW = 0.001W

การคำนวนกำลังโดยใช้ความต้านทานและกระแสหรือแรงดัน

ใช้ กฎของโอห์ม V = I × R เราสามารถแปลง P = I × V เป็น

P I² R		V² P R
สามเหลี่ยม PI²R		สามเหลี่ยม V²PR

P = I² × R
หรือ
P = V² / R

ในเมื่อ

P = กำลังมีหน่วยเป็นวัตต์ (W)
I = กระแสมีหน่วยเป็นแอมป์ (A)
R = ความต้านทานมีหน่วยเป็นโอห์ม (

)
V = แรงดันมีหน่วยเป็นโวลท์ (V)

ความร้อนเกินไปและกำลังที่สูญเสีย

ปกติกำลังจากไฟฟ้านั้นให้ประโยชน์มากเป็นต้นว่าให้แสงสว่าง ทำให้มอเตอร์หมุน อย่างไรก็ตามพลังงานไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นความร้อนเมื่อมีกระแสไหลผ่านความต้านทาน และนี่ก็ทำให้เกิดปัญหา กับอุปกรณ์หรือทำให้สายร้อน แต่สำหรับอิเล็กทรอนิกส์ผลที่เกิดขึ้นจากเหตุนี้แทบไม่มีเลย ถ้าจะมีก็ในกรณีความต้านทานต่ำ(ตัวอย่างเช่นสายหรือตัวต้านทานค่าต่ำ)ทำให้กระแสไหลมากพอทำให้ เกิดปัญหาได้

เราจะเห็นว่าจากสมการ P = I² × R หากกำหนดค่าความต้านทานไว้ที่ค่าหนึ่ง กำลังจะขึ้นอยู่กับค่ากระแสยกกำลังสอง ดังนั้นถ้ากระแสเพิ่มสองเท่าจะทำให้กำลังเพิ่มเป็นสี่เท่า

วัตต์ของตัวต้านทาน คืออัตรากำลังสูงสุดที่ตัวต้านทานทนได้โดยไม่เสียหาย อัตรามาตรฐานของตัวต้านทานที่ใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยส่วนใหญ่คือ 0.25W หรือ 0.5W รายละเอียดหาดูได้ที่หน้า ตัวต้านทาน

แต่สำหรับสายและเคเบิล จะระบุถึงอัตรากระแสสูงสุดที่กระแสสามารถไหลผ่านได้โดยไม่ร้อน ปกติสายจะมีความต้านทานต่ำจึงทำให้ค่ากระแสสูงสุดมีได้สูง สำหรับรายละเอียดเกี่ยวกับอัตรา ของกระแสในสาย กรุณาดูที่หน้า ตัวต่อและเคเบิล

พลังงาน

ปริมาณการใช้พลังงานทั้งหมดขึ้นอยู่กับกำลังและเวลาที่ใช้

พลังงาน = กำลัง × เวลา

อุปกรณ์ที่ใช้กำลังต่ำแต่ถ้าใช้เวลาทำงานนานก็สามารถใช้พลังงานมากกว่าอุปกรณ์ที่ใช้กำลังสูงแต่ทำงานช่วงสั้นๆ ดังตัวอย่าง

หลอด 60W เปิด 8 ชั่วโมง จะใช้พลังงาน 60W × 8 × 3600วินาที = 1728kJ
กาต้มน้ำไฟฟ้า 3kW เปิด 5 นาทีจะใช้พลังงาน 3000W × 5 × 60วินาที = 900kJ

หน่วยมาตรฐานของพลังงานคือจูล (J) แต่พลังงาน 1J น้อยเกินไปสำหรับพลังงานจากไฟฟ้าหลัก ดังนั้นจึงมักใช้หน่วยกิโลจูล (kJ) หรือเมกะจูล (MJ) ซึ่งบางทีก็ใช้ในงานทางวิทยาศาสตร์ด้วย สำหรับในบ้านพักอาศัย เราวัดพลังงานไฟฟ้าเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) 1kWh คือการใช้กำลังไฟฟ้า 1kW เป็นเวลา 1 ชั่วโมง

1kWh = 1kW × 1 ชั่วโมง = 1000W × 3600วินาที = 3.6MJ

เช่นตัวอย่าง

หลอด 60W เปิด 8 ชั่วโมง จะใช้พลังงาน 0.06kW × 8 = 0.48kWh.
กาไฟฟ้า 3kW เปิด 5 นาที จะใช้พลังงาน 3kW × ⁵/₆₀ = 0.25kWh.

หน้าต่อไป: ไฟฟ้ากระแสสลับ ไฟฟ้ากระแสตรงและสัญญาณไฟฟ้า | เรียนอิเล็กทรอนิกส์

ไอซีอีแปลและเรียบเรียง เพื่อเผยแพร่สำหรับคนไทย ผู้ที่มีอิเล็กทรอนิกส์ในหัวใจ ขอขอบคุณ Mr. James Hewes

กำลัง =	พลังงาน		กำลังมีหน่วยวัดเป็นวัตต์ (W) พลังงานมีหน่วยวัดเป็นจูล (J) เวลามีหน่วยวัดเป็นวินาที (s)
	เวลา