การศึกษาการเปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กเป็นพลังงานไฟฟ้า

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธนพล ปิติปุณณโชติ, ภูมิ ณ เชียงใหม่, ชนกานต์ สนิทดี

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

เอนก ไชยบุตร

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ไฟฟ้าปัจจุบันเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการใช้ในชีวิตประจำวันซึ่งกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ การผลิตกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนจากพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าและการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่เปลี่ยนจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าหรือการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์สุริยะ การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานกลมีหลักการอยู่หลายหลักการหนึ่งในนั้นคือ การปั่นไดนาโม โดยการหมุนขดลวดตัดสนามแม่เหล็ก จะทำให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จึงเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ยกตัวอย่าง เช่น กังหันลม ที่ใช้ลมในการหมุนไดนาโม , เขื่อนใช้แรงดันน้ำในการหมุนไดนาโม , โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ และโรงงานไฟฟ้าถ่านหิน ต้องใช้พลังงานความร้อนในการต้มน้ำให้เป็นไอ เพื่อให้ไอน้ำหมุนไดนาโม ซึ่งจากที่กล่าวมา เมื่อเทียบตามหลักเศรษฐศาสตร์ จำเป็นจะต้องใช้ต้นทุนในการผลิตสูง และมีข้อจำกัด เช่น กังหันลมเมื่อไม่มีลมก็ไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ , เขื่อนจำเป็นต้องมีการระบายน้ำออกจึงจะสามารถผลิตไฟฟ้าออกมาได้ , โรงงานถ่านหินต้องเผาถ่านหินเพื่อให้ได้พลังงานความร้อน ซึ่งเป็นอุปสรรคในการผลิตไฟฟ้า

พลังงานแม่เหล็ก เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กหรือเกิดจากสนามแม่เหล็ก เช่นพลังงานที่เกิดขึ้นบนเหล็กที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก ถูกแรงแม่เหล็กดูดและผลักให้วางตัวอยู่ในสนามแม่เหล็กนั้น

แม่เหล็ก คือ สารที่สามารถดูดเหล็กหรือเหนี่ยวนำให้เหล็กหรือสารแม่เหล็กเป็นแม่เหล็กได้

แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ

1.แม่เหล็กถาวร คือแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กตลอดไป เช่น แม่เหล็กที่ใช้ในลำโพง เป็นต้น ซึ่งได้มาจากการนำเอาลวดทองแดงอาบน้ำยาพันรอบแท่งเหล็กกล้าแล้วปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปในขดลวด ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไปดูดเหล็กและจัดโมเลกุลภายในแท่งเหล็กกล้า ให้มีการเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบตลอดไป เหล็กกล้าดังกล่าวก็จะคงสภาพเป็นแม่เหล็กถาวรต่อไป

2.แม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม่เหล็กชั่วคราว เป็นแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับแม่เหล็กถาวร แต่เหล็กที่นำมาใช้เป็นเพียงเหล็กอ่อนธรรมดา เมื่อมีการป้อนกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปในขดลวดที่พันอยู่รอบแท่งเหล็กอ่อนนั้น แท่งเหล็กอ่อนก็จะมีสภาพเป็นแม่เหล็กได้ทันที แต่เมื่อหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไป อำนาจแม่เหล็กก็จะหมดไปด้วย แม่เหล็กประเภทนี้จะใช้ในอุปกรณ์จำพวกรีเลย์ โซลินอยด์ และกระดิ่งไฟฟ้า เป็นต้น ซึ่งถ้าหากเราสามารถเปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดเวลา แต่ไม่สามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงได้ แต่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานกลได้ แล้วจึงนำพลังงานกลไปผลิตไฟฟ้า ผู้จัดทำจึงคิดนำแม่เหล็กถาวรมาใช้ประดิษฐ์เครื่องที่มีแกนหมุนโดยติดแม่เหล็กถาวรไว้แล้วให้แกนหมุนหมุนโดยใช้แรงแม่เหล็กแล้วจึงนำไปต่อกับไดนาโมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งผู้จัดทำต้องการที่จะเปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยมีหลักการคือ เปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กให้เป็นพลังงานกล โดยให้สูญเสียแรงน้อยที่สุด และมีค่ามากกว่าแรงเสียดทาน จากนั้นเปลี่ยนพลังงานกลที่ได้ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยต่อเข้ากับไดนาโมเพื่อปั่นให้เป็นพลังงานไฟฟ้าต่อไป