ฉนวนความร้อนและเรื่องขบวนการออสโมซิส

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่องเรียนรู้เรื่องผิวหนังและความรู้สึกร้อนเย็นอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องฉนวนความร้อนและเรื่องขบวนการออสโมซิส

เนื่องจากช่วงนี้เด็กๆกำลังเรียนรู้เรื่องเกี่ยวกับร่างกาย ผมจึงพยายามอธิบายว่าสิ่งของต่างๆวิ่งเข้าวิ่งออกเซลล์ได้อย่างไร ผมจึงวางแผนที่จะสอนเด็กๆเรื่องขบวนการออสโมซิส ซึ่งการทดลองที่เกี่ยวข้องกับขบวนการนี้จะใช้เวลานานหลักครึ่งชั่วโมงถึงหลายๆชั่วโมง ผมจึงทำการทดลองบางเรื่องให้เด็กๆได้สังเกตในสัปดาห์นี้ก่อนที่จะเรียนรู้เนื้อหาในสัปดาห์หน้า ขณะที่รอผลการทดลอง เราก็เรียนรู้เรื่องฉนวนความร้อนและทำการทดลองกันเอง

การทดลองแรกคือการทำให้มันฝรั่งดูดน้ำจากจาน เริ่มโดยเราเอามันฝรั่งดิบมาตัดให้เป็นรูปถ้วยเล็กๆ และปอกเปลือกส่วนฐานที่จะไปแช่น้ำ แล้วเราก็ใส่เกลือเข้าไปในถ้วยมันฝรั่ง แล้ววางถ้วยมันฝรั่งไว้ในจานรองแก้วที่ใส่น้ำไว้ตื้นๆ ทิ้งไว้สักครึ่งชั่วโมง เราก็จะเห็นน้ำในถ้วยมันฝรั่งสูงขึ้น น้ำเหล่านี้มาจากน้ำในจานรองแก้ว เพราะในถ้วยมันฝรั่งมีสารละลายเกลืออยู่เข้มข้น น้ำจึงถูกดูดเข้าไปหาเกลือเหล่านั้นผ่านเซลล์ของมันฝรั่ง เป็นตัวอย่างของการออสโมซิสอันหนึ่ง

 แกะมันฝรั่งให้เป็นรูปถ้วยเล็กๆ ปอกเปลือกรอบๆฐาน
ใส่เกลือในถ้วยมันฝรั่ง
เอาไปวางในน้ำตื้นๆในจานรองแก้ว
ทึ้งไว้สักพักจะเห็นในถ้วยมันฝรั่งมีน้ำขึ้นมา ถ้าทิ้งไว้นานน้ำจะสูงขึ้นเรื่อยๆ
น้ำมาจากน้ำในจานรองแก้ว ไหลผ่านมันฝรั่งเข้าไป

การทดลองที่สองที่เกี่ยวกับการออสโมซิสคือการเอาถุงพลาสติกใส่น้ำแป้งมันสำปะหลังแช่ไว้ในน้ำผสมทิงเจอร์ไอโอดีน แต่ก่อนอื่นเราต้องแสดงให้เด็กๆดูก่อนว่าเวลาน้ำแป้งมันสำปะหลังพบกับทิงเจอร์ไอโอดีนจะเป็นอย่างไร

เราเริ่มด้วยการทำน้ำแป้งมันสำปะหลัง (ความจริงใช้แป้งที่กินได้อันไหนก็ได้) โดยผสมแป้งมันกับน้ำแล้วคนให้เป็นสีขาวขุ่น จากนั้นก็หยดทิงเจอร์ไอโอดีนใส่น้ำแป้ง ทิงเจอร์ไอโอดีนจะมีสีน้ำตาลแดง แต่เมื่อผสมกับแป้งจะกลายเป็นสีม่วงเข้มเกือบๆดำ อาหารต่างๆที่มีแป้งเช่นมันฝรั่งหรือข้าวเมื่อเจอกับทิงเจอร์ไอโอดีนก็จะเปลี่ยนสีเป็นสีดำๆอย่างเห็นได้ชัด แป้งทาตัวจะไม่เปลี่ยนสีเพราะจริงๆแล้วทำมาจากหินบดไม่ใช่แป้งในอาหาร

มันฝรั่งฝานและข้าวเปลี่ยนสีเป็นสีดำเมื่อพบทิงเจอร์ไอโอดีน

เมื่อเด็กๆเข้าใจแล้วว่าเมื่อแป้งพบกับทิงเจอร์ไอโอดีนจะเปลี่ยนสีเป็นสีม่วงๆดำๆ เราก็ทำการทดลองขบวนการออสโมซิสอันที่สอง เราใส่น้ำแป้งในถุงพลาสติก มัดให้แน่น แล้วเอาไปแช่ในชามที่ใส่น้ำผสมทิงเจอร์ไอโอดีนไว้ ทิ้งไว้สองชั่วโมงสองชั่วโมง ทิงเจอร์ไอโอดีนก็จะซึมผ่านพลาสติกเข้าไปเจอกับน้ำแป้งทำให้เกิดสีดำๆขึ้น (เพราะถุงพลาสติกมีรูเล็กๆที่ตามองไม่เห็นเต็มไปหมด โมเลกุลแป้งจะใหญ่เกินไปที่จะลอดออกมา แต่ไอโอดีนขนาดเล็กพอที่จะลอดเข้าไปในถุงแป้งได้)

ถุงน้ำแป้งมันแช่ในน้ำผสมทิงเจอร์ไอโอดีน
ทิ้งไว้ประมาณหนึ่งชั่วโมง จะเห็นสีม่วงๆดำๆ
สีแบบนี้ครับ

พอทำการทดลองเกี่ยวกับขบวนการออสโมซิสเสร็จ ระหว่างรอผลเราก็มาเรียนรู้กันเรื่องฉนวนความร้อน เริ่มด้วยการโชว์ภาพเหล่านี้ให้เด็กๆดู:

สังเกตขนหมีขั้วโลกกันหนาว
ขนเป็ดกันหนาว
เสื้อกันหนาว
ผ้าห่มนวมกันหนาว
กระติกใส้โฟมเก็บของร้อนเย็น

ผมบอกเด็กๆว่าของเหล่านี้มีอะไรที่เหมือนกันอย่างหนึ่ง คือของเหล่านี้มีการเก็บกักอากาศไว้เป็นชั้นกั้นรอบๆตัวมัน  อากาศจะไม่ค่อยยอมให้ความร้อนไหลผ่าน ขนหมีและขนเป็ดจะฟูๆเก็บกักอากาศไว้ภายใน เสื้อกันหนาวแล้วผ้านวมก็ฟูๆเก็บกักอากาศไว้ข้างใน โฟมในกระติกก็เป็นพลาสติกฟูๆที่เก็บกักอากาศไว้ข้างในเนื้อโฟม เมื่อมีอากาศอยู่รอบๆ ความร้อนก็ไหลจากด้านหนึ่งผ่านอากาศไปอีกด้านหนึ่งยาก ด้านไหนร้อนก็ร้อนอยู่นาน (เช่นร่างกายหมีและเป็ดเพราะการรักษาร่างกายให้อบอุ่นเป็นเรื่องสำคัญสำหรับสัตว์เลือดอุ่นอย่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนก) ด้านไหนเย็นก็เย็นอยู่นาน (เช่นกระติกใส่น้ำแข็ง)

วัสดุใดยอมให้ความร้อนผ่านได้ยากๆ เราเรียกวัสดุนั้นว่าฉนวนความร้อน เช่น อากาศ(ไม่มีลม) ไม้ โฟม พลาสติก แอโรเจล

วัสดุใดยอมให้ความร้อนผ่านได้ง่ายๆ เราเรียกวัสดุนั้นว่าตัวนำความร้อน เช่น เพชร โลหะเงิน ทองแดง ทอง อลูมิเนียม เหล็ก

จากนั้นพวกเราก็ทำการทดลองกักเก็บอากาศไว้รอบๆนิ้วของเราแล้วจุ่มไปในน้ำเย็น และเปรียบเทียบกับนิ้วเปล่าๆที่จุ่มในน้ำเย็น วิธีทำก็คือเอาสำลีมาหุ้มนิ้วไว้ แล้วเอาฟิล์มพลาสติกห่ออาหาร (wrap) มาหุ้มกันน้ำไว้ สำลีจะพองๆเก็บกักอากาศไว้ แล้วเราก็เอานิ้วไปจุ่มในน้ำเย็นใส่น้ำแข็ง จะรู้สึกได้ว่านิ้วรู้สึกเย็นน้อยมาก แม้ว่าจะจุ่มไว้นานๆ ถ้าเอานิ้วเปล่าจุ่ม จะรู้สึกเย็นมากอย่างรวดเร็ว

 
 
 
หลังจากเด็กๆได้ทำการทดลองเองกันทุกคนแล้ว ผมก็ให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปของฉนวนกันความร้อนที่เรียกว่าแอโรเจล (aerogel) ซึ่งก็คือโฟมที่ทำด้วยทรายแทนที่จะเป็นพลาสติก (โฟมปกติจะทำด้วยพลาสติก) ในวิดีโอคลิป แอโรเจลใช้กันไฟจากท่อพ่นไฟโดยที่อีกข้างหนึ่งยังเย็นพอที่คนจะถือได้ครับ
 
แอโรเจลเป็นวัสดุที่มหัศจรรย์มาก มีน้ำหนักเบา กันความร้อนได้ดีมาก รับแรงกดได้มาก (แต่เปราะเมื่อถูกหัก) ที่เว็บนี้มีวิธีทำเองด้วยครับ

3 thoughts on “ฉนวนความร้อนและเรื่องขบวนการออสโมซิส”

  1. Hello Aj, Do they sell this aerogel in Thailand? If not, where can i get all the raw materials. Is this process need to be complete in the lab only?

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *