🔋

Lab 108 — กฎของโอห์ม: กราฟ V–I ของตัวต้านทานและหลอดไฟ (3D)

Ohm's Law — วงจรต่อบนโต๊ะ มีมัลติมิเตอร์ 2 ตัว: ตัวหนึ่งตั้งวัดกระแสต่ออนุกรม อีกตัวตั้งวัดความต่างศักย์คร่อมอุปกรณ์ · หมุนปุ่มแหล่งจ่ายปรับความต่างศักย์ · อ่านค่าจากหน้าปัดเอง บันทึกลงตาราง เขียนกราฟ V–I · ตัวต้านทานได้เส้นตรงความชัน = R · หลอดไฟได้เส้นโค้งเพราะไส้ร้อนขึ้น · หาความต้านทานของตัวต้านทานปริศนา X

3D · three.js KP Science simulation
🎯 สิ่งที่ต้องวัด: ความต่างศักย์คร่อมอุปกรณ์ V จากมัลติมิเตอร์ ② และกระแส I จากมัลติมิเตอร์ ① ที่แต่ละตำแหน่งของปุ่มปรับแหล่งจ่าย — รายละเอียดวัตถุประสงค์อยู่ในแท็บ 📋 วิธีการทดลอง
🖐 ลากปุ่มกลมบนแหล่งจ่ายซ้าย-ขวาเพื่อปรับความต่างศักย์ · แตะอุปกรณ์บนแท่นเพื่อเปลี่ยนชิ้น · แตะมัลติมิเตอร์บนโต๊ะเพื่อซูมอ่าน
🖱 ลากที่ว่าง = หมุนภาพ · ล้อ = ซูม · Shift+ลาก = เลื่อน
📱 1 นิ้ว = ลาก/หมุน · 2 นิ้ว = ซูม/เลื่อน
⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ — เปลี่ยนเป็นโหมด ⚡ อัตโนมัติ
📝 บันทึกผลการวัด — อ่านหน้าปัดตอนเข็มนิ่งแล้ว
โหมดการทดลอง
ตารางบันทึกผลและค่าปริศนาที่ซ่อนไว้ไม่เปลี่ยน
🔬 ชนิดเครื่องมือวัด
แบบเข็ม: ฝึกอ่านสเกลและประมาณค่าระหว่างขีด (ต้องมองให้ตรงหน้าปัด) · แบบดิจิทัล: อ่านตัวเลขได้ตรง ๆ 3 หลัก เหมาะกับการเก็บข้อมูลเร็ว ๆ · ทั้งสองแบบวัดค่าเดียวกัน
🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร
🔧 อุปกรณ์ที่ต่อในวงจร
ตัวต้านทาน A และ B มีค่าเขียนไว้ที่ตัว · หลอดไฟ 6 V ไส้ทังสเตน · X ไม่บอกค่า — ต้องหาจากกราฟ
แหล่งจ่ายปรับได้ 0–12 V · มีความต้านทานภายในและสายไฟรวม ~1 Ω (ไม่รบกวนกฎของโอห์ม เพราะอ่าน V คร่อมอุปกรณ์โดยตรง)
📊 ผลที่บันทึกล่าสุด
ยังไม่มีการบันทึก
📋 ตารางบันทึกผล
ทุกอุปกรณ์ · R = V / I
📈 กราฟ V – I
🎯 ตรวจคำตอบ
ความต้านทานของ X = Ω
ถือว่าถูกเมื่อคลาดไม่เกิน 5% · โหมดวัดเองไม่แสดงค่าจริง

วัตถุประสงค์

เมื่อจบการทดลองนี้ นักเรียนสามารถ

  1. ต่อมัลติมิเตอร์ที่ตั้งวัดกระแสแบบอนุกรม และตัวที่ตั้งวัดความต่างศักย์แบบขนานกับอุปกรณ์ แล้วอ่านค่าจากหน้าปัด
  2. เขียนกราฟ V–I และบอกว่าความชันคือความต้านทาน R = V/I
  3. เปรียบเทียบตัวนำที่เป็นไปตามกฎของโอห์ม (กราฟเส้นตรง) กับหลอดไฟไส้โลหะ (กราฟโค้ง ความต้านทานเพิ่มเมื่อร้อนขึ้น)
  4. หาความต้านทานของตัวต้านทานปริศนา X จากความชันของกราฟ

อุปกรณ์ (เสมือนจริง)

ขั้นตอน

  1. เลือกตัวต้านทาน A · ลากปุ่มปรับแหล่งจ่ายขึ้นทีละขั้น รอเข็มนิ่ง อ่าน V และ I แล้วบันทึก — เก็บอย่างน้อย 5 จุด กระจายทั้งช่วง
  2. เปลี่ยนเป็นตัวต้านทาน B แล้วทำซ้ำ · เทียบความชันกราฟกับค่าที่เขียนไว้ที่ตัวต้านทาน
  3. เปลี่ยนเป็นหลอดไฟ ทำซ้ำ · สังเกตว่าจุดเรียงเป็นเส้นโค้ง และ R = V/I เพิ่มขึ้นเมื่อหลอดสว่างขึ้น
  4. เปลี่ยนเป็น ❓X ทำซ้ำ แล้วหาความชันกราฟ = RX
⚠️ อ่านค่าจากหน้าปัดเอง — โหมดวัดค่าเองไม่บอกตัวเลข · อ่านเมื่อเข็มนิ่งแล้ว (หลอดไฟใช้เวลาสักครู่กว่าไส้จะร้อนคงที่) · มองหน้าปัดให้ตรง (กดปุ่ม 🔍 แล้วภาพจะหันตรงให้) เพื่อลดความคลาดจากมุมมอง

คำถามท้ายการทดลอง

  1. อุปกรณ์ใดเป็นไปตามกฎของโอห์ม สังเกตจากอะไร
  2. ความต้านทานของหลอดไฟตอนเริ่มจ่ายไฟกับตอนสว่างเต็มที่ ต่างกันกี่เท่า เพราะเหตุใด
  3. ถ้าเขียนกราฟ I–V แทน V–I ความชันคืออะไร
  4. ทำไมโวลต์มิเตอร์ต้องมีความต้านทานสูงมาก และแอมมิเตอร์ต้องมีความต้านทานต่ำมาก

1. กฎของโอห์ม

V = I R → R = V / I (หน่วย โอห์ม Ω = V/A)

ตัวนำที่เป็นไปตามกฎของโอห์ม (ที่อุณหภูมิคงที่) กระแสแปรผันตรงกับความต่างศักย์ กราฟ V–I จึงเป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ความชัน = R

2. หลอดไฟไส้โลหะ — ตัวนำที่ไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม

R(T) = R₀ [ 1 + α (T − T₀) ] · ทังสเตน α ≈ 0.0045 K⁻¹
กระแสมากขึ้น → กำลัง P = I²R ทำให้ไส้ร้อนขึ้น → R สูงขึ้น → กราฟ V–I โค้งขึ้น

3. การต่อมิเตอร์

แอมมิเตอร์ต่อ อนุกรม (ความต้านทานต่ำมาก) · โวลต์มิเตอร์ต่อ ขนาน/คร่อม อุปกรณ์ (ความต้านทานสูงมาก)

แหล่งจ่ายมีความต้านทานภายในและสายไฟรวมประมาณ 1 Ω ทำให้ความต่างศักย์คร่อมอุปกรณ์น้อยกว่าค่าที่ตั้งไว้เล็กน้อย แต่ไม่กระทบการหา R เพราะเราวัด V ที่คร่อมอุปกรณ์จริง

💡 แบบจำลอง: ไส้หลอดเข้าสู่สมดุลความร้อนด้วยเวลาคงตัวราว 0.6 วินาที (เข็มจึงค่อย ๆ นิ่ง) · เข็มมิเตอร์มีความหน่วงเล็กน้อยเหมือนของจริง · ค่าความต้านทานของ X สุ่มต่อการเปิดหน้า