Teach บทเรียนในห้องปฏิบัติการระยะไกล

บทเรียน Teach

ทำไม LED ต้องมีตัวต้านทาน?

เปรียบเทียบวงจร LED สีแดงที่มีการป้องกันสองวงจรที่แรงดันเท่ากัน และอธิบายการจำกัดกระแส

  • อิเล็กทรอนิกส์-Hive
  • 30 min
  • มัธยมศึกษาตอนต้นช่วงปลายถึงมัธยมศึกษาตอนปลายช่วงต้น อายุ 14–16 ปี
  • ไทย
  • อิเล็กทรอนิกส์ · ฟิสิกส์ · เทคโนโลยี

ลงชื่อเข้าใช้ด้วยบัญชีผู้สอนเพื่อเตรียมเซสชันชั้นเรียน นักเรียนเข้าร่วมด้วยรหัสชั้นเรียน

แผนผังวงจร แหล่งจ่ายขั้วบวกผ่านตัวต้านทานไปยังแอโนดของ LED ส่วนแคโทดกลับไปยังศูนย์โวลต์ โวลต์มิเตอร์ต่อขนานกับตัวต้านทาน ไม่ได้ต่ออนุกรม
อิเล็กทรอนิกส์-Hive

ผลการเรียนรู้

  • เปรียบเทียบกระแสที่คำนวณจากแรงดันที่วัดคร่อมตัวต้านทาน 1 kΩ และ 10 kΩ

  • ใช้หลักฐานอธิบายเหตุผลที่ต้องจำกัดกระแส LED

ตัวอย่างกิจกรรมของนักเรียน

เนื้อหากิจกรรม

ดูตัวอย่างเท่านั้น ในชั้นเรียน นักเรียนสามารถกรอกคำตอบและส่งงานให้ครูได้

1

ชิ้นส่วนที่ไม่ส่องแสง

5 min

ไฟแสดงสถานะเล็ก ๆ ต้องมีตัวต้านทาน แม้ตัวต้านทานจะไม่สร้างแสงที่ใช้ประโยชน์ได้ ชิ้นส่วนนี้เพียงสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าหรือมีหน้าที่สำคัญ? เปรียบเทียบวงจร LED สีแดงสองวงจรที่ 5 V โดยเปลี่ยนเฉพาะค่าตัวต้านทานที่ระบุ คือ 1 kΩ หรือ 10 kΩ

คาดว่าวงจรใดมีกระแสมากกว่า? อธิบายก่อนวัด

2

เปรียบเทียบสองวงจรที่มีการป้องกัน

13 min

ทำความเข้าใจวงจร

ปุ่มห้องปฏิบัติการจะเปิดวงจรที่ต่อไว้แล้วบนอุปกรณ์จริง แขนง คือทางเดินกระแสที่มีตัวต้านทานและ LED โดย LED มีแอโนด (A) และแคโทด (K) ซึ่งจัดทิศทางไว้แล้ว เลือก แหล่งจ่ายไฟ DC เพื่ออ่านหรือเปลี่ยนแหล่งจ่ายขั้วบวก และ มัลติมิเตอร์ เพื่ออ่านแรงดันที่วัดได้ กด ดำเนินการวัด หลังเปลี่ยนค่าแต่ละครั้ง แล้วรอให้ผลและภาพอุปกรณ์อัปเดต การเปลี่ยนการตั้งค่าเพียงอย่างเดียวไม่ทำให้เกิดผลใหม่ หากปรับแรงดันด้วยแป้นพิมพ์ ให้ย้ายโฟกัสไปที่ปุ่มหมุน ลูกศรซ้าย/ขวาเปลี่ยนขนาดขั้นการปรับ ส่วนขึ้น/ลงเปลี่ยนค่า ตรวจสอบแรงดันที่แสดงก่อนวัด

มัลติมิเตอร์อ่านแรงดัน คร่อมตัวต้านทาน ซึ่งแทนด้วย $V_R$ บันทึกค่า VDC เป็นโวลต์ หากเป็น mV ให้หารด้วย 1 000 เช่น 240 mV = 0.240 V หากหน้าจอแสดง uV (ไมโครโวลต์, µV) ให้หารด้วย 1 000 000 เช่น 300 uV = 0.000300 V สำหรับตัวต้านทาน 1 kΩ จะได้ $I\,\text{(mA)}=V_R\,\text{(V)}$ สำหรับ 10 kΩ ให้หารแรงดันหน่วยโวลต์ด้วย 10 เพื่อได้ mA ดังนั้นกระแสจึงคำนวณจากแรงดันที่วัดได้และค่าความต้านทานที่ระบุ

ใช้ ภาพจากกล้อง สังเกตแสงจริง ส่วน ความสว่างโดยประมาณ ในภาพวงจรเป็นการแสดงผลครั้งล่าสุด ไม่ใช่การวัดแสง ให้ปิดตัวเลือกนี้เมื่อเปรียบเทียบภาพจากกล้อง หากแสงสะท้อนทำให้แยกแสง LED ไม่ได้ ให้เลือก ไม่ชัดเจน โดยไม่สรุปว่า LED ดับ อุปกรณ์มีไฟแสดงสถานะอื่นด้วย หากมอง LED ของวงจรไม่ชัด ให้คงวงจรและแรงดันเดิม แล้วกด ดำเนินการวัด อีกหนึ่งครั้ง รอผลและภาพอัปเดต จากนั้นสังเกต LED ใหม่ จดค่าครั้งแรก ค่าที่วัดซ้ำ และการเปลี่ยนแปลงการมองเห็นอย่างสั้น ๆ ในคำตอบเขียน แล้วใช้ผลครั้งซ้ำในตาราง หากยังแยก LED ได้ยาก ให้เลือก ไม่ชัดเจน อย่าสรุปจากไฟดวงอื่นหรือวัดซ้ำไปเรื่อย ๆ จนได้คำตอบที่คาดหวัง

อ่านชื่ออุปกรณ์ใต้ผลแต่ละครั้ง การวัดต่อเนื่องอาจใช้เครื่อง Hive จริงคนละเครื่อง ความต่างเล็กน้อยจึงอาจเกิดจากชิ้นส่วนต่างกัน ผลที่ระบุว่าเป็นบันทึกก่อนหน้าไม่ใช่การวัดใหม่ที่เป็นอิสระ

คงการป้องกันวงจรไว้

คงสายต่อและตัวต้านทานที่เตรียมไว้ ใช้เฉพาะ แหล่งจ่ายขั้วบวก 0–5 V โดยตั้งค่า 1 ถึง 5 V ในกิจกรรมนี้ อย่าต่อ LED เข้ากับแหล่งจ่ายโดยตรง อย่าเปลี่ยนแหล่งจ่ายอื่นหรือเครื่องกำเนิดสัญญาณ มัลติมิเตอร์ต่อ คร่อมตัวต้านทาน ไว้แล้ว ให้คงโหมด แรงดัน DC ห้ามเปลี่ยนเป็นโหมดกระแสหรือความต้านทาน

แผนผังวงจร แหล่งจ่ายขั้วบวกผ่านตัวต้านทานไปยังแอโนดของ LED ส่วนแคโทดกลับไปยังศูนย์โวลต์ โวลต์มิเตอร์ต่อขนานกับตัวต้านทาน ไม่ได้ต่ออนุกรม

อ่านแรงดันคร่อมตัวต้านทานเพื่อคำนวณกระแสในแขนงนั้น A และ K ระบุขั้วของ LED

การเปลี่ยนวงจร

เมื่อใช้วงจรหนึ่งเสร็จ ให้ออกจากเซสชัน Hive และกลับมายังกิจกรรมนี้ก่อนเปิดปุ่มห้องปฏิบัติการถัดไป แต่ละปุ่มโหลดวงจรของตนเอง อย่าใช้วงจรก่อนหน้าซ้ำหรือเปลี่ยนสายมัลติมิเตอร์

LED สีแดงกับ 1 kΩ

  1. LED สีแดงกับ 1 kΩ

  2. เปิดวงจรนี้และยืนยัน 5 V, 1 kΩ และโหมด แรงดัน DC วัดหนึ่งครั้งแล้วกรอกแถวที่ตรงกันก่อนออกจาก Hive

ใช้งานได้ในคาบเรียน

LED สีแดงกับ 10 kΩ

  1. LED สีแดงกับ 10 kΩ

  2. เปิดวงจรนี้และยืนยัน 5 V, 10 kΩ และโหมด แรงดัน DC วัดหนึ่งครั้งแล้วกรอกแถวที่ตรงกันก่อนออกจาก Hive

ใช้งานได้ในคาบเรียน

ผลการทดลอง

กรอกสองแถว แถวหนึ่งใช้ 1 kΩ อีกแถวใช้ 10 kΩ ทั้งคู่ที่ 5 V ใส่ V_R เป็นโวลต์ สำหรับ 1 kΩ ใช้ I(mA)=V_R สำหรับ 10 kΩ ใช้ I(mA)=V_R/10 เลือกการสังเกตจากกล้องและเว้นแถวที่เหลือว่าง

ตัวต้านทาน แรงดันคร่อมตัวต้านทาน V กระแสที่คำนวณ mA การสังเกตจากกล้อง
3

อธิบายหน้าที่ตัวต้านทาน

12 min

ใช้ค่าที่อ่านสำหรับตัวต้านทานแต่ละตัว นำกระแสเมื่อใช้ 1 kΩ หารด้วยกระแสเมื่อใช้ 10 kΩ ใส่อัตราส่วนและแสดงกระแสทั้งสองค่าที่ใช้

ตัวต้านทานใดจำกัดกระแสมากกว่า? ใช้ผลอธิบายว่าทำไมการถอดตัวต้านทานจึงไม่ใช่วิธีเหมาะสมในการทำให้ไฟแสดงสถานะสว่างขึ้น

กล้องช่วยให้เห็นความต่างทางไฟฟ้าได้ง่ายหรือไม่? อธิบายว่าทำไมกระแสที่หาได้จากการวัดจึงเป็นหลักฐานดีกว่าการเปรียบเทียบภาพเพียงอย่างเดียว

หากต้องการไฟแสดงสถานะที่ใช้กระแสน้อย จะเลือกวงจรใดจากสองวงจรที่ทดสอบ? ให้เหตุผลโดยพิจารณากระแสและการมองเห็นแสง

ส่งงาน

เมื่อวัดครบแล้ว ให้ออกจาก Hive และกลับมาที่นี่ ทำเครื่องหมายว่าปฏิบัติการเสร็จแล้ว ตรวจสอบทุกแถวและคำตอบที่จำเป็น จากนั้นส่งกิจกรรม

เปลี่ยนตัวอย่างนี้ให้เป็นเซสชันชั้นเรียนจริง

ไปยัง LabsLand Teach เพื่อใช้บทเรียนนี้กับนักเรียนและตรวจสอบสิทธิ์ของบัญชีคุณ