การกำเนิดกระแสไฟฟ้าอย่างง่าย ด้วยขดลวดและแม่เหล็กถาวร
เขียนโดย อ.จักรกฤษณ์ แสงแก้ว สาขาสารสนเทศศาสตร์ คณะวิทยาการสารสนเทศ มหาวิทยาลัยมหาสารคาม

สมัยที่ผู้เขียนเป็นเด็กนักเรียนตัวเล็ก ๆ เคยเรียนหนังสือวิชาวิทยาศาสตร์ ในหนังสือเรียนกล่าวว่า "เมื่อนำขดลวดพันรอบตะปูหลาย ๆ รอบแล้วต่อปลายทั้งสองของขดลวดเข้ากับหลอดไฟ แล้วนำแม่เหล็กถาวรวิ่งตัดกับขดลวดเร็ว ๆ จะทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าและทำให้หลอดไฟที่ต่อกับขดลวดกระพริบตามจังหวะการตัดกันระหว่างขดลวดและแม่เหล็กถาวร"

ในสมัยเป็นเด็กนักเรียนตัวเล็ก ๆ ผู้เขียนได้ซื้อหลอดไฟฉาย (ราคาหลอดละ 3 บาท) มาต่อเข้ากับปลายของขดลวดและขโมยแม่เหล็กถาวรจากลำโพงของคุณพ่อ เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีดังกล่าว แต่แล้ว ผู้เขียนในวัยเด็กกลับพบความผิดหวัง เพราะไม่มีแสงสว่างกระพริบที่หลอดไฟฟ้าแม้แต่ครั้งเดียว

โลกมนุษย์ประกอบด้วยกลไกการทำงานที่ซับซ้อนมาก หากพิจารณาให้ดีจะพบว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกอย่างในโลกนี้ต้องการพลังงานไฟฟ้าด้วยกันทั้งหมดทั้งสิ้น ไม่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดในโลกนี้ ที่ไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้า สำหรับวันนี้(วันอาทิตย์ วันหยุดของผู้เขียน) จึงขอนำท่านศึกษาการกำเนิดของพลังงานไฟฟ้าอย่างง่าย โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

เครื่องมือ
- ขดลวด (อาจจะลื้อจากหม้อแปลงเก่า ๆ ที่เสียแล้วได้)
- แท่งเหล็ก (อาจใช้ตะปูหรือดอกสว่านตัวโต ๆ ได้)
- หลอด LED (Light Emitting Diod) ราคาหลอดละ 1 บาท
- หัวแร้งและตะกั่วบัดกรี (อาจจะมัดขดลวดเข้ากับหลอด LED โดยไม่ต้องบัดกรีได้เช่นกัน)

หมายเหตุ : เราจะใช้หลอด LED แทนหลอดไฟฉาย เพราะหลอด LED ใช้กระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยสามารถทำให้เกิดแสงสว่างได้ แต่หลอดไฟฉายต้องการพลังงานที่มากกว่า !!

หลักการและเหตุผล
หลักการดังที่ได้กล่าวไปแล้ว คือ เมื่อขดลวดที่พันหลาย ๆ รอบเข้ากับแท่งเหล็ก แล้วนำแม่เหล็กถาวรวิ่งตัดขดลวดเหล่านั้น จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวด ซึ่งพลังงานเหล่านี้จะมีมากน้อย ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของการพันลงบนแท่งเหล็ก และขึ้นอยู่กับความแรงของแม่เหล็กด้วย นอกจากนั้นปริมาณไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัดกันระหว่างขดลวดและแม่เหล็กถาวรอีกด้วย

ขั้นตอนการดำเนินงาน
ขั้นที่ 1: จัดเตรียมแท่งเหล็กแม่ขดลวด
ผู้เขียนได้ซื้อ Yoke (โย้ก) จากร้านอมรฯ ในราคา 30 บาท และผู้เขียนขอนำเอาส่วนประกอบของ Yoke มาใ้ช้เพื่อสาธิตแทนแท่งเหล็กและขวดลวด โดยตัดเอาบางส่วนของโย๊กออกมา และแสดงได้ดังภาพต่อไปนี้

       
ภาพด้านหน้าของอุปกรณ์ Yoke


ภาพด้านข้างอุปกรณ์ Yoke

หมายเหตุ : Yoke เป็นอุปกรณ์ภายในจอภาพโทรทัศน์รุ่นเก่า ๆ ที่ไม่ใช่จอภาพสมัยใหม่อย่างพลาสม่า หรือ LCD ซึ่ง Yoke ทำหน้าที่เหนี่ยวนำให้เกิดอำนาจแม่เหล็กและบังคับให้อิเล็กตรอนวิ่งไปในทิศทางที่ต้องการสุดท้ายกระทบกับจอภาพโทรทัศน์ซึ่งฉาบเอาไว้ด้วยสารฟอสเฟอร์ เมื่ออิเล็กตรอนกระทบกับสารฟอสเฟอร์จะทำให้เกิดการเรืองแสง ซึ่งเป็นปรากฎการทางธรรมชาติ สามารถศึกษาการทำงานของจอภาพได้ในหัวข้อดังกล่าว

ขั้นที่ 2 : จัดเตรียมหัวแร้งบัดกรี และหลอด LED (Light Emitting Diod)
ในขั้นตอนนี้ผู้เขียนอนุมานว่าท่านมีอุปกรณ์พื้นฐานในงานอิเล็กทรอนิกส์แล้ว เช่น หัวแร้งบัดกรี และตะกั่วบัดกรี

ภาพเครื่องบัดกรีและอุปกรณ์พื้นฐาน

ขั้นตอน 3 : บัดกรียึดระหว่างปลายขดลวดและหลอด LED (Light Emitting Diod)
เราจะพบว่าที่ปลายของขดลวดจะเหลือปลายสองข้าง เราจะทำการบัดกรียึดติดปลายทั้งสองเข้ากับหลอด LED ซึ่งแสดงได้ดังภาพต่อไปนี้
           
ภาพการบัดกรีปลายของขดลวดทั้งสองเข้ากับหลอด LED


ผลลัพธ์จากการบัดกรียึดปลายทั้งสองข้างของขดลวดเข้ากับหลอด LED

ขั้นตอน 4: เตรียมแม่เหล็กถาวร
ในตัวอย่างนี้ผู้เขียนได้นำแม่เหล็กถาวรความเข้มสูง ถ้าเพื่อน ๆ น้อง ๆ ไม่สามารถหาแม่เหล็กถาวรได้ ขอให้แกะลำโพงเก่า ๆ ที่เสียแล้วมาใช้แทนได้ หรือจะไปซื้อแม่เหล็กถาวรที่ตลาดคลองถมได้เช่นกัน


ภาพอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้สำหรับการทดสอบการกำเนิดพลังงานไฟฟ้า

ขั้นตอน 5 : นำแม่เหล็กถาวรวิ่งตัดกันระหว่างขดลวด
ในขณะที่เราแกว่งแม่เหล็กถาวรไปมา จะเกิดแรงดึงดูดระหว่างแท่งเหล็กและแม่เหล็ก ในช่วงจังหวะนี้เอง แรงดึงดูดอันนี้จะส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนำทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของสิ่งของบางอย่างภายในขดลวด สิ่ง ๆ นั้นไม่มีตัวตน ไม่มีรูปร่าง และทำให้เกิดพลังงาน เราเรียกสิ่งของภายในนั้นว่า อิเล็กตรอน


ภาพผลลัพธ์จากการเคลื่อนแม่เหล็กถาวรตัดกับขดลวด

หมายเหตุ : เนื่องจากในสมัยกรีกได้มีการนำผ้าสักราดมาถูกับแท่งอำพัน แล้วพบว่าแท่งอำพันสามารถดึงดูดให้กระดาษหรือเส้นผมติดขึ้นมาได้ จึงเชื่อว่าต้องมีพลังงานอะไรบางอย่างสิงสถิตย์ในแท่งอำพันซึ่งคำว่า แท่งอำพัน ตรงกับภาษากรีกว่า อิเล็กทัส และเป็นที่มาของศาสตร์ในสาขา ไฟฟ้า-อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน