เหนี่ยวนำไฟฟ้าและเบรกแม่เหล็ก

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่องทดลองต้มน้ำเปล่า น้ำเกลือ และเอาลูกโป่งลนไฟอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องการเหนี่ยวนำไฟฟ้าและเบรกแม่เหล็ก

ผมบอกเด็กๆว่าเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้า เบรครถไฮบริดเช่นพริอุส เครื่องปั่นไฟ และเครื่องปรับหนักเบาในจักรยานออกกำลังกาย ใช้หลักการธรรมชาติเดียวกันในการทำงาน และวันนี้เราจะมาลองดูการทดลองง่ายๆของหลักการธรรมชาติอันนี้ หลักการนี้ก็คือการเหนี่ยวนำไฟฟ้าเมื่อแม่เหล็กและตัวนำไฟฟ้ามาขยับใกล้ๆกัน

เวลาเรามีแม่เหล็ก (ซึ่งอาจจะเป็นแม่เหล็กถาวรเป็นแท่งๆ หรือแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้) เอามาอยู่ใกล้ๆกับตัวนำไฟฟ้าเช่นเหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง หรือโลหะต่างๆรวมทั้งสายไฟทั้งหลาย แล้วทำให้มีการขยับใกล้ๆกัน (จะให้แม่เหล็กขยับ ตัวนำขยับ หรือทั้งสองอันขยับผ่านกันก็ได้ หรือจะให้ความแรงของแม่เหล็กเปลี่ยนไปมาก็ได้) จะมีปรากฏการณ์เรียกว่าการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าวิ่งในตัวนำไฟฟ้านั้นๆ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งในตัวนำ ก็จะมีเหตุการต่อเนื่องขึ้นอีกสองอย่างคือ 1) มีสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในตัวนำ และ 2) กระแสไฟฟ้าทำให้ตัวนำร้อนขึ้น ในอดีตผมเคยมีการทดลองและคำอธิบายเรื่องการเหนี่ยวนำไฟฟ้าไปครั้งหนึ่งแล้ว ลองเปิดไปดูด้วยนะครับ

วันนี้ผมเอาขดลวดทองแดงมาต่อกับโวลท์มิเตอร์ แล้วเอาแม่เหล็กไปขยับเข้าออกผ่านขดลวดให้เด็กๆดูเข็มโวลท์มิเตอร์ขยับไปมา แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าไหลในขดลวดทองแดงนั้น (ใช้แอมป์มิเตอร์ไม่ได้ครับ เพราะเครื่องผมวัดกระแสน้อยๆไม่ค่อยได้):

 
 

ในเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้า (Induction Cooker) ตัวเตาจะมีแม่เหล็กไฟฟ้าที่สลับขั้วไปมาเร็วมาก เมื่อเอาหม้อโลหะ(ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้า)มาวาง ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนในหม้อจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดความร้อนขึ้นในหม้อ เอาไปใช้หุงหาอาหารได้ ถ้าเอาหม้อกระเบื้องมาวาง จะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดในหม้อ หม้อก็จะไม่ร้อน ใช้ไม่ได้  ตัวเตาเองถ้าไม่เอาหม้อโลหะไปวาง ผิวของเตาก็จะไม่ร้อนแดงเป็นไฟเหมือนเตาประเภทอื่นๆ ดังเช่นวิดีโอคลิปอันนี้ ที่เอาไข่ใบหนึ่งไว้บนกะทะ และอีกใบไว้บนผิวเตา:

ตัวอย่างเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้ามักจะหาดูได้ตามร้านสุกี้เช่น MK หรือ สุกี้แคนตันเชิงสะพานพระราม 8 ที่ภรรยาผมชอบมากนะครับ

สำหรับเบรครถไฮบริด(และรถไฟฟ้าล้วนๆ)นั้น เวลารถกำลังจะเบรก จะมีระบบควบคุมให้มอเตอร์หยุดส่งกำลังไปที่ล้อ แล้วให้ล้อที่หมุนอยู่ทำหน้าที่หมุนมอเตอร์แทน มอเตอร์ข้างในมีแม่เหล็กและขดลวดอยู่ใกล้ๆกัน เมื่อแกนมอเตอร์หมุน แม่เหล็กและขดลวดจะวิ่งรอบกันเร็วๆ เกิดการเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด แล้วกระแสไฟฟ้าก็จะถูกนำไปชาร์จแบตเตอรี่ของรถไฮบริด พลังงานจลน์ของรถจึงถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่เก็บในแบตเตอรีแทน รถจึงวิ่งช้าลง (แต่รถไฮบริดก็มีผ้าเบรกเหมือนรถปกติด้วย เพื่อจับล้อให้หยุดนิ่งสนิท และเป็นระบบสำรองเผื่อเบรกไฟฟ้าใช้ไม่ได้) มีคลิปใน YouTube ให้ดูครับ :

เครื่องปั่นไฟหรือเจนเนอเรเตอร์ก็ทำงานเหมือนๆกัน ถ้าเราทำให้แกนของมันหมุนได้ด้วยพลังงานลม น้ำจากเขื่อน หรือเอามือหมุน แกนที่หมุนของมันจะทำให้แม่เหล็กและขดลวดหมุนรอบกันเร็วๆ แล้วเราก็เอากระแสไฟฟ้าในขดลวดไปใช้

สำหรับที่ปรับหนักเบาในจักรยานออกกำลัง(แบบที่อยู่กับที่ไม่ใช่จักรยานที่ใช้เดินทาง) เวลาเราถีบให้ล้อเหล็กของจักรยานหมุน เราสามารถขยับให้ชิ้นแม่เหล็กเข้าใกล้ล้อเหล็กได้ ล้อเหล็กเป็นตัวนำไฟฟ้า เมื่อหมุนผ่านแม่เหล็กเร็วๆก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในล้อเหล็ก แล้วกระแสไฟฟ้านี้ก็ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ล้อเหล็ก แล้วมันก็จะออกแรงต้านกับชิ้นแม่เหล็กที่อยู่ติดกับที่ปรับหนักเบา ทำให้เราต้องออกแรงมากขึ้นเมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้ล้อเหล็กมากขึ้น

จากนั้นเราก็ทำการทดลองกันครับ โดยเราเอาไม้บรรทัดอลูมิเนียมซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าแต่แม่เหล็กไม่ดูด มาวางเป็นราง แล้วก็เอาแม่เหล็กกลมแบนมาปล่อยให้ไถลไปตามไม้บรรทัด จะพบว่าแม่เหล็กตกลงมาช้ามากเมื่อเทียบกับของที่ไม่ใช่แม่เหล็กเช่นเหรียญสิบบาท สาเหตุที่เหรียญตกช้าก็คือเมื่อแม่เหล็กตกลงมาตามไม้บรรทัดอลูมิเนียม จะมีกระแสไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำขึ้นมาในไม้บรรทัด กระแสไฟฟ้านี้ก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มาต้้านการตกของแม่เหล็ก ทำหน้าที่เป็นเบรกนั่นเอง

ลองชมวิดีโอคลิปเลยครับ:

ผมลองให้เด็กๆจับเวลาการตกของแม่เหล็กซ้อนกัน 1, 2, 4, 6, 10 ชิ้นซ้อนกัน โดยที่รางเอียง 25 องศาและ 32 องศาดูครับ:

อันนี้คือกราฟของผลการทดลองครับ:

ที่กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม ครูเจนเอารางอลูมิเนียมอันเบ้อเร่อมาให้เด็กๆปล่อยแม่เหล็กกันครับ:

 
 

สำหรับเด็กอนุบาลสามบ้านพลอยภูมิ เด็กๆได้สมมุติว่าแม่เหล็กเป็นตำรวจกับผู้ร้ายแล้วปล่อยให้ไล่กันไปตามรางอลูมิเนียมใหญ่ครับ เราทำให้จำนวนแม่เหล็กที่มาซ้อนกันเป็นชิ้นเดียวสำหรับตำรวจและผู้ร้ายไม่เท่ากันจะได้ตกเร็วช้าไม่เท่ากัน ให้เด็กๆได้ลุ้นครับ

ตัวอย่างการบันทึกของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

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