เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานเนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน พลังงานไฟฟ้าจะถูกสูญเสียไปในรูปของความร้อน และยิ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานมากเท่าใด ตัวต้านทานก็จะยิ่งร้อนขึ้นเท่านั้น ค่านี้เรียกว่า เร ตติ้งกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทาน

ตัวต้านทานมีการจัดอันดับตามค่าความต้านทานและกำลังไฟฟ้าที่ระบุเป็นวัตต์ ( W ) ที่สามารถกระจายได้อย่างปลอดภัย โดยพิจารณาจากขนาดของตัวต้านทานเป็นหลัก ตัวต้านทานแต่ละตัวมีพิกัดกำลังไฟฟ้าสูงสุด ซึ่งกำหนดโดยขนาดทางกายภาพ โดยทั่วไป ยิ่งมีพื้นที่ผิวมากเท่าใด ก็ยิ่งสามารถกระจายพลังงานได้อย่างปลอดภัยสู่อากาศแวดล้อมหรือไปยังแผ่นระบายความร้อนได้มากขึ้นเท่านั้น

ตัวต้านทานสามารถใช้งานได้ทั้งแรงดันไฟฟ้า (ตามความเหมาะสม) และกระแสไฟฟ้า ตราบใดที่ไม่เกิน “พิกัดกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไป” โดยพิกัดกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานจะระบุว่าตัวต้านทานสามารถแปลงพลังงานเป็นความร้อนหรือดูดซับได้มากเพียงใดโดยไม่เกิดความเสียหายต่อตัวมันเอง พิกัดกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทาน บางครั้งเรียกว่า พิกัดกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทาน และนิยามว่าเป็น ปริมาณความร้อนที่ตัวต้านทานสามารถสูญเสียไปได้เป็นระยะเวลานานโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

กำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานอาจแตกต่างกันได้มาก ตั้งแต่น้อยกว่าหนึ่งในสิบวัตต์ไปจนถึงหลายร้อยวัตต์ ขึ้นอยู่กับขนาด โครงสร้าง และอุณหภูมิแวดล้อมในการทำงาน ตัวต้านทานส่วนใหญ่มีกำลังไฟฟ้าต้านทานสูงสุดที่อุณหภูมิแวดล้อม +70°C หรือต่ำกว่า

กำลังไฟฟ้าคืออัตราของเวลาที่พลังงานถูกใช้หรือถูกแปลงเป็นความร้อน หน่วยมาตรฐานของกำลังไฟฟ้าคือ วัตต์สัญลักษณ์ W และกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานก็มีหน่วยเป็นวัตต์เช่นกัน เช่นเดียวกับปริมาณไฟฟ้าอื่นๆ คำว่า "วัตต์" จะถูกเติมนำหน้าเมื่อแสดงถึงกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานในปริมาณมากหรือน้อยมาก ตัวอย่างที่พบบ่อย ได้แก่:

หน่วยไฟฟ้ากำลัง

กำลังของตัวต้านทาน (P)

เราทราบจากกฎของโอห์มว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทาน แรงดันไฟฟ้าจะลดลง ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้า

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากตัวต้านทานถูกควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า หรือหากตัวต้านทานนำกระแสไฟฟ้า ตัวต้านทานจะกินกระแสไฟฟ้าเสมอ และเราสามารถซ้อนปริมาณพลังงาน แรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าทั้งสามปริมาณนี้ลงในรูปสามเหลี่ยมที่เรียกว่า สามเหลี่ยม กำลัง โดยพลังงานที่สูญเสียไปในรูปของความร้อนจะอยู่ที่ตัวต้านทานที่ด้านบน กระแสไฟฟ้าที่ถูกใช้ไป และแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานที่ด้านล่าง ดังแสดง

สามเหลี่ยมกำลังตัวต้านทาน

‍

สามเหลี่ยมกำลังข้างต้นนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการคำนวณกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปในตัวต้านทาน หากเราทราบค่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน นอกจากนี้ เรายังสามารถคำนวณกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปจากตัวต้านทานโดยใช้กฎของโอห์มได้อีกด้วย

กฎของโอห์มช่วยให้เราคำนวณการสูญเสียพลังงานเมื่อพิจารณาจากค่าความต้านทานของตัวต้านทาน การใช้กฎของโอห์มทำให้เราสามารถหาค่ากำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานได้สองแบบ หากเราทราบค่าเพียงสองค่า คือ แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า หรือความต้านทาน ดังนี้

[ P = V x I ] กำลังไฟฟ้า = โวลต์ x แอมป์

[ P = I2 x R ] กำลังไฟฟ้า = กระแสไฟฟ้า 2 x โอห์ม

[ P = V2 ÷ R ] กำลังไฟฟ้า = โวลต์2 ÷ โอห์ม

การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าของตัวต้านทานใดๆ ในวงจร DC สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรมาตรฐานสามสูตรต่อไปนี้:

• ที่ไหน:
• V คือแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานเป็นโวลต์
• I คือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานเป็นแอมแปร์
• R คือค่าความต้านทานของตัวต้านทานเป็นโอห์ม (Ω)

เนื่องจากกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานที่สูญเสียไปนั้นขึ้นอยู่กับขนาดทางกายภาพ ตัวต้านทานขนาด 1/4 (0.250) วัตต์จึงมีขนาดเล็กกว่าตัวต้านทานขนาด 1 วัตต์ และตัวต้านทานที่มีค่าโอห์มมิกเท่ากันก็ยังมีกำลังไฟฟ้าหรือกำลังวัตต์ที่แตกต่างกันอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทานคาร์บอนมักผลิตขึ้นโดยมีกำลังไฟฟ้า 1/8 (0.125) วัตต์, 1/4 (0.250) วัตต์, 1/2 (0.5) วัตต์, 1 วัตต์ และ 2 วัตต์

โดยทั่วไป ยิ่งขนาดทางกายภาพมีขนาดใหญ่เท่าใด ก็ยิ่งมีกำลังวัตต์สูงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ควรเลือกตัวต้านทานที่มีขนาดเฉพาะที่สามารถกระจายกำลังไฟฟ้าได้สองเท่าหรือมากกว่าที่คำนวณไว้ เมื่อจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานที่มีกำลังวัตต์สูงกว่า มักใช้ตัวต้านทานแบบลวดพันเพื่อระบายความร้อนที่มากเกินไป

ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้า

ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าแบบลวดพันมีการออกแบบและประเภทที่หลากหลาย ตั้งแต่ตัวต้านทานแบบมาตรฐานขนาดเล็กที่มีตัวอลูมิเนียมติดตั้งบนแผงระบายความร้อนขนาด 25 วัตต์ ไปจนถึงตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าแบบท่อเซรามิกหรือพอร์ซเลนขนาดใหญ่ขนาด 1,000 วัตต์ ซึ่งใช้สำหรับองค์ประกอบความร้อน

ค่าความต้านทานของตัวต้านทานแบบลวดพันมีค่าต่ำมาก (ค่าโอห์มต่ำ) เมื่อเทียบกับตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอนหรือโลหะ ช่วงความต้านทานของตัวต้านทานกำลังไฟฟ้ามีตั้งแต่น้อยกว่า 1Ω (R005) ไปจนถึงเพียง 100kΩ เนื่องจากค่าความต้านทานที่สูงกว่าจำเป็นต้องใช้ลวดขนาดละเอียดซึ่งอาจขาดได้ง่าย

ตัวต้านทานโอห์มิกต่ำ ค่าพลังงานต่ำ มักใช้สำหรับการตรวจจับกระแสไฟฟ้า โดยใช้กฎของโอห์ม กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานจะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน

แรงดันไฟฟ้านี้สามารถวัดได้เพื่อกำหนดค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร ตัวต้านทานประเภทนี้ใช้ในอุปกรณ์วัดทดสอบและแหล่งจ่ายไฟควบคุม

ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าแบบลวดพันขนาดใหญ่จะทำจากลวดทนการกัดกร่อนที่พันบนแกนประเภทพอร์ซเลนหรือเซรามิก และโดยทั่วไปจะใช้เพื่อกระจายกระแสไฟฟ้าพุ่งสูง เช่น กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในการควบคุมมอเตอร์ แม่เหล็กไฟฟ้า หรือการควบคุมลิฟต์/เครน และวงจรเบรกมอเตอร์

โดยทั่วไปตัวต้านทานประเภทนี้จะมีกำลังไฟมาตรฐานสูงสุดถึง 500 วัตต์ และมักจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า "ธนาคารความต้านทาน"

คุณสมบัติที่มีประโยชน์อีกประการหนึ่งของตัวต้านทานไฟฟ้าแบบลวดพันคือการใช้ตัวทำความร้อน เช่น ตัวทำความร้อนสำหรับเตาไฟฟ้า เครื่องปิ้งขนมปัง เตารีด เป็นต้น ในการใช้งานประเภทนี้ ค่าวัตต์ของความต้านทานจะถูกใช้เพื่อสร้างความร้อน และลวดความต้านทานชนิดโลหะผสมที่ใช้โดยทั่วไปมักทำจากนิกเกิล-โครเมียม (Nichrome) ซึ่งสามารถทนอุณหภูมิได้สูงถึง 1,200 องศาเซลเซียส

ตัวต้านทานทุกชนิด ไม่ว่าจะเป็นตัวต้านทานแบบคาร์บอน ฟิล์มโลหะ หรือแบบลวดพัน ล้วนปฏิบัติตามกฎของโอห์มในการคำนวณค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุด (วัตต์) สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ เมื่อต่อตัวต้านทานสองตัวแบบขนาน กำลังไฟฟ้ารวมของตัวต้านทานจะเพิ่มขึ้น หากตัวต้านทานทั้งสองมีค่าเท่ากันและมีกำลังไฟฟ้าเท่ากัน กำลังไฟฟ้ารวมจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ตัวอย่างกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานหมายเลข 1

กำลังไฟฟ้าสูงสุดเป็นวัตต์ของตัวต้านทานคงที่ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์ที่ขั้วและมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 50 มิลลิแอมแปร์คือเท่าใด

เมื่อทราบค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าข้างต้นแล้ว เราสามารถแทนค่าเหล่านี้ลงในสมการต่อไปนี้ได้: P = V* I

ตัวอย่างกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานหมายเลข 2

คำนวณกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ปลอดภัยที่สามารถผ่านตัวต้านทาน 1.8KΩ ที่ได้รับการจัดอันดับที่ 0.5 วัตต์ได้

อีกครั้ง เมื่อเราทราบกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานและค่าความต้านทานแล้ว ตอนนี้เราสามารถแทนค่าเหล่านี้ลงในสมการกำลังไฟฟ้ามาตรฐานได้ดังนี้: P = I2R

ตัวต้านทานทุกชนิดมี พิกัดกำลังไฟฟ้ากระจายสูงสุด (Maximum Dissipated Power Rating)ซึ่งหมายถึงปริมาณพลังงานสูงสุดที่สามารถกระจายได้อย่างปลอดภัยโดยไม่เกิดความเสียหายต่อตัวตัวต้านทานเอง ตัวต้านทานที่มีค่ากำลังไฟฟ้าเกินพิกัดสูงสุดมักจะมอดไหม้อย่างรวดเร็วและมักจะสร้างความเสียหายให้กับวงจรที่เชื่อมต่ออยู่ หากตัวต้านทานจะต้องใช้ใกล้กับพิกัดกำลังไฟฟ้าสูงสุด จำเป็นต้องใช้แผ่นระบายความร้อนหรือระบบระบายความร้อนบางประเภท

กำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกตัวต้านทานสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน หน้าที่ของตัวต้านทานคือการต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านวงจร โดยการกระจายพลังงานที่ไม่ต้องการออกไปเป็นความร้อน การเลือกตัวต้านทานที่มีค่าวัตต์ต่ำในขณะที่คาดว่าจะมีการสูญเสียพลังงานสูง จะทำให้ตัวต้านทานร้อนเกินไป ทำลายทั้งตัวต้านทานและวงจร

จนถึงตอนนี้ เราได้พิจารณาตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC คงที่แล้ว แต่ในบทช่วยสอนถัดไปเกี่ยวกับ ตัวต้านทานเราจะดูพฤติกรรมของตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC แบบไซน์ และแสดงให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และด้วยเหตุนี้จึงรวมถึงพลังงานที่ใช้โดยตัวต้านทานที่ใช้ในวงจร AC นั้นจะอยู่ในเฟสเดียวกันทั้งหมด