บทท 1 บทนำ�การเรยนรทางวทยาศาสตรเปนผลมาจาการสงเกต การรวบรวมขอมล

การทดลองและการคดคนหาเหตผลของมนษย วชาฟสกสจดวาเปนวทยาศาสตรสาขาหนง ซงมบทบาทตอการพฒนาความเจรญของมนษยเปนอยางมาก การศกษานกเรยนควรทราบลกษณะสำาคญบางประการของวทยาศาสตร และฟสกสโดยสวนรวมเสยกอน1. ก�รศกษ�ปร�กฏก�รณธรรมช�ต

มนษยในสมยโบราณมความเชอวา ปรากฏการณตามธรรมชาตบางอยางเกดจากการกระทำาของเทพเจา หรอภตผปศาจ เชน การเกดฟาแลบ ฟารอง การเกดรงกนนำ8า การเกดลมพด การเกดจนทรปราคา แผนดนไหว การมกลางวนและกลางคน เปนตน

การพยายามหาเหตผลในการอธบายปรากฏการณธรรมชาตของมนษยในระยะเรมตนยงไมประสบความสำาเรจเนองจากขาดการสงเกตและการบนทกขอมลเกยวกบสงทตองการ

มนษยในยคตอมาเรมมการสงเกตและบนทกขอมลจากปรากฏการณธรรมชาตเพอใชเปนเหตผลในการอธบายปรากฏการณน8นๆ และยงเปนขอมลเพอใหมนษยในยคตอไปไดใชอางองหรอนำาไปดดแปลงเพอใชประโยชนในชวตประจำาวน เชน ชาวอยปตโบราณไดสงเกตและบนทกขอมลเกยวกบการเปลยนแปลงของฤดกาลตางๆ จนสามารถทำานายเวลาของการเปลยนแปลงของฤดกาลไดลวงหนาและ

ใชความรเพอประโยชนในการเตรยมการเพราะปลก นอกจากน8ยงพบวาการเปลยนแปลงของฤดกาลเกยวของกบการเปลยนแปลงตำาแหนงของกลมดาวตางๆ บนทองฟาอกดวย

การอธบายปรากฏการณธรรมชาตบางอยางตองอาศยการสงเกตและบนทกขอมลเปนเวลานานหลายชวอายคน จงจำาเปนตองอาศยขอมลจากมนษยในสมยกอนๆ มาประกอบกบขอมลของมนษยในสมยปจจบนเพอใชในการ

อธบายปรากฏการณน8น เชน การอธบายปรากฏการณการเคลอนทของดาวเคราะหและดวงอาทตย ไดอาศยการสงเกตและขอมลจากนกดาราศาสตรรนกอนๆ คอ โคเปอรนคส (Copernicous) ไทโค บราห (Tycho Brahe) จนถงเคปเลอร (Johannes Kepler) สามารถต8งเปนกฎเกณฑเพอใชในการอธบายการเคลอนทของดาวเคราะหได ซงรายละเอยดจะไดกลาวในช 8นตอไป 2. คว�มซอสตยกบก�รบนทกขอมลท�งวทย�ศ�สตร

การศกษาปรากฏการณธรรมชาตบางอยางตองอาศยขอมลจากนกวทยาศาสตรรนกอนๆ เชน การศกษาการเคลอนทของดาวเคราะหและดวงอาทตย จำาเปนตองอาศยขอมลของนกดาราศาสตรรนกอนๆ เนองจากนกดาราศาสตรรนกอนๆ ไดบนทกขอมลตางๆ ดวยความซอสตยตรงตามทสงเกตโดยมไดดดแปลง จงทำาใหนกดาราศาสตรในยคตอมาสามารถนำาขอมลเหลาน8มาวเคราะหหาความสมพนธไดอยางถกตอง และสามารถสรปไดวาโลกมไดเปนศนยกลางของจกรวาล ผลสรปทไดน8แตกตางไปจากความเชอถอเดมทวา โลกเปนศนยกลางของจกรวาล ดวงอาทตยและดาวเคราะหตางๆ หมนรอบโลก

สำาหรบการศกษาทางวทยาศาสตรสาขาอนๆ กมการพฒนาเชนเดยวกน ดงน8นการบนทกขอมลทางวทยาศาสตรจะตองกระทำาอยางรอบคอบและซอสตย ผทำาการบนทกควรจะบอกถงวธการสงเกตเครองมอทใช ตลอดจนตวแปรตางๆ เพอเปนประโยชนในการนำาขอมลเหลาน8ไปใช

ถาขอมลทางดาราศาสตรทบนทกโดยนกวทยาสาสตรรนกอนๆ เปนขอมลทเชอถอไมไดผลทเกดข8นตอความกาวหนาในการแสวงหาความรของมนษยจะเปนไปอยางลาชา เพราะเราใชขอมลเดมไมได จะตองหาขอมลใหม

ถาเราตองทำาการทดลองหาคาความหนาแนนของโลหะชนดตางๆ เพอนำาไปใชศกษาเรองอนๆ แทนทจะใชคาในตารางทนกวทยาศาสตรอนๆ ทำาไว จะทำาใหเวลาทเราใชในการทดลองชาข8น เพราะเราตองทำาการวดหามวลและปรมาตรเพอนทจะนำาไปใชหาความหนาแนน

เรามหลกเกณฑในการตดสนวาขอมลทไดมาน8นเชอถอไดหรอไมโดยการเกบขอมลดวยตวเองแลวเปรยบเทยบขอมลของเรากบขอมลทไดมา หากเทากน

แสดงวาขอมลน8นถกตอง เชน การหาความหนาแนนของเหลก เราวดมวลและปรมาตรแลวคำานวณหาความหนาแนนกสามรถเปรยบเทยบได3. คว�มรท�งวทย�ศ�สตรไดม�อย�งไร การเรยนรทางวทยาศาสตรหมายถง การศกษาคนควาหาความจรงจากปรากฏการณทางธรรมชาตรอบตวเราท8งมชวตและไมมชวต นกวทยาศาสตรสามารถคนควาหาความรจากปรากฏการณทางธรรมชาตไดสองแนวทางดวยกน คอ

แนวทางแรก ไดจากการสงเกต การบนทก การทดลอง การวเคราะหขอมล และการสรปผลเพอทจะอธบายหรอต8งเปนทฤษฎทถกตองสมบรณข8นมาได

แนวทางทสอง ไดจากการสรางแบบจำาลองและใชการจนตนาการอยางมเหตผล ตลอดจนความรพ8นฐานอยางดในเรองน8นมาประกอบกนการสรางทฤษฎใหมข8นมา และทฤษฎใหมน8จะเปนทยอมรบไดตอเมอสามารถนำาไปใชอธบายปรากฏการณตางๆ ไดสอดคลองกบขอมลทไดจากการทดลองจงเปนทยอมรบวาใชได สาเหตทตองการสรางแบบจำาลองข8นมาเพอใชในการสรางทฤษฎใหม เพราะปรากฏการณทางธรรมชาตและการทดลองบางอยางนกวทยาศาสตรสามารถทดลองและสรปผลออกมาไดแตยงไมสามารถอธบายเหตผลการทดลองน8นได นกวทยาศาสตรจงจำาเปนตองสรางแบบจำาลองข8นมาและใชจนตนาการอยางมเหตผลในการหาคำาอธบายการทดลองน8นๆ 4. คว�มหม�ยและขอบเขตของวช�ฟสกส

การศกษาทางวทยาศาสตรยากการศกษาออกเปนสองสาขา คอ วทยาศาสตรชวภาพและวทยาศาสตรการภาพ

วทยาศาสตรชวภาพ คอ การศกษาเกยวกบสงมชวต เชน พชและสตว เปนตน

วทยาศาสตรกายภาพ คอ การศกษาเกยวกบสงไมมชวต เชน ลม นำ8า หน ดน เปนตน วทยาศาสตรกายภาพยงแบงแยกออกเปนหลายแขนง เชน เคม ฟสกส ธรณวทยา ดาราศาสตร เปนตน

การศกษาวชาฟสกสจะมงเนนหากฎเกณฑตางๆ สำาหรบอธบายปรากฏการณในธรรมชาตทกชนด เชน ทำาไมวตถจงตกสพ8นโลก ทำาไมสสารจงเปลยนสถานะ ทำาไมจงเกดรงกนนำ8า เปนตน

กฎเกณฑและทฤษฎทไดน8อาจจะมการเปลยนแปลงไดในอนาคต ถามขอมลใหมทแตกตางไปจากเดมและไมสามารถอธบายไดดวยทฤษฎวา เนองจากในปจจบนมการพฒนาเกยวกบเครองมอและวธการวดอยตลอดเวลา

ความรทจดวาเปนพ8นฐานของวชาฟสกสไดแก กลศาสตร ความรอน แสง เสยง ไฟฟา แมเหลก ฟสกสอะตอม ฟสกสนวเคลยร เปนตน5. แนวก�รศกษ�ท�งวทย�ศ�สตร

การศกษาทางวทยาศาสตรประกอบดวยสองแนวทางดวยกนคอ การศกษาเชงคณภาพและการศกษาเชงปรมาณ

การศกษาเชงคณภาพเปนการบรรยายปรากฏการณตางๆ ดวยขอมลเชงตวเลข ซงไดจากการสงเกต การวด การศกษาเชงปรมาณจำาเปนตองอาศยความรพ8นฐานทางคณตศาสตรมาเกยวของ วชาฟสกสจดวาเปนวทยาศาสตรทเนนการศกษาเชงปรมาณ ดงน8นกฎเกณฑและทฤษฎของวชาฟสกสจงเกยวของกบการวดปรมาณตางๆ6. คว�มสมพนธระหว�งฟสกสกบศ�สตรส�ข�อนๆ

ความรทางฟสกสจะมความเกยวของกบการเรยนวทยาศาสตร เกอบทกสาขา และศาสตรเชงประยกต เชน แพทยศาสตร วศวกรรมศาสตร เกษตรศาสตร เปนตน

ฟสกสเกยวของกบวช�เคม วชาเคมเปนการศกษาปฏกรยาในระดบโมเลกลและระดบอะตอม ซงเกดข8นระหวางอเลกตรอนในอะตอม ดงน8นในการศกษาโครงสรางโมเลกลและอะตอม จงอาศยความเขาใจและดานฟสกสอะตอมและฟสกสนวเคลยร นอกจากน8ในการศกษาวชาเคมยงตองอาศยเทคนคและเครองมอตางๆ ทพฒนาข8นดวยความรจากวชาฟสกส เชน แมสสโปกโตรกราฟ สเปกโตมเตอร เครองวดความนำาไฟฟาของสารละลาย เครองวดความเปนกรด เบส เปนตน–

ฟสกสเกยวของกบวช�ชววทย� อาศยความรพ8นฐานของวชาฟสกสและเคมในการศกษาระบบ และกระบวนการตางๆ ของสงมชวต เพราะวาสงมชวต

ประกอบข8นมาจากอะตอมและโมเลกลของสารตางๆ อะตอมเหลาน8ยอมมอนตรกรยาระหวางกน เชน ปรากฏการณการเคลอนยายมวล ปรากฏการณการเคลอนยายประจในระดบเซลล การถายโอนพลงงาน เปนตน นอกจากน8ยงมกระบวนการทาง

ฟสกสในระดบอวยวะอกดวย เชน การลำาเลยงของนำ8าภายในตนไม การสงเคราะหแสง การหายใจการเคลอนไหวของกระดกและกลามเน8อ เปนตน เครองมอทใชในวชาชววทยา เชน กลองจลทรรศน เครองเขยาสาร เครองเหวยงตะกอน กลองจลทรรศนอเลกตรอน เครองวดความดนโลหต เครองวดคลนไฟฟาจากหวใจและสมอง เปนตน ลวนแลวแตอาศยหลกการในวชาฟสกสสรางข8นมาท8งส8น

ฟสกสกบก�รพฒน�ด�นคอมพวเตอรศ�สตร อาศยความรพ8นฐานจากวชาฟสกสของของแขง อเลกทรอนกส ไฟฟากระแส ไฟฟาสถต ฯลฯ ในการสรางไมโครไรเซสเซอรและอปกรณอเลกทรอนกสอนๆ ทเปนสวนสำาคญของคอมพวเตอร นอกจากน8นความรทางทฤษฎ ของกลศาสตรควอนตมยงเปนความรทจำา เปนในการพฒนาอปกรณและทฤษฎใหมๆ ใหแกคอมพวเตอรศาสตรอกดวย

ฟสกสเกยวของกบแพทยศ�สตร เปนวชาทเนนศกษาดานชววทยาของมนษยกระบวนการตางๆ ทเกดข8นภายในรางกาย สามารถอธบายไดดวยหลกการทางฟสกส เชน สายตาส8น สายตายาว การสงกระแส ประสาท คลนสมอง คลนหวใจ ระบบการ

หมนเวยนโลหต ฯลฯ นอกจากน8เครองมอเครองใช

ทางการแพทยยงตองใชความรทางฟสกสสรางข8นมา เชน เอกซเรย อลตราซาวด เครองกระตนหวใจ มดผาตดเลเซอร เครองวดคลนหวใจ กลองไฟเบอรออปตกตรวจระบบทางเดนอาหาร เปนตน

ฟสกสเกยวของกบวศวกรรมศ�สตร วชาวศวกรรมศาสตรไดนำาเอาหลกการทางฟสกสมาประยกตใชใหเกดประโยชนตอความเปนอยของมนษย เชน การออกแบบ และสรางเครองมอเครองใช เครองจกรกล และสงกอสรางตางๆ เปนตน

7. ฟสกสและเทคโนโลย เทคโนโลยเปนการพฒนาวธการในการผลตเครองใชตางๆ เพออำานวย

ความสะดวกหรอใหคณประโยชนแกมนษย เทคโนโลยเปนผลของความพยายามของคนเราทตองการใหมชวตสบายข8น และสะดวกยงข8น เชน ในยคโบราณเราสกดหนมาเปนเครองมอชวยในการลาสตว เปนตน ตอมาไดมการนำาความรจากวทยาศาสตรมาชวยในการปรบปรงเทคโนโลยจนทำาใหเทคโนโลยมความกาวหนามากมายในปจจบนความเกยวของระหวางความรวทยาศาสตรและเทคโนโลยตางๆ สามารถแยกออกเปน ฟสกสและเทคโนโลยดานพลงงาน ฟสกสและเทคโนโลยดานสอสารโทรคมนาคม ฟสกสและเทคโนโลยดานการขนสง เปนต

8. ขอบข�ยของวช�ฟสกสระดบมธยมศกษ�ตอนปล�ย

กลศ�สตร คลน เสยง แสง

ฟสกสอะตอมและ

ฟสกสนวเคลยร

คว�มรอน ไฟฟ� แม–เหลก

เน8อหาเกยวกบ

เน8อหาเกยวกบ

เน8อหาเกยวกบ

เน8อหาเกยวกบเน8อหาเกยว

กบ- แรง- การเคลอนท- งานและ พลงงานกล- กำาลง- การหมน- การชน- การลอย- การไหล- การสน

- การกำาเนด- การสงผาน ตวกลาง- การสะทอน- การหกเห- การกระจาย- การเล8ยวเบน- การแทรกสอด- การดดกลน พลงงาน

- โครงสรางอะตอม/สเปกตรมของ อะตอม- นวเคลยส/กบ กมมนตภาพรงส- ปฏกรยานวเคลยร

- อณหภม- การถายโอน- ตวนำาและฉนวน- การเปลยนสถานะ

- ประจ/กระแส- ศกย/ความ ตางศกย- สนาม- ตวนำา/ฉนวน- แรงระหวาง ประจกบสนาม

ก�รวดและหนวยก�รวดข8นตอนหนงของการทจะไดมาซงความรทางวทยาศาสตรตองอาศยการ

บนทก การทดลอง โดยการบนทกและการทดลองทจะใหผลเทยงแท แมนยำา ตองอาศย การวด นอกจากน8แลวการวดยงเกยวของกบการดำาเนนชวตของคนเราต8งแตเกดจนลาจากโลกไป สงสำาคญในการวดมดวยกน 2 ประการ คอ

1. เครองมอ เครองมอทใชวดตองมมาตรฐานอนเปนทยอมรบกนโดยทวไป และเหมาะสมกบงานทตองการวด

2. วธการ วธการในการวดตองเหมาะสมกบเครองมอน 8นๆ เพอใชขอมลททกคนยอมรบ

สำาหรบงานเกบขอมลทางวทยาศาสตรมาตรฐานของเครองมอและวธการของการวดเปนสงสำาคญมาก เพอความเชอถอของขอมลทไดมาการกำาหนดมาตราวดปรมาณตางๆ มการพฒนาต8งแตอดตจนปจจบนมดวยกนหลายระบบท8งของไทยและตางประเทศ

ในป พ.ศ. 2503 ไดมการประชมรวมกนของนกวทยาศาสตร จากหลายๆ ประเทศเพอตกลงใหมระบบการวด ปรมาณตางๆ เปนระบบมาตรฐานระหวางชาต ทเรยกวา หนวยระหวางชาต (International System of Units หรอ System – International d’ Unite) และกำาหนดใหใชอกษรยอแทนชอระบบน8วา “SI” หรอหนวยเอสไอ (SI unit) เพอใชในการวดทางวทยาศาสตรและเทคโนโลย

ระบบหนวยระหวางชาต หรอเอสไอ ประกอบดวย หนวยฐาน หนวยเสรม หนวยอนพนธ และคำาอปสรรค ซงมรายละเอยดดงน8

1. หนวยฐ�น (Base Units) เปนหนวยหลกของเอสไอ มท8งหมด 7 หนวย คอ

ชอหนว

ย

สญลกษณ

ปรม�ณ นย�ม

กโลกรม kg มวล

หนวยของมวลซงเทากบมวลตนแบบระหวางชาตของกโลกรม (ทรงกระบอกแพลตนม-อรเดยม) เกบไวท Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) , Sèvres, Paris (1st CGPM (1889) , CR 34-38)

วนาท s เวลา

หนวยของชวงเวลา 9,192,631,770 เทาของคาบการแผรงสทเกดจากการเปลยนสถานะระดบไฮเพอรไฟนของสถานะพ8นของอะตอมซเซยม-133 ทอณหภม 0 เคลวน (13th CGPM (1967-1968) Resolution 1, CR 103)

ชอหนว

ย

สญลกษณ

ปรม�ณ นย�ม

เมตร m ความยาวหนวยของความยาวทแสงเดนทางไดในสญญากาศ ใ

นชวงเวลา 1⁄299,792,458 วนาท (17th CGPM (1983) Resolution 1, CR 97)

แอมแปร A กระแส

ไฟฟา

หนวยของกระแสไฟฟาคงตวซงเมอใหอยในตวนำาตรงและขนานกน 2 เสน ทมความยาวไมจำากดและมพ8นทหนาตดนอยจนไมตองคำานงถง และวางหางกน 1 เมตรในสญญากาศแลว จะทำาใหเกดแรงระหวางตวนำาท8งสองเทากบ 2 × 10−7 นวตนตอความยาว 1 เมตร (9th CGPM (1948) Resolution 7, CR 70)

เคลวน K

อณหภมอณหพลวต

หนวยของอณหภมอณหพลวต (หรออณหภมสมบรณ) มคาเทากบ 1⁄273.16 ของอณหภมอณหพลวตของจดรวมสามสถานะของนำ8า (13th CGPM (1967) Resolution 4, CR 104)

โมล

mol ปรมาณของสาร

หนวยของปรมาณของสารซงประกอบดวยองคประกอบมลฐานทมจำานวนเทากบจำานวนของอะตอมคารบอน-12 ปรมาณ 0.012 กโลกรม (14th CGPM (1971) Resolution 3, CR 78) (องคประกอบมลฐาน ซงอาจเปนอะตอม, โมเลกล, ไอออน,อเลกตรอน, หรอ อนภาค) มคาประมาณ 6.02214199 × 1023 หนวย (เลขอาโวกาโดร)

แคนเดลา cd

ความเขมของการ

สองสวาง

หนวยของความเขมสองสวางในทศทกำาหนดของแหลงกำาเนดทแผรงสของแสงความถเดยวทมความถ 540 × 1012 เฮรตซ และมความเขมของการแผรงสในทศทางน8นเทากบ 1⁄683 วตตตอสเตอเรเดยน (16th CGPM (1979) Resolution 3, CR 100)

2. หนวยอนพนธ (Derived Units) เปนหนวยซงมหนวยฐานหลายหนวยมาเกยวของกน เชน หนวยของความเรวเปน เมตรตอวนาท ซงมหนวยเมตรและหนวยวนาทเปนหนวยฐาน หนวยน8มอยหลายหนวย และบางหนวยกใชชอสญลกษณเปนพเศษ เชน

ปรม�ณ (Quantity) ชอหนวย (Unit) สญลกษณ (Symbol)

ความเรว (Velocity)ความเรง (Acceleration)แรง (Force)งาน (work)กำาลง (Power)ความถ (Frequency)ความดน (Pressure)

เมตร/วนาทเมตร/วนาท2

นวตนจล

วตตเฮรตซ

พาสคาล

m/sm/s2

NJ

WHzPa

3. คำ�อปสรรค (Prefixes) เมอคาในหนวยฐานหรอหนวยอนพนธนอยหรอมากเกนไปเราอาจเขยนคาน8นอยในรปของตวเลขคณดวยพหคณ (ตวพหคณ คอ เลขสบยกกำาลงบวกหรอลบ) ได เชน ระยะทาง 0.003 เมตร เขยนเปน 3 × 10-3 ตวพหคณ 10-3 แทนดวยคำาอปสรรคมลล (m) ดงน8น ระยะทาง 0.003 เมตร อาจเขยนไดวา 3 มลลเมตร คำาอปสรรคทใชแทนตวพหคณและสญลกษณ ดงน8

10n

คำ�อปสรรค

ตวยอ

คว�มหม�ย ตวเลข

ตงแตค.ศ.

หม�ยเหต

1024

ยอตตะ

yotta- Y ลานลานลาน

ลาน1,000,000,000,000,000,000,000,000

1991

1021

เซต zetta-

Z พนลานลานลาน 1,000,000,000,000,000,000,000

1991

ตะ

1018

เอกซะ

exa- E ลานลานลาน 1,000,000,000,000,0

00,0001975

1015 เพตะ pet

a- P พนลานลาน 1,000,000,000,000,000

1975

1012 เทระ ter

a- T ลานลาน 1,000,000,000,000 1960

109 จกะ gig

a- G พนลาน 1,000,000,000 1960

106 เมกะ me

ga- M ลาน 1,000,000 1960

103 กโล kilo

- k พน 1,000 1795

บางคร8งอาจพบการใช K แทน

102

เฮกโต

hecto- h รอย 100 17

95

10n

คำ�อปสรรค

ตวยอ

คว�มหม�ย ตวเลข

ตงแตค.ศ.

หม�ยเหต

101 เดคา dec

a-da สบ 10 17

95ในอเมรกาสะกดวา deka- [2]

10−1 เดซ dec

i- d หนงสวนสบ 0.1 1795

10−2 เซนต cen

ti- c หนงสวนรอย 0.01 1795

10−3 มลล mill

i- m หนงสวนพน 0.001 1795

10−6

ไมโคร

micro- µ หนงสวนลาน 0.000 001 19

60

เมอ ค.ศ. 1948 มการใชหนวยไมครอนแตกยกเลกไปในป ค.ศ. 1967

10−9 นาโน nan

o- n หนงสวนพนลาน 0.000 000 001 19

60

10−12 พโก pic

o- p หนงสวนลานลาน 0.000 000 000 001 19

60

10−15

เฟมโต

femto-

f หนงสวนพนลานลาน

0.000 000 000 000 001

1964

10−18

อตโต atto- a หนงสวนลาน

ลานลาน0.000 000 000 000 000 001

1964

10−21

เซปโต

zepto- z หนงสวนพน

ลานลานลาน0.000 000 000 000 000 000 001

1991

10−24

ยอกโต

yocto- y หนงสวนลาน

ลานลาน0.000 000 000 000 000 000 000 001

1991

ก�รใชโดยทวไปจะใชคำาอปสรรคนำาหนาตวหนวยเอสไอ ทเหนเปนประจำา คอ

หนวยกโลเมตร ทใชวดระยะทางโดยทวไป เชน 5 กโลเมตร หมายถง 5 พนเมตร (five thousand metres) หรอ ความยาวคลน 600 นาโนเมตร หมายถง 600 ในพนลานเมตร เปนตน

อยางไรกตาม การพดถงเวลา จะไมใชหนวยเอสไอ แตจะใชคำาแปลของหนวยแทน เชน 5,000,000,000 ป จะไมพดวา 5 จกะป แตจะพดวา 5 พนลานป หรอ five Billion years

และนอกจากน8 ในการพดถงอณหภม ในทางวทยาศาสตรและวศวกรรม ไมยอมรบการใชหนวยเอสไอกบอณหภมในหนวยองศาเซลเซยส (ในหนวยองศาเซลเซยส จะใชคำาแปลมาชวยเหมอนการบอกจำานวนเวลา) แตยอมรบการใชหนวยเอสไอกบหนวยอณหภมแบบเคลวน

เครองมอวดท�งวทย�ศ�สตรความรตางๆ ทางวทยาศาสตรโดยเฉพาะอยางยงความรทางฟสกสทมการ

คนพบขอมลใหมๆ ตองอาศยเครองมอวด และผทจะใชกตองทำาความรจก ทำาความเขาใจเกยวกบการใชเครองมอวดตางๆ ใหถองแท เพอจะไดสามารถตดสนใจเลอกใชเครองมอวดใหเหมาะสมกบงานททำา เพอความปลอดภยในการทำางาน ประหยดเวลา เชน การวดอณหภมในเตาเผาซงมอณหภมสงมากเปนพนองศาเซลเซยส เทอรมอมเตอรแบบหลอดแกว ภายในบรรจของเหลว ใชวดอณหภมไมได ตองวดดวย ไพโรมเตอร (Pyrometer)

เครองมอวดตางๆ ทางวทยาศาสตรมการพฒนาออกมาเรอยๆ ควรตดตามสบถามจากบรษทผผลตหรอบรษทจำาหนายเครองมอวดทางวทยาศาสตร เพอจะไดทราบขอมลขาวสาร ประโยชนและวธการใชเครองมอเหลาน8น เพอชวยใหประหยดเวลาในการคนควาหาความรใหม

1. ก�รแสดงผลของก�รวด เครองมอวดทกชนดจะมภาคแสดงผลการวดใหผวดไดทราบคาเพอจะไดนำาไปบนทกผลการวด แลวนำาไปวเคราะห เพอใชงานตอไป ในปจจบนภาคการแสดงผลการวดของเครองมอวด ม 2 แบบ คอ แบบขดสเกล และแบบตวเลข

1.1 ก�รแสดงผลแบบขดสเกล เปนรปแบบการแสดงผลทใชกนมานานแลว จะถงปจจบน เชน สเกลไมบรรทด สเกลของตาชง สเกลบนกระบอกตวง สเกลบนหนาปดนาฬกาแบบเปนเขม เปนตน ผวดตองมความชำานาญจงจะอานไดถกตอง

1.2 ก�รแสดงผลดวยตวเลข เนองจากเทคโนโลยดานไมโครอเลกทรอนกสไดพฒนาอยางรวดเรวทำาใหเครองวดหลายชนดแสดงผลการวดเปนตวเลข ดวยความสะดวกรวดเรว และราคาไมแพงมากนกจงไดรบความนยม และใชกนอยางแพรหลาย เชน นาฬกาขอมอ เครอง

ชง เทอรมอมเตอร เปนตน 2. ก�รอ�นผลจ�กเครองมอวด

การอานผลจากเครองมอวด ท 8งแบบขดสเกลและตวเลข คาทอานไดจะเปนตวเลข และตามดวยหนวยของการวด เชนปากกายาว 14.75 เซนตเมตร มานตมมวล 55.55 กโลกรม เปนตน การอานคาจากเครองวดใหถกตองมวธการ ดงน8

2.1 ก�รอ�นค�จ�ก เครองวดแบบแสดงผลแบบขดสเกล กอนอานเราตองทราบรายละเอยด ของเครองวดน8นๆ เสยกอน วาสามารถอานไดละเอยด ทสดเทาไร เชน ไมบรรทดมชองสเกลเลกทสด เทากบ 1 มลลเมตร หรอ 0.1 เซนตเมตร เรา สามารถอานไดละเอยดทสดเพยงทศนยมตำาแหนงเดยวของเซนตเมตรเทาน8น และเราจะประมาณคาตวเลขหลงทศนยมตำาแหนงท 2 เพอใหไดผลการวดไดเปนจรงมากทสด และทกคร8งทอาน คาจากเครองวดแบบสเกล ตองใหระดบสายตาทมองต8งฉากกบเครองวด จะไดผลการวดทใกลเคยงมากทสด

2.2 ก�รอ�นค�จ�กเครองวดแบบแสดงผลดวยตวเลข สามารถอานคาไดโดยตรงจากตวเลขบนจอภาพ เชน เวลา 13.25 น. เปนตน ไมตองบอกคาประมาณสำาหรบคาความไมแนนอนหรอความคลาดเคลอนของผลการวดน8น

3. ก�รเลอกใชเครองมอวด เนองจากเครองมอวดแตละประเภทมความละเอยดแตกตางกน การทจะเลอกเครองมอวดแบบใดหรอประเภทใด กตองดตามความเหมาะสมกบงานน8น เชนการวดความยาวทวๆ ไป ควรใชตลบเมตรหรอไมเมตร หรองานเจยระไนโลหะควรเลอกเครองมอวดทมความละเอยดสงข8นจงควรใชเวอรเนยร หรอไมโครมเตอร

4. สงทมผลกระทบตอคว�มถกตองของก�รวด เนองจากการวดเราตองการใหไดผลถกตองมากทสด จงจำาเปนตองพจารณาถงสงตางๆ ทอาจมผลกระทบตอความถกตองของการวด มรายละเอยดดงตอไปน8

4.1 เครองมอวด ตองไดมาตรฐานผานการตรวจสอบแลวจากผผลตและควรเกบรกษาอยางถกตองเพอปองกนการเสอมสภาพเรวเกนไปและจะไดใชงานไดด ควรศกษาจากคมอของเครองมอวนน 8นๆ

4.2 วธก�รวด ในการวดปรมาณอยางเดยวกน วธการวดอาจแตกตางกน เชนการวดความสงของคน การวดความกวางของแมนำ8า วธการวดและเครองมอวดยอมแตกตางกน ดงน8นจะใชวธการวดแบบใดกใหเหมาะสมกบสงทตองการวดและขอควรระวงในขณะทำาการวด จะตองไมมการเปลยนแปลงปรมาณทตองการวด หรอมผลกระทบใหนอยทสด

4.3 ผทำ�ก�รวด มความสำาคญมากในการเกบขอมล ตองมความรความเขาใจเกยวกบเครองมอและวธการวดเปนอยางด เพอจะไดเลอกเครองมอวดและวธการอยางเหมาะสมทตองการวด รวมท 8งตองเปนคนมความรอบคอบและสภาพรางกายมความพรอม

4.4 สภ�พแวดลอมขณะทำ�ก�รวดตองไมมผลตอสงททำาการวด เชน ถาตองการวดความสวางของหลอดไฟ ตองปดหองใหมดชด อยาใหแสงสวางจากภายนอกเขามาเกยวของ เพราะจะทำาใหผลการวดผดพลาด

Micrometer Vernier caliper

เลขนยสำ�คญ (Significant)เลขนยสำาคญเปนตวเลขทอานไดจากเครองมอแบบสเกลโดยตรง รวมกบ

ตวเลขทไดจากการประมาณอกหนงตว ตามหลกการบนทกตวเลขทเหมาะสม เชน ผลการวดจากเครองมอวด 105.23 เซนตเมตร โดย 105.2 เปนตวเลขทวดไดจรง สวน 0.03 เปนตวเลขทประมาณข8นมาเราเรยกตวเลข 105.23 วา เลขนยสำาคญ

1. หลกก�รนบจำ�นวนเลขนยสำ�คญ 1.1 ถาอยในรปทศนยม ใหเรมนบตวเลขตวเลขตวแรกทเปนเลขโดด (1 ถง 9) ตวเลขถดไปใหนบหมดทกตว เชน 0.321, 0.25, 20.00 มตวเลขนยสำาคญ 3, 2 และ 4 ตว ตามลำาดบ 1.2 ถาอยในรป A×10n เมอ (1≤A < 10) และ n เปนเลขจำานวนเตม ใหพจารณาทคา A เทาน8น เชน 1.2 ×109 , 0.312×10-7 มจำานวนเลขนยสำาคญ 2 และ 3 ตว ตามลำาดบ1.3 ถาอยในรปจำานวนเตมใหนบหมดทกตว เชน 25, 125, 10225 มจำานวนเลขนยสำาคญ 2, 3 และ 5 ตว ตามลำาดบ แตถาตวเลขทายๆ เปนเลข 0 ตองจดใหอยในรป A×10n และตอบตามรปของการจดเทาทเปนไปได โดยมความหมายเหมอนเดม เชน 15000 สามารถเขยนไดเปน 1.5 × 104 มจำานวนเลขนยสำาคญ 2 ตว1.50 × 104 มจำานวนเลขนยสำาคญ 3 ตว1.500 × 104 มจำานวนเลขนยสำาคญ 4 ตว1.5000 × 104 มจำานวนเลขนยสำาคญ 5 ตว

แต 1.50000 × 104 จดไมได เพราะความหมายผดจากเดม คอได 15000.0 ซงละเอยดกวา 15000ดงน8น 15000 จงมจำานวนเลขนยสำาคญ 2-5 ตว

2. ก�รบวกและก�รลบเลขนยสำ�คญ ใหบวกลบแบบวธทางคณตศาสตรกอน แลวพจารณาผลลพธทได โดยผลลพธของเลขนย

สำาคญทได ตองมตำาแหนงทศนยมละเอยดเทากบปรมาณทมความละเอยดนอยทสด เชน 1. 2.12 + 3.895 + 5.4236 = 11.4386 ปรมาณ 2.12 มความละเอยดถงทศนยมตำาแหนงท 2 ปรมาณ 3.895 มความละเอยดถงทศนยมตำาแหนงท 3 ปรมาณ 5.4236 มความละเอยดถงทศนยมตำาแหนงท 4 ปรมาณ 11.4386 มความละเอยดถงทศนยมตำาแหนงท 4 ละเอยดมากกวาเครองมอทอานได 2.12 , 3.895 ดงน8นผลลพธของเลขนยสำาคญตองมความละเอยดไมเกนทศนยมตำาแหนงท 2 แตใหพจารณาเลยไปถงทศนยมตำาแหนงท 3 วาถง 5 หรอไม ถาถงกใหเพมคาทศนยมตำาแหนงท 2 อก 1 ผลลพธคอ 11.44

3. ก�รคณก�รห�รเลยนยสำ�คญ ใหใชวธการคณและการหารเหมอนทางคณตศาสตรกอนแลวพจารณาผลลพธทได โดยผลลพธจะตองจำานวนเลขนยสำาคญเทากบเลขนยสำาคญของตวคณหรอตวหารทนอยทสด เชน 432.10 × 5.5 = 2376.55ปรมาณ 432.10 มจำานวนเลขนยสำาคญ 5 ตวปรมาณ 5.5 มจำานวนเลขนยสำาคญ 2 ตวผลลพธ 2376.55 มจำานวนเลขนยสำาคญ 6 ตวแตผลลพธทไดจะมจำานวนเลขนยสำาคญไดเพยง 2 ตวเทาน8น คอ 2 และ 3 แตตวทสามถดจาก 3 เปนเลข 7 ใหเพมคาตวหนาอก 1 เปน 4 ดงน8นคำาตอบควรได2400 แตตองจดใหมเลขนยสำาคญเพยง 2 ตว จงจดไดเปน 2.4 × 103