วิทย์ม.ต้น: COSMOS EP. 10 ไมเคิล ฟาราเดย์และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave)

วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 10: The Electric Boy ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับปรากฎการณ์ธรรมชาติที่เกี่ยวกับไฟฟ้า แม่เหล็ก และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความรู้ปัจจุบันของเราพบว่ามีแรงพื้นฐานสี่ประเภท คือแรงโน้มถ่วง (gravity), แรงทางไฟฟ้าแม่เหล็ก (electromagnetism), แรงนิวเคลียร์เข้ม (strong interaction), แรงนิวเคลียร์อ่อน (weak interaction)

ในชีวิตประจำวันเราจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วง (เช่นน้ำหนักของเรา ของตกลงพื้นโลก ดวงจันทร์โคจรรอบโลก โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์โคจรกับดาวอื่นๆในทางช้างเผือก กาแล็กซีหลายๆอันโคจรใกล้กันและตกเข้าหากัน) รู้สึกแรงทางไฟฟ้าแม่เหล็ก (ทำไมเราถึงเดินทะลุกำแพงไม่ได้ ทำไมเราถึงนั่งอยู่บนพื้นได้ไม่ตกทะลุลงไป ทำไมเราผลักจับดันดึงของต่างๆได้ ทำไมของต่างๆมีแรงเสียดทาน ทำไมโปรตีนถึงพับเป็นรูปทรงเฉพาะเจาะจง ทำไมสมองถึงสั่งงานส่วนต่างๆของร่างกายได้ ฯลฯ)

แรงนิวเคลียร์ทั้งสองจะเกี่ยวกับการเปลี่ยนชนิดธาตุจากธาตุหนึ่งไปอีกธาตุหนึ่ง จะเกี่ยวกับการส่องสว่างของดาวที่รวมธาตุเบาๆเป็นธาตุหนักๆแล้วร้อนจนเปล่งแสง หรือสารกัมมันตภาพรังสีสลายตัวเป็นธาตุอื่นๆ ระเบิดนิวเคลียร์แบบต่างๆ ฯลฯ

Cosmos ตอนนี้คุยกันถึงแรงทางไฟฟ้าแม่เหล็ก ผ่านประวัติย่อๆของไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday) ผู้ค้นพบสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และอื่นๆอีกมาก รวมทั้งเป็นผู้ประดิษฐ์มอเตอร์ หม้อแปลง เครื่องปั่นไฟ ทำให้มนุษยชาติสามารถสร้างเทคโนโลยีที่เกี่ยวกับไฟฟ้าต่างๆครับ

ลองดูคลิปเกี่ยวกับเขาที่นี่:

ฟาราเดย์ค้นพบสิ่งต่างๆเกี่ยวกับไฟฟ้า แม่เหล็ก เคมี ฯลฯ มากมาย หนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดคือมอเตอร์ และการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยการเหนี่ยวนำระหว่างแม่เหล็กและขดลวด (electromagnetic induction) เป็นพื้นฐานสำคัญของอารยธรรมของพวกเราในยุคปัจจุบัน

เชิญทบทวนการผลิดกระแสไฟฟ้าด้วยการเหนี่ยวนำที่ วิทย์ม.ต้น: การผลิตไฟฟ้าด้วยการเหนี่ยวนำ

ไอเดียการผลิตกระแสไฟฟ้าและมอเตอร์โดยฟาราเดย์ครับ มอเตอร์อันแรกใช้ปรอทซึ่งเป็นโลหะเหลวด้วย:

ถ้าจะสร้างมอเตอร์แบบฟาราเดย์โดยไม่ใช้ปรอทที่อาจเป็นอันตราย ทำแบบนี้ได้ครับ:

ถ้าต้องการเรียนรู้ลึกซึ้งกว่านี้ ไปเรียนจากคลิปนี้ได้ครับ เป็นคอร์สฟิสิกส์ที่ดีที่สุดในโลกคอร์สหนึ่งเลยครับ สามารถไปหาดูตั้งแต่เริ่มก็ได้นะครับ (คอร์สนี้เป็นคอร์สปริญญาตรีครับ):

เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) เป็นผู้รวบรวมการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ด้านไฟฟ้าและแม่เหล็กหลายๆท่าน รวมถึงฟาราเดย์ เขียนเป็นสมการทางคณิตศาสตร์ซึ่งบอกว่าธรรมชาติด้านนี้ทำงานอย่างไร เป็นผู้ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) คือประจุไฟฟ้าถ้ามีความเร่งๆ (คือเปลี่ยนแปลงความเร็ว) จะสร้างคลื่นของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแผ่ขยายออกไป

ผมเคยเล่าเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปบ้างแล้ว เชิญเข้าไปอ่านที่ สอนวิทย์มัธยม 1: เริ่มรู้จักคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ครับ

สำหรับเรื่องสนามแม่เหล็กรอบๆโลก  (magnetosphere) ที่ช่วยป้องกันอันตรายจากอวกาศ และน่าจะทำให้โลกยังมีบรรยากาศอย่างที่เรามีอยู่ เชิญดูคลิปนี้ครับ:

แสงเหนือแสงใต้ (Aurora) เกิดได้อย่างไรครับ:

ความรู้เกี่ยวกับ Cosmic Ray:

คำถามจากนักเรียนที่ว่าอินเทอร์เน็ตทำงานอย่างไร

The Faraday Effect ที่แม่เหล็กทำให้ทิศทางการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (polarization) เปลี่ยนไป สมัยนี้ทำง่ายกว่าสมัยฟาราเดย์มากๆครับ:

เรื่องสนามแม่เหล็กโลกและการเปลี่ยนแปลงของมัน:

วิทย์ม.ต้น: Cosmos Ep. 9 โลกที่เปลี่ยนแปลงของเรา

วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 9: The Lost Worlds of Planet Earth ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับโลกของเราที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

โลกของเราอายุประมาณสี่พันเกือบๆห้าพันล้านปี นักธรณีวิทยาศึกษาประวัติของโลกผ่านหลักฐานต่างๆในชั้นดินชั้นหิน ฟอสซิล ฯลฯ มีการแบ่งประวัติของโลกเป็นยุคต่างๆเรียกว่า Geological time scale สรุปยุคต่างๆดังภาพนี้:

ภาพจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Geologic_time_scale
Ga = Giga years ago = พันล้านปีที่แล้ว
Ma = Million years ago = ล้านปีที่แล้ว

ตัวอย่างจากสารคดี Cosmos  ก็เช่นยุคประมาณ 350 ล้านปีที่แล้วที่ยังไม่มีตัวอะไรย่อยสลายต้นไม้ทำให้สะสมกลายเป็นถ่านหินเรียกว่า Carboniferous ครับ ชื่อมันแปลว่า carbo- (ถ่านหิน) + fero- (รวบรวม/ขนมา) ในวิดีโอ Cosmos ยุคนี้คือยุคที่มีออกซิเจนเยอะๆและแมลงที่อาศัยการแพร่ของอากาศเข้าไปตามรูตามผิวร่างกายสามารถเติบโตมีขนาดใหญ่มากๆ

เชิญดูสรุปเป็นคลิป มีซับอังกฤษครับ:

มีเรื่องอื่นๆเกี่ยวกับโลกโบราณที่ ช่อง PBS Eons ครับ

สำหรับเรื่องทวีปยักษ์ที่แตกแยกเป็นทวีปปัจจุบันดูที่เรื่องๆ Pangaea (แพนเจีย) และ Plate tectonics

อยากให้เด็กๆเข้าไปอ่าน Life Timeline ด้วยนะครับ จะได้รู้เกี่ยวกับว่าสิ่งมีชีวิตพวกไหนเกิดขี้นประมาณไหนในประวัติศาสตร์โลก

ในช่อง PBS Eons มีหลายวิดีโอที่อยากให้เด็กๆได้ดูครับ เช่นเรื่องการเคลื่อนที่ของทวีปต่างๆ ถ้าฟังไม่ทันกดดูซับนะครับ:

เรื่องไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสท์ที่เมื่อก่อนน่าจะเป็นแบคทีเรียอิสระ แต่มารวมตัวกับเซลล์อื่นกลายเป็นเซลล์สมัยนี้:

และเรื่องไทรโลไบท์ครับ:

ช่อง PBS Eons นี้มีวิดีโออีกมากมายเกี่ยวกับประวัติศาสตร์สิ่งมีชีวิตบนโลกครับ ถ้าสนใจกดดูไปเรื่อยๆนะครับ

อันนี้เป็นเรื่องการสูญพันธุ์ใหญ่ๆในอดีตครับ:

มีคำถามเรื่องการปลูกต้นไม้จะแก้ปัญหาโลกร้อนได้หรือไม่ แนะนำให้เด็กๆเข้าไปอ่านลิงก์เหล่านี้ครับ:

  1. Why don’t we just plant a lot of trees?
  2. Examining the viability of planting trees to help mitigate climate change
  3. Why planting tons of trees isn’t enough to solve climate change
  4. คลิป Climate change: The trouble with trees:

สรุปเรื่องวิธีต่างๆจะใช้จับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศเพื่อสู้กับ climate change (แนะนำให้ดูอย่างยิ่งนะครับ):

ความรู้รอบตัวเรื่องพลังงานนิวเคลียร์ เนื่องจากสามารถเป็นเครื่องมือสำคัญเพื่อต่อสู้ climate change ดูรายละเอียดของวิดีโอ/video description สำหรับข้อมูลอ้างอิงได้ครับ:

วิทย์ม.ต้น: COSMOS EP. 8 รู้จักดวงดาว

วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 8: Sisters of the Sun ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับความรู้เรื่องดาวฤกษ์ครับ

เด็กๆควรอ่านเรื่องดาวฤกษ์เป็นความรู้รอบตัวจากเว็บของ NASA ที่นี่ครับ 

รายละเอียดเพิ่มเติมเป็นภาษาอังกฤษที่นี่ เป็นภาษาไทยที่นี่ หรือแนะนำให้ดูคลิปนี้ครับ:

ดาวมีชะตากรรมต่างๆกันขึ้นกับมวลของมันครับ สรุปได้ด้วยรูปนี้ (เชิญกดดูถ้าเห็นไม่ชัด) จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_evolution:

ดาวมวลน้อย (ประมาณ 0.02-0.08 เท่ามวลดวงอาทิตย์) เป็น brown dwarf (ดาวแคระน้ำตาล) จะมีชีวิตยืนยาวเป็นแสนล้าน-ล้านล้านปี อุณหภูมิไม่สูง แสงที่เปล่งอยู่ในช่วงอินฟราเรดเป็นส่วนใหญ่ ถ้าสนใจลองดู 10 Interesting Facts about Brown Dwarf Stars ดูได้ครับ

ดาวมวลกลางๆ (0.08-8 เท่ามวลดวงอาทิตย์, ดวงอาทิตย์เราก็เป็นพวกนี้) จะมีอายุขัยหลายพันล้านถึงหมื่นล้านปี (ดวงอาทิตย์เราน่าจะมีอายุขัยประมาณหมื่นล้านปี) อุณหภูมิสูงปานกลาง เมื่อแก่ลง (แปลงไฮโดรเจนเป็นธาตุอื่นๆไปมากแล้ว) ก็กลายเป็น red giant (ดาวยักษ์แดง) และจะกลายเป็น white dwarf (ดาวแคระขาว) ในที่สุด แต่ระหว่างทางถ้ามีดาวโคจรกันเป็นคู่ก็จะทำให้เกิด type Ia supernova (ซุปเปอร์โนวาประเภท 1a) ได้

ดาวมวลมากๆ (มากกว่า 8 เท่ามวลดวงอาทิตย์) จะมีอายุสั้น ยิ่งมวลมากยิ่งสั้นเพราะนำ้หนักที่กดทับศูนย์กลางเร่งปฏิกริยานิวเคลียร์ให้เร็วมากขึ้น อายุขัยอาจจะประมาณไม่กี่ล้านถึงไม่กี่สิบล้านปี เมื่อแก่จะกลายเป็น red supergiant (ดาวยักษ์ใหญ่แดง) แล้วระเบิดเป็น type II supernova (ซุปเปอร์โนวาประเภท 2) ส่วนแกนกลางที่เหลือจะกลายเป็น neutron star (ดาวนิวตรอน) หรือ black hole (หลุมดำ) ขึ้นอยู่ว่ามวลเริ่มต้นของดาวมากแค่ไหน

ถ้าสนใจเรื่องพวกนี้ ลองดู Playlist ของ Professor Dave ก็ได้ครับ มีหลายตอน ค่อยๆดูไปเรื่อยๆสัปดาห์ละสองสามคลิปก็ได้ ถ้าจดโน้ตไปด้วยก็จะเรียนรู้ได้ดีขึ้น:

ประวัตินิดหน่อยว่าทำไมถึงแจกแจงดาวฤกษ์เป็น OBAFGKM  (จำง่ายๆว่า Oh, Be A Fine Guy(Girl), Kiss Me.):

O จะเป็นพวกร้อนสุด พวก M จะเป็นพวกเย็นสุด ถ้าอยากรู้ประวัติ H-R Diagram (Hertzsprung-Russell Diagram) ที่อยู่ในวิดีโอกดดูที่นี่นะครับ

ภาพสเปคตรัมของแสงจากดาวประเภทต่างๆที่ทีมของ Annie Jump Cannon ศึกษา ในคลิป Cosmos ครับ (ภาพจาก https://blog.sdss.org/2015/11/30/how-sdss-uses-light-to-measure-the-mass-of-stars-in-galaxies/):

อันนี้ความรู้รอบตัวว่าทำไมเราถึงเห็นดาวเป็นแฉกๆทั้งๆที่ดวงดาวจริงๆเป็นทรงกลมครับ:

คำถามจากเด็กๆว่าดาวใกล้ๆจะเป็น supernova แล้วทำให้เราตายไหม เชิญดูคลิปโดยนักดาราศาสตร์มาเล่าให้ฟังว่าดาวไหนน่าจะเป็น supernova บ้างครับ:

คำถามจากเด็กๆเรื่องเราวัดระยะทางไกลๆในอวกาศได้อย่างไร ควรศึกษาเรื่อง cosmic distance ladder ครับ:

บันทึกกิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กๆ อยากให้คุณพ่อคุณแม่คุณครูเอาไปประยุกต์เล่นกับเด็กๆเยอะๆครับ :-)