ดูฟ้าผ่าในก้อนพลาสติก เล่นไฟฟ้าในถ่านไฟฉาย มอเตอร์ และหลอดไฟ

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง ‘ดูวิดีโอแขนขาไฟฟ้าเทียม ไม้แปะยุง=ฟ้าผ่าจิ๋ว กลจากไฟฟ้าสถิต” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมครับ วันนี้เด็กๆได้ดูวิดีโอการสร้างฟ้าผ่าในก้อนพลาสติกที่เรียกว่า Lichtenberg figure เด็กประถมปลายเริ่มเรียนรู้ความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ ความต้านทาน และกระแสไฟฟ้า เด็กๆทุกคนได้เล่นมอเตอร์ไฟฟ้า ได้สังเกตความสัมพันธ์ระหว่างขั้วถ่านไฟฉายและทิศทางการหมุนของมอเตอร์และความสว่างของหลอดไฟ ได้เริ่มเข้าใจการต่อถ่ายไฟฉายแบบอนุกรม

ก่อนอื่นผมให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปนี้โดยไม่มีเสียงครับ:

ให้เด็กๆเดาว่ามันคืออะไร เด็กก็เดาไปต่างๆนาๆ บอกว่าเหมือนรากไม้หรือสายฟ้า ผมก็เฉลยในที่สุดว่ามันคือก้อนพลาสติกที่เรายิงประจุไฟฟ้าความเร็วสูงๆเข้าไปเยอะๆให้ประจุอยู่ข้างในก้อนลึกๆหน่อย ประจุพวกนี้ไหลออกมาไม่ได้เพราะพลาสติกเป็นฉนวนไฟฟ้าค่อนข้างดี พอเราเอาค้อนไปตอกตะปูข้างบน แถวนั้นก็เลยกลายเป็นทางออกให้ประจุไฟฟ้าวิ่งออกมา ประจุทั้งหลายที่อยู่ทั่วก้อนพลาสติกก็รวมตัวกันเข้ามาที่จุดที่ตะปูตอกเข้าไป ประจุไฟฟ้าที่วิ่งทำให้พลาสติกร้อน เปล่งแสงและเป็นละลายเป็นลายถาวรในเนื้อพลาสติกครับ เจ้าลวดลายประเภทนี้มีชื่อเรียกว่าลวดลายลิกเต็นเบิร์ก (Lichtenberg Figure)  เป็นลวดลายประเภทเดียวกับฟ้าแลบฟ้าผ่าครับ

ต่อจากนั้นเด็กประถมต้นก็ได้รู้จักถ่านไฟฉายหรือแบ็ตเตอรี่ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าออกมาเป็นกระแสไฟฟ้าได้ ได้เห็นว่ามันมีสองขั้วเรียกว่าขั้วบวกกับขั้วลบ ผมให้เด็กๆทดลองเอาแบ็ตเตอรี่ไปเล่นกับมอเตอร์เล็กๆ และหลอดไฟฉายให้เด็กๆสังเกตว่าถ้าสลับขั้วที่ต่อจากแบตเตอรี่ไปยังขั้วมอเตอร์หรือหลอดไฟแล้วจะเกิดอะไรขึ้น ถ้าเพิ่มจำนวนแบ็ตเตอรี่จากหนึ่งก้อนเป็นสองก้อน (โดยเรียงกันให้ขั้วบวกของอันแรกไปต่อกับขั้วลบของอันที่สอง หรือที่เรียกว่าการต่อแบบอนุกรม (series)) มีผลอย่างไรกับมอเตอร์และหลอดไฟ เด็กๆพบว่าเวลาสลับขั้วมอเตอร์จะเปลี่ยนทิศทางการหมุน แต่หลอดไฟจะสว่างเหมือนเดิม ถ้าเพิ่มแบ็ตเตอรี่เป็นสองก้อน มอเตอร์จะหมุนเร็วขึ้นและหลอดไฟจะสว่างขึ้น

มอเตอร์กับแบ็ตเตอรี่ครับ
หลอดไฟฉายครับ

ผมอธิบายเพิ่มเติมให้เด็กฟังว่าข้างในมอเตอร์มีขดลวดที่จะกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อมีไฟฟ้าไหลเข้าไป ในมอเตอร์มีแม่เหล็กด้วย ขดลวดก็เลยผลักกับแม่เหล็กทำให้เกิดการหมุนขึ้น เมื่อสลับขั้วแม่เหล็กในขดลวดข้างในก็เหมือนสลับขั้วด้วย ทำให้หมุนไปอีกทาง ส่วนหลอดไฟนั้นถ้าเด็กๆสังเกตให้ดี จะเห็นขดลวดเล็กๆที่เปล่งแสงเมื่อเราใส่ไฟฟ้าเข้าไป ผมบอกเด็กๆว่าขดลวดเล็กๆนั้นร้อนมาก ร้อนเป็นพันองศาเซลเซียสเลย (2,000-3,000) ผมจึงถามเด็กๆว่าถ้ามันร้อนอย่างนั้นทำไมไฟไม่ลุกล่ะ สักพักก็มีเด็กบอกว่าไม่มีออกซิเจนหรือเปล่า ผมจึงบอกว่าใช่แล้ว หลอดไฟมีลักษณะเป็นหลอดแก้วก็เพราะว่าภายในสูบอากาศออก หรือไม่ก็ใส่ก๊าซที่ไม่ใช่ออกซิเจนไว้ (ปกติใส่ก๊าซอาร์กอนไว้) ไฟจึงไม่ลุก ถ้าแก้วแตก เราจะเห็นไฟลุกที่ขดลวดแล้วมันก็จะขาด

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมเริ่มให้เขารู้จัก ความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้า (V, หน่วยเป็นโวลท์) กระแสไฟฟ้า (I, หน่วยเป็นแอมแปร์) และความต้านทาน (R, หน่วยเป็นโอห์ม) โดยพยายามเปรียบเทียบกับสิ่งที่เขาเคยเล่นมาแล้วคือเข็มฉีดยายักษ์ ท่อพลาสติก และน้ำ คือปริมาณน้ำในหลอดคือจำนวนประจุไฟฟ้าที่ไหลได้ ความดันที่เรากดเข็มฉีดยาเหมือนความต่างศักย์ (ยิ่งความดันสูงก็โวลท์สูง) ขนาดของท่อพลาสติกคือความต้านทาน (ยิ่งรูเล็กความต้านทานก็เยอะ) และกระแสน้ำที่ไหลออกมาจากท่อคือกระแสไฟฟ้า (ยิ่งออกมากเยอะก็คือกระแสมาก)

เปรียบเทียบกับน้ำครับเพื่อให้เข้าใจเบื้องต้นครับ

พอเด็กโตพอเข้าใจแล้ว ผมก็เอาเครื่องวัดออกมา ผมใบ้ว่าเครื่องวัดความต่างศักย์เรียกว่าโวลท์มิเตอร์แล้วก็ให้เขาเดาว่าเครื่องวัดความต้านทานเรียกว่าอะไร เด็กๆเดาถูกว่าโอห์มมิเตอร์ ผมให้เดาอีกว่าเครื่องวัดกระแสเรียกว่าอะไร เด็กๆเดาว่าแอมแปร์มิเตอร์ ผมจึงบอกว่าเกือบถูกแล้ว ปกติเราเรียกว่าแอมป์มิเตอร์ ผมบอกเด็กๆว่าเครื่องที่เอามามันวัดได้หลายอย่างเลยเรียกว่ามัลติมิเตอร์​ เพราะคำว่ามัลติแปลว่าหลายอย่าง

ผมวัดโวลท์ของถ่านไฟฉายแบบชาร์จใหม่ได้ ได้ตัวละประมาณ 1.35-1.37 โวลท์ ถ้าเอามันมาต่อกันแบบอนุกรมก็จะวัดได้เท่ากับผลรวมของทุกก้อน ผมวัดความต้านทานที่ผิวหนังของเด็กๆกัน ปรากฎว่าอยู่ในหลักแสนถึงสองสามล้านโอห์ม ถ้ามือเปียกจะเหลือเป็นหลักร้อยโอห์ม

ลองวัดโวลท์กันครับ

หลังจากนั้นเด็กๆก็สนุกสนานกับการเล่นกับอุปกรณ์เหมือนเด็กประถมต้นครับ

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

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