PANYA SOCIETY

สรุปเนื้อหาไฟฟ้ากระแส ฟิสิกส์ ม.ปลาย สรุปสูตร + แนวข้อสอบ A-Level

เขียนโดย ทีมวิชาการ panya society · เผยแพร่เมื่อ 10 พฤศจิกายน 2569 · ปรับปรุงล่าสุด 10 พฤศจิกายน 2569

สรุปภาพรวม

ไฟฟ้ากระแส (Current Electricity) เป็นเนื้อหาฟิสิกส์ ม.ปลาย ที่ศึกษาประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในวงจร รวมถึงกระแส ความต้านทาน ความต่างศักย์ กำลังไฟฟ้า และพลังงานไฟฟ้า โดยมีสูตรสำคัญ ได้แก่ I = Q/t, V = IR, P = IV, R = ρL/A และ ε = V + Ir ซึ่งใช้วิเคราะห์วงจรอนุกรม วงจรขนาน แรงเคลื่อนไฟฟ้า ความต้านทานภายในแบตเตอรี่ และกฎของเคอร์ชอฟฟ์ เนื้อหานี้ต่อยอดจากไฟฟ้าสถิต เป็นพื้นฐานของบทไฟฟ้าและแม่เหล็ก และออกสอบ A-Level ฟิสิกส์ทุกปีครับ

สรุปสูตรและเนื้อหาสำคัญ บทไฟฟ้ากระแส

1. กระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า คือ ปริมาณประจุที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดของตัวนำใน 1 หน่วยเวลา (หน่วยแอมแปร์ A = C/s)

I = Q/t

กระแสในตัวนำที่มีตัวพาประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วลอยเลื่อน v_d:

I = nqAv_d

เมื่อ n คือ จำนวนตัวพาประจุต่อหน่วยปริมาตร q คือ ประจุของตัวพาแต่ละตัว และ A คือ พื้นที่หน้าตัด

ทิศของกระแสไฟฟ้าตามข้อตกลง คือ ทิศที่ประจุบวกเคลื่อนที่ ซึ่งตรงข้ามกับทิศการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
ในตัวนำโลหะ ตัวพาประจุคืออิเล็กตรอน

เทคนิคทำโจทย์: ถ้าโจทย์ให้กราฟ I กับ t ประจุที่ไหลผ่านทั้งหมดเท่ากับพื้นที่ใต้กราฟ (Q = ∫I dt) และถ้าโจทย์ให้จำนวนอิเล็กตรอน N ให้ใช้ Q = Ne แล้วจึงหา I = Q/t

2. ความต้านทานและกฎของโอห์ม
สำหรับตัวต้านทาน ความต่างศักย์เป็นสัดส่วนกับกระแส

V = IR

ความต้านทานของลวดตัวนำสม่ำเสมอ ความยาว L พื้นที่หน้าตัด A:

R = ρL/A

โดย ρ คือ สภาพต้านทาน (Ω·m) ขึ้นกับชนิดวัสดุและอุณหภูมิ ส่วนโลหะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

เทคนิคทำโจทย์: เมื่อดึงลวดให้ยาวขึ้นเป็น n เท่า โดยปริมาตรคงเดิม พื้นที่หน้าตัดจะลดเหลือ 1/n เท่า ความต้านทานจึงเพิ่มเป็น n² เท่า (R′ = n²R) และเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางเป็น 2 เท่า พื้นที่หน้าตัดเป็น 4 เท่า ความต้านทานลดเหลือ 1/4

3. พลังงานและกำลังไฟฟ้า
กำลังไฟฟ้า คือ พลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้ต่อหน่วยเวลา (หน่วยวัตต์ W)

P = IV = I²R = V²/R

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในเวลา t:

E = Pt = IVt

และ 1 กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) = 3.6 × 10⁶ J

เทคนิคทำโจทย์: ตัวต้านทานที่ต่ออนุกรมมีกระแสเท่ากัน จึงใช้ P = I²R คือ R มากกว่าได้กำลังมากกว่า ส่วนตัวต้านทานที่ต่อขนานมีความต่างศักย์เท่ากัน จึงใช้ P = V²/R คือ R น้อยกว่าได้กำลังมากกว่า

4. การต่อตัวต้านทาน
ต่ออนุกรม กระแสเท่ากัน ความต่างศักย์แบ่งกัน

R = R₁ + R₂ + …

ต่อขนาน ความต่างศักย์เท่ากัน กระแสแบ่งกัน

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …

กรณีมี 2 ตัว R = R₁R₂/(R₁ + R₂)

เทคนิคทำโจทย์: ความต้านทานรวมของการต่อขนานน้อยกว่าตัวที่น้อยที่สุดเสมอ และถ้าต่อขนานตัวต้านทานที่เท่ากัน n ตัว จะได้ R/n ส่วนกระแสในกิ่งขนานแบ่งแปรผกผันกับความต้านทานของแต่ละกิ่ง

5. แรงเคลื่อนไฟฟ้าและความต้านทานภายใน
แบตเตอรี่จริงมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า ε และความต้านทานภายใน r เมื่อต่อกับความต้านทานภายนอก R:

ε = I(R + r)

ความต่างศักย์ที่ขั้วแบตเตอรี่ขณะจ่ายกระแส:

V = ε − Ir

วงจรเปิด (I = 0): V = ε
กำลังสูงสุดที่จ่ายให้ตัวต้านทานภายนอกเกิดเมื่อ R = r โดย P_max = ε²/(4r)

เทคนิคทำโจทย์: เมื่อต่อแบตเตอรี่เหมือนกัน n ก้อนแบบอนุกรม จะได้ ε รวม = nε และ r รวม = nr ส่วนการต่อขนานจะได้ ε เท่าเดิม และ r รวม = r/n ถ้าโจทย์ให้ V สองกรณีของ R ต่างกัน ให้ตั้งสมการ ε = V + Ir สองสมการแล้วแก้หา ε และ r

6. กฎของเคอร์ชอฟฟ์
กฎข้อที่ 1 (กฎกระแส, KCL) กระแสที่ไหลเข้าจุดต่อใด ๆ เท่ากับกระแสที่ไหลออกจากจุดนั้น

ΣI_เข้า = ΣI_ออก

กฎข้อที่ 2 (กฎความต่างศักย์, KVL) ผลรวมการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้ารอบวงปิดเท่ากับศูนย์

ΣV = 0 (รอบวงปิด)

ผ่านตัวต้านทานตามทิศกระแส ศักย์ลดลง: −IR (ถ้าสวนทิศกระแส: +IR)
ผ่านแบตเตอรี่จากขั้วลบไปขั้วบวก ศักย์เพิ่มขึ้น: +ε (จากขั้วบวกไปขั้วลบ: −ε)

เทคนิคทำโจทย์: ให้สมมติทิศกระแสในแต่ละกิ่งก่อน แล้วเขียนสมการตามทิศที่เลือก ถ้าแก้สมการแล้วได้กระแสเป็นลบ แสดงว่าทิศจริงตรงข้ามกับที่สมมติ ไม่ได้แปลว่าผิด

7. เครื่องมือวัดและบริดจ์วีตสโตน

แอมมิเตอร์ ต้องต่ออนุกรมกับส่วนที่ต้องการวัดกระแส ในอุดมคติมีความต้านทานเป็นศูนย์
โวลต์มิเตอร์ ต้องต่อขนานกับส่วนที่ต้องการวัดความต่างศักย์ ในอุดมคติมีความต้านทานเป็นอนันต์
บริดจ์วีตสโตน เมื่อกัลวานอมิเตอร์ระหว่างสองกิ่งไม่เบี่ยงเบน (บริดจ์สมดุล) จะได้ R₁/R₂ = R₃/R₄ เมื่อ R₁, R₂ ต่ออนุกรมกันเป็นกิ่งหนึ่ง และ R₃, R₄ ต่ออนุกรมกันเป็นอีกกิ่งหนึ่ง และเมื่อสมดุลจะไม่มีกระแสผ่านกัลวานอมิเตอร์ จึงตัดกิ่งนั้นออกแล้วคำนวณได้

ตัวอย่างโจทย์ บทไฟฟ้ากระแส

ตัวอย่างโจทย์ วงจรตัวต้านทาน
ตัวต้านทาน 6 Ω และ 3 Ω ต่อขนานกัน แล้วต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน 4 Ω ต่อเข้ากับแบตเตอรี่ 18 V (ไม่คิดความต้านทานภายใน) จงหากระแสรวมในวงจร และกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน 6 Ω

วิธีทำ

ชุดขนาน: R_p = (6)(3)/(6 + 3) = 2 Ω

ความต้านทานรวม: R = 2 + 4 = 6 Ω

กระแสรวม: I = V/R = 18/6 = 3 A

ความต่างศักย์ที่ชุดขนาน: V_p = IR_p = 3 × 2 = 6 V

กระแสผ่าน 6 Ω: I₆ = V_p/6 = 6/6 = 1 A

ตอบ กระแสรวม 3 A และกระแสผ่านตัวต้านทาน 6 Ω เท่ากับ 1 A

ตัวอย่างโจทย์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าและความต้านทานภายใน
แบตเตอรี่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 12 V และความต้านทานภายใน 1.0 Ω ต่อกับตัวต้านทาน 5.0 Ω จงหากระแสในวงจร ความต่างศักย์ที่ขั้วแบตเตอรี่ และกำลังไฟฟ้าที่ตัวต้านทาน 5.0 Ω

วิธีทำ

จาก ε = I(R + r) → 12 = I(5.0 + 1.0) → I = 2.0 A

จาก V = ε − Ir = 12 − (2.0)(1.0) = 10 V

จาก P = I²R = (2.0)²(5.0) = 20 W

ตอบ กระแส 2.0 A ความต่างศักย์ที่ขั้ว 10 V และกำลังไฟฟ้าที่ตัวต้านทาน 20 W

ตัวอย่างโจทย์ กฎของเคอร์ชอฟฟ์
วงจรมี 3 กิ่งต่อระหว่างจุด a และ b กิ่งซ้ายมีแบตเตอรี่ 14 V อนุกรมกับตัวต้านทาน 2 Ω กิ่งกลางมีตัวต้านทาน 2 Ω กิ่งขวามีแบตเตอรี่ 10 V อนุกรมกับตัวต้านทาน 2 Ω โดยขั้วบวกของแบตเตอรี่ทั้งสองก้อนต่ออยู่ที่จุด a (ไม่คิดความต้านทานภายใน) จงหากระแสในแต่ละกิ่ง

วิธีทำ

ให้ I₁ และ I₂ เป็นกระแสในกิ่งซ้ายและกิ่งขวา ไหลเข้าจุด a และให้กระแสกิ่งกลางไหลจาก a ไป b

KCL ที่จุด a: I₃ = I₁ + I₂

KVL วงซ้าย (กิ่งซ้าย + กิ่งกลาง): 14 − 2I₁ − 2I₃ = 0 → 14 = 4I₁ + 2I₂ → 7 = 2I₁ + I₂

KVL วงขวา (กิ่งขวา + กิ่งกลาง): 10 − 2I₂ − 2I₃ = 0 → 10 = 2I₁ + 4I₂ → 5 = I₁ + 2I₂

คูณสมการหลังด้วย 2 ได้ 10 = 2I₁ + 4I₂ ลบด้วยสมการ 7 = 2I₁ + I₂ ได้

3 = 3I₂

จึงได้ I₂ = 1 A และ I₁ = 3 A

ได้ I₃ = 3 + 1 = 4 A

ตอบ กิ่งซ้าย 3 A กิ่งขวา 1 A และกิ่งกลาง 4 A (ทิศตามที่สมมติ)

วิเคราะห์แนวข้อสอบ A-Level ฟิสิกส์
บทไฟฟ้ากระแส

สถิติการออกข้อสอบ A-Level ย้อนหลัง

บท	A-Level 67	A-Level 68	A-Level 69
ธรรมชาติและพัฒนาการทางฟิสิกส์	–	–	–
การเคลื่อนที่แนวตรง	1	1	1
แรงและกฎการเคลื่อนที่	2	1	1
สมดุลกล	1	1	2
งานและพลังงาน	1	1	1
โมเมนตัมและการชน	1	1	1
การเคลื่อนที่แนวโค้ง	1	3	2
การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย	4	1	1
คลื่น	1	1	1
แสงเชิงคลื่น	1	2	1
แสงเชิงรังสี	2	1	1
เสียง	1	1	3
ไฟฟ้าสถิต	2	2	3
ไฟฟ้ากระแส	1	2	2
ไฟฟ้าและแม่เหล็ก	3	2	3
ความร้อนและแก๊ส	3	2	2
ของแข็งและของไหล	1	3	2
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า	–	–	–
ฟิสิกส์อะตอม	3	4	2
ฟิสิกส์นิวเคลียร์และฟิสิกส์อนุภาค	1	1	1

จะเห็นว่า บทที่ออกบ่อย ได้แก่
– ฟิสิกส์อะตอม
– ไฟฟ้าและแม่เหล็ก
– ไฟฟ้าสถิต
– ความร้อนและแก๊ส
อย่าลืมเตรียมเนื้อหาบทเหล่านี้ให้ดีนะครับ

บทไฟฟ้ากระแสออกสอบปีละ 1–2 ข้อ และเป็นบทที่ควรทำคะแนนให้ได้ เพราะใช้สูตรไม่มาก แต่ต้องวิเคราะห์วงจรให้แม่น โจทย์มักออกเรื่องการต่อตัวต้านทานผสม กำลังไฟฟ้าของหลอดไฟ แรงเคลื่อนไฟฟ้ากับความต้านทานภายใน และกฎของเคอร์ชอฟฟ์ ครับ

ตัวอย่างโจทย์ A-Level วงจรตัวต้านทาน
เมื่อนำตัวต้านทาน R มาต่อกับเซลล์ไฟฟ้าหนึ่ง พบว่ามีกระแส I_0 ไหลผ่านตัวต้านทาน และเมื่อนำ

ตัวต้านทาน R อีกตัวหนึ่งมาต่อขนานกับตัวต้านทานนี้ พบว่ามีกระแส I ไหลผ่านตัวต้านทานตัวแรก

ค่าความต้านทานภายในของเซลล์ไฟฟ้าเป็นเท่าใด

1. R
2. (R(2I – I₀))/(I₀– I)
3. (R(I₀ – I))/(2I₀ – I)

4. (R(I – I₀))/(2I – I₀)
5. (R(I₀ – I))/(2I – I₀)

วิธีทำ

กรณีที่ 1 ต่อตัวต้านทาน R ตัวเดียว กระแสในวงจร = I₀

ε = I₀(R + r) …(1)

กรณีที่ 2 ต่อตัวต้านทาน R สองตัวขนานกัน ตัวต้านทานเท่ากัน กระแสจึงแบ่งเท่ากัน ตัวแรกมีกระแส I ตัวที่สองก็มี I กระแสรวมที่ออกจากเซลล์ = 2I

ความต้านทานขนาน = R/2 จึงได้

ε = 2I(R/2 + r) = I(R + 2r) …(2)

เทียบสมการ (1) และ (2) (ε เท่ากัน)

I₀(R + r) = I(R + 2r)

I₀R + I₀r = IR + 2Ir

I₀r − 2Ir = IR − I₀R

r(I₀ − 2I) = R(I − I₀)

r = R(I − I₀)/(I₀ − 2I) = R(I₀ − I)/(2I − I₀)

ตอบ ตัวเลือกที่ 5. (R(I₀ – I))/(2I – I₀)

วิธีทำ

กรณีที่ 1 ต่อตัวต้านทาน R ตัวเดียว กระแสในวงจร = I₀

ε = I₀(R + r) …(1)

ความต้านทานขนาน = R/2 จึงได้

ε = 2I(R/2 + r) = I(R + 2r) …(2)

เทียบสมการ (1) และ (2) (ε เท่ากัน)

I₀(R + r) = I(R + 2r)

I₀R + I₀r = IR + 2Ir

I₀r − 2Ir = IR − I₀R

r(I₀ − 2I) = R(I − I₀)

r = R(I − I₀)/(I₀ − 2I) = R(I₀ − I)/(2I − I₀)

ตอบ ตัวเลือกที่ 5. (R(I₀ – I))/(2I – I₀)

ตัวอย่างโจทย์ A-Level ความเร็วลอยเลื่อน
ลวดโลหะเส้นหนึ่งยาว l หากนำไปต่อกับความต่างศักย์ V₀ จะมีความเร็วลอยเลื่อน u หากเพิ่มความยาวลวดเป็นสองเท่าโดยความต่างศักย์เท่าเดิม ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนในโลหะนี้จะเป็นเท่าใด

1. เท่าเดิม 2. 2u 3. u/2 4. 4u 5. u/4

วิธีทำ

จาก I = V/R แทนค่าใน I = nqAv_d

v_d = I/(nqA) = V/(nqA·R)

แทนค่า R = ρL/A

v_d = V/(nqA · ρL/A) = V/(nqρL)

เมื่อ V, n, q, ρ คงที่ (ลวดชนิดเดิม ความต่างศักย์เท่าเดิม) จะได้

v_d ∝ 1/L

ความยาวเพิ่มเป็น 2 เท่า (L → 2L) ความเร็วลอยเลื่อนจึงเหลือ 1/2 เท่า

v_d′ = u/2

ตอบ ตัวเลือกที่ 3. u/2

1. เท่าเดิม 2. 2u 3. u/2 4. 4u 5. u/4

วิธีทำ

จาก I = V/R แทนค่าใน I = nqAv_d

v_d = I/(nqA) = V/(nqA·R)

แทนค่า R = ρL/A

v_d = V/(nqA · ρL/A) = V/(nqρL)

เมื่อ V, n, q, ρ คงที่ (ลวดชนิดเดิม ความต่างศักย์เท่าเดิม) จะได้

v_d ∝ 1/L

ความยาวเพิ่มเป็น 2 เท่า (L → 2L) ความเร็วลอยเลื่อนจึงเหลือ 1/2 เท่า

v_d′ = u/2

ตอบ ตัวเลือกที่ 3. u/2

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับบทไฟฟ้ากระแส

บทไฟฟ้ากระแสออกสอบ A-Level กี่ข้อ?
ตอบ บทไฟฟ้ากระแส ออกสอบปีละประมาณ 1 – 2 ข้อ ครับ

ทำไมความต่างศักย์ที่ขั้วแบตเตอรี่จึงไม่เท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้า?
ตอบ เพราะแบตเตอรี่จริงมีความต้านทานภายใน r เมื่อมีกระแส I ไหล จะมีความต่างศักย์ตกคร่อม r เท่ากับ Ir ทำให้ V = ε − Ir น้อยกว่า ε ถ้าไม่มีกระแสไหล (วงจรเปิด) ก็ไม่มีศักย์ตก V จึงเท่ากับ ε ครับ

ทำไมแอมมิเตอร์ต้องต่ออนุกรม และโวลต์มิเตอร์ต้องต่อขนาน?
ตอบ แอมมิเตอร์ต้องวัดกระแสที่ไหลผ่านจุดนั้นจริง จึงต้องต่ออนุกรมให้กระแสไหลผ่านเครื่องมือ และควรมีความต้านทานน้อยมากเพื่อไม่ให้เปลี่ยนกระแสในวงจร ส่วนโวลต์มิเตอร์วัดความต่างศักย์ระหว่างสองจุด จึงต้องต่อขนาน และควรมีความต้านทานสูงมากเพื่อไม่ให้ดึงกระแสออกจากวงจร ครับ

Video ตัวอย่างการสอน

ฟิสิกส์ A-Level

5 Videos