วิทย์ประถม: เล่นฟ้าผ่าขนาดเล็กในห้อง

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล เราคุยทบทวนเรื่องฟ้าแลบฟ้าร้องฟ้าผ่า จากนั้นเราเล่นอุปกรณ์สร้างไฟฟ้าแรงดันสูง (High voltage generator) มาสร้างฟ้าผ่าขนาดเล็กๆในห้อง ดูฟ้าผ่าผ่านกระดาษ โฟม ปลายดินสอ และอื่นๆกัน เด็กโตได้ดูคลิป Lichtenburg figure ซื่งเป็นลวดลายฟ้าผ่าผ่านตัวกลางต่างๆครับ เด็กเล็กได้ดู corona motor ซึ่งใช้ไฟฟ้าสถิตทำให้เกิดการหมุนครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน วันนี้คือเสกคนออกมาจากฉากสามบานครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

จากนั้นผมก็ทบทวนกับเด็กๆว่าฟ้าแลบฟ้าร้องฟ้าผ่านเกิดได้อย่างไร อย่างที่เราเคยคุยกันในอดีต

สรุปประมาณนี้ครับ ปรากฎการณ์ฟ้าแลบ/ฟ้าร้อง/ฟ้าผ่า คือเมฆที่ก่อตัวจากการเคลื่อนไหวของอากาศเยอะๆทำให้เหมือนมีการขัดถูกัน ระหว่างน้ำและเกล็ดน้ำแข็ง ทำให้เมฆแต่ละส่วนหรือพื้นดินมีประจุเครื่องหมายต่างกัน เมื่อประจุต่างกันมากพอทำให้เกิดสนามไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสูงๆมากๆ กระแสไฟฟ้าก็จะสามารถไหลผ่านอากาศไกลๆได้ ทำให้อากาศร้อนขยายตัวอย่างรวดเร็วทำให้มีแสงสว่าง (จากความร้อน) และเสียงดัง (จากการขยายตัวอย่างรวดเร็ว) ทำให้เราเห็นฟ้าแลบ และได้ยินฟ้าร้อง นอกจากบางทีที่เราอยู่ไกลเกินไปเลยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องครับ

แนะนำให้เด็กๆดูคลิปสโลโมชันของฟ้าผ่าสองคลิปนี้ครับ:

เราจะเห็นแสงวิ่งลงมาจากเมฆข้างบนลงสู่พื้นโดยแตกแยกเป็นกิ่งก้านสาขา เหมือนกิ่งหรือรากไม้ จนกระทั้งกิ่งเล็กๆกิ่งหนึ่งเข้าใกล้แผ่นดินพอ ก็จะเกิดแสงจ้าวิ่งจากพื้นดินขึ้นสู่ก้อนเมฆ

แสงที่เราเห็นเกิดจากกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่าอากาศ ทำให้อากาศร้อน (เป็นพันๆองศาเซลเซียส) จนเปล่งแสงออกมา เรามีกระแสไฟฟ้าได้เพราะตอนที่ไอน้ำและหยดน้ำลอยขึ้นไปเป็นเมฆฝนจะเกิดการชน หรือเสียดสีกับอากาศทำให้มีประจุไฟฟ้าคล้ายกับการที่เราเอาลูกโป่งมาถูกับ หัวเราให้เกิดไฟฟ้าสถิต เมฆฝนที่ทำให้มีฟ้าฝ่าก็มีไฟฟ้าสถิตมากมายจากการชนและเสียดสีเหมือนกัน

ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ห่างๆกันทำให้เกิดสนามไฟฟ้าในที่ต่างๆในบริเวณนั้น ถ้าสนามไฟฟ้าแรงพอ (ประมาณ 30,000โวลท์ต่อเซ็นติเมตร) อากาศบริเวณนั้นจะเริ่มนำไฟฟ้ายอมให้กระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านได้ ถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากพอ อากาศแถวนั้นก็จะร้อนและเรืองแสง

ในวิดีโอที่เราเห็นแสงวิ่งเป็นกิ่งก้านลงมากจากก้อนเมฆนั่นเป็นเพราะ กระแสไฟฟ้าวิ่งในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มต่างๆกัน เมื่อกิ่งก้านไหนมาแตะกับพื้นหรือของที่ติดกับพื้น กระแสไฟฟ้าจำนวนมากก็สามารถถ่ายเทผ่านกิ่งก้านนั้นทำให้เกิดแสงจ้ามากๆดัง ที่เราเห็น

ฟ้าร้องคือเสียงที่อากาศขยายตัวอย่างรวดเร็วจากความร้อนมหาศาลที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านอากาศนั่นเอง

สายล่อฟ้าคือแท่งโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีๆ (มักจะเป็นทองแดงขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2-5 เซ็นติเมตร) ที่ไปใว้ในที่สูงๆ และเชื่อมต่อกับพื้นดินด้วยเส้นลวดทองแดงหรืออลูมิเนียมใหญ่ๆ ทำหน้าที่เป็นทางเดินให้ไฟฟ้าไหลลงจากเมฆลงไปที่พื้นดีๆ ไม่ไปไหลผ่านของอื่นๆที่อาจระเบิดหรือไหม้ไฟได้

ถ้าเด็กๆสนใจอยากรู้เรื่องราวเพิ่มเติมหรือต้องการฝึกภาษาอังกฤษ แนะนำคลิปเหล่านี้นะครับ (วิดีโอจะมีเนื้อหามากขึ้นตามลำดับ คลิปสุดท้ายมีภาพแปลกๆน่าสนใจครับ):

จากนั้นเราก็เล่นฟ้าผ่าเล็กๆในห้องกัน ผมเอาอุปกรณ์เพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่รับไฟฟ้ากระแสตรงที่มีแรงดัน 3-6 โวลท์เข้าไป แล้วมันจะสะสมแรงดันเพิ่มเป็นหลายพันเท่า ทำให้แรงดันขาออกสูงเป็นหมื่นโวลท์ได้ ถ้าเอาสองขั้วสายไฟขาออกมาอยู่ใกล้ๆกัน (ประมาณ 1-2 เซ็นติเมตร) ไฟฟ้าจะวิ่งผ่านอากาศระหว่างขั้วได้ มีแสงสว่างจ้าและเสียงดัง เป็นปรากฎการณ์ทำนองเดียวกับฟ้าผ่านั่นเอง

เด็กๆทดลองเอาแผ่นโฟมบางๆ กระดาษ ปลายดินสอ หน้ากาก และกาวดินน้ำมัน วางขวางขั้วทั้งสองให้ฟ้าผ่าผ่านวัสดุต่างๆ พบว่าโฟม กระดาษและหน้ากากมีรู ปลายดินสอมีกลิ่นไหม้ แต่กาวดินน้ำมันกันไม่ให้ไฟฟ้าวิ่งผ่าน

ผมถามเด็กๆให้ไปคิดต่อว่าทำไมรูที่โฟมถึงใหญ่กว่ารูที่กระดาษด้วยครับ

สำหรับเด็กประถมต้น ผมเอาของเล่นโคโรนามอเตอร์ที่ทำงานด้วยไฟฟ้าแรงดันสูง (หลายพันโวลท์) และการผลักกันของไฟฟ้าสถิตมาให้เด็กๆดูครับ ยังไม่ได้อธิบายหลักการอะไร แค่ให้ดูของประหลาดเฉยๆ:

ส่วนเด็กประถมปลาย ผมให้เด็กๆดูลวดลาย “ฟ้าผ่า” ในก้อนพลาสติกครับ:

มันคือก้อนพลาสติกที่เรายิงประจุไฟฟ้าความเร็วสูงๆเข้าไปเยอะๆให้ประจุอยู่ข้างในก้อนลึกๆหน่อย ประจุพวกนี้ไหลออกมาไม่ได้เพราะพลาสติกเป็นฉนวนไฟฟ้าค่อนข้างดี พอเราเอาค้อนไปตอกตะปูข้างบน แถวนั้นก็เลยกลายเป็นทางออกให้ประจุไฟฟ้าวิ่งออกมา ประจุทั้งหลายที่อยู่ทั่วก้อนพลาสติกก็รวมตัวกันเข้ามาที่จุดที่ตะปูตอกเข้าไป ประจุไฟฟ้าที่วิ่งทำให้พลาสติกร้อน เปล่งแสงและเป็นละลายเป็นลายถาวรในเนื้อพลาสติกครับ เจ้าลวดลายประเภทนี้มีชื่อเรียกว่าลวดลายลิกเต็นเบิร์ก (Lichtenberg Figure)  เป็นลวดลายประเภทเดียวกับฟ้าแลบฟ้าผ่าครับ

วิทย์ม.ต้น: ประดิษฐ์ Franklin Bell

วันนี้เราคุยกันเรื่องเหล่านี้ครับ:

1. ก่อนเวลาเรียน เราดูคลิปเรื่องร่องรอยน้ำแข็งแห้ง (คาร์บอนไดออกไซด์แข็ง) บนดาวอังคาร และการทดลองบนโลกและของเล่นจรวดน้ำแข็งแห้งครับ:

2. เราดูคลิปหุ่นยนต์ต่างๆรวมถึงหุ่นยนต์เกษตรกรรมแบบเปิดเผยข้อมูลให้ทำตามได้ (open source)

3. มีเด็กถามว่าทำไมขนมปังตกแล้วชอบเอาหน้าที่มีแยมลงพื้น ผมเลยให้ดูคลิปที่เคยทดลองกันไปหลายปีที่แล้วครับ:

4. เด็กๆสนใจของเล่นพวกลูกตุ้มด้วย เราเลยดูคลิปพวกนี้เป็นไอเดีย:

5. ทบทวนเรื่องแรงไฟฟ้าระหว่างประจุที่อยู่เฉยๆ (แรงไฟฟ้าสถิต) และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อประจุขยับไปมา

6. รู้จักวิธีประดิษฐ์ของเล่นจากประจุไฟฟ้า เรียกว่าป๋องแป๋งไฟฟ้าหรือ Franklin Bell

ของเล่นชนิดนี้ทำจากกระป๋องอลูมิเนียมสองกระป๋อง ต่อกระป๋องอันหนึ่งกับตะแกรงด้านในของไม้แปะยุง และต่ออีกกระป๋องกับตะแกรงด้านนอก เมื่อกดปุ่มสวิทช์ไม้แปะยุง กระป๋องทั้งสองก็จะมีประจุต่างชนิดกันไปกองอยู่ ถ้าเราเอาก้อนโลหะเบาๆเช่นลูกบอลที่ทำจากฟอยล์อลูมิเนียมหรือกระป๋องอลูมิเนียมเปล่าอีกใบไปแขวนระหว่างกระป๋องทั้งสองข้าง ลูกบอลหรือกระป๋องตรงกลางก็จะถูกดูดเข้าโดนกระป๋องอันที่ใกล้กว่า แล้วก็จะรับประจุจากกระป๋องนั้นเข้าลูกบอล ลูกบอลจะกระเด้งไปหาอีกกระป๋องหนึ่งจากแรงไฟฟ้าสถิต แล้วก็จะถ่ายประจุที่รับมาไปให้กระป๋องที่มันวิ่งไปชน แล้วมันก็จะกระเด้งกลับไปหากระป๋องแรกอีก รับประจุ กระเด้ง ชนอีกกระป๋อง ถ่ายเทประจุให้กระป๋องที่มันชน แล้วก็วนกลับไปกระป๋องแรกใหม่ จนกระทั้งประจุถูกถ่ายเทจนสองกระป๋องมีประจุคล้ายๆกันในที่สุด

ก่อนที่เราจะเอามือไปจับกระป๋อง ควรเอาสายไฟแตะกระป๋องทั้งสองข้างพร้อมๆกันให้ประจุไฟฟ้าได้เคลื่อนที่ถ่ายเทให้สมดุลก่อน ไม่งั้นอาจจะสะดุ้งเพราะไฟฟ้าช็อตมือได้

วิธีทำเป็นดังในคลิปครับ:

คำอธิบายการทำงานครับ:

7. เด็กๆประดิษฐ์และลองเล่นกันเองครับ:

กิจกรรมประดิษฐ์ป๋องแป๋งไฟฟ้าหรือ Franklin Bell โดยเด็กๆม.ต้น ของเล่นชนิดนี้ทำจากกระป๋องอลูมิเนียมสองกระป๋อง…

Posted by Pongskorn Saipetch on Tuesday, March 9, 2021

วิทย์ประถม: ประจุไฟฟ้าดูด-ผลัก, Franklin Bell

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล เราคุยทบทวนเรื่องประจุไฟฟ้า ไฟฟ้าสถิต การดูดผลักของประจุไฟฟ้า และเด็กๆได้รู้จักของเล่น Franklin Bell ที่ใช้การดูดและผลักของประจุไฟฟ้าทำให้ลูกบอลฟอยล์อลูมิเนียมขยับไปมาระหว่างกระป๋องอลูมิเนียมสองใบ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆประถมได้ดูมายากลนี้ครับ ดูเฉพาะตอนแรกที่เป็นกล ยังไม่ดูส่วนเฉลยตอนหลัง แล้วดูเฉลยหลังจากได้พยายามคิดพยายามอธิบายว่ากลแต่ละกลทำอย่างไรกันก่อน วันนี้คือเสกให้คนลอยอยู่บนไม้กวาดครับ:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็นครับ

ผมแถมให้ดูกลคล้ายๆกันพวกผู้วิเศษลอยอยู่ได้ครับ:

จากนั้นเราพูดคุยทบทวนเรื่องประจุไฟฟ้า ประจุบวก ประจุลบ การผลักหรือดูดกันของประจุไฟฟ้า ระยะทางใกล้ขึ้นทำให้แรงมากขึ้น ดังที่คุยกันไปในสัปดาห์ที่แล้วครับ

พอทบทวนเสร็จ ผมก็เอาของเล่นป๋องแป๋งไฟฟ้าหรือ Franklin Bell มาให้เด็กๆเล่นกัน วิธีทำดังนี้ครับ:

ตรงกลางใช้กระป๋องอีกใบก็ได้ครับ:

ของเล่นชนิดนี้ทำจากกระป๋องอลูมิเนียมสองกระป๋อง ต่อกระป๋องอันหนึ่งกับตะแกรงด้านในของไม้แปะยุง และต่ออีกกระป๋องกับตะแกรงด้านนอก เมื่อกดปุ่มสวิทช์ไม้แปะยุง กระป๋องทั้งสองก็จะมีประจุต่างชนิดกันไปกองอยู่ ถ้าเราเอาก้อนโลหะเบาๆเช่นลูกบอลที่ทำจากฟอยล์อลูมิเนียมหรือกระป๋องอลูมิเนียมเปล่าอีกใบไปแขวนระหว่างกระป๋องทั้งสองข้าง ลูกบอลหรือกระป๋องตรงกลางก็จะถูกดูดเข้าโดนกระป๋องอันที่ใกล้กว่า แล้วก็จะรับประจุจากกระป๋องนั้นเข้าลูกบอล ลูกบอลจะกระเด้งไปหาอีกกระป๋องหนึ่งจากแรงไฟฟ้าสถิต แล้วก็จะถ่ายประจุที่รับมาไปให้กระป๋องที่มันวิ่งไปชน แล้วมันก็จะกระเด้งกลับไปหากระป๋องแรกอีก รับประจุ กระเด้ง ชนอีกกระป๋อง ถ่ายเทประจุให้กระป๋องที่มันชน แล้วก็วนกลับไปกระป๋องแรกใหม่ จนกระทั้งประจุถูกถ่ายเทจนสองกระป๋องมีประจุคล้ายๆกันในที่สุด

คำอธิบายการทำงานครับ:

พอเด็กเข้าใจการทำงานของมันแล้ว ก็ทดลองเล่นกันครับ:

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)