ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไปยังการนำทาง ไปยังการค้นหา
ภาพประกอบของ "ทิศทางอ้างอิง" ของกระแส (i) แรงดันไฟฟ้า (v) และกำลังไฟฟ้า (p) เป็นตัวแปรที่ใช้ในข้อตกลงสำหรับสัญลักษณ์พาสซีฟ ถ้ากระแสบวกถูกกำหนดให้ไหลเข้าที่ขั้วไฟฟ้าซึ่งถูกกำหนดให้มีแรงดันบวก ดังนั้นกำลังไฟฟ้าบวกจะหมายถึงกำลังไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่อุปกรณ์ (ลูกศรขนาดใหญ่)

ในสาขา วิศวกรรมไฟฟ้า, ข้อตกลงเครื่องหมายพาสซีฟ (อังกฤษ: Passive sign convention (PSC)) เป็นข้อตกลงเกี่ยวกับเครื่องหมายหรือกฎมาตรฐานที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้อย่างกว้างขวางโดยชุมชนวิศวกรรมไฟฟ้าเพื่อกำหนดเครื่องหมายของ กำลังไฟฟ้า (อังกฤษ: electric power) ในวงจรไฟฟ้าหนึ่ง[1] ข้อกำหนดนี้ได้กำหนดให้กำลังไฟฟ้าที่ไหลออกมาจากวงจร เข้า ไปใน ชิ้นส่วนไฟฟ้า มีเครื่องหมายเป็นบวก และกำลังไฟฟ้าที่ไหลเข้าไปในวงจร ออก จากชิ้นส่วนไฟฟ้าหนึ่ง มีเครื่องหมายเป็นลบ[1] ดังนั้น ชิ้นส่วนที่เป็น พาสซีฟ ซึ่งบริโภคกำลังไฟฟ้าเช่นเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือหลอดไฟ จะมีการกระจายพลังงาน (อังกฤษ: power dissipation) เป็น บวก ในขณะที่ชิ้นส่วนที่เป็นแอคทีฟ ได้แก่แหล่งจ่ายพลังงานเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ จะมีการกระจายพลังงานเป็น ลบ[2] นี่คือการกำหนดมาตรฐานของการใช้พลังงานในวงจรไฟฟ้า

เพื่อให้สอดคล้องกับข้อตกลง ทิศทางของตัวแปร แรงดัน และ กระแส ที่ใช้ในการคำนวณกำลังไฟฟ้าและความต้านทานในชิ้นส่วน จะต้องมีความสัมพันธ์ที่แน่นอน ตัวแปรกระแสจะต้องถูกกำหนดเพื่อที่ว่ากระแสบวกจะเข้าทางขั้วแรงดันไฟฟ้าบวกของอุปกรณ์[3] ทิศทางเหล่านี้อาจแตกต่างจากทิศทางของการไหลของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริง

ข้อตกลง[แก้]

ข้อตกลงเครื่องหมายพาสซีฟระบุว่าในชิ้นส่วนที่ตัวแปร กระแสตามธรรมเนียมปฏิบัติ i จะถูกกำหนดให้เป็นการไหลเข้าสู่อุปกรณ์ผ่านขั้วไฟฟ้าที่เป็นบวกตามที่กำหนดโดยตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v[2][4] ดังนั้น กำลังไฟฟ้า p และความต้านทาน r จะได้จาก[5][6][7]

     and     

ในชิ้นส่วนที่กระแส i ไหลเข้าไปผ่านขั้วไฟฟ้าแรงดันลบ กำลังไฟฟ้าและความต้านทานจะได้จาก

   and   

ด้วยนิยามเหล่านี้ ชิ้นส่วนพาสซีฟ (โหลด) จะมี p > 0 และ r > 0 และชิ้นส่วนแอคทีฟ (แหล่งพลังงาน) จะมี p < 0 และ r < 0

คำอธิบาย[แก้]

โหลด (ชิ้นส่วนพาสซีฟ)
แหล่งพลังงาน (ชิ้นส่วนแอคทีฟ)

ชิ้นส่วนแอคทีฟและพาสซีฟ[แก้]

ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า หมายถึงอัตราของพลังงานไฟฟ้าที่ไหลเข้าหรือออกจากชิ้นส่วนใด ๆ กำลังไฟฟ้าเป็นปริมาณที่มีเครื่องหมาย โดยที่กำลังไฟฟ้าที่เป็นลบหมายถึงเพียงว่าเป็นกำลังไฟฟ้าที่ไหลไปในทิศทางที่ตรงข้ามกับกำลังที่เป็นบวก จากมุมมองของการไหลของกำลังไฟฟ้า ชิ้นส่วนไฟฟ้า ในวงจรจึงสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท[2] ดังนี้

  • ชิ้นส่วนที่เป็น โหลด หรือแบบ พาสซีฟ เช่น หลอดไฟ, ตัวต้านทาน, หรือ มอเตอร์ไฟฟ้า. กระแสไฟฟ้า (การไหลของประจุบวก) จะเคลื่อนผ่านชิ้นส่วนภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าไปในทิศทางของศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่า จากขั้วบวกไปยังขั้วไฟฟ้าลบ ดังนั้นงานจะถูกกระทำ โดย ประจุไฟฟ้า บน ชิ้นส่วนนั้น พลังงานศักย์จะไหลออกจากประจุเหล่านั้น; และกำลังไฟฟ้าก็จะไหลจากวงจรเข้าสู่ชิ้นส่วน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นรูปแบบอื่น ๆ ของพลังงานในชิ้นส่วนนั้น เช่นความร้อนหรืองานด้านกลไก
  • ชิ้นส่วนที่เป็น แหล่งพลังงาน หรือแบบ แอคทีฟ เช่น แบตเตอรี่ หรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสจะถูกบังคับให้เคลื่อนที่ผ่านชิ้นส่วนไปในทิศทางของ พลังงานศักย์ ไฟฟ้าที่สูงกว่า จากขั้วไฟฟ้าแรงดันลบไปยังขั้วไฟฟ้าแรงดันบวก การไหลของกระแสไฟฟ้าในทิศทางนี้จะเพิ่มพลังงานศักย์ให้กับชิ้นส่วนดังกล่าว ทำให้กำลังไฟฟ้าไหลออกจากชิ้นส่วนเข้าสู่วงจร. งาน จะต้องถูกทำ บน ประจุที่กำลังเคลื่อนที่โดยแหล่งที่มาของพลังงานบางอย่างในชิ้นส่วนนั้น ที่จะทำให้พวกมันเคลื่อนที่ไปในทิศทางนี้ต้านกับแรงฝ่ายตรงข้ามกับ สนามไฟฟ้า E

บางชิ้นส่วนอาจเป็นได้ทั้งแหล่งพลังงานหรือโหลด ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่ผ่านตัวพวกมัน ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ที่ชาร์จใหม่ได้จะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเมื่อมันถูกนำมาใช้ในการผลิตกำลังไฟฟ้า แต่จะเป็นโหลดเมื่อมันกำลังถูกชาร์จใหม่

เนื่องจากกระแสสามารถไหลได้ทั้งสองทิศทาง มันจึงมีสองวิธีที่เป็นไปได้ในการกำหนดกำลังไฟฟ้า; หรือสอง ทิศทางอ้างอิง ที่เป็นไปได้: คือกำลังไฟฟ้าไหลเข้ามาในวงจร หรือกำลังไฟฟ้าไหลออกมาจากวงจร อันใดอันหนึ่งนี้สามารถกำหนดให้เป็นบวก[2] ไม่ว่าทิศทางไหนจะถูกกำหนดให้เป็นบวก อีกทิศทางหนึ่งจะเป็นลบ ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟจะกำหนดกำลังไฟฟ้าที่ไหล ออก จากวงจร (เข้า ชิ้นส่วน) ให้เป็นบวก[2] ดังนั้นชิ้นส่วนพาสซีฟจึงมีกำลังไฟไหลผ่านเป็น "บวก"

ทิศทางอ้างอิง[แก้]

การไหลของกำลังไฟฟ้า p และ ความต้านทาน r ของชิ้นส่วนไฟฟ้าหนึ่ง จะเกี่ยวข้องกับตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v และกระแส i โดยกำหนดเป็นสมการสำหรับกำลังไฟฟ้าและ [[กฎของโอห์ม] ดังต่อไปนี้:

เช่นเดียวกับกำลังไฟฟ้า แรงดันและกระแสก็มีปริมาณเป็นเครื่องหมาย การไหลของกระแสในเส้นลวดจะมีสองทิศทางที่เป็นไปได้ ดังนั้นเมื่อจะกำหนดตัวแปรกระแส i ทิศทางซึ่งแทนความหมายของการไหลของกระแสในเชิงบวกจะต้องชี้ให้เห็น โดยมักจะเป็นลูกศรในแผนภาพวงจร[8][9] เครื่องหมายนี้เรียกว่าทิศทางอ้างอิงสำหรับกระแส i[8][9] ถ้ากระแสที่เกิดขึ้นจริงเป็นไปในทิศทางตรงกันข้าม ตัวแปร i ก็จะมีค่าเป็นลบ ในทำนองเดียวกันในการกำหนดตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v ขั้วไฟฟ้าที่แสดงความหมายว่าเป็นด้านบวกจะต้องมีการระบุ ซึ่งมักใช้ลูกศรหรือเครื่องหมายบวก[9] เครื่องหมายนี้เรียกว่า ทิศทางอ้างอิงสำหรับแรงดันไฟฟ้า v[8][9]

เพื่อให้เข้าใจถึง 'ข้อตกลงสำหรับสัญลักษณ์พาสซีฟ' มากยิ่งขึ้น มันจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแยกแยะทิศทางอ้างอิงของตัวแปร v และ i ซึ่งสามารถกำหนดได้ด้วยสามัญสำนึก จากทิศทางของแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งจะถูกกำหนดโดยวงจร[9] แนวคิดของข้อตกลงนี้ก็คือว่าโดยการกำหนดทิศทางอ้างอิงของตัวแปร v และ i ในชิ้นส่วนหนึ่งด้วยความสัมพันธ์ที่ถูกต้อง, การไหลเวียนของกำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วนแบบพาสซีฟที่คำนวณได้จากสมการ (1) จะมีผลออกมาเป็นบวก ในขณะที่การไหลของกำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วนแบบแอคทีฟจะมีผลออกมาเป็นลบ มันไม่จำเป็นที่จะต้องทราบว่าชิ้นส่วนนั้นจะผลิตหรือจะบริโภคพลังงานเมื่อทำการวิเคราะห์วงจร; ทิศทางอ้างอิงสามารถกำหนดได้เองสำหรับเส้นทางไปยังกระแสและขั้วไฟฟ้าไปยังแรงดัน จากนั้นข้อตกลงฯ มีใว้ใช้ในการคำนวณการใช้กำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วนทั้งหลาย[2] ถ้ากำลังไฟฟ้าออกมาในเป็นบวก ชิ้นส่วนนั้นจะเป็นโหลดซึ่งแปลงกำลังไฟฟ้าให้เป็นกำลังงานรูปอื่น ถ้ากำลังไฟฟ้าออกมาเป็นลบ ชิ้นส่วนนั้นจะเป็นแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งจะแปลงกำลังงานรูปแบบอื่นให้เป็นกำลังไฟฟ้า

ข้อตกลงด้านเครื่องหมาย[แก้]

การอภิปรายข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการเลือกทิศทางที่สัมพันธ์กันของตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสในชิ้นส่วนหนึ่งจะเป็นตัวกำหนดทิศทางการไหลของกำลังไฟฟ้าที่ได้ถูกพิจารณาว่าเป็นบวก ทิศทางอ้างอิงของตัวแปรแต่ละตัวจะไม่สำคัญ ความสัมพันธ์ของพวกมันที่มีต่อกันเท่านั้นที่สำคัญ มีสองทางเลือกคือ:

Passive sign convention.svg
  • ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟ: การกำหนดตัวแปรกระแสว่าเป็นการไหลเข้าขั้วบวกหมายความว่าถ้าตัวแปรแรงดันและกระแสมีค่าเป็นบวก, กระแสจะไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ, งานเกิดขึ้น "บน" ชิ้นส่วน เหมือนกับที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนพาสซีฟ ดังนั้นกำลังไฟฟ้าที่ไหล "ลงสู่" ชิ้นส่วนนั้นจะถูกกำหนดให้เป็นบวก ตัวแปรกำลังไฟฟ้าจะหมายถึง "การกระจาย" (อังกฤษ: dissipation) ของกำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วน ดังนั้น
    • ชิ้นส่วนแบบแอคทีฟ (แหล่งพลังงาน) จะมีความต้านทานเป็นลบและการไหลเวียนของกำลังงานเป็นลบ
    • ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟ (โหลด) จะมีความต้านทานเป็นบวกและการไหลเวียนของกำลังงานเป็นบวก
นี่คือข้อตกลงที่ใช้ตามปกติ
Active sign convention.svg
  • ข้อตกลงเกี่ยวกับเครื่องหมายแอคทีฟ: การกำหนดตัวแปรกระแสเมื่อมันไหลเข้าขั้วลบหมายความว่าถ้าตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสมีค่าเป็นบวก, กระแสจะไหลจากขั้วลบไปขั้วบวก ดังนั้นงานกำลังจะถูกทำ "บน" กระแส และกำลังไฟฟ้าจะไหลออกจากชิ้น ส่วน ดังนั้นกำลังไฟฟ้าที่ไหลออกจากชิ้นส่วนจะถูกกำหนดให้เป็นบวก ตัวแปรกำลังไฟฟ้าแทนความหมายของกำลังงานที่ถูก "ผลิตขึ้น" ดังนั้น:
    • ชิ้นส่วนแบบแอคทีฟจะมีความต้านทานเป็นบวกและการไหลเวียนของกำลังไฟฟ้าก็เป็นบวก
    • ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟจะมีความต้านทานเป็นลบและการไหลเวียนของกำลังไฟฟ้าก็เป็นลบ
ข้อตกลงนี้จะไม่ค่อยได้ใช้ ยกเว้นกรณีพิเศษในวิศวกรรมกำลังไฟฟ้า

ในทางปฏิบัติมันไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสในวงจรเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของเครื่องหมายพาสซีฟ มีชิ้นส่วนหลายอย่างที่ตัวแปรมีความสัมพันธ์ "ย้อนหลัง" และมีตัวแปรกระแสไหลเข้าสู่ขั้วลบ ชิ้นส่วนพวกนี้ยังสามารถถูกทำเพื่อให้สอดคล้องกับข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟโดยการเปลี่ยนเครื่องหมายของความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบ (1) และ (2) ใช้กับพวกมัน[5] กระแสที่เข้าทางขั้วลบเทียบเท่ากับกระแสลบที่เข้าสู่ขั้วบวก ดังนั้นในชิ้นส่วนดังกล่าว[5][7]

, and

การอนุรักษ์พลังงาน[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. 1.0 1.1 Kreith, l Frank; D. Yogi Goswami (2005). The CRC Handbook Of Mechanical Engineering, 2nd Ed. CRC Press. pp. 5.5–5.6. ISBN 0849308666.
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Glisson, Tildon H. (2011). Introduction to Circuit Analysis and Design. USA: Springer. pp. 114–116. ISBN 9048194423.
  3. Eccles, William J. (2011). Pragmatic Electrical Engineering: Fundamentals. Morgan & Claypool Publishers. pp. 4–5. ISBN 1608456684.
  4. Traylor, Roger L. (2008). "Calculating Power Dissipation" (PDF). Lecture Notes - ECE112:Circuit Theory. Dept. of Elect. and Computer Eng., Oregon State Univ. สืบค้นเมื่อ 23 October 2012.
  5. 5.0 5.1 5.2 Jamid, Housain A. (2008). "Class Notes, Class 2, p.5" (PDF). EE 201: Electric Circuits. Open Courseware, King Fahd Univ. of Petroleum and Minerals, Saudi Arabia. สืบค้นเมื่อ 23 October 2012. External link in |publisher= (help)
  6. Shattuck, Dave (2011). "Set #5 - Introduction to Circuit Analysis" (PPT). ECE 1100: Introduction to Electrical and Computer Engineering. Cullen College of Engineering, Univ. of Houston. สืบค้นเมื่อ March 25, 2013. External link in |publisher= (help), p. 17
  7. 7.0 7.1 Prasad, Shalini (2010). "Basic Concepts Overview" (PDF). Class notes ECE 221: Electric Circuit Analysis. Dept. of Electrical and Computer Engineering, Portland State Univ. สืบค้นเมื่อ March 25, 2013., p.13-16
  8. 8.0 8.1 8.2 O'Malley, John (1992). Schaum's Outline of Basic Circuit Analysis, 2nd Ed. McGraw Hill Professional. pp. 2–4. ISBN 0070478244.
  9. 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 Kumar, K. S. Suresh (2008). Electric Circuits & Networks. Pearson Education India. pp. 26–28. ISBN 8131713903.