ทดลองต้มน้ำเปล่า น้ำเกลือ และเอาลูกโป่งลนไฟ

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่องโมเลกุลแป้งข้าวโพดและใช้หลักการของเบอร์นูลลีเพิ่มปริมาณลมอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและกลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรมครับ วันนี้เรื่องทดลองต้มน้ำเปล่า ต้มน้ำเกลือ และทดลองเอาลูกโป่งลนไฟ

ก่อนอื่นผมให้เด็กๆดูภาพลวงตาสองภาพ เพื่อให้เด็กๆทบทวนว่าสมองและประสาทสัมผัสของเราถูกหลอกได้ง่ายมากครับ ถ้าภาพไม่ขยับให้เมาส์กดที่ภาพหรือเปิดลิงค์นี้และลิงค์นี้นะครับ:

ความจริงตรงกลางต่ำสุด แต่มุมและเส้นต่างๆในมุมมองนี้ทำให้เราคิดว่ามันเป็นจุดสูงสุด มันเลยแปลกที่ลูกบอลวิ่งสู่ที่สูงได้

มองที่ศูนย์กลางสักครึ่งนาทีแล้วมองไปรอบๆตัว จะเห็นสิ่งต่างๆเต้นเป็นคลื่นๆ

หลังจากที่เด็กๆได้เวียนหัวกับภาพลวงตาแล้ว เราก็มาเริ่มทำการทดลองกัน เราเคยเอาน้ำแข็งใส่น้ำ แล้ววัดอุณหภูมิมาแล้วในอดีต เมื่อเราเอาเกลือโรยน้ำแข็ง ปรากฎว่าอุณหภูมิต่ำลงไปอีก คราวนี้เราจะมาลองต้มน้ำกันโดยที่เราจะต้มน้ำเปล่าๆ แล้วก็ต้มน้ำใส่เกลือ เพื่อวัดอุณหภูมิว่าเป็นอย่างไรครับ

ต้มกันแบบนี้แหละครับ

เราทำการต้มน้ำสามครั้ง ครั้งแรกใส่แต่น้ำเปล่าๆ ครั้งที่สองเอาน้ำใส่เกลือไม่มาก ครั้งที่สามเอาน้ำใส่เกลือมาก โดยที่ทุกครั้งเอาน้ำ 500 ซีซี หรือครึ่งลิตร ใส่หม้ออลูมิเนียมแล้วต้มด้วยเตาแก๊สปิกนิก ถ้าใส่เกลือเราก็จะคนจนเกลือละลายหมดก่อนต้ม น้ำที่ใช้ที่กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมเป็นน้ำที่ออกมาจากเครื่องกรองน้ำ RO น้ำที่กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรมเอามาจากน้ำประปาครับ เราตักเกลือด้วยช้อนกินข้าว ไม่ได้ตวงละเอียด เราใช้เทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอลจุ่มน้ำแล้วอ่านค่าทุกๆสามสิบวินาทีจนอุณหภูมิไม่เพิ่มขึ้น ผมแจกนาฬิกาจับเวลาให้เด็กๆช่วยกันนับเวลาแล้วผมก็อ่านค่าจากเทอร์โมมิเตอร์ให้จดกัน ผลที่ได้เป็นอย่างนี้ครับ:

ผลที่ปฐมธรรมครับ

ผลที่ภูมิธรรมครับ

กราฟจากปฐมธรรมครับ

กราฟจากภูมิธรรมครับ

น้ำปกติไม่ใส่เกลือจะเดือดที่ 100 องศาเซลเซียสครับ (ที่ความดันปกติไม่มากหรือน้อยเกินไป) แต่พอเราใส่เกลือเข้าไป น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศา (ที่ 101, 103, 103.5, และ 105 ขึ้นกับปริมาณเกลือ) ดังนั้นเวลาเราทานสุกี้ เวลาน้ำซุปเดือด อุณหภูมิของมันควรจะมากกว่า 100 อาศาครับ

สำหรับความแตกต่างระหว่างใส่เกลือและไม่ใส่เกลือตอนช่วง 30-200 วินาทีที่บ้านพลอยภูมิ (ที่ไม่ใส่เกลืออุณหภูมิต่ำกว่าเยอะ) อาจจะเป็นเพราะผมจับเทอร์โมมิเตอร์ไม่เหมือนกัน ครั้งแรกตอนไม่ใส่เกลือผมจุ่มเอียงให้มือออกข้างๆเตา ครั้งหลังๆผมผูกเทอร์โมมิเตอร์แล้วห้อยลงมาจุ่มน้ำ ตอนผมไปทำการทดลองซ้ำที่ภูมิธรรมผมจับเทอร์โมมิเตอร์เหมือนๆกันแล้วผมก็ไม่เห็นความแตกต่างก่อนเดือดเหมือนที่เห็นที่ปฐมธรรมครับ

โดยปกติ เวลาเราเอาอะไรไปละลายน้ำ เช่นเกลือหรือน้ำตาล น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้นกว่าน้ำบริสุทธิ์ที่ไม่มีอะไรละลายอยู่ เพราะตัวที่ไปละลายอยู่ในน้ำทำให้โมเลกุลน้ำกระเด็นหลุดออกมาจากก้อนน้ำเหลวๆเป็นไอน้ำได้ยากขึ้น เราต้องเพิ่มอุณหภูมิเพื่อให้โมเลกุลน้ำสั่นแรงขึ้นอีกหน่อย มันจึงจะกระเด็นหลุดออกมาเป็นไอได้

ถ้าจะทำให้น้ำเดือดยากเข้าไปอีก เราสามารถเพิ่มความดันอากาศเพื่อป้องกันไม่ให้โมเลกุลน้ำกระเด็นมาเป็นไอน้ำได้ง่ายๆ หลักการนี้คือหลักการของหม้อความดัน (Pressure Cooker) ที่กักไอน้ำไว้ในหม้อ ทำให้ความดันสูง น้ำจึงเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส (อาจจะที่ประมาณ 120 องศา หรือมากกว่าขึ้นกับความดัน) ทำให้อาหารสุกเร็วหรือเปื่อยขึ้น

ถ้าเราจะทำให้น้ำเดือดง่ายๆ เราก็ไปในที่ความดันอากาศต่ำๆ เช่นภูเขาสูงๆ เวลาเราต้มน้ำ มันจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียสครับ

ต่อไปเราก็ทำการทดลองอันที่สองกัน เราเอาลูกโป่งสองลูกมาลนไฟดูครับ ลูกหนึ่งมีแต่อากาศที่เราเป่าเข้าไปข้างใน อีกลูกเราใส่น้ำไว้ในลูกโป่งด้วย เชิญดูคลิปเลยครับ:

เราพบว่าลูกโป่งที่ไม่มีน้ำใส่ไว้พอถูกไฟก็แตกอย่างรวดเร็ว เพราะยางถูกไฟก็มีอุณหภูมิสูงขึ้นจนเปลี่ยนสภาพและฉีกขาดออกจากกัน แต่สำหรับลูกโป่งที่ใส่น้ำไว้ เราสามารถลนไฟไว้ได้นานๆโดยที่มันไม่แตกเลย แต่ถ้าเราเอาไฟไปถูกยางตรงที่ไม่มีน้ำหล่อเลี้ยงไว้ ยางตรงนั้นก็จะขาดออกทำให้ลูกโป่งแตกเหมือนกัน

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

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

สุดท้ายนี้เป็นตัวอย่างบันทึกของเด็กๆและบรรยากาศห้องเรียนครับ อัลบั้มเต็มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ (รอยดำๆที่ก้นของลูกโป่งคือเขม่าที่เกิดจากขี้ผึ้งในเทียนเผาไหม้แล้วลอยขึ้นมาติดผิวยางของลูกโป่งครับ ไม่ใช่รอยไหม้ของลูกโป่ง เอาเขม่าไปขีดเขียนระบายสีได้ครับ):