การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากรองเท้าด้วยปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริก
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
วายุดา วะชุม, ณัชชนก ประมวลเจริญกิจ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
เมฆา ดีสงคราม, สุกัญญา วราพุฒ
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในสังคมไทยปัจจุบัน การออกกำลังกายและกิจกรรมทางกายภาพนั้นเป็นที่นิยมมาก และเครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกต่างๆได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์การออกกำลังกาย เช่น โทรศัพท์มือถือ นาฬิกากีฬา แต่เครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกเหล่านี้นั้นมีระยะเวลาการใช้งานที่จำกัด เนื่องจากต้องการพลังงานไฟฟ้า ซึ่งพลังงานเป็นสิ่งสำคัญและจำเป็นต่อการดำรงชีวิตเป็นอย่างมาก ทั้งยังมีส่วนทำให้วิทยาการทางด้านการแพทย์ ซึ่งได้นำมาใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดแรงกล มนุษย์จึงเกิดความต้องการที่จะใช้พลังงานยิ่งขึ้นโดยมีการใช้พลังงานหลากหลายประเภทด้วยกัน แต่พลังงานบางอย่างก็มีอยู่อย่างจำกัด เช่น ถ่านหิน ปิโตเลียม เป็นต้น ดังนั้นจึงต้องมีการค้นหาและใช้พลังงานทดแทน หรือพลังงานทางเลือก มาใช้ทดแทนพลังงานแบบเดิม วัสดุเพียโซอิเล็กทริกเป็นวัสดุที่เกิดจากปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริก โดยเมื่อได้รับแรงกดหรือแรงดึงจะเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า แต่หากได้รับพลังงานไฟฟ้าจะเกิดการยืดหดตัวเองได้ ขนาดของการยืดหดนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ได้รับ คือเปลี่ยนจากพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล วัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางโดยผู้ใช้อาจไม่ทราบว่าอุปกรณ์เหล่านี้มีวัสดุเพียโซอิเล็กทริกอยู่ เช่น หัวฉีดน้ำมันในรถยนต์และรถจักรยานยนต์ เป็นต้น ในด้านพลังงาน ยังถูกนำไปวิจัยเพื่อการเก็บกักพลังงาน คล้ายการทำงานของแบตเตอรี่ และสามารถนำไปใช้กับเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์บางชนิดที่ไม่ต้องการกำลังไฟมากนัก เช่น เครื่องเล่นเพลง หรือแม้กระทั่งโทรศัพท์มือถือ
ผู้จัดทำจึงจัดทำโครงงานนี้เพื่อสร้างต้นแบบการเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้า เพื่อเก็บประจุไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้ไว้ในเครื่องเก็บประจุไฟฟ้า โดยการนำต้นแบบการเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้านี้ไปติดไว้กับแผ่นรองของรองเท้า การออกแบบวิธีการเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้านี้ถูกออกแบบเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานจากปรากฏการณ์ทางเพียโซอิเล็กทริก(Piezoelectric Effect) และผู้จัดทำต้นแบบวิธีการเก็บเกี่ยวพลังงานนี้ได้ทำการทดลองโดยเปรียบเทียบกระแสไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้จากแรงกดต่างๆตามน้ำหนักของผู้สวมใส่รองเท้า การต่อวงจรในรูปแบบต่างๆ และการเคลื่อนไหวต่างๆ โดยใช้วัสดุเพียโซอิเล็กทริก (PZT) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.6 เซนติเมตร เมื่อทดสอบโดยใช้น้ำหนักของผู้สวมใส่รองเท้า 50, 60 และ 70 กิโลกรัม พบว่าเกิดความแตกต่างของของความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าที่น้อยมาก จากการทดลองโดยใช้วงจรรูปแบบต่างๆ พบว่าการต่อวงจรแบบขนานนั้นผลิตไฟฟ้าค่าความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้าสูงกว่าการต่อวงจรแบบผสม เมื่อทดสอบการเคลื่อนไหวโดยให้ผู้สวมใส่รองเท้านั้นเดิน และการวิ่งเยาะ พบว่าการวิ่งเยาะนั้นผลิตไฟฟ้าความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้ามากกว่าการเดินก็ต่อเมื่อเพียโซที่แผ่นรองเท้าไม่ได้รับความเสียหาย ดังนั้นต้นแบบวิธีการผลิตกระแสไฟฟ้าจากปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกนี้มีประสิทธิภาพในการเก็บเกี่ยวพลังงานและสามารถถูกนำไปพัฒนาเป็นพลังงานทดแทนอื่นๆได้