ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้เริ่มเห็นการเหนี่ยวนำไฟฟ้าด้วยแม่เหล็กและขดลวด ได้เห็นว่าถ้าเราใส่การเคลื่อนไหวไปในระบบขดลวด+แม่เหล็ก เราจะได้ไฟฟ้าออกมา ในทางกลับกัน ถ้าเราใส่ไฟฟ้าเข้าไปในระบบขดลวด+แม่เหล็ก เราก็จะได้การเคลื่อนไหว เด็กๆได้ลองเล่นมอเตอร์แบบโฮโมโพลาร์ที่ใช้ส่วนประกอบเพียงถ่านไฟฉาย แม่เหล็กจานหรือทรงกระบอก ตะปูเกลียวเหล็ก และฟอยล์อลูมิเนียม ได้คุยกับเด็กประถมปลายเรื่องเตาเหนี่ยวนำสำหรับทำอาหาร และการหลอมโลหะด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้า เด็กอนุบาลสามได้เล่นเลี้ยงลูกปิงปอง ลูกบอลโฟม และลูกบอลชายหาดด้วยกระแสลม โดยอาศัยหลักการตะเกียบลมหรือ Coanda Effect
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมต่างๆอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “หยดน้ำในกระทะ คลิปมือแตะตะกั่วเหลว ทำความสะอาดด้วยเสียง ระเบิดเบคกิ้งโซดา” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
สำหรับเด็กประถมผมเอาขดลวดที่ต่อกับหลอดไฟ LED และแท่งแม่เหล็กมาให้ดูครับ เวลามันอยู่เฉยๆใกล้ๆกันก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้าเอาแท่งแม่เหล็กไปแกว่งๆผ่านขดลวด หลอดไฟ LED จะติดขึ้นมาครับ เป็นอย่างในคลิปนี้ครับ:
ปรากฎการณ์นี้คือการเหนี่ยวนำไฟฟ้าด้วยแม่เหล็กที่ถูกค้นพบโดยไมเคิล ฟาราเดย์เมื่อประมาณ 200 ปีที่แล้ว เวลาเรามีแม่เหล็ก (ซึ่งอาจจะเป็นแม่เหล็กถาวรเป็นแท่งๆ หรือแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้) เอามาอยู่ใกล้ๆกับตัวนำไฟฟ้าเช่นเหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง หรือโลหะต่างๆรวมทั้งสายไฟทั้งหลาย แล้วทำให้มีการขยับใกล้ๆกัน (จะให้แม่เหล็กขยับ ตัวนำขยับ หรือทั้งสองอันขยับผ่านกันก็ได้ หรือจะให้ความแรงของแม่เหล็กเปลี่ยนไปมาก็ได้) จะมีปรากฏการณ์เรียกว่าการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าวิ่งในตัวนำไฟฟ้านั้นๆ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งในตัวนำ ก็จะมีเหตุการต่อเนื่องขึ้นอีกสองอย่างคือ 1) มีสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในตัวนำ และ 2) กระแสไฟฟ้าทำให้ตัวนำร้อนขึ้น เราสามารถใช้ปรากฎการนี้ไปผลิดไฟฟ้า หรือทำให้ภาชนะหุงต้มร้อน หรือใช้หลอมโลหะ หรือใช้เป็นเบรก ฯลฯ ก็ได้
ในเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้า (Induction Cooker) ตัวเตาจะมีแม่เหล็กไฟฟ้าที่สลับขั้วไปมาเร็วมาก เมื่อเอาหม้อโลหะ(ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้า)มาวาง ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนในหม้อจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดความร้อนขึ้นในหม้อ เอาไปใช้หุงหาอาหารได้ ถ้าเอาหม้อกระเบื้องมาวาง จะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดในหม้อ หม้อก็จะไม่ร้อน ใช้ไม่ได้ ตัวเตาเองถ้าไม่เอาหม้อโลหะไปวาง ผิวของเตาก็จะไม่ร้อนแดงเป็นไฟเหมือนเตาประเภทอื่นๆ ดังเช่นวิดีโอคลิปอันนี้ที่เปรียบเทียบอาหารบนกระทะและบนเตา:
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 หรือเอาเชื้อเพลิงมาต้มน้ำแล้วเอาไอน้ำความดันสูงไปหมุนแกน แกนที่หมุนของมันจะทำให้แม่เหล็กและขดลวดหมุนรอบกันเร็วๆ แล้วเราก็เอากระแสไฟฟ้าในขดลวดไปใช้
สำหรับที่ปรับหนักเบาในจักรยานออกกำลัง(แบบที่อยู่กับที่ไม่ใช่จักรยานที่ใช้เดินทาง) เวลาเราถีบให้ล้อเหล็กของจักรยานหมุน เราสามารถขยับให้ชิ้นแม่เหล็กเข้าใกล้ล้อเหล็กได้ ล้อเหล็กเป็นตัวนำไฟฟ้า เมื่อหมุนผ่านแม่เหล็กเร็วๆก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในล้อเหล็ก แล้วกระแสไฟฟ้านี้ก็ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ล้อเหล็ก แล้วมันก็จะออกแรงต้านกับชิ้นแม่เหล็กที่อยู่ติดกับที่ปรับหนักเบา ทำให้เราต้องออกแรงมากขึ้นเมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้ล้อเหล็กมากขึ้น
ผมสรุปบอกเด็กๆว่าถ้าเราเอาขดลวดกับแม่เหล็กมาขยับผ่านกันใกล้ๆจะเกิดไฟฟ้าขึ้น และในทางกลับกัน ถ้าเราป้อนไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดใกล้ๆแมเหล็ก เราก็จะได้การขยับมาใช้ได้เหมือนกัน เป็นหลักการของมอเตอร์ทั้งหลายครับ
ผมให้เด็กๆหัดทำมอเตอร์แบบที่ง่ายที่สุดเรียกว่าโฮโมโพล่าร์มอเตอร์ อุปกรณ์ก็มีเพียง ถ่านไฟฉาย ตะปูเกลียว แม่เหล็กที่เป็นจานกลมๆหรือทรงกระบอกกลม และฟอยล์อลูมิเนียมครับ วิธีทำก็ดังในคลิปนี้ครับ:
หลังจากเด็กๆดูวิธีทำจากผมแล้ว ก็แยกย้ายไปเล่นกันเองครับ:
สำหรับเด็กๆอนุบาลสามทับหนึ่ง ผมสอนให้เล่นตะเกียบลมที่ใช้หลักการที่ว่าเมื่อลมวิ่งไปตามผิวโค้งๆของลูกบอล กระแสลมจะโอบล้อมลูกบอลและดึงให้ลูกบอลอยู่ในกระแสลมนั้น ทำให้เราสามารถเลี้ยงลูกปิงปองด้วยเครื่องเป่าผมหรือลูกบอลชายหาดด้วยเครื่องเป่าใบไม้ได้ สามารถเอียงกระแสลมไปมาให้ลูกบอลลอยตามก็ได้ครับ
วิธีเล่นผมเคยบันทึกไว้ในช่องเด็กจิ๋ว & ดร.โก้ครับ:
พอเด็กๆรู้วิธีเล่น ก็แบ่งเข้าแถวเล่นแบบต่างๆครับ:
