การจัดการศึกษาของผู้ที่มีบทบาทในการก้าวนำและบริหารประเทศในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าคือ กลุ่มคนรุ่นใหม่ที่เติบโตขึ้นมาพร้อมความเปลี่ยนแปลงและค่านิยมที่แตกต่าง อยู่ท่ามกลางความผันผวนในหลายด้าน ทั้งด้านการศึกษา การเมือง เศรษฐกิจ จึงมีความคิดที่อิสระ กล้าได้กล้าเสีย หากพิจารณาเกี่ยวกับการจัดการศึกษาของไทยในช่วงอดีตที่ผ่านมา พบว่า ไม่ได้มีเพียงรูปแบบและวิธีการเรียนการสอนเท่านั้น แต่ยังพบว่าตัวผู้เรียนเองก็เป็นอีกปัจจัยที่ทำให้เกิดความแตกต่าง ซึ่งอาจเป็นผลมาจากสภาพสังคมและสิ่งแวดล้อม รวมถึงการพัฒนาของเทคโนโลยีสารสนเทศที่เอื้อให้ผู้เรียนในปัจจุบันเข้าถึงแหล่งข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว ครอบคลุมในทุกด้าน และทุกที่บนโลก ฉะนั้น ประเด็นที่ผู้สอนไม่ควรมองข้ามคือ การพยายามทำความเข้าใจความต้องการของผู้เรียน เพราะเป็นโจทย์สำคัญที่ผู้สอนควรนำมาพิจารณาเป็นลำดับแรกในการพัฒนาการเรียนการสอน เนื่องจากการจัดการศึกษาให้มีประสิทธิภาพนั้นต้องคำนึงถึงผู้เรียนเป็นสำคัญ ซึ่งการรู้ว่านักเรียนมีผลสัมฤทธิ์ทางเรียนสูงหรือต่ำคงยังไม่เพียงพอ จำเป็นต้องทราบปัญหาที่ทำให้ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนนั้นแตกต่างกันด้วย (ล้วน สายยศ และอังคณา สายยศ. 2541: 23)

     จากข้อมูลข้างต้น ผู้เขียนจึงได้ออกแบบชุดการทดลอง อยู่ดีๆ ก็ BRIGHT ใช้สอนในรายวิชาวิทยาศาสตร์กายภาพ เรื่องการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้นักเรียนสนุกกับการเรียนและลงมือปฏิบัติ ค้นหาคำตอบด้วยตนเอง เป็นการเรียนรู้แบบผู้เรียนเป็นศูนย์กลาง เมื่อผู้เรียนค้นพบคำตอบของปัญหาจะทำให้ผู้เรียนมีความจำระยะยาวในเรื่องที่เรียน เข้าใจจากการลงมือปฏิบัติจริงไม่ใช่จากการท่องจำ ซึ่งทำให้เกิดการเรียนรู้อย่างแท้จริงและเกิดเจตคติที่ดีต่อรายวิชาวิทยาศาสตร์ได้

วัตถุประสงค์

1. เพื่อให้เข้าใจการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และหลักการของขดลวดเทสลา (Tesla Coil)
2. เพื่อให้รู้จักอุปกรณ์ในวงจรไฟฟ้าเบื้องต้น

ทฤษฎี

1. Tesla coil (ขดลวดเทสลา)

     ขดลวดคอยล์ หรือขดลวดเทสลา เป็นหม้อแปลงที่อาศัยหลักการเรโซแนนซ์ในวงจรไฟฟ้า (เกิดขึ้นเมื่อให้พลังงานกับวัตถุ วัตถุจะสั่นด้วย ความถี่ธรรมชาติ ถ้าความถี่ของพลังงานที่ให้กับวัตถุมีความถี่เท่ากับ ความถี่ของการสั่นตามธรรมชาติของวัตถุนั้น ทำให้วัตถุสั่นด้วยแอมพลิจูด ที่สูงขึ้น การสั่นจะรุนแรงมากขึ้น) โดยมีแกนเป็นท่ออากาศ ในการทดลองนี้ ใช้เป็นท่อพีวีซีให้สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ ซึ่งนำไปสู่การส่งคลื่นวิทยุ และโทรทัศน์ในเวลาต่อมา นอกจากนั้น ขดลวดเทสลาสามารถส่งพลังไฟฟ้า ผ่านอากาศที่เบาบางได้ เป็นเหตุผลให้หลอดไฟติดได้โดยไม่ใช้ไฟฟ้าจากไฟบ้าน

     คอยล์หรือขดลวดที่ทำให้เกิดไฟฟ้าเป็นขดลวดตัวที่สอง สร้างขึ้น จากตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุคือขดลวด และตัวต้านทาน ค่าของความเหนี่ยวนำจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับจำนวนรอบ เส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาวของขดลวด ทั้งตัวเหนี่ยวนำ ความจุไฟฟ้า และความต้านทาน ต้องมีค่าพอดี จึงจะทำให้เกิดความถี่เรโซแนนซ์ขึ้นได้

2. Resistor (ตัวต้านทาน)
     ตัวต้านทาน ใช้จำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้า และแรงเคลื่อน ไฟฟ้าที่กำหนดไว้ในวงจร

3. Transistor (ทรานซิสเตอร์)
     ทรานซิสเตอร์ ใช้ทำหน้าที่ขยายสัญญาณไฟฟ้า เปิดปิดสัญญาณไฟฟ้า คงค่าแรงดันไฟฟ้าในวงจร

อุปกรณ์

1. ท่อ PVC เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 22 มิลลิเมตร 1 อัน
2. ลวดทองแดง เบอร์ 27 1 ม้วน
3. สายไฟขนาดเล็ก 5 เส้น
4. แหล่งกำเนิดไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ 9 โวลต์ 1 เครื่อง
5. สวิตช์ไฟ 1 อัน
6. ตัวต้านทานขนาด 22000 โอห์ม 1 อัน
7. ทรานซิสเตอร์ 2n2222a 1 อัน
8. หลอด LED 1 หลอด
9. หลอดฟลูออเรสเซนต์ 1 หลอด
10. หลอดไส้ 1 หลอด

วิธีการทดลอง

     1. ศึกษาวงจรจากภาพ

     2. เปิดสวิตช์ของวงจร แล้วนำหลอดไฟ 3 รูปแบบ (หลอด LED หลอดฟลูออเรสเซนต์ และหลอดไส้) มาใกล้บริเวณกึ่งกลางของขดลวดเทสลา สังเกตการเปลี่ยนแปลงแล้วบันทึกผล

     3. นำลูกปิงปองมาวางบนขดลวดเทสลา แล้วนำหลอดไฟ 3 รูปแบบ มาใกล้ขดลวดเทสลาบริเวณด้านบนลูกปิงปอง สังเกตการเปลี่ยนแปลงแล้วบันทึกผล

     4. นำแผ่นอะลูมิเนียมห่อลูกปิงปอง สอดสายลวดทองแดงที่อยู่ปลายขดลวดเทสลาเข้าไปในแผ่นอะลูมิเนียมด้วย แล้ววางบนขดลวดเทสลา นำหลอดไฟ 3 รูปแบบ มาใกล้ขดลวดเทสลาบริเวณด้านบนลูกปิงปอง สังเกตการเปลี่ยนแปลงแล้วบันทึกผล

ตารางบันทึกผลการทดลอง

วิเคราะห์และสรุปผลการทดลอง

     1. เหตุผลที่หลอดไฟติดได้เมื่อนำไปใกล้ขดลวดเทสลา ถึงแม้ไม่ได้ใช้ไฟบ้าน เป็นเพราะบริเวณรอบขดลวด แผ่คลื่นพลังงานออกมา *ตกกระทบสารเรืองแสงที่เคลือบหลอดไฟเอาไว้ (มีเพียงหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีสารเคลือบ ส่วนหลอด LED และหลอดไส้ไม่มีสารเคลือบ) ทำให้อิเล็กตรอนที่อยู่ภายในหลอดไฟเกิดการวิ่งไปมาอย่างไม่มีทิศทาง ชนกับสารเคลือบ หลอดไฟจึงสว่างได้โดยที่ไม่ต้องต่อกับไฟบ้าน เรียกคลื่นนี้ว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน แต่อาศัยการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า)

     2. หากนำหลอดไฟมาใกล้ขดลวดเทสลาบริเวณด้านบนลูกปิงปองที่ห่อด้วยแผ่นอะลูมิเนียม หลอดไฟสว่าง แต่ลูกปิงปองที่ไม่ได้ห่อด้วยแผ่นอะลูมิเนียมหลอดไฟไม่สว่างนั้น เนื่องจากแผ่นอะลูมิเนียมเป็นตัวนำไฟฟ้า แต่ลูกปิงปอง เป็นพลาสติกจึงไม่นำไฟฟ้า

หมายเหตุ*

     การแผ่คลื่นพลังงานออกมานั้นมาจากการที่กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดเทสลาจากขดลวดอยู่ในบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก หรือกล่าวได้ว่า เมื่อขดลวดอยู่ในบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก จะทำให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างปลายขดลวด เรียกว่า อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ทำให้มีกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวด กระบวนการนี้เรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 51 ฉบับที่ 242 พฤษภาคม – มิถุนายน 2566

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/242/32/

บรรณานุกรม

ล้วน สายยศ และอังคณา สายยศ. (2541). เทคนิคการสร้างและสอบ ข้อสอบความถนัดทางการเรียน. กรุงเทพมหานคร: สุวีริยาสาส์น.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์กายภาพ เล่ม 1 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์. กรุงเทพมหานคร: สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์กายภาพ เล่ม 1 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 กลุ่มสาระ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์. กรุงเทพมหานคร: สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.