ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายคนมาอยู่ในกล่องได้อย่างไร แล้วเราก็คุยกันเรื่องไฟฟ้าลัดวงจร เรื่องฟ้าแลบ ฟ้าร้อง และไม้ตียุงไฟฟ้าทำงานด้วยหลักการเดียวกันกับฟ้าแลบฟ้าร้อง
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่ นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลคนมาอยู่ในกล่องได้อย่างไร:
VIDEO
กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
ผมเอาคลิปนี้ให้เด็กๆดู เป็นคลิปที่กิ่งไม้ตกพาดสายไฟฟ้าแรงสูงสองสาย:
VIDEO
ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าสายไฟที่ส่งไฟฟ้าระยะทางไกลๆมักจะทำด้วยโลหะตระกูลอลูมิเนียมเพราะนำไฟฟ้าได้ดี เบา และราคาถูก สายพวกนี้มักจะแขวนอยู่บนเสาสูงๆและไม่มีฉนวนไฟฟ้าหุ้ม แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่หลักหลายพันถึงหลายแสนโวลท์ขึ้นกับประเภทการส่งไฟฟ้า ตราบใดที่ไม่มีอะไรนำไฟฟ้าระหว่างสายไฟมากกว่าหนึ่งเส้นก็จะไม่มีปัญหาอะไร ไฟฟ้าก็วิ่งไปตามสายไฟไม่มีการลัดวงจร เราจึงเห็นนกหรือกระรอกเกาะสายไฟเส้นเดียวโดยไม่มีอันตราย แต่ถ้าสัตว์เหล่านั้นแตะสายไฟสองเส้นขึ้นไป ไฟฟ้าก็จะวิ่งผ่านทำให้มันตายได้
ในวิดีโอเราเห็นกิ่งไม้พาดสายไฟสองสายทำให้มีกระแสไฟฟ้าลัดวงจร วิ่งจากสายไฟเส้นหนึ่งไปอีกเส้นหนึ่งผ่านกิ่งไม้ กระแสไฟฟ้าที่วิ่งผ่านทำให้เกิดความร้อนในกิ่งไม้ ตอนแรกจะทำให้น้ำระเหยเป็นไอน้ำ ต่อจากนั้นไม้ก็ไหม้เป็นถ่านดำๆที่ประกอบไปด้วยกราไฟท์ที่นำไฟฟ้าได้ดีและทนความร้อน กระแสไฟฟ้าจึงวิ่งผ่านได้มากขึ้นอีกทำให้ไม้ร้อนขึ้นอีก อากาศที่อยู่รอบๆที่ปกติไม่นำไฟฟ้าก็ร้อนมากขึ้นเรื่อยๆจนกลายเป็นพลาสมาและนำไฟฟ้าได้ ไฟฟ้าวิ่งผ่านอากาศร้อนทำให้มันร้อนมากๆขึ้นไปอีกจึงเห็นอากาศร้อนจนเรืองแสงเหมือนฟ้าแลบและมีเสียงเหมือนฟ้าผ่าเล็กๆ อากาศร้อนลอยตัวขึ้นทำให้แสงลอยตัวตามขึ้นไปด้วย
ผมเล่าเรื่องกราไฟท์ว่าเป็นสารที่ประกอบด้วยธาตุคาร์บอนเรียงกันเป็นชั้นๆเหมือนขนมชั้น แต่ละชั้นลื่นหลุดออกจากกันได้ง่ายทำให้เป็นสารหล่อลื่นที่ดี และเอามาเขียนบนกระดาษได้เพราะกราไฟท์จะลื่นหลุดจากกันไปติดกระดาษ จึงใช้เป็นส่วนประกอบหลักๆของไส้ดินสอที่เราใช้กันทุกวันนี้ครับ
จากนั้นเราคุยกันเรื่องการทำงานของไม้ตียุงไฟฟ้าและมันเกี่ยวกับฟ้าแลบฟ้าร้องอย่างไร
ผมเอาไม้ตียุงไฟฟ้ามาให้เด็กๆดู ให้เด็กๆสังเกตว่ามันมีตะแกรงโลหะสามชั้น ชั้นในตรงกลางจะต่อกับขั้วไฟฟ้าขั้วหนึ่ง ชั้นนอกทั้งสองด้านจะต่อกับอีกขั้วหนึ่ง พอกดสวิทช์ ตะแกรงด้านนอกกับด้านในจะมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเป็นพันเป็นโวลท์
หลักการทำงานของมันก็คือมันจะใช้แบตเตอรี่ภายในของมันส่งไฟฟ้าไปที่ตะแกรงลวดด้านนอกและด้านในโดยให้มีประจุตรงกันข้ามระหว่างตะแกรงลวดด้านนอกและด้านใน ทำให้มีความต่างศักย์กันประมาณหลายพันโวลท์ ถ้ายุงไปพาดตะแกรงไฟฟ้าก็จะไหลผ่านตัวยุงทำให้มันสลบหรือตาย นอกจากนั้นถ้ายุงโดนตะแกรงแค่ด้านเดียว (แต่ถ้าเข้าไปอยู่ระหว่างตะแกรงนอกกับใน) ระยะห่างของตัวยุงกับตะแกรงจะน้อยพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านตัวยุง และผ่านอากาศเข้าไปในตะแกรงอีกด้านได้ เพราะเมื่อยุงไปพาดตะแกรงอันหนึ่งจะทำให้ระยะห่างระหว่างยุงกับตะแกรงอีกอันน้อยลง จนทำให้กระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านอากาศได้ (ปกติถ้าความต่างศักย์ประมาณ 3,000 โวลท์จะทำให้กระแสไฟข้ามอากาศได้ประมาณ 1 มิลลิเมตร)
ผมเคยอธิบายประมาณแบบนี้โดยอัดคลิปไว้ที่ช่องเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ครับ:
VIDEO
เด็กๆเข้ามาทดลองดู ในที่นี้ให้เด็กๆใช้ไส้ดินสอแทนยุง ขยับไส้ดินสอไปอยู่ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ไส้ดินสอไม่จำเป็นต้องสัมผัสทั้งสองขั้วพร้อมกัน ถ้าแตะกับขั้วหนึ่ง และใกล้กับอีกขั้วหนึ่งพอ ไฟฟ้าจะวิ่งผ่านอากาศได้ แสงและเสียงที่เกิดขึ้นเกิดแบบเดียวกันกับฟ้าแลบฟ้าร้องเพียงแต่มีขนาดเล็กมาก
การที่สิ่งมีชีวิตอย่างเราโดนไฟฟ้าแล้วตายเกิดจากสองสาเหตุหลักคือ ถ้ากระแสไฟฟ้ามีปริมาณมากๆไหลผ่านเรา จะเกิดความร้อนสูงและเราก็ไหม้ตาย อีกสาเหตุก็คือกระแสไฟฟ้าไม่มากจนร้อนไหม้ แต่มากพอที่ไปรบกวนการเต้นของหัวใจทำให้หัวใจหยุดเต้นครับ ปกติยุงที่โดนไฟฟ้าจากไม้ตียุงไฟฟ้าแล้วตายจะมีกลิ่นไหม้ๆด้วย นอกจากบางตัวโชคดีแค่สลบเพราะแบตเตอรีในไม้ตียุงไฟฟ้าอ่อนแล้ว
หลักการการทำงานของไม้แปะยุงนี้เป็นหลักการเดียวกับปรากฎการณ์ฟ้าแลบ/ฟ้าร้อง/ฟ้าผ่า คือเมฆที่ก่อตัวจากการเคลื่อนไหวของอากาศเยอะๆทำให้เหมือนมีการขัดถูกัน ระหว่างน้ำและเกล็ดน้ำแข็ง ทำให้เมฆแต่ละส่วนหรือพื้นดินมีประจุเครื่องหมายต่างกันคล้ายๆตะแกรงด้านนอก กับด้านในของไม้แปะยุง เมื่อประจุต่างกันมากพอ กระแสไฟฟ้าก็จะสามารถไหลผ่านอากาศได้ ทำให้อากาศร้อนขยายตัวอย่างรวดเร็วทำให้มีแสงสว่าง (จากความร้อน) และเสียงดัง (จากการขยายตัวอย่างรวดเร็ว) ทำให้เราเห็นฟ้าแลบ และได้ยินฟ้าร้อง นอกจากบางทีที่เราอยู่ไกลเกินไปเลยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องครับ
จากนั้นเด็กๆได้ดูภาพสโลโมชั่นของสายฟ้ากันครับ:
VIDEO
เราจะเห็นแสงวิ่งลงมาจากเมฆข้างบนลงสู่พื้นโดยแตกแยกเป็นกิ่งก้านสาขา เหมือนกิ่งหรือรากไม้ จนกระทั้งกิ่งเล็กๆกิ่งหนึ่งเข้าใกล้แผ่นดินพอ ก็จะเกิดแสงจ้าวิ่งจากพื้นดินขึ้นสู่ก้อนเมฆ
แสงที่เราเห็นเกิดจากกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่าอากาศ ทำให้อากาศร้อน (เป็นพันๆองศาเซลเซียส) จนเปล่งแสงออกมา เรามีกระแสไฟฟ้าได้เพราะตอนที่ไอน้ำและหยดน้ำลอยขึ้นไปเป็นเมฆฝนจะเกิดการชน หรือเสียดสีกับอากาศทำให้มีประจุไฟฟ้าคล้ายกับการที่เราเอาลูกโป่งมาถูกับ หัวเราให้เกิดไฟฟ้าสถิต เมฆฝนที่ทำให้มีฟ้าฝ่าก็มีไฟฟ้าสถิตมากมายจากการชนและเสียดสีเหมือนกัน
ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ห่างๆกันทำให้เกิดสนามไฟฟ้าในที่ต่างๆในบริเวณนั้น ถ้าสนามไฟฟ้าแรงพอ (ประมาณ 30,000โวลท์ต่อเซ็นติเมตร) อากาศบริเวณนั้นจะเริ่มนำไฟฟ้ายอมให้กระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านได้ ถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากพอ อากาศแถวนั้นก็จะร้อนและเรืองแสง
ในวิดีโอที่เราเห็นแสงวิ่งเป็นกิ่งก้านลงมากจากก้อนเมฆนั่นเป็นเพราะ กระแสไฟฟ้าวิ่งในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มต่างๆกัน เมื่อกิ่งก้านไหนมาแตะกับพื้นหรือของที่ติดกับพื้น กระแสไฟฟ้าจำนวนมากก็สามารถถ่ายเทผ่านกิ่งก้านนั้นทำให้เกิดแสงจ้ามากๆดัง ที่เราเห็น
ฟ้าร้องคือเสียงที่อากาศขยายตัวอย่างรวดเร็วจากความร้อนมหาศาลที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านอากาศนั่นเอง
สายล่อฟ้าคือแท่งโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีๆ (มักจะเป็นทองแดงขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2-5 เซ็นติเมตร) ที่ไปใว้ในที่สูงๆ และเชื่อมต่อกับพื้นดินด้วยเส้นลวดทองแดงหรืออลูมิเนียมใหญ่ๆ ทำหน้าที่เป็นทางเดินให้ไฟฟ้าไหลลงจากเมฆลงไปที่พื้นดีๆ ไม่ไปไหลผ่านของอื่นๆที่อาจระเบิดหรือไหม้ไฟได้
ตัวอย่างภาพบรรยากาศกิจกรรมครับ:
