อุณหภูมิและอะตอม (+คอปเตอร์กระดาษสำหรับเด็กอนุบาล)

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://kostuff.blogspot.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่องจับเวลาและนาฬิกาควอทซ์อยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องอุณหภูมิและอะตอมสำหรับเด็กประถม และสอนเด็กๆอนุบาลสามทำของเล่นเฮลิคอปเตอร์กระดาษครับ

ผมเริ่มถามเด็กๆว่ารู้จักอุณหภูมิไหม เด็กๆบอกว่ารู้จัก ผมถามว่าคืออะไร เด็กๆก็ตอบต่างๆกันไปว่าคือความร้อน คือร้อนเย็น คืออุณหภูมิสูงคือร้อนอุณหภูมิต่ำคือเย็น ผมเลยบอกเด็กๆว่าใช่แล้ว อุณหภูมิเป็นตัวบอกว่าอะไรร้อนอะไรเย็น แล้วผมก็ถามต่อว่าเราใช้อะไรวัดอุณหภูมิ เด็กๆก็บอกว่าปรอท ผมบอกว่าปรอทเป็นแบบหนึ่ง โดยทั่วไปเราจะเรียกอุปกรณ์ที่ใช้วัดอุณหภูมิว่าเทอร์โมมิเตอร์ แล้วผมก็สะกดคำภาษาอังกฤษให้เด็กดูด้วย อุณหภูมิคือ Temperature และเทอร์โมมิเตอร์คือ Thermometer หน่วยของอุณหภูมิมีหลายหน่วย ที่เราใช้กันในประเทศไทยคือหน่วยเซลเซียส (Celsius) ในบางประเทศจะใช้หน่วยฟาห์เรนไฮท์ (Fahrenheit) ในการคำนวณทางวิทยาศาสตร์เราจะใช้หน่วยที่เรียกว่าเคลวิน (kelvin) ด้วย

จากนั้นผมก็เอาตัวอย่างเทอร์โมมิเตอร์มาให้เด็กๆดู ที่เอามามีสี่แบบคือแบบใช้ของเหลวขยายตัว (ในที่นี้คือแอลกอฮอล์ใส่สีแดง) แบบวัดความต้านทานไฟฟ้า แบบผลึกเหลวเปลี่ยนสี และแบบกล้องจับแสงอินฟราเรด

แบบใช้ของเหลวขยายตัว (ในที่นี้คือแอลกอฮอล์ใส่สีแดง) แบบวัดความต้านทานไฟฟ้า แบบผลึกเหลวเปลี่ยนสี และแบบกล้องจับแสงอินฟราเรด

สำหรับเทอร์โมมิเตอร์แบบแรกที่ใช้ของเหลวขยายตัว ก็อาศัยหลักการที่ว่าของเหลวจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อร้อนขึ้นและมีขนาดเล็กลงเมื่อเย็นลง ถ้าเอาของเหลวไปใส่ไว้ในหลอดแคบๆพอของเหลวขยายตัวหรือหดตัวนิดหน่อยขนาดของของเหลงที่เปลี่ยนก็จะวิ่งไปตามหลอดให้เห็นได้ชัด ปกติที่เราเห็นๆกันของเหลวที่ใช้จะเป็นแอลกอฮอล์ใส่สีแดง หรือไม่ก็เป็นปรอท (Mercury) ซึ่งเป็นโลหะที่เป็นของเหลวในอุณหภูมิปกติทั่วๆไป

เทอร์โมมิเตอร์แบบที่สองที่ใช้การวัดความต้านทานไฟฟ้า อาศัยหลักการที่ว่าของหลายๆอย่างเช่นโลหะ เมื่อร้อนขึ้นกระแสไฟฟ้าจะวิ่งผ่านยากขึ้น เมื่อเย็นลงกระแสไฟฟ้าจะวิ่งผ่านได้ง่ายขึ้น ความยากง่ายที่ไฟฟ้าจะวิ่งผ่านเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า และเรามีวิธีวัดความต้านทานไฟฟ้าได้แม่นยำ เราจึงสามารถวัดความต้านทานไฟฟ้าของโลหะแล้วคำนวณได้ว่ามันมีอุณหภูมิเท่าไร  วันนี้ผมเอาเทอร์โมมิเตอร์ที่ออกแบบไว้สำหรับเสียบเข้าไปในก้อนเนื้อหรือเค้กเพื่อวัดอุณหภูมิอาหารมาให้เด็กๆดูและลองใช้

ตัวนี้วัดความต้านทานไฟฟ้าแล้วคำนวณอุณหภูมิให้เราครับ

แบบที่สามอาศัยหลักการที่ว่าผลึกเหลวบางชนิดจะเปลี่ยนสีเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ที่เราเห็นบ่อยๆก็คือแถบพลาสติกที่ใช้แปะบนหน้าผากแล้วตัวเลขที่บอกอุณหภูมิจะเปลี่ยนสีให้เราเห็น

แบบผลึกเหลวเปลี่ยนสีครับ เวลาอยู่เฉยๆดูดำๆหมด

พอไปแปะกับหน้าผาก ผลึกร้อนเข้าก็เปลี่ยนสีให้ดูว่าหน้าผากร้อนเท่าไร

แบบสุดท้ายคือแบบวัดแสงอินฟราเรด อันนี้อาศัยหลักการที่ว่าของต่างๆจะปล่อยแสงอินฟราเรดออกมาแบบต่างๆกันขึ้นอยู่กับว่าของนั้นร้อนหรือเย็นเท่าไร แสงอินฟราเรดเป็น"สี"ของแสงแบบหนึ่งแต่เรามองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่เราใช้อุปกรณ์เช่นกล้องดิจิตอลดูได้ (ลองเอากล้องดิจิตอลส่องรีโมทของทีวีแล้วกดปุ่มเปลี่ยนช่องดูสิครับ) แบบที่เอามาวันนี้เป็นแบบส่องเข้าไปในหู

เทอร์โมมิเตอแบบส่องหู ทำงานโดยวัดรูปแบบและปริมาณแสงอินฟราเรดที่ร่างกายปล่อยออกมาแล้วคำนวณว่าอุณหภูมิเท่าไร

จากนั้นผมก็ถามเด็กๆว่าแล้วเด็กๆรู้ไหมว่าจริงๆแล้วเวลาเราบอกว่าอะไรร้อนอะไรเย็นเนี่ยแปลว่าอะไร ผมกล่าวเท้าความว่าสิ่งต่างๆประกอบไปด้วยส่วนประกอบเล็กๆที่เรียกว่าอะตอม (หรือกลุ่มของอะตอมที่มารวมกันด้วยอัตราส่วนแน่นอนเรียกว่าโมเลกุล) เจ้าส่วนประกอบเหล่านี้ไม่เคยอยู่เฉย จะสั่นเต้นไปเต้นมาถ้ามันอยู่ในของแข็ง หรือวิ่งไปวิ่งมาถ้าอยู่ในของเหลวหรือก๊าซ ถ้าส่วนประกอบเหล่านี้เคลื่อนที่เร็วเวลาเราวัดอุณหภูมิเราก็จะเรียกว่าร้อน ถ้าส่วนประกอบเหล่านี้เคลื่อนที่ช้าเวลาเราวัดอุณหภูมิเราก็จะเรียกว่าเย็น ยกตัวอย่างเช่นถ้าเราเอาน้ำมาต้ม เราใส่พลังงานเข้าไปเรื่อยๆ โมเลกุลน้ำก็จะวิ่งเร็วขึ้นๆ จนหลุดกระเด็นออกมากลายเป็นก๊าซที่เราเรียกว่าไอน้ำ  ถ้าเราเอาความร้อนออกเช่นเอาน้ำไปใส่ตู้แช่แข็ง โมเลกุลน้ำก็จะวิ่งช้าลงๆ จนจับมือเกี่ยวกันเป็นน้ำแข็ง  หรือถ้าเราเอาไอน้ำร้อนๆมาพ่นใส่ช้อนเย็นๆ โมเลกุลของไอน้ำก็จะวิ่งช้าลงจนจับกันเป็นของเหลวที่เราเรียกว่าไอน้ำควบแน่นเป็นหยดน้ำนั่นเอง ผมเอา iPad App ที่เรียกว่า The Magic of Reality มาเล่นให้เด็กๆดูเพื่อเพิ่มความเข้าใจครับ เช่นถ้าเราใส่ความร้อนเข้าไป โมเลกุลของไอน้ำก็จะวิ่งเร็วขึ้นและอุณหภูมิก็จะสูงขึ้น ถ้าเราเอาความร้อนออก โมเลกุลก็วิ่งช้าลงและอุณหภูมิก็จะลดลง ถ้าเราออกแรงกดก๊าซ เราจะเห็นว่าโมเลกุลวิ่งเร็วขึ้นและเด็กๆก็ตอบได้ว่าก๊าซจะร้อนขึ้น (ทดลองจับกระบอกสูบลมยางจักรยานเวลาเราปั๊มลมดูก็ได้ครับ มันจะร้อนขึ้น):

ผมเคยแนะนำ The Magic of Reality ไปครั้งหนึ่งแล้วที่นี่นะครับ แนะนำมากๆเลยครับ ของเขาดีจริง

หลังจากแนะนำทฤษฎีไปแล้วเราก็ทดลองเอาเทอร์โมมิเตอร์มาวัดอุณหภูมิเล่นกันครับ

 น้ำเปล่า 26.8 องศาเซลเซียส น้ำใส่น้ำแข็ง 3.0 องศาเซลเซียส

เอาเกลือโรยน้ำแข็ง เทอร์โมมิเตอร์แช่ในน้ำบางส่วน ได้อุณหภูมิ -5.1 องศาเซลเซียส

เอาเกลือโรยน้ำแข็ง เอาเทอร์โมมิเตอร์กดกับน้ำแข็ง (ไม่ให้แช่น้ำ) ได้อุณหภูมิ -14.4 องศาเซลเซียส

 

 

เทน้ำร้อนจากระติกใส่แก้ว ได้อุณหภูมิ 69.6 องศาเซลเซียส

น้ำในกระติกอุณหภูมิ 87.5 องศาเซลเซียส

จากนั้นเด็กๆก็ลองวัดอุณหภูมิที่มือกันดูว่าใครมือเย็นมือร้อนกว่ากันครับ

 

ตัวอย่างสมุดที่เด็กๆจดกันครับ  อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่ครับ

สำหรับเด็กๆอนุบาลสามโรงเรียนบ้านพลอยภูมิผมสอนทำของเล่นจากกระดาษคือทำเฮลิคอปเตอร์ครับ เอากระดาษขนาดสัก 2 x 5 เซ็นติเมตรมาตัดตามรูปข้างล่างแล้วพับแล้วปล่อยจากที่สูงให้มันหมุนๆครับ

เด็กๆเล่นกันใหญ่