สอนวิทย์มัธยม 1: ความร้อนจากกระแสไฟฟ้า ลองต่อ LED เล่นกัน

สัปดาห์ที่ผ่านมาเด็กๆได้ทำความคุ้นเคยกับ กระแสไฟฟ้า (I) แรงดันไฟฟ้า (V) ความต้านทาน (R) และความร้อนที่เกิดขึ้นจากการไหลของกระแส I ผ่านความต้านทาน R ครับ

ผมให้เด็กๆทบทวนการต่อความต้านทานเข้าด้วยกันทั้งแบบอนุกรมและขนาน ให้เขาลองวัดค่าความต้านทานจริงๆ ให้เห็น Rรวม = R1 + R2 +… + Rn สำหรับอนุกรม และ 1/Rรวม = 1/R1 + 1/R2 +… + 1/Rn สำหรับขนาน

IMG_9446

ผมเอาฟอยล์อลูมิเนียมมาตัดเป็นเส้นยาวๆ ให้เด็กๆคิดว่าทำอย่างไรให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น (เอาหลายเส้นมาต่อกันให้ยาวๆขึ้นไปอีก หรือตัดให้ขนาดความกว้างเส้นลดลง ) ทำอย่างไรให้ความต้านทานลดลง (หรือเอาหลายเส้นมาทบกันให้มีเนื้ออลูมิเนียมเยอะๆหรือตัดแถบอลูมิเนียมให้กว้างๆ หรือตัดให้สั้นๆ)

เราสังเกตว่าเวลาไฟฟ้าวิ่งผ่านฟอยล์อลูมิเนียมจะเกิดความร้อน ผมแนะนำให้เด็กๆรู้จักกำลังไฟฟ้าที่เปลี่ยนเป็นความร้อน (Joule Heating) โดยกำลังไฟฟ้าคือพลังงานไฟฟ้าต่อหน่วยเวลา มีหน่วยเป็นวัตต์ ถ้ากำหนดให้กำลังไฟฟ้าคือ P จะได้ความสัมพันธ์ว่า P = V2/R = I2R = VI เด็กๆได้ทดลองคำนวณวัตต์เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแถบอลูมิเนียมครับ:

คำนวณกำลังไฟฟ้าจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านฟอยล์อลูมิเนียม
คำนวณกำลังไฟฟ้าจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านฟอยล์อลูมิเนียม

ผมถามให้เด็กๆคิดว่าถ้าเราให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำมากๆจะเกิดอะไรขึ้น เด็กๆบอกว่าร้อนขึ้นมากๆ ผมถามว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับตัวนำ เด็กๆบอกว่าไหม้หรือละลาย ผมจึงแนะนำให้รู้จักกับฟิวส์ (electrical fuse) ที่เป็นโลหะที่จะละลายเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากเกินไป เมื่อละลายก็จะตัดวงจรไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้อีก ทำให้ปลอดภัย ไฟไม่ไหม้

เราทดลองทำฟิวส์กันด้วยฟอยล์อลูมิเนียมครับ:

เด็กๆลองคำนวณความต้านทานผ่านมือสองข้าง โดยวัดความต้านทานแบบขนานกับตัวต้านทานที่เรารู้ค่าและมีความต้านทานสูง (1 เม็กกะโอห์ม หรือ 1 MΩ) พบว่าความต้านทานผ่านมือเรามีค่าประมาณ 4 แสนโอห์มครับ:

ประมาณความต้านทานตัวเราโดยเอาตัวเราไปต่อขนานกับความต้านทาน 1 ล้านโอห์ม
ประมาณความต้านทานตัวเราโดยเอาตัวเราไปต่อขนานกับความต้านทาน 1 ล้านโอห์ม

เด็กๆได้เล่นกับ LED หรือไดโอดเปล่งแสง ที่ต้องป้อนไฟฟ้าให้ถูกขั้ว พวกเราสังเกตว่ากระแสไฟฟ้าที่วิ่งผ่าน LED มีขนาดน้อยมากครับ หลักสิบมิลลิแอมป์ เด็กๆลองต่อแบบอนุกรมและขนานและสังเกตว่าต้องใช้ไฟโวลท์มากขึ้นหรือน้อยลงอย่างไรครับ

 

Leave a Reply

Your email address will not be published.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