สอนวิทย์มัธยม 1: ฝึกหาข้อมูล เล่นกับไฟฟ้า ความต้านทานของสิ่งต่างๆ LED

สัปดาห์นี้วิทย์ม.1 ผมให้เด็กๆเล่นกับ Ferrofluid (เหล็กเหลว?) แต่ตอนให้เล่นไม่บอกว่าเรียกว่าอะไรนะครับ หน้าตามันเป็นแบบนี้ครับ:

พอเล่นไปสักพักผมก็ให้เด็กๆพยายามหาข้อมูลในอินเทอร์เน็ตว่ามันเรียกว่าอะไร มีประโยชน์อย่างไร พยายามฝึกให้เด็กๆกล้าเดา หัดค้นคว้า หัดอ่านภาษาอังกฤษครับ (ตัวอย่างข้อมูลที่หาเจอคือที่นี่นะครับ ถูกประดิษฐ์ขึ้นที่ NASA ซะด้วย มันเป็นผงเหล็กขนาดนาโนเมตรเคลือบด้วยสารลดแรงตึงผิวไม่ให้ติดกัน มีประโยชน์ที่เราคิดไม่ถึงหลายอย่าง)

ขณะที่เด็กๆค้นหาเรื่อง ferrofluid เราก็ไปพบเรื่องเกี่ยวกับเครื่อง MRI (Magnetic Resonance Imaging) ที่ใช้แม่เหล็กแรงสูงช่วยดูอวัยวะภายในร่างกายครับ มีคลิปแสดงความแรงของแม่เหล็กเครื่อง MRI ที่ดึงของได้เป็นร้อยกิโลครับ:

ผมเล่าคร่าวๆว่า MRI ทำงานโดยอาศัยธรรมชาติที่ว่าร่างกายเรามีอะตอมไฮโดรเจนเต็มไปหมด อยู่ในน้ำ ในไขมัน ในเนื้อเยื่อต่างๆ นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเหล่านี้ทำตัวเป็นแม่เหล็กเล็กๆซึ่งปกติจะชี้ไปมาทุกทิศทางมั่วๆไปหมด พอร่างกายเราไปอยู่ในสนามแม่เหล็กแรงๆในอุโมงเครื่อง MRI แม่เหล็กเล็กๆเหล่านี้ในอะตอมไฮโดรเจนก็จะชี้ในทิศทางตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของเครื่อง MRI (ทำนองเดียวกับที่เข็มทิศชี้ตามสนามแม่เหล็กโลก) ถ้าส่งสัญญาณวิทยุที่เหมาะสมเข้าไป จะสามารถ “เตะ” แม่เหล็กเล็กๆเหล่านี้ให้เปลี่ยนทิศทางได้  แต่พอรออีกแป๊บนึง แม่เหล็กเล็กๆก็จะชี้ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็ก MRI อีก โดยเวลามันเปลี่ยนทิศทางมันจะปล่อยคลื่นวิทยุออกมาให้ตรวจจับและวาดภาพได้ว่าไฮโดรเจนทั้งหลายนั้นอยู่ตรงไหนบ้าง ทำให้เรามีภาพอวัยวะภายในของเราที่มีไฮโดรเจนเหล่านั้นครับ ยกตัวอย่างเช่นภาพตัดขวางศีรษะข้างล่างนี้ที่เราสามารถเห็นภายในหัวโดยไม่ต้องผ่าดู:

เด็กๆได้ทำกิจกรรมเพื่อซึมซับความเข้าใจเรื่องไฟฟ้าครับ ได้หัดวัดความต้านทานสิ่งต่างๆ ความต้านทานผิวหนังแห้งและเปียก ความต้านทานไส้ดินสอกราไฟท์ ได้เริ่มรู้จักความสัมพันธ์ระหว่างความดันไฟฟ้า (V) กระแสไฟฟ้า (I) ความต้านทาน (R) ได้ใช้เครื่องจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้เห็นความสัมพันธ์  V= I R

V = I R
V = I R

เราเอาลวดนิโครม (Nichrome) ซึ่งมีส่วนประกอบของธาตุนิกเกิลและโครเมียมมาเล่นกันต่อครับ เราวัดความต้านทานของมัน และสังเกตว่ามันร้อนเร็วมากเมื่อใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไป เราจึงเอามาตัดโฟมกันครับ

เราดูวิดีโอของ ElectroBoom เรื่องกราไฟท์ครับ จะเห็นว่ามันนำไฟฟ้าและทนความร้อนได้ดี:

เด็กได้เริ่มทำความคุ้นเคยกับชิ้นส่วนอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ โดยได้หัดต่อไฟ LED บน breadboard เห็นว่า LED มีขั้ว ต้องต่อให้ถูกขั้วบวก/ลบ

IMG_9033 IMG_9034 IMG_9037 IMG_9038

เด็กๆได้เห็นส่วนประกอบ LED ดังรูป:

เราพยายามเอาเลนส์จาก laser pointer มาทำเป็นกล้องจุลทรรศน์เพื่อส่องดูข้างใน LED ด้วยครับ แต่ถ่ายรูปมาไม่ค่อยชัดเท่าไร:

ภาพขยายภายใน LED
ภาพขยายภายใน LED

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าตอนผมเป็นเด็ก ไฟ LED เป็นของประหลาดมากเพราะหลอดไฟที่ผมคุ้นเคยจะเป็นหลอดไส้ (Incandescent light bulb) ที่ส่งไฟฟ้าผ่านขดลวดทังสเตนเล็กๆจนร้อนและเปล่งแสง หลอดไฟแบบนี้จะร้อนมาก แต่ไฟ LED ไม่ร้อน

ผมเล่าให้เด็กฟังว่ามีหลอดไส้ที่ยังส่องแสงอยู่เป็นร้อยปีด้วยครับ ชื่อ Centennial Bulb อยู่ที่เมือง Livermore รัฐ California ที่สหรัฐอเมริกา ตอนนี้ส่องแสงมากว่า 114 ปีแล้ว

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าหลอดไส้รุ่นแรกๆใช้คาร์บอนแทนที่จะเป็นลวดทังสเตนด้วยครับ ก็เชื่อมโยงความรู้จากวิดีโอ ElectroBoom แล้วว่าคาร์บอนในแบบกราไฟท์ทนความร้อนได้สูงครับ

จากนั้นเราก็ดู ElectroBoom เรื่องไฟกระแสตรงและกระแสสลับอันไหนทำให้เราเจ็บกว่ากันครับ:

Leave a Reply

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