ความจุความร้อนของน้ำ การทรงตัว

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้เห็นความมหัศจรรย์ของน้ำที่สามารถจุความร้อนได้มากมาย สามารถช่วยให้ถ้วยพลาสติก กระดาษ หรือลูกโป่งทนความร้อนมากๆได้ เด็กๆอนุบาลสามได้เรียนรู้เรื่องสมดุลและการทรงตัว ได้หัดเล่นกลตั้งกระป๋องอลุมิเนียมให้เอียงๆครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “ทำเหล็กให้เป็นแม่เหล็ก ปืนแม่เหล็ก (Gaussian Gun) แรงตึงผิวน้ำ” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถมต้น ผมให้ดูคลิปน่าสนใจก่อนครับ ถามเขาก่อนว่าถ้าเอาถ้วยแก้วไปทำให้ร้อนๆ แล้วใส่น้ำเย็นลงไป จะเกิดอะไรขึ้น เด็กๆหลายๆคนบอกว่าน่าจะแตก ผมถามว่าทำไมถึงแตกล่ะ เด็กๆอึ้งกันไป แต่ก็มีสองสามคนพยายามอธิบายว่าความร้อนความเย็นทำให้เกิดการขยายตัวและหดตัว ผมบอกว่าใช่แล้วเวลาของโดนความร้อนมักจะขยายตัว เมื่อโดนความเย็นมักจะหดตัว ในกรณีของแก้วเมื่อร้อนก็ขยายตัว เมื่อโดนน้ำเย็น ส่วนที่โดนน้ำเย็นก่อนก็หดตัวก่อน ทำให้เนื้อแก้วแตก หลังคุยกันเสร็จก็ดูการแตกของแก้วแบบสโลโมชั่นกันครับ:

จากนั้นทั้งประถมต้นและประถมปลายก็ให้ดูการทดลองลูกโป่งลนไฟกันครับ:

เราพบว่าลูกโป่งที่ไม่มีน้ำใส่ไว้พอถูกไฟก็แตกอย่างรวดเร็ว เพราะยางถูกไฟก็มีอุณหภูมิสูงขึ้นจนเปลี่ยนสภาพและฉีกขาดออกจากกัน แต่สำหรับลูกโป่งที่ใส่น้ำไว้ เราสามารถลนไฟไว้ได้นานๆโดยที่มันไม่แตกเลย  แต่ถ้าเราเอาไฟไปถูกยางตรงที่ไม่มีน้ำหล่อเลี้ยงไว้ ยางตรงนั้นก็จะขาดออกทำให้ลูกโป่งแตกเหมือนกัน

สาเหตุที่ลูกโป่งที่มีน้ำหล่อเลี้ยงอยู่ทนไฟอยู่ได้นานๆก็เพราะน้ำสามารถดูดซับความร้อนได้เยอะ เมื่อเราเอาไฟไปลนลูกโป่ง ยางของลูกโป่งก็จะร้อนขึ้น แต่เนื่องจากยางมีความบางและอยู่ติดกับน้ำ ความร้อนส่วนใหญ่ก็ถูกน้ำรับเอาไปหมด น้ำจะอุ่นขึ้นนิดหน่อยแต่อุณหภูมิไม่สูงพอที่จะทำให้ยางขาดได้  (แต่ถ้าเราใช้ยางที่หนาๆกว่าลูกโป่ง มันก็เป็นไปได้ว่ายางจะไหม้ไฟนะครับ เนื่องจากยางหนาทำให้ส่งถ่ายความร้อนไปยังน้ำที่อยู่ด้านตรงข้ามกับไฟไม่ทัน ยางด้านที่ใกล้ไฟอาจจะมีอุณหภูมิสูงเกินไปทำให้ติดไฟได้ หรือถ้าเราใช้แหล่งความร้อนที่ร้อนมากๆจนยางส่งผ่านความร้อนให้น้ำไม่ทัน ยางก็ไหม้และขาดได้ครับ)

หลักการที่ว่าน้ำสามารถดูดซับความร้อนได้เยอะถูกใช้ในหม้อน้ำรถยนต์ ที่เราใช้น้ำไปดึงความร้อนออกมาจากเครื่องยนต์ที่เผาเชื้อเพลิงอยู่ แล้วมาระบายความร้อนที่รังผึ้งที่ใช้พัดลมเป่าให้ความร้อนออกไปกับอากาศที่ไหลผ่าน ถ้าระบบหม้อน้ำเสีย เครื่องยนต์ก็จะร้อนจัดจนละลายและหยุดทำงาน  นอกจากนี้น้ำยังเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิไม่ให้กระโดดไปมาเร็วๆด้วย เช่นในทะเลทรายที่น้ำน้อย ตอนกลางวันก็ร้อนจัด กลางคืนก็หนาว ในที่ที่มีน้ำเยอะๆ น้ำจะช่วยดูดซับเอาความร้อนไปในตอนกลางวัน และปล่อยความร้อนออกมาในตอนกลางคืน ทำให้ไม่ร้อนไม่หนาวต่างกันเกินไป

หลักการเดียวกันก็อธิบายการต้มน้ำในกรวยกระดาษครับ:

น้ำพาความร้อนไปจากกระดาษทำให้กระดาษไม่ไหม้ไฟ (ที่เห็นดำๆนั่นคือเขม่าจากควันเทียนครับ ไม่ใช่กระดาษไหม้)

เด็กๆประถมปลายได้ทดลองเอาลูกโป่งลนไฟกันเองครับ:

ผมทดลองใช้ไฟแรงๆจากเครื่องพ่นไฟทำอาหาร (Culinary Torch) เพื่อให้ยางลูกโป่งถ่ายเทความร้อนให้น้ำไม่ทันจะได้ระเบิดแล้วถ่ายเป็นวิดีโอสโลโมชั่นไว้ครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสามผมตั้งกระป๋องเอียงๆไว้อย่างนี้ครับ:

ตั้งกระป๋องเอียงๆไว้ แล้วให้เด็กพยายามทำตาม
ตั้งกระป๋องเอียงๆไว้ แล้วให้เด็กพยายามทำตาม

จากนั้นผมก็แจกกระป๋องเปล่าๆให้เด็กๆพยายามตั้งให้เอียงๆกัน ซึ่งแน่นอนตั้งอย่างไรก็ล้มลงเพราะวิธีตั้งมันเป็นกลแบบหนึ่ง พอเด็กๆทำไม่สำเร็จผมก็เฉลยวิธีทำให้เด็กฟังเพื่อเอาไปเล่นกับพ่อแม่ครับ

วิธีทำก็คือใส่น้ำเข้าไปในกระป๋องบ้าง ประมาณ 1/8 กระป๋อง  แล้วจับกระป๋องเอียงให้ก้นที่ตัดเฉียงๆของมันทาบกับพื้น น้ำจะเป็นตัวถ่วงให้มันตั้งอยู่ได้ครับ พอเฉลยเสร็จผมก็ใส่น้ำเข้าไปทีละนิดให้เด็กๆเห็นว่าถ้าใส่น้ำน้อยไปกระป๋องก็ล้ม ถ้าใส่มากไปกระป๋องก็ล้ม ต้องใส่น้ำอยู่ประมาณพอดีๆแล้วจะตั้งกระป๋องได้

จากนั้นเด็กๆก็ทดลองตั้งกระป๋องกันเองครับ:

 

One thought on “ความจุความร้อนของน้ำ การทรงตัว”

Leave a Reply

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