ที่มาและความสำคัญ
โครงงานเรื่อง เครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือจากการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก มีวัตถุประสงค์เพื่อ ศึกษาหลักการทำงานของ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากไดนาโม และประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ที่เป็นทางเลือกในการใช้เป็นพลังงานทดแทนในรูปแบบใหม่ โดยเริ่มจากศึกษาการเกิดพลังงานไฟฟ้าด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไดนาโม ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของขดลวดบนสนามแม่เหล็กจนได้กระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปวิธีในการเหนี่ยวนำไฟฟ้าจะเป็นการหมุนขดลวดให้ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ทั้งนี้เพื่อความสะดวกในการใช้งานจึงติดตั้งคันโยกซึ่งใช้หลักการทางฟิสิกส์ และเฟืองเพื่อเพิ่มจำนวนรอบในการหมุน โดยมีการโยกคันโยก 1 ครั้งจะหมุนไดนาโมได้ 60 รอบและให้กระแสไฟฟ้า 250 mA ถ้าหมุนไดนาโมด้วยอัตราเร็ว 2400 รอบ/ชั่วโมง เป็นเวลา 4 ชั่วโมง จะได้กระแสไฟฟ้าเท่ากับถ่านขนาด AAA 1 ก้อน โดยเริ่มทดลองจากสภาวะเริ้มต้นซึ่งไม่มีค่าความต่างศักย์ พบว่าเมื่อหมุนไดนาโมเป็นเวลา 10 วินาทีค่าความต่างศักย์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อใช้เวลานานมากขึ้นค่าความต่างศักย์ที่ได้จะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ซึ่งค่าความต่างศักย์ที่สามารถนำมาใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือมีความต่างศักย์
ที่ 1.2 โวลต์เป็นต้นไป จึงจำเป็นที่จะต้องหมุนไดนาโมอย่างน้อย 40 วินาที จะทำให้ใช้งานในวงจรไฟฟ้าได้
เอกสารที่เกี่ยวข้อง
สนามแม่เหล็ก
การเรียงตัวเป็นเส้นของผงตะไบเหล็ก
สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (Electric and Magnetic Field: EMFs) จะหมายถึง
เส้นสมมุติที่เขียนขึ้นเพื่อแสดงอาณาเขตและความเข้มของเส้นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่มี
ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า (เรียกว่า สนามไฟฟ้า) และที่เกิดขึ้นโดยรอบ
วัตถุที่มีกระแสไฟฟ้าไหล (เรียกว่า สนามแม่เหล็ก) ในกรณีกล่าวถึงทั้ง สนามไฟฟ้าและ
สนามแม่เหล็กพร้อมกันมักจะเรียกรวมว่า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Field: EMF)
มอเตอร์
การทำงานของมอเตอร์
มอเตอร์ (Motor) เป็นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประกอบด้วยขดลวดที่พันรอบแกนโลหะที่วางอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก โดยเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปยังขดลวดที่อยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก จะทำให้ขดลวดหมุนไปรอบแกน และเมื่อสลับขั้วไฟฟ้า การหมุนของขดลวดจะหมุนกลับทิศทางเดิม
ไดนาโม
การทำงานของไดนาโม
วัสดุอุปกรณ์
3.1.1 ไม้ถูพื้นแบบหมุน
3.1.2 ขดลวด
3.1.3 แม่เหล็ก
3.1.4 แบตเตอรี่
3.1.5 สายไฟ
3.1.6 ตัวเก็บประจุ
3.1.7 light-emitting diode ( LED)
3.1.8 Polyvinyl chloride (PVC)
3.1.9 แผ่นเหล็กแบน รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
3.1.10 แผ่นเหล็ก
3.1.11 สกรูเจาะไม้
3.1.12 ถังไม้ถูพื้นแบบหมุน
วิธีทำ
- ขั้นตอนการสร้างเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า ใช้หลักการสร้างเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานคนเพื่อชาร์ตแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือแทนการใช้ไฟฟ้าแบบเดิม สร้างโดยใช้วัสดุที่เลือกจากชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่หมดสภาพการใช้งานแล้วหลายๆชิ้น มาปรับปรุงประกอบเป็นเครื่องผลิดกระแสไฟฟ้า นำชิ้นส่วนเครื่องถูพื้นมาประดิษฐ์ ปรับปรุง ดัดแปลงเป็นเครื่องเปลี่ยนแรงงานคนเป็นแรงหมุนมอเตอร์ที่มีรอบการหมุนตามที่คำนวณจำนวนรอบต่อวินาที่ไว้ ดังรูป
2.นำชิ้นส่วนของสว่านมือเจาะไม้ คือใช้เฟืองทดรอบ นำมาใช้ปรัปปรุง เปลี่ยนเป็นตัวเพิ่มรอบของการหมุนให้สูงขึ้นและเปลี่ยนทิศทางของการหมุน
3. นำมอเตอร์จากรถแข่งของเด็กเล่น มาปรับปรุงเป็นเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ( ไดนาโม)
4 .ใช้อุปกรณ์อื่นประกอบจนเป็นเครื่องผลิตไฟฟ้ากระแสตรงที่สามารถชาร์ตแบตเตอรีได้
การทดลอง
การทดลองที่3 "วัดปริมาณกระแสที่ได้"
1. นำตัวเก็บประจุ ประกอบเข้าในวงจรของอุปกรณ์ โดยการต่อสายไฟจากไดนาโมเข้าสู่ตัวเก็บประจุ
2. ทดลองใช้อุปกรณ์ โดยการกดคันโยก 1 ครั้ง เพื่อให้ไดนาโมหมุน
3. วัดกระแสไฟฟ้าที่เครื่องสามารถผลิตได้จากในข้อที่ 2 จากกระแสไฟฟ้าที่ถูกนำไปเก็บในตัวเก็บประจุ วัดจำนวนทดรอบของการใช้อุปกรณ์ 1 ครั้ง
การทดลองที่2 “การทดลองหาเวลาการประจุในตัวเก็บประจุ โดยพิจารณาจากความต่างศักย์”
1. ทำการโยกคันโยก โดยหมุนไดนาโมด้วยอัตราเร็ว 2400 รอบ/ชั่วโมง
2. จับเวลาทุก 10 วินาที ทำการวัดค่าความต่างศักย์ที่เปลี่ยนไป โดยวัดที่ค่าความต่างศักย์ที่
คล่อมตัวเก็บประจุในวงจร
การทดลองที่3“ทดลองนำอุปกรณ์ ไปใช้งานโดยการประกอบเข้ากับวงจร และสามารถชาร์จโทรศัพท์มือถือได้”
1. นำอุปกรณ์ประกอบเข้ากับวงจร วงจรสามารถเปลี่ยนกระแสไฟฟ้ากระแสตรง
จนสามารถนำไป ชาร์จโทรศัพท์ได้
2. กดคันโยกของอุปกรณ์ วัดค่าไฟที่ได้จากการโยก โดยวัดที่ตัวเก็บประจุของวงจร
3. ประเมินผลเฉลี่ยจำนวนครั้ง ที่จะสามารถนำไฟฟ้ามาใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่โทรศัพท์ได้
ผลการทดลอง
ผลการทดลองที่1
ศึกษาปริมาณกระแสไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้จากการโยก 1 ครั้งเพื่อหาปริมาณกระแสไฟฟ้า จำนวนรอบในการหมุนไดนาโม และอัตราการทดรอบในการหมุนไดนาโม พบว่า เฟืองซึ่งมีอัตราทดรอบอยู่ที่ 1ต่อ 20 รอบโดยเมื่อกดคันโยกลง 1 ครั้งจะสามารถหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ถึง 60 รอบ กระแสไฟที่ได้ 250 mA
ผลการทดลองที่2
จากการทดลองวัดค่าความต่างศักดิ์ที่คล่อมตัวเก็บประจุ เทียบกับเวลาผลแสดงออกมาว่า ในเริ่มต้นของการหมุนไดนาโมจะพบค่าต่างศักย์ จะมีการเพิ่มที่มาก แต่เมื่อเวลาผ่านไปค่าความต่างศักย์ที่เพิ่มจะเพิ่มขึ้นน้อยลง
การทดลองที่ 3
ทดลองนำอุปกรณ์ไปต่อกับหม้อแปลง แล้วนำไปชาร์จไฟโทรศัพท์ จะพบว่าไฟฟ้าที่นำไปชาร์จโทรศัพท์ จะต้องทำการหมุนไดนาโม เป็นเวลา 4 ชั่วโมง จะได้กระแสไฟที่จะนำมาชาร์จเข้าโทรศัพท์ได้ 1 ชั่วโมง ค่าความต่างศักย์ในตัวเก็บประจุ จะต้องมีค่าอยู่ที่ 1.2 โวลต์ จะสามารถทำให้แรงขับไฟฟ้ามากพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้า ไหลเข้าสู่แบตเตอรี่โทรศัพท์ได้
ประโยชน์ของโครงงาน
2. เพื่อศึกษาวงจรไฟฟ้าที่สามารถนำมาใช้ได้จริง
3. เพื่อที่จะสามรถใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าได้ทุกที่
4. เพื่อเป็นนวัตกรรมใหม่และสามารถผลิตใช้เองได้ในประเทศ
โปรแกรมคำนาณเวลาที่ต้องโยกเครื่องชาร์จ
Enter Time for charge
4. เพื่อเป็นนวัตกรรมใหม่และสามารถผลิตใช้เองได้ในประเทศ
โปรแกรมคำนาณเวลาที่ต้องโยกเครื่องชาร์จ
Enter Time for charge
Time for making machine
วีดีโอนำเสนอ
เอกสารอ้างอิง
http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/58/inductor-faraday2.htm
http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/56/magnetic%20field.htm
http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/57/inductor%20faraday.htm
อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยาศาสตร์ : อ.จิรัฏฐา ทองแก้ว
อาจารย์ที่ปรึกษาคอมพิวเตอร์ : อ.จิรัฎฐ์ พงษ์ทองเมือง
โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย นครศรีธรรมราช
Princess Chulabhorn's College,Nakhon Si Thammarat
(Chulabhorn Science High School)
