ผลการต่อหลอดไฟแบบอนุกรม ขนาดและผสม เพื่อศึกษา วงจรอนุกรม ขนาน ผสม

เมื่อต่อหลอดไฟแบบอนุกรม แบบขนานและแบบผสมจะมีผลอย่างไรต่อความสว่างของหลอดไฟ ? จะได้คำตอบและเห็นภาพที่ชัดเจนในบทความนี้ การใช้หลอดไฟเป็นสื่อช่วยให้เข้าใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นว่าเมื่อต่อวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรมจะมีผลอย่างไรต่อหลอดไฟ เมื่อต่อวงจรไฟฟ้าแบบขนานจะมีผลอย่างไรต่อหลอดไฟ บทความนี้เน้นให้เห็นภาพและผลที่เกิดขึ้นจากรูปแบบการต่อวงจรไฟฟ้าแต่ละแบบ ส่วนรายละเอียดการคำนวณจะอยู่ใบทความอื่น เรื่องการต่อตัวต้านทานแบบต่างๆ (อยู่ในเพจนี้)

วงจรไฟฟ้าคือเส้นทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ครบรอบ เคลื่อนออกจากแหล่งจ่ายไฟขั้วบวก ผ่านสายไฟและอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดต่างๆและกลับมาที่แหล่งจ่ายไฟขั้วลบ วงจรไฟฟ้าอย่างง่ายจะประกอบด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้า(แหล่งจ่ายไฟ) สายไฟ (ตัวนำไฟฟ้า) อุปกรณ์ใช้ไฟหรือโหลด (เช่น หลอดไฟ มอเตอร์ เป็นต้น ) และ มีสวิตช์เพื่อควบคุมวงจรไฟฟ้าให้ทำงานหรือหยุดทำงานได้สะดวก

ให้ดูภาพและผลลัพธ์การต่อวงจรไฟฟ้าแบบต่างๆก่อน ส่วนการอธิบายและการทำความเข้าใจจะอยู่ตอนท้ายของบทความ ในการทดลองนี้ใช้หลอดไฟที่เหมือนกันทั้ง 3 หลอด คือมีพิกัด 22 วัตต์ 220Vac ในการทดลองกับไฟ AC ต้องทำโดยผู้ที่ชำนาญงาน และมีอุปกรณ์ป้องกันครบเท่านั้น เช่น มีมัลติมิเตอร์ เทปพันสายไฟ ฉนวนรอง สำหรับนักเรียนนักศึกษาเพื่อความปลอดภัยในการทดลองแนะนำให้ใช้แบตเตอรี่และหลอดไฟขนาดเล็กแทน

วงจรแบบอนุกรม วงจรไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ผลการต่อหลอดไฟแบบอนุกรม ทำให้ความต้านทานรวมในวงจรเพิ่ม ส่งผลให้กระแสไหลน้อยและแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมหลอดไฟแต่ละหลอดไม่เพียงพอที่จะทำให้หลอดไฟสว่าง

( มีกระแสไฟและแรงดันไฟไม่พอให้หลอดสว่าง)

ผลการต่อหลอดไฟแบบขนาน หลอดไฟสว่างมากเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมแต่ละหลอดเท่ากันหมดนั้นคือ 220Vac หลอดที่ 1 = 220Vac หลอดที่ 2 = 220Vac หลอดที่ 3 = 220Vac

และตรงตามพิกัดที่หลอดไฟต้องการพอดีคือ 220Vac

ผลการต่อหลอดไฟแบบผสมจะได้ผลลัพธ์แบบผสม หลอดที่ 2 และ 3 ต่อกันแบบขนาน ตรงนี้กระแสแบ่งไหลเป็น 2 ทาง มีกระแสไฟไม่เพียงพอที่จะทำให้หลอดไฟสว่างและการต่อแบบขนานกันทำให้ความต้านทานรวมตรง 2 หลอดนี้ลดลง จึงมีแรงดันไฟตกคร่อมตรง 2 หลอดนี้ลดลงไปด้วย สรุปทั้งแรงดันไฟและกระแสไฟไม่เพียงพอที่จะทำให้หลอดที่ 2 และ 3 สว่าง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่ตกคร่อมหลอดที่ 1 จึงทำให้หลอดที่ 1 สว่างมากกว่าหลอดอื่นๆ

ข้อดีและข้อเสียของการต่อแบบอนุกรม

อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางชนิดต้องการกระแสไฟและแรงดันไฟไม่มาก กระแสและแรงดันไฟจากแหล่งจ่ายที่มากเกินไปทำให้มันพังได้ ต้องต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมกับมันเพื่อลดปริมาณกระแสและแรงดัน เช่น การต่อ LED ( ไดโอดเปล่งแสง ) ข้อเสียของการต่อแบบอนุกรมคือถ้ามีจุดไหนก็ตามของวงจรขาดหรืออุปกรณ์บางตัวในวงจรเสีย จะไม่มีกระแสไหลในวงจรนั้นเลยเนื่องจากเส้นทางเดินของกระแสมีแค่ 1 ทาง อุปกรณ์ตัวอื่นในวงจรก็จะไม่ทำงานด้วย

ข้อเสียของวงจรอนุกรม คือ เส้นทางเดินของกระแสมีแค่ 1 ทาง เป็นเส้นเดียวกัน ถ้าหลอดไฟตัวไหนก็ตามเสีย หลอดไฟตัวอื่นๆก็จะไม่สว่างด้วย หรือ สายไฟขาดจุดไหนก็ตาม หลอดไฟจะดับหมด ตัวอย่างในรูปนี้หลอดสาธิตหลอดไฟดวงที่ 2 ขาด หลอดที่ 1 และ 3 ก็จะไม่สว่างไปด้วย

ข้อดีและข้อเสียของการต่อแบบขนาน

การต่อแบบขนานทำให้มีเส้นทางเดินของกระแสหลายทาง เมื่ออุปกรณ์ตัวไหนเสียอุปกรณ์ตัวอืนๆก็ยังคงทำงานต่อไป แรงดันที่จ่ายให้อุปกรณ์เท่ากันทำให้มีแรงดันเพียงพอสำหรับอุปกรณ์แต่ละตัว ดังตัวอย่างการต่อหลอดไฟแบบขนานในรูปตัวอย่างตอนต้น ข้อเสียของการต่อแบบขนานคือความต้านทานรวมของวงจรจะลดลงทำให้วงจรใช้กระแสไฟมากขึ้น ต้องทำการคำนวณให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟมีกระแสไฟเพียงพอ อย่าต่ออุปกรณ์ขนานกันมากเกินไป

ข้อดีของวงจรขนานคือ เส้นทางเดินของกระแสมีหลายเส้นทางและแยกกัน เมื่ออุปกรณ์ตัวไหนในวงจรเสีย อุปกรณ์ตัวอื่นๆก็ยังคงทำงานต่อไปเนื่องจากใช้เส้นทางกระแสแยกกัน ในรูปนี้สาธิตหลอดไฟตัวที่ 2 ขาด หลอดตัวอื่นๆก็ยังคงสว่าง

ตัวอย่างการต่อแบบขนานในชีวิตประจำวัน รูแต่ละจุดของสาย Line (L) จะต่อถึงกัน

แรงดันไฟฟ้าแต่ละรู L จะเท่ากันกันคือ 220Vac อย่าต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงขนานกันมากเกินไป จะทำให้กระแสเกินพิกัด ( ฟิวส์จะขาด สายไฟจะร้อนมากและในที่สุดจะไหม้แล้วซ๊อตกัน )

ข้อดีและข้อเสียของการต่อแบบผสม

วงจรที่ใช้งานจริงนอกจากวงจรไฟฟ้าอย่างง่ายคือการต่อแบบอนุกรมและการต่อแบบขนานแล้ว หลายวงจรจำเป็นต้องต่อแบบผสมเนื่องจากในวงจรมีอุปกรณ์หลายตัว เงื่อนไขการต่อใช้งานมีหลายแบบขึ้นอยู่กับชนิดของอุปกรณ์นั้นๆและเป็นการต่อแบบซับซ้อนด้วย เพื่อให้แน่ใจว่ามันจะทำงานได้ดีต้องมีการคำนวนที่ซับซ้อนมากขึ้น เมื่อวงจรแบบผสมเสียต้องใช้การวิเคราะห์อาการเสียไล่เป็นจุดๆไปโดยใช้หลักการพื้นฐานในวงจรอนุกรมและขนานมาพิจารณา

วงจรผสม หลอดที่ 2 และ 3 ต่อกันแบบขนานต้องใช้หลักการของวงจรขนานมาพิจารณา หลอดที่ 2 กับ 3 นี้ มันต่อแบบอนุกรมกันหลอดที่ 1 ต้องใช้หลักการของวงจรอนุกรมมาพิจารณา

รูปแบบการต่อวงจรไฟฟ้าแบ่งออกเป็น 3 แบบดังนี้

1) การต่อแบบอนุกรม คือ การต่ออุปกรณ์แต่ละตัวเรียงเป็นลำดับและตามกัน โดยท้ายของหลอดที่ 1 จะต่อกับส่วนต้นของหลอดที่ 2 ดูรูปประกอบจะเข้าใจง่าย หลอดที่ 2 ต่อถัดจากหลอดที่ 1 และหลอดที่ 3 ก็ต่อถัดจากหลอดที่ 2 เมื่อมองภาพรวมจากอุปกรณ์ตัวที่1 ไปยังอุปกรณ์ตัวสุดท้ายจะพบว่ามีเส้นทางเดินของกระแสเป็นเส้นเดียวกัน

กระแสและแรงดันที่ได้จากการต่อแบบอนุกรม

เส้นทางเดินของกระแสมีแค่ 1 เส้น ดังนั้นกระแสในวงจรอนุกรมจะเท่ากันทุกจุด

คือกระแสที่ผ่านหลอดที่ 1 จะ = กระแสที่ผ่านหลอดที่ 2 = กระแสที่ผ่านหลอดที่ 3

แรงดันในวงจร จะมีแรงดันตกคร่อมหลอดที่ 1 ตกคร่อมหลอดที่ 2 และตกคร่อมหลอดที่ 3

แรงดันจะถูกแบ่งไปที่หลอดแต่ละตัวหรืออุปกรณ์แต่ละตัวที่กระแสไหลผ่าน

หลอดที่มีความต้านทานสูงจะมีแรงดันตกคร่อมมากกว่าหลอดที่มีความต้านทานต่ำ กรณีหลอดเหมือนกันแรงดันตกคร่อมจะเท่ากัน

ความต้านทานรวมในวงจรอนุกรมจะเท่ากับความต้านทานของทุกหลอดมารวมกัน

การต่อหลอดไฟ 3 หลอด แบบอนุกรม

การต่อหลอดไฟแบบอนุกรม หลอดที่ 2 จะต่อถัดจากหลอดที่ 1

2) การต่อแบบขนาน คือการต่อให้มีเส้นทางย่อยและมีเส้นทางแยก โดยการเอาขาอุปกรณ์ที่เหมือนกันมาต่อรวมกันหรือการเอาขั้วอุปกรณ์ที่เหมือนกันมาต่อเป็นจุดเดียวกัน ดูรูปประกอบที่สื่อความหมายนี้

จากรูปด้านล่าง เมื่อมองจากแหล่งจ่ายไฟเข้าไปในวงจร จะมีเส้นย่อย 3 เส้นคือเส้น A เส้น B และเส้น C นั้นคือหลอดไฟ 3 หลอดนี้ต่อขนานกัน สีของสายไฟที่เหมือนกันจะนำมารวมกันเป็นจุดเดียว

กระแสและแรงดันในวงจรขนาน

สังเกตจากวงจรด้านล่างมันมีเส้นทางของกระแสหลายเส้นทาง วงจรขนานจึงมีกระแสแยกไหลตามสาขาย่อยโดยเส้นทางที่มีความต้านทานต่ำ กระแสก็จะไหลผ่านได้มากกว่าเส้นทางที่มีความต้านทานสูง

พิจารณาแรงดันไฟฟ้าที่จุด A B C เป็นจุดเดียวกัน และ จุด D E F ก็เป็นจุดเดียวกัน ดังนั้น

แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมหลอดไฟแต่ละหลอดถึงเท่ากัน วงจรขนานมีแรงดันตกคร่อมเท่ากัน