ไฟฟ้าเบื้องต้น ม.3: ชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์

ครับ นี่คือสรุปเนื้อหาในรูปแบบ Study Notes ที่คุณขอมานะครับ

ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับชุดกิจกรรม

• ชุดกิจกรรมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ เรื่อง "ไฟฟ้าน่ารู้" สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 ประกอบด้วยชุดกิจกรรมทั้งหมด 6 ชุด
• ชุดที่ 1 เรื่อง "ไฟฟ้าเบื้องต้น" ใช้เวลา 4 ชั่วโมง

เนื้อหาที่ครอบคลุมในชุดกิจกรรม

• คำชี้แจงการใช้ชุดกิจกรรมสำหรับครูและนักเรียน
• ลำดับขั้นตอนการใช้ชุดกิจกรรม
• สาระ มาตรฐานการเรียนรู้ และตัวชี้วัด
• จุดประสงค์และสมรรถนะที่สำคัญของผู้เรียน
• รายการสื่อและอุปกรณ์
• แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน
• ใบความรู้ กิจกรรมการทดลอง และใบกิจกรรม
• เฉลยใบกิจกรรมและแบบทดสอบ

สาระที่ 5 พลังงาน (มาตรฐาน ว 5.1)

• ทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการดำรงชีวิต, การเปลี่ยนรูปพลังงาน, และผลกระทบต่อชีวิตและสิ่งแวดล้อม
• เน้นการสืบเสาะหาความรู้ สื่อสารสิ่งที่เรียนรู้ และนำความรู้ไปใช้ให้เป็นประโยชน์

ตัวชี้วัด (ว 5.1 ม.3/2)

• ทดลองและอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์, กระแสไฟฟ้า, ความต้านทาน และนำความรู้ไปใช้

สาระสำคัญ

• ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทาน มีความสัมพันธ์ตามกฎของโอห์ม.
• การต่อวงจรไฟฟ้าที่เหมาะสมกับการใช้งาน
• วงจรไฟฟ้ามี 3 แบบ: อนุกรม ขนาน และผสม
• สามารถใช้วิเคราะห์วงจรไฟฟ้าด้วยกฎของโอห์ม

จุดประสงค์การเรียนรู้

• อธิบายการเกิดกระแสไฟฟ้า, ชนิดของกระแสไฟฟ้า, เครื่องมือวัดและหน่วยของกระแสไฟฟ้า
• อธิบายความหมายและชนิดของความต่างศักย์ไฟฟ้า, เครื่องมือวัดและหน่วยของความต่างศักย์ไฟฟ้า
• บอกปัจจัยที่มีผลต่อความต้านทานไฟฟ้า
• อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้า, และการใช้กฎของโอห์ม
• ทดลองและสรุปผลเกี่ยวกับปริมาณกระแสไฟฟ้า, เปรียบเทียบความสว่างของหลอดไฟ
• ทดลองต่อวงจรไฟฟ้าและวัดค่าความต่างศักย์, วัดและอธิบายความต้านทานไฟฟ้า
• มีกระบวนการทำงานกลุ่ม, มีวินัย, ใฝ่เรียนรู้, และมุ่งมั่นในการทำงาน

ใบความรู้ที่ 1: กระแสไฟฟ้า

• เบนจามิน แฟรงคลินค้นพบประจุไฟฟ้าในบรรยากาศจากการทดลองว่าว
• เกิดจากการเสียดสีของเมฆกับอากาศ ซึ่งทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต
• พลังงานรูปแบบหนึ่งที่เปลี่ยนมาจากพลังงานอื่น
• แม้เปลี่ยนมาจากพลังงานอื่นก็เปลี่ยนเป็นพลังงานอื่นได้อีก
• เกิดเองตามธรรมชาติ (ฟ้าแลบ, ฟ้าผ่า)
• เปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้า, เปลี่ยนแสงสว่างเป็นไฟฟ้า (Solar Cell), หรือปฏิกิริยาเคมี (แบตเตอรี่)

วงจรไฟฟ้าเบื้องต้น

• กระแสไฟฟ้า, ความต่างศักย์, และความต้านทาน ล้วนสัมพันธ์กัน
• กระแสไฟฟ้าจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวนำไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

• แบตเตอรี่: เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นไฟฟ้า
• เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell): เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นไฟฟ้า
• ไดนาโม (Dinamo): เปลี่ยนพลังงานกลเป็นไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า (Electric Current)

• เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุต่อเนื่องกัน
• ตัวนำแข็ง: เกิดจากการไหลของอิเล็กตรอนจากขั้วลบไปขั้วบวก
• สารที่มีสถานะเป็นของเหลวและแก๊ส กระแสไฟฟ้าเกิดจาก การเคลื่อนที่ของอนุภาค
• เครื่องมือวัด: แอมมิเตอร์ (Ammeter), หน่วยวัดคือแอมแปร์ (Ampere), สัญลักษณ์คือ A

วิธีใช้แอมมิเตอร์

• ต่ออนุกรมในวงจรไฟฟ้า
• ค่าความต้านทานของมิเตอร์ต้องน้อย
• คล้องส่วนของมิเตอร์เข้าไว้กับสายไฟฟ้า (แคลมป์มิเตอร์)

ชนิดของกระแสไฟฟ้า

• ไฟฟ้ากระแสตรง (DC): ไหลทิศทางเดียว (จากขั้วบวกไปขั้วลบ) เช่น จากเซลล์ไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่
• ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC): ไหลกลับไปมาอย่างรวดเร็ว เช่น ไฟฟ้าตามบ้านเรือน

การผลิตกระแสไฟฟ้า

• ผลิตจากพลังงานลม, แสงอาทิตย์, นิวเคลียร์, เซลล์ไฟฟ้าเคมี, หรือไดนาโม

ไฟฟ้าสถิตและไฟฟ้ากระแส

• ประจุไฟฟ้า = อำนาจไฟฟ้าที่แฝงอยู่ในวัตถุ มี 2 ชนิด คือ บวกและลบ
• ไฟฟ้าสิถิต = ประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง
• ไฟฟ้ากระแส = ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่หรือถ่ายเท

วิธีการผลิตกระแสไฟฟ้า

• กระแสไฟฟ้าจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี
• เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical cell) เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกิดปฏิกิริยาเคมี
• ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (โลหะต่างชนิด), สารละลายที่นำไฟฟ้าได้ (อิเล็กโทรไลต์)
• หลักการทำงาน: จุ่มโลหะต่างชนิดในสารละลาย, โลหะจะแตกตัวให้อิเล็กตรอน, และเกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า

ประเภทของเซลล์ไฟฟ้าเคมี:

• เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell): เมื่อใช้แล้วหมดไป ใช้ซ้ำไม่ได้ (เช่น ถ่านไฟฉาย)
  • ส่วนประกอบหลัก มี สังกะสี ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ
  • แท่งคาร์บอน (แกรไฟต์) ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก
• เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary Cell): ประจุไฟใหม่ได้ (เช่น แบตเตอรี่รถยนต์)
• เซลล์นิกเกิล – แคดเมียม และเซลล์ลิเธียม

กระแสไฟฟ้าจากการเหนี่ยวนำ:

• เกิดจากตัวนำหรือขดลวดเคลื่อนที่ตัดสนามแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้เรียกว่า ไดนาโม หรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับจำนวนรอบ, กำลังขั้วแม่เหล็ก, ความเร็ว, และพื้นที่หน้าตัดของขดลวด หลักการทำงาน: จุ่มโลหะต่างชนิดในสารละลาย, โลหะจะแตกตัวให้อิเล็กตรอน, และเกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า

ประเภทของไดนาโม:

1. ไดนาโมกระแสตรง: มีวงแหวนเดียว มี "คอมมิวเทเตอร์"
2. ไดนาโมกระแสสลับ: มีวงแหวน 2 วง

ใบความรู้ที่ 2: ความต่างศักย์ไฟฟ้า

• ความต่างศักย์ไฟฟ้า = ค่าความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดใน สนามไฟฟ้าหรือในวงจรไฟฟ้า
• ต้องมีค่าความสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้า
• ถ้าเปรียบเทียบ:ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดคล้ายการไหลของน้ำซึ่งน้ำจะไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ

โวลท์มิเตอร์คือ

• เครื่องมือวัดค่าความต่างศักย์ในวงจรไฟฟ้า