ใครๆก็ชอบเล่นแม่เหล็ก ภาค 2: แม่เหล็กไฟฟ้า

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “ใครๆก็ชอบเล่นแม่เหล็ก” ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับเด็กประถม และมอเตอร์โฮโมโพลาร์สำหรับเด็กอนุบาลครับ

สำหรับเด็กประถม เราเล่นและเรียนเกี่ยวกับแม่เหล็กต่อจากสัปดาห์ที่แล้วครับ ผมเริ่มโดยเอาหินที่เป็นแม่เหล็ก (เรียกว่าโหลดสโตน, Lodestone) ออกมาให้เด็กๆดู มันเป็นหินที่เป็นแม่เหล็กโดยธรรมชาติ คนสมัยโบราณเป็นพันปีมาแล้วสังเกตว่าถ้าแขวนหินพวกนี้ไว้ มันจะค่อยๆหมุนจนชี้ไปในทิศทางเดิมตลอด มันจึงเป็นเข็มทิศธรรมชาติอันแรกที่คนรู้จักใช้ ผมถามเด็กๆว่ารู้จักเข็มทิศใช่ไหม รู้ไหมทำไมเข็มทิศถึงชี้ไปทางเดิมตลอด เด็กๆบางคนตอบได้ว่าเพราะโลกมีขั้วแม่เหล็ก แม่เหล็กในเข็มทิศจึงชึ้ไปในแนวขั้วแม่เหล็กโลก ผมตอบว่าใช่แล้ว ในโลกมีความร้อนสูงมาก มีโลหะหลอมละลายอยู่ โลหะเหล่านี้ก็หมุนๆไปตามโลกด้วย การหมุนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็กโลก นอกจากนี้ขั้วแม่เหล็กโลกก็เคลื่อนที่ช้าๆมีการกลับทิศทางหลายครั้งในอดีตที่ผ่านมาเพราะการเคลื่อนที่ของโลหะเหลวคงจะมีการเปลี่ยนแปลงบ้าง แต่ใช้เวลาเป็นแสนปี และก็คงไม่มีอันตรายอะไรเพราะเวลาเราดูฟอสซิลสิ่งมีชีวิตในอดีต เราไม่เห็นว่าการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กโลกทำให้มีการสูญพันธุ์อะไรมากเป็นพิเศษ (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมลองดูที่นี่นะครับ ถ้าสนใจ)

จากนั้นเราก็มาดูคลิปกัน ในสัปดาห์ที่แล้วผมเล่าเรื่องเกี่ยวกับเครื่อง MRI ที่มีแม่เหล็กที่มีกำลังแรงมากอยู่ข้างในให้เด็กๆฟัง สัปดาห์นี้ผมจึงเริ่มโดยเอาวิดีโอคลิปที่คนทดลองเอาของต่างๆเข้าไปใกล้เครื่อง MRI ที่ปลดระวางแล้ว:

จะเห็นได้ว่าแม่เหล็กในเครื่อง MRI ดูดเก้าอี้เข้าไปด้วยแรงร่วมๆหนึ่งตันเลยทีเดียว ดังนั้นผู้ป่วยที่ต้องใช้เครื่อง MRI จึงต้องเอาโลหะต่างๆออกจากร่างกาย เพื่อป้องกันอันตรายถ้าแม่เหล็กดูดโลหะได้

จากนั้นผมก็ให้เด็กป.3-5 ดูคลิปวิดีโออันนี้ ซึ่งแสดงถึงปรากฏการณ์ที่ว่าเมื่อกระแสไฟวิ่งผ่านลวด จะเกิดความร้อน (จากความต้านทานไฟฟ้าในลวด) และเมื่อลวดร้อนขึ้น มันก็จะขยายตัวยาวขึ้น นอกจากนี้กระแสไฟฟ้าที่วิ่งในลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆลวดด้วย เมื่อเอาแม่เหล็กเข้าไปใกล้จะดูดหรือผลักลวดได้ด้วย:

ผมบอกเด็กๆว่านอกจากแม่เหล็กถาวรที่เราเล่นกันเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว เรายังมีแม่เหล็กอีกแบบที่เราสร้างขึ้นมาโดยอาศัยกระแสไฟฟ้า เราอาศัยความจริงในธรรมชาติที่ว่ากระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆมัน แล้วเราก็สร้างแม่เหล็กด้วยเอาลวดมาพันเป็นขดๆรอบๆแท่งเหล็ก เมื่อปล่อยไฟฟ้าเข้าไปในลวด เหล็กก็จะกลายเป็นแม่เหล็กที่เราเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าทันที

ผมเสริมสำหรับเด็กโตว่า แม่เหล็กในเครื่อง MRI นั้น เกิดจากขดลวดที่พันอยู่รอบๆอุโมงที่เราเห็น ขดลวดถูกทำให้เย็นด้วยฮีเลียมเหลวเพื่อให้เป็นตัวนำยิ่งยวด ทำให้กระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านได้มากๆโดยไม่มีความต้านทานและความร้อน  ค่าดูแลรักษาเครื่อง MRI จึงแพงเป็นล้านบาทต่อปี

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆเล่นกับแม่เหล็กไฟฟ้ากัน โดยเราเอาตะปูเกลียวทั่วไปที่ดูดกับแม่เหล็กถาวรมาพันด้วยสายไฟสัก 30 รอบ แล้วต่อสายไฟกับถ่านไฟฉายหนึ่งก้อน เด็กๆสามารถใช้แม่เหล็กไฟฟ้าดูดคลิปหนีบกระดาษได้ บางครั้งแม้เมื่อตัดไฟฟ้าออก ตะปูเกลียวก็ยังเป็นแม่เหล็กอยู่ สามารถดูดคลิปหนีบกระดาษได้อ่อนๆ แต่ถ้าเราเคาะๆตะปูเกลียวหรือทำให้มันร้อน มันก็จะเลิกเป็นแม่เหล็กเมื่อไม่มีไฟฟ้าวิ่งรอบๆ

 
 
 
 
 
 
 

เด็กๆได้รู้เองด้วยว่าถ้าใส่กระแสๆไฟฟ้าไปเยอะด้วยถ่านหลายก้อน แม่เหล็กจะแรงขึ้น แต่ก็จะเกิดความร้อนขึ้นอย่างเห็นได้ชัดในลวด นอกจากนี้ความเป็นแม่เหล็กยังถ่ายทอดกันไปตามคลิปด้วย แต่จะอ่อนลงเรื่อยๆ

จากนั้นผมก็บอกวิธีทำแม่เหล็กง่ายๆ ถ้าเรามีแม่เหล็กถาวรอยู่แล้ว เราก็เอาชิ้นเหล็กเช่นคลิปหนีบกระดาษมาแปะไว้นานๆเป็นสัปดาห์ หรือไม่ก็เอาคลิปมาถูแม่เหล็กไปในทางเดียวหลายๆครั้ง สักสิบครั้งก็เริ่มเห็นผล สาเหตุที่การทำอย่างนี้ทำให้เหล็กกลายเป็นแม่เหล็กได้ก็เพราะในเหล็กมีส่วนประกอบชิ้นเล็กๆที่ทำตัวเป็นแม่เหล็กเล็กๆอยู่แล้ว (เรียกว่า magnetic domain) แต่เจ้าแม่เหล็กเล็กๆเหล่านี้ชี้ไปในทิศต่างๆกันสะเปะสะปะ แรงแม่เหล็กรวมๆจึงหักล้างกันไป แต่ถ้าเอาเหล็กไปอยู่ใกล้ๆแม่เหล็กหรือถูกับแม่เหล็ก เจ้าพวกแม่เหล็กชิ้นเล็กๆเหล่านี้จะมีโอกาสขยับตัวให้ขั้วชี้ไปในทิศทางเดียวกัน ไม่หักล้างกันเอง จึงแสดงแรงแม่เหล็กออกมาได้ ชิ้นเหล็กจึงกลายเป็นแม่เหล็กได้

สำหรับเด็กโตป.3-5 ผมเอาคลิปวิดีโอการผลิตแม่เหล็กให้เด็กๆดู เพื่อเสริมความเข้าใจครับ:

สำหรับเด็กอนุบาลสาม ผมสาธิตแม่เหล็กไฟฟ้าให้ดู แค่ดูดปล่อย ดูดปล่อย เด็กๆก็ตื่นเต้นแล้ว นอกจากนั้นผมก็เอาของเล่นที่เรียกว่า โฮโมโพลาร์มอเตอร์ มาให้เด็กๆดูกัน ผมบันทึกวิธีทำไว้เมื่อสองปีที่แล้ว:

มอเตอร์มันหมุนได้เพราะแรงกระหว่างแม่เหล็กกับกระแสไฟฟ้านั่นเอง กล่าวคือ กระแสไฟที่ไหลจากขอบตะปูเกลียว หรือขอบแม่เหล็กจะวิ่งจากขอบเข้าแกนกลาง เส้นทางจะวิ่งผ่านสนามแม่เหล็ก จึงมีแรงที่ตั้งฉากกับทิศทางของกระแสและทิศทางของสนามแม่เหล็ก แรงนี้จะบิดให้ตะปูเกลียวหมุน (แรงคือแรงโลเรนซ์ สำหรับท่านที่ต้องการข้อมูลเพิ่มเติม: http://en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_force)

ผมไม่ได้บอกเด็กๆอนุบาลเรื่องรายละเอียดว่ามอเตอร์มันทำงานอย่างไร แค่ให้เขาเห็นว่าถ้ามีแม่เหล็ก มีถ่านไฟฉาย มีสายไฟ มีตะปูเกลียว เราก็ทำของเล่นหมุนๆได้

 
 
 

คลิปตอนเล่นโฮโมโพล่าร์มอเตอร์ครับ:

นอกจากนี้ผมยังเล่นกลตั้งเหรียญให้เด็กดู โดยอาศัยว่าเหรียญบางชนิดของประเทศไทยดูดกับแม่เหล็กด้วยครับ

 
 
 

ภาพบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่ครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 thoughts on “ใครๆก็ชอบเล่นแม่เหล็ก ภาค 2: แม่เหล็กไฟฟ้า”

  1. ชอบครับ ขอบคุณสำหรับความรู้ดีๆด้วยนะครับ

Leave a Reply

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