ก่อนที่จะพูดถึงรายละเอียดของโครงงานนี้ จะขอทำความเข้าใจเกี่ยวกับประจุไฟฟ้าเบื้องต้นเสียก่อน
ถ้าเราสามารถทำให้ประจุไฟฟ้าลบและประจุไฟฟ้าบวกแยกออกจากันได้ และปล่อยให้ประจุๆฟฟ้าลบหรืออิเล็กตรอนจำนวนมากกระโดดผ่านอากาศไปหาปรจุบวกก็จะเกิดประกายไฟฟ้า (Electric spark) แต่ถ้าเราให้อิเล็กตรอนนี้กระโดดไปโดยผ่านหลอดนีออนก่อน ก็จะทำให้หลอดนีออนสว่างได้
หลอดนีออนขนาดเล็กที่ใช้นี้ เป็นหลอดบรรจุแก๊สนีออน ไม่มีไส้หลอด แต่มีขั้ว 2 ขั้ว หลอดจะติดสว่างได้ ก็ต่อเมื่อต่อเข้ากับไฟฟ้าแรงสูงที่ทำให้แก๊สนีออนในหลอดแตกตัวเป็นไอออนและเปล่งแสงสีส้มออกมา
ถ้า ต่อหลอดนีออนขนาดเล็กนี้เข้ากับไฟฟ้าแรงสูง ทำให้แก๊สนีออนในหลอดแตกตัวเป็นไอออนและเปล่งแสงสีส้มออกมา คลิบหนีบสีดำต่อกับไฟแรงสูงขั้วลบ และ คลิบหนีบสีแดงต่อกับไฟแรงสูงขั้วบวก จะสังเกตเห็นว่าขั้วหลอดข้างที่ต่อกับไฟฟ้าลบจะติดข้างเดียว โดยดูจากแสงสีส้มที่ปรากฏบนขั้วโลหะในหลอด ที่ เป็นเช่นนี้เพราะว่า อิเล็กตรอนซึ่งเบาและคล่องตัวกว่าประจุบวกจะเคลื่อนที่จากขั้วลบไปยังขั้ว บวก เนื่องจากมีความต่างศักย์ ขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ออกมาจากขั้วโลหะนั้นมันจะชนกับโมเลกุลของแก๊สนีออน ทำให้โมเลกุลของแก๊สนีออนแตกตัวและเปล่งแสงสีส้มออกมาในบริเวณขั้วลบ
ดัง นั้นเราอาจใช้หลอดนีออนนี้เป็นเครื่องวัดขั้วไฟฟ้าได้ แต่ถ้าหลอดนีออนนี้ให้แสงสว่างทั้งสองขั้วก็แสดงว่า ไฟฟ้าที่ต่ออยู่นั้นเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ
ถ้า เรานำหวีพลาสติกมาหวีกับผมที่แห้งๆ หรือถูกับผ้าไหม จะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นที่หวี สมมุติว่ามีประจุบวก เมื่อนำหวีมาล่อใกล้กับลูกพิธ (หรือเม็ดโฟมเบาขนาดเล็ก) ปรากฏว่าหวีสามารถดูดลูกพิธได้ โดยที่ประจุลบจะมาออกับอยู่ที่บริเวณใกล้กับหวี เรียกว่าเกิดการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้า ลูกพิธยังคงเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะมีจำนวนประจุบวกและประจุลบอยู่เท่ากัน
ถ้า เอามือจับแท่งโลหะตัวนำมาสัมผัสที่ลูกพิธ ดังรูป ก. ประจุบวกที่ลูกพิธจะเคลื่อนที่ไปที่โลหะตัวนำ เพื่อทำให้เกิดสภาวะสมดุลย์ทางไฟฟ้า คือทำให้จำนวนประจุลบ บนลูกพิธ เท่ากับประจุบวกบนหวี สังเกตดูว่าหวียังคงดูดลูกพิธอยู่ ดังรูป ข. เมื่อเอาแท่งโลหะและหวีห่างออกไปจากลูกพิธ ก็จะทำให้เกิดประจุลบอิสระขึ้นบนลูกพิธ ดังรูป ค. เราเรียกวิธีการการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้า
คราว นี้ลองมาดูการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้าโดยใช้หยดน้ำบ้าง ถ้าเราปล่อยให้น้ำไหลลงมาอย่างช้าๆ โดยกะให้น้ำที่ไหลลงมากลายเป็นหยดบริเวณห่วงโลหะที่มีประจุ(สมมุติว่าเป็นประจุบวก) ดังรูป ก. จะทำให้เกิดประจุลบเหนี่ยวนำขึ้นที่หยดน้ำ
เมื่อหยดน้ำขาดจากสายน้ำก็จะมีประจุไฟฟ้าลบอิสระขึ้น ดังรูป ข. คล้ายๆกับที่เกิดการเหนี่ยวนำของลูกพิธที่กล่าวมาแล้ว
เมื่อ หยดน้ำที่มีประจุผ่านห่วงโลหะลงมา ก็จะตกลงสู่ประป๋องภาชนะที่เตรียมไว้ ประจุไฟฟ้าลบจากหยดน้ำก็จะถ่ายเทประจุให้แก่กระป๋องโลหะ มีประจุไฟฟ้าลบกระจายอยู่ที่ผิวด้านนอกของกระป๋อง ดังรูป ค.
ราย ละเอียดเกี่ยวกับการทดลองในโครงงานนี้แสดงในรูป ตัวจ่ายน้ำใช้กระป๋องขนาดใหญ่ แล้วทำให้น้ำไหลลงมาตามสายยางโดยวิธี “กาลักน้ำ” เพื่อป้องกันไม่ให้สาย ยางหลุดจากกระป๋องอาจใช้ตุ้มโลหะถ่วง ดังรูป ภาชนะที่ใช้รองรับหยดน้ำที่มีประจุ ให้ใช้กระป๋องโลหะ 2 กระป๋อง โดยมีแผ่นพาราฟิน หรือแผ่นโฟมที่เป็นฉนวน ไฟฟ้ารองพื้นเพื่อกันการรั่วไหลของประจุ นำลวดเหล็ก หรือทองแดง 2 เส้นมาบัดกรีติดกับกระป๋องโลหะทั้งสอง ปลายลวดโลหะอีกด้านหนึ่งให้บัดกรีติดกับห่วงโลหะขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1 นิ้ว
นำ ขาข้างหนึ่งของหลอดนีออนมาบัดกรีติดกับลวดโลหะเส้นใดเส้นหนึ่งตรงกึ่งกลาง ส่วนขาอีกข้างหนึ่งของหลอดนีออนปล่อยว่างไว้ โดยทิ้งช่องว่างระหว่างขาหลอด นีออนกับเส้นลวดโลหะประมาณตั้งแต่ 1 ถึง 5 มม. ปล่อยให้สายน้ำไหลลงมา 2 สายสู่กระป๋องโลหะ 2 ใบ โดยปรับความแรงของสายน้ำโดยใช้ไม้หนีบสายยางดังรูป ที่ช่องว่างจะเกิดประกายไฟฟ้า และหลอดนีออนจะสว่าง ดังจะกล่าวต่อไป
เรา ต้องทำให้น้ำไหลลงมา 2 สาย โดยอาจใช้ด้ามปากกาลูกลื่นที่ใช้หมดแล้ว 2 ด้าม ดึงเอาไส้ปากกาออก ปลายด้านหัวของปากกาจะเป็นปลายตีบ นำมาประกอบกับสายยางหรือท่อพลาสติก ดังแสดงในรูป
สิ่ง ที่น่าสังเกตคือ ถ้าให้น้ำไหลไปสักระยะหนึ่ง จะมีประจุไฟฟ้าสะสมในกระป๋องมากพอที่จะทำให้เกิดประกายไฟฟ้าได้ ณ จุดนี้ ถ้าหยดน้ำที่มีประจุเคลื่อนที่ลงมา จะเกิดการผลักกันของประจุที่หยดน้ำกับประจุบนกระป๋องด้วยแรงคูลอมป์ ทำให้หยดน้ำที่เคลื่อนที่ลงมาไปตกนอกกระป๋องได้ ดังแสดงในรูป
ใน การทำให้น้ำไหลลงมา 2 สาย เราอาจหลีกเลี่ยงความยุ่งยากได้โดยใช้สายยาง 2 สายนำน้ำให้ไหลลงมาโดยตรงดังแสดงในรูป ประจุไฟฟ้าบนกระป๋องด้านหนึ่งจะ ไปปรากฏบนห่วงโลหะ เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดประจุไฟฟ้าตรงข้ามที่หยดน้ำ และหยดลงบนกระป๋องอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นกระป๋องทั้งสองจะมีประจุตรงข้ามกันสะสม มากขึ้นเรื่อยๆ ในเมื่อมีหยดน้ำที่มีประจุหยดลงมาเพิ่มเรื่อยๆ จนกระทั่งมากพอที่จะทำให้เกิดประกายไฟฟ้าที่ช่องว่างระหว่างขาหลอดนีออนกับ ลวดโลหะ และทำให้หลอดนีออนสว่างได้ เป็นจังหวะๆ เพราะเมื่อเกิดประกายไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าจะรวมตัวกันเป็นกลางมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดนีออนในช่วงสั้นๆ และจะเรื่มสะสมประจุใหม่เมื่อหยดน้ำไหลลงมาใหม่
วิธีนี้แยกประจุนี้เองที่ลอร์ดเคลวินเป็นผู้พัฒนาขึ้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น