โครงงานวทยาศาสตร

เรอง จกรชารจพลง

โดย 1. ด.ช. ปยะพงศ ปญโญ

2. ด.ช. เปรม สวนกล

3. ด.ช. ภทราวธ ชยพรหม

โรงเรยนพรยาลยจงหวดแพร ต าบลในเวยง อ าเภอเมองแพร จงหวดแพร

รายงานฉบบนเปนสวนประกอบของโครงงานวทยาศาสตร

ระดบมธยมศกษาตอนตน สาขาวทยาศาสตรประยกต ประเภททม

ในการประกวดโครงงานวทยาศาสตร เนองในงานสปดาหวทยาศาสตรแหงชาต

วนท 18 – 20 สงหาคม 2557 ณ คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม

จดโดยสมาคมวทยาศาสตรแหงประเทศไทยในพระบรมราชปถมภ

โครงงานวทยาศาสตร

เรอง จกรชารจพลง

โดย 1. ด.ช. ปยะพงศ ปญโญ

2. ด.ช. เปรม สวนกล

3. ด.ช. ภทราวธ ชยพรหม

คณครทปรกษา คณครเพชรา พรหมขนธ

ก โครงงานวทยาศาสตร ระดบชนมธยมศกษาตอนตน สาขาวทยาศาสตรประยกต ประเภททม ชอโครงงาน : จกรชารจพลง สาขา : วทยาศาสตรประยกต ชอนกเรยน : 1. เดกชายปยะพงศ ปญโญ 2. เดกชายเปรม สวนกล 3. เดกชายภทราวธ ชยพรหม ระดบชน : มธยมศกษาปท 3 ครทปรกษา : คณครเพชรา พรหมขนธ ครทปรกษาพเศษ : คณครอบลศร อรยวงโส ทอย : โรงเรยนพรยาลยจงหวดแพร 151 ถนนยนตรกจโกศล อ าเภอเมองแพร จงหวดแพร 54000 โทรศพท : 054 - 511 - 104 โทรสาร : 054 – 522 – 210 ระยะเวลาในการท างาน : ธนวาคม 2556 – พฤษภาคม 2557 ________________________________________________________________________________________________________

บทคดยอ โครงงานวทยาศาสตร เรองจกรชารจพลง มวตถประสงคเพอศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลงและเพอศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลงโดยมวธการทดลองดงน ตอนท 1 ศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลง โดยท าการออกแบบจกรชารจพลง จากนนน าอปกรณตางๆไดแก โครงจกร อลเทอรเนเตอร แบตเตอร อนเวอรเตอร กลองเตารบ สายไฟ มาประกอบเขาดวยกน ตอนท 2 ศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง แบงการทดลองออกเปน 3 ตอน ดงน ตอนท 2.1 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรทท าใหเกดพลงงานจลน โดยมวธการทดลองดงน น าเครองวดอตราเรวมาตดตงเขากบจกรชารจพลง ออกแรงในการถบแปนจกร ก าหนดอตราเรวในการหมนของรอบจกรเปน 3.17 m/s , 3.40 m/s , 3.71 m/s , 4.17 m/s และ 4.49 m/s ในเวลา 120 วนาท ท าการทดลองซ า 3 ครงแลวบนทกผล ตอนท 2.2 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงจกรทท าใหเกดความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา โดยมวธการทดลองดงน น าโวลตมเตอรมาตดตงเขากบจกรชารจพลง ตดตงเครองวดอตราเรว ออกแรงในการถบแปนจกรใหอตราเรวในการหมนของรอบจกรและเวลาเทากบตอนท 2.1 ท าการทดลองซ า 3 ครงแลวบนทกผล จากนนค านวณหาคากระแสไฟฟา ตอนท 2.3 ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง โดยมวธการทดลองดงน น าเครองใชไฟฟาไดแกโทรศพทมอถอ และ พดลม โดยท าการชารจโทรศพทมอถอดวยจกรชารจพลง เปนเวลา 1 , 1.5 และ 2 ชวโมง จากนนน าโทรศพทมอถอเครองเดมมาชารจเขากบไฟบานทวไป เปนเวลา 1 , 1.5 และ 2 ชวโมง เปรยบเทยบปรมาณกระแสไฟฟาทโทรศพทชารจไดเปนรอยละ ทดลองซ า 3 ครง แลวบนทกผล จากนนน าพดลมมาเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลม โดยใชไฟฟาจากจกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบานโดยทวไป เปนเวลา 1 , 2 และ 3 นาท ทดลองซ า 3 ครง แลวบนทกผล ไดผลการทดลองดงน ตอนท 1 พบวาไดจกรชารจพลงทมประสทธภาพโดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟาโดยการถบแปนจกรชารจพลงเพอใหวงลอจกรหมนและเชอมตอกบอลเทอรเนเตอรเพอผลตกระแสไฟฟา และผานเครองแปลงกระแสไฟฟาเพอแปลงจากไฟฟากระแสตรงไปเปนไฟฟากระแสสลบ ตอนท 2 แบงการทดลองออกเปน 3 ตอน ตอนท 2.1 พบวา เมออตราเรวในการหมนของกงลอจกรมากขนจกรชารจพลงจะมพลงงานจลนมากขนดวยโดยอตราเรวในการหมนของกงลอจกรเปน 3.17 m/s , 3.40 m/s , 3.71 , 4.17 m/s และ 4.49 m/s ท าใหไดพลงงานจลน 7.52 J , 8.66 J , 10.34 J , 13.02 J และ 15.13 J ตอนท 2.2 พบวา เมออตราเรวในการหมนของกงลอจกรมากขน จะมคาความตางศกยไฟฟามากขน และคากระแสไฟฟาจะมปรมาณเพมขน โดยอตราเรวในการหมนของกงลอจกรเปน 3.17 m/s , 3.40 m/s , 3.71 , 4.17 m/s และ 4.49 m/s ท าใหไดคาความตางศกยเปน 13.3 V , 14.2 V , 14.3 V , 14.6 V และ 15.2 V และไดกระแสไฟฟาเปน 0.0047 A , 0.0051 A , 0.0060 A , 0.0074 และ 0.0083 A ตอนท 2.3 พบวา โทรศพทมอถอเมอชารจดวยจกรชารจพลงและไฟบานทวไปเปนเวลา 1 , 1.5 และ 2 ชวโมง สามารถชารจไฟจากจกรชารจพลงไดเฉลยรอยละ31 , 45.67 และ 59.33 สามารถชารจไฟจากบานไดเฉลยรอยละ 39.67 , 57.33 และ 78.67 ตามล าดบ พดลมเมอใชไฟฟาจากจกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบานโดยทวไป เปนเวลา 1 , 2 และ 3 นาท พบวามจ านวนรอบของการสายเฉลย 8 , 16 และ 24 ครง ตามล าดบ พดลมทใชไฟจากบานมจ านวนรอบของการสายไดเฉลย 10 , 20 และ 30 ครง ตามล าดบ

ข

กตตกรรมประกาศ

โครงงานวทยาศาสตร เรอง จกรชารจพลง (Mach Charging Energy)ไดรบการสนบสนนและความ

ชวยเหลอจากหลายฝาย จนท าใหโครงงานนส าเรจได ทางคณะผจดท าขอขอบพระคณทานผอ านวยการ

อบลศกด ขดสรอย ผอ านวยการโรงเรยนพรยาลยจงหวดแพร และกลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร

ทใหการชวยเหลอ ดานอปกรณในการทดลองตางๆ ตลอดจนคณครโรงเรยนพรยาลยจงหวดแพร

ทใหการสนบสนนโดยมครทปรกษาไดแก คณครเพชรา พรหมขนธ คณครอบลศร อรยวงโส ครทปรกษา

พเศษ ทไดใหค าแนะน าชวยเหลอจดการในเรองการอ านวยความสะดวกในการทดลอง ตลอดจนแนะน า

เอกสารวชาการตางๆทางกลมผจดท าโครงงานวทยาศาสตรเรองจกรชารจพลง (Mach Charging Energy)

จงขอขอบพระคณทกทานทไดกลาวมา ณ ทนดวย

คณะผจดท า

ข ข

ข

สารบญ เรอง หนา

บทคดยอ ก

กตตกรรมประกาศ ข

สารบญ ค

สารบญตาราง ง

สารบญกราฟ จ

บทท 1 บทน า 1

บทท 2 เอกสารทเกยวของ 4

บทท 3 วสดอปกรณและวธการทดลอง 10

บทท 4 ผลการทดลอง 13

บทท 5 สรปและอภปรายผลการทดลอง 18

ภาคผนวก 21

เอกสารอางอง 26

ค

สารบญตาราง

เรอง หนา

ตารางท 1 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดพลงงานจลน 14 ตารางท 2 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคา 15 ความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา ตารางท 3 แสดงการเปรยบเทยบปรมาณกระแสไฟฟาของโทรศพทมอถอทชารจได 16 จากจกรชารจพลงและไฟบาน ตารางท 4 แสดงการเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลมโดยใชไฟฟาจาก 17 จกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบาน

ง

สารบญกราฟ

เรอง หนา

กราฟท 1 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรทท าใหพลงงานจลน 14 กราฟท 2 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟา 15 และกระแสไฟฟา กราฟท 3 แสดงการเปรยบเทยบปรมาณกระแสไฟฟาทชารจไดจากจกรชารจพลงและ 16 ไฟบาน กราฟท 4 แสดงการเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลมโดยใชไฟฟาจาก 17

จกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบาน

จ

บทท 1 บทน า

ทมาและความส าคญ

ในปจจบนไฟฟาเปนปจจยส าคญทสดปจจยหนงส าหรบการด ารงชวตประจ าวนของมนษยชน ทงในการสอสาร การคมนาคม การศกษา การแพทย ปจจบนมการใชพลงงานไฟฟาในการท ากจกรรมตางๆมากมาย เชน การชารจโทรศพทมอถอ การใชเครองปรบอากาศ การใชโคมไฟใหแสงสวาง และท ากจกรรมอนๆ ในปจจบนผคนมากมายตางตองการใชพลงงานเปนจ านวนมากและแหลงพลงงานเรมขาดแคลนลงไปสงผลท าใหไมเพยงพอตอการผลตกระแสไฟฟาและการใชงาน พลงงานไฟฟาทใชในปจจบนสวนหนงไดมาจากพลงงานเชอเพลงซงเปนพลงงานทใชแลวหมดไป และเมอเกดการเผาไหมจะท าใหเกดแก สคารบอนไดออกไซดซงเปนสวนหนงของแก สเรอนกระจก และท าใหเกดภาวะโรครอน ซงจกรชารจพลงเปนอปกรณทสามารถผลตกระแสไฟฟาไดโดยไมกอใหเกดผลกระทบตอสงแวดลอม และยงเปนการสงเสรมสขภาพของผใชงาน

ดงนนคณะผจดท าจงคดสรางจกรชารจพลง ซงจดไดวาเปนอปกรณอ านวยความสะดวกสบายในการผลตพลงงานไฟฟาและใชเครองใชไฟฟา เปนโต ะในการนงอานหนงสอหรอการท างาน เปนของส าหรบประดบตกแตงบาน เปนเครองออกก าลงกาย อกทงยงเปนการลดปรมาณเศษขยะเนองจากเปนการน าโครงจกรซงไมไดใชงานมาใชใหเกดประโยชน

จดประสงค

1. เพอศกษาหลกการและวธการประดษฐจกรชารจพลง 2. เพอศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง

สมมตฐาน

1. ถาน าโครงจกร แบตเตอร อนเวอรเตอร อลเทอรเนเตอร สายไฟ และกลองเตารบกระแสไฟฟา มาประกอบกนโดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟาและผานเครองแปลงกระแสไฟฟาเพอแปลงจากไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบจะไดจกรชารจพลง

2. ถาน าจกรชารจพลงมาศกษาประสทธภาพในดานตางๆ ดงน ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทมผลตอพลงงานจลน ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง พบวาจะไดผลแตกตางกนไป

2

0

ตวแปรทเกยวของ ตอนท 1 ศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลง ตวแปรตน: หลกการและวธการสรางจกรชารจพลง ตวแปรตาม : จกรชารจพลง ตวแปรควบคม : โครงจกร สายพาน แบตเตอร อลเทอรเนเตอร อนเวอรเตอร กลองเตารบกระแสไฟฟา สายไฟ ตอนท 2 ศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง ตอนท 2.1 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดพลงงานจลน ตวแปรตน : อตราเรวในการถบจกรชารจพลง ตวแปรตาม : พลงงานจลน ตวแปรควบคม : โครงจกร สายพาน แบตเตอร อลเทอรเนเตอร อนเวอรเตอร กลองเตารบกระแสไฟฟา สายไฟ ตอนท 2.2 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา ตวแปรตน : อตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลง ตวแปรตาม : ความตางศกยไฟฟา และกระแสไฟฟา ตวแปรควบคม : โครงจกร สายพาน แบตเตอร อลเทอรเนเตอร อนเวอรเตอร กลองเตารบกระแสไฟฟา สายไฟ โวลตมเตอร ตอนท 2.3 ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง ตวแปรตน : ไฟฟาจากไฟบานโดยทวไปและไฟฟาจากจกรชารจพลง ตวแปรตาม : การใชงานเครองใชไฟฟา ตวแปรควบคม : โครงจกร สายพาน แบตเตอร อลเทอรเนเตอร อนเวอรเตอร กลองเตารบกระแสไฟฟา สายไฟ เครองใชไฟฟา นยามเชงปฏบตการ จกรชารจพลง อปกรณในการใชเครองใชไฟฟาและผลตกระแสไฟฟาโดยอาศยแรงถบแปนจกรเพอใหกงลอจกรหมนและตอกบอลเทอรเนเตอรเพอผลตกระแสไฟฟาโดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟาและผานเครองแปลงกระแสไฟฟาเพอแปลงจากไฟฟากระแสตรงไปเปนไฟฟากระแสสลบ และยงใชเปนโต ะในการอานหนงสอหรอนงท างานได

3

0

อลเทอรเนเตอร คอ อปกรณผลตกระแสไฟฟาและชารจไฟเขาแบตเตอรไดโดยตรง โดยอลเทอรเนเตอรสามารถชารจไฟเขาแบตเตอรไดเพราะวา แรงดนไฟฟาทอลเทอรเนเตอรผลตออกมาไดนนมคาสงกวาแรงดนทแบตเตอรม จงท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟาศกยสงไปยงกระแสไฟฟาศกยต า แบตเตอร คอ อปกรณอยางหนงทใชเกบพลงงาน และน ามาใชไดในรปของไฟฟาแบตเตอรนนประกอบดวยอปกรณไฟฟาเคม เชน เซลลกลวานกหรอเซลลเชอเพลง อยางนอยหนงเซลล อนเวอรเตอร เปนเครองแปลงกระแสไฟฟานมหนาทแปลงไฟฟากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรใหเปนไฟฟากระแสสลบ (AC) เพอน าไปใชกบอปกรณไฟฟาและเครองมอตางๆทใชไฟฟากระแสสลบทวไป กระแสไฟฟา หรอ ไฟฟากระแส คอการไหลของประจไฟฟา ประจไฟฟาไหลเมอมแรงดนเกดขนในสารตวน า ในวงจรไฟฟา ประจไฟฟานจะถกน าพาไปโดยการเคลอนทของอเลคตรอนในเสนลวด หรออาจถกน าพาไปดวยไอออนในสารอเลคโทรไลท หรอทงไอออนและอเลคตรอนในสารพลาสมา กระแสไฟฟามหนวยวดเปนแอมแปร ซงเปนจ านวนของประจไฟฟาทไหลผานจดใดจดหนงตอวนาท กระแสไฟฟาสามารถวดไดโดยใชแอมปมเตอร โทรศพทมอถอ หรอ โทรศพทเคลอนท คอ อปกรณอเลกทรอนกส ทใชในการสอสารสองทางผาน โทรศพทมอถอใชคลนวทยในการตดตอกบเครอขายโทรศพทมอถอโดยผานสถานฐาน โดยเครอขายของโทรศพทมอถอแตละผใหบรการจะเชอมตอกบเครอขายของโทรศพทบานและเครอขายโทรศพทมอถอของผใหบรการอน โทรศพทมอถอทมความสามารถเพมขนในลกษณะคอมพวเตอรพกพาจะถกกลาวถงในชอสมารตโฟน พดลม คอ ผลตภณฑอ านวยความสะดวกชนดหนง ทชวยบรรเทาความรอนจากสภาพภมอากาศ พดลมในปจจบนมหลายชนด คอ ชนดตงโต ะ ตงพน ตดผนง แขวนเพดานและสายรอบตวพดลมซงมดอยมากมายในทองตลาด อาจจะท าความล าบากใหกบผซอ เพราะไมรวาจะเลอกซอยหอไหนด สงทจะชวยได คอการสงเกตเครองหมายมาตรฐานทแสดงบนผลตภณฑ เพราะเปนพดลมทผานการรบรองคณภาพจากส านกงานมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรม

บทท 2

เอกสารทเกยวของ

จกรเยบผา

จกรเยบผาเปนเครองมอในการเยบทส าคญ ชวยใหงานเยบผาเสรจเรว สวยงาม และทนทานในการใชงาน จกรเยบผามทงจกรธรรมดา และจกรไฟฟา บางชนดสามารถปกลาย ซกแซกและถกรงดมได สวนราคาขนอยกบคณภาพและประสทธภาพการท างานของจกร นอกจากนในปจจบนยงมจกรเยบผาอตโนมตระบบสมผส สามารถเยบ ปก ลวดลายโดยใชมอสมผสปมหรอแปนทมใหเลอกตามตองการ ดงนนผใชจกรควรเลอกซอตามความจ าเปนในการใชงาน

ชนดของจกรเยบผา จกรเยบผาโดยทวไปสามารถแบงไดเปน 2 ชนด 1. จกรเยบผาธรรมดา เปนจกรเยบทใชก าลงขาของผเยบ ซงผเยบตองวางเทากดลงบนแทนวางเทา

ของจกร ขอดของจกรแบบนคอ ราคาถก ฝเขมสวยงาม ขอจ ากดคอประสทธภาพการใชงานไดนอย จกรประเภทนสามารถแบงสวนประกอบไดเปน 3 สวน คอหวจกร สวนลางของหวจกร และสวนขาจกร โดยแตละสวนท าหนาทตาง ๆ กน

2. จกรเยบผาไฟฟา มหลายลกษณะ บางชนดเปนจกรเทคโนโลยสมยใหม เมอตองการเยบหรอท า

ลวดลายแบบใดกสมผสปมทบอกไว แตจกรไฟฟามราคาคอนขางแพง มสวนประกอบทเปนหวจกร

เชนเดยวกนกบจกรธรรมดา บางชนดมเฉพาะหวจกรสามารถน าไปวางบนโต ะอน ๆได จกรประเภทนจะ

เปนจกรทใชก าลงไฟฟาในการเยบ โดยมมอเตอรและทบงคบมอเตอร เมอตองการเยบจะตองใชเทากดลง

บนทบงคบมอเตอร

5

0

อลเทอรเนเตอร (Alternator)

หนาทของอลเทอรเนเตอรคนสวนใหญคดวาเครองใชไฟฟาภายในรถยนตท งหมดใชไฟจาก

แบตเตอรไมวาจะตดเครองยนต หรอไมไดตดเครองยนต แลวอลเทอรเนเตอรมหนาทเตมไฟ หรอชารจไฟ

เขาแบตเตอร ซงความเขาใจแบบนนเปนความเขาใจทผด ทถกตองคอ เมอเครองยนตท างานเครองใชไฟฟา

ในรถยนตทงหมดจะใชไฟจากอลเทอรเนเตอรอลเทอรเนเตอรไมไดมหนาทชารจไฟเขาแบตเตอรโดยตรง

แตทอลเทอรเนเตอรสามารถชารจไฟเขาแบตเตอรไดเพราะวา แรงดนไฟทอลเทอรเนเตอรผลตออกมาไดนน

มคาสงกวาแรงดนไฟทแบตเตอรม จงท าใหเกดการไหลของกระแสไฟศกยสงไปยงกระแสไฟศกยต า และ

สาเหตทท าใหคนสวนใหญเขาใจผดแบบนนกเพราะวาเราคนไทยเรยกมนวา "ไดชารจ" ซงจรงๆ แลวชอของ

ไดชารจคอ "อลเทอรเนเตอร" ซงแปลวา เครองปนไฟ โดยปกตทรอบเดนเบาของเครองยนตแรงดนไดชารจ

ขณะเปดโหลดจะอยท 13.9V – 14.5V โหลดในทนจะมอย 2 อยาง คอ แอร และ ไฟหนา เพราะฉะนนใน

ขณะทเครองยนตท างานเครองใชไฟฟาทงหมดในรถยนตจะใชไฟจากอลเทอรเนเตอรเพยงอยางเดยว ไมได

ใชไฟจากแบตเตอรรถยนตอยางทเคยเขาใจกนมา สงเกตไดจากรถรนเกาๆ สมยกอน เมอสตารทเครองยนต

แลวสามารถถอดแบตเตอรออกได

6

0

แบตเตอร

แบตเตอรรถยนต ท าหนาทปอนกระแสไฟฟาใหอปกรณตางๆของเครองยนตเพอใหท างานได เชน มอเตอรสตารท ระบบจดระเบด ในขณะทสตารทรถยนต นอกจากนยงท าหนาทปอนพลงงานใหกบอปกรณอ านวยความสะดวกหลายๆอยาง ดวย เชน ระบบไฟสองสวาง วทยเครองเสยง เปนตน

หมายความวาแบตเตอรรถยนตจะหมดไดกมอยเพยง 2 กรณ นนกคอ

1.เกบไฟไมอย หรอ หมดอายการใชงาน

2.ไดชารจท างานผดปกต หรอ บกพรอง ซงท าใหประจไฟเขาไปยงแบตเตอรไดนอยมากไมเพยงพอตอการใชงาน หรอ ไมสามารถประจไฟเขาไปไดเลย

2

0

7

เครองแปลงกระแสไฟฟา

เครองแปลงกระแสไฟฟา หรอ Inverter เปนอปกรณอเลกทรอนกสทถอวามความ ส าคญทสด และมความ

ซบซอนมากทสดของระบบเซลลแสงอาทตย เครองแปลงกระแสไฟฟานมหนาทแปลงไฟฟากระแสตรง

(DC) จากแบตเตอรหรอแผงเซลลแสงอาทตยให เปนไฟฟากระแสสลบ (AC) ทไดมาตรฐานเพอน าไปใชกบ

อปกรณไฟฟาและเครองมอตางๆทใชไฟฟากระแสสลบทวไป

การท างานของเครองแปลงกระแสไฟฟา

เครองแปลงกระแสไฟฟาจะท าการแปลงพลงงานกระแสตรงทไดจากแบตเตอรหรอแผงเซลลแสงอาทตย

แลวเปลยนรปเปนไฟฟากระแสสลบ โดยการท างานของวงจรสวชชงทรานซสเตอร (Switching transistor)

ดวยการเปด-ปดวงจรกระแสตรงของทรานซสเตอรอยางรวดเรวรวมกบหมอแปลงไฟฟา จะท าใหสามารถ

แปลงไฟฟากระแสตรงใหเปนไฟฟากระแสสลบแลวจายออกมาไดคณภาพ และความซบซอนของเครอง

แปลงกระแสไฟฟาจะใหสญญาณขาออกในลกษณะตางๆ กนเชน Square wave, Modified sine wave และ

Pure sine wave

8

พลงงานจลน

พลงงานจลน คอพลงงานทมอยในวตถทก าลงเคลอนท เชน รถยนตก าลงแลน เครองบนก าลงบน

พดลมก าลงหมน น าก าลงไหลหรอน าตกจากหนาผา จงกลาวไดวา "วตถทก าลงเคลอนทลวนมพลงงานจลนทงสน ปรมาณพลงงานจลนในวตถจะมมากหรอนอยขนอยกบมวลและความเรวของวตถนน"

การหาคาพลงงานจลน

เมอ Ek = พลงงานจลน มหนวยเปนจล (J)

m = มวลของวตถ มหนวยเปนกโลกรม (kg)

v = อตราเรวของวตถ มหนวยเปนเมตรตอวนาท (m/s)

แตวาพลงงานจลนนจะนอยลงไปเรอยๆหากพลงงานศกยเพมขนเมอโยนวตถหนง วตถนนจะเรมเกบพลงงานศกยไปเรอยๆ แตเมอวตถนนตกลงมาวตถมการใชพลงงานศกยโดยเปลยนรปพลงงานศกยเปนพลงงานจลนในการตกลงมาของวตถ

9 การค านวณหาคาพลงงานไฟฟา จากการหาคาพลงงานจลน

เมอ Ek = พลงงานจลน มหนวยเปนจล (J) m = มวลของวตถ มหนวยเปนกโลกรม (kg) v = อตราเรวของวตถ มหนวยเปนเมตรตอวนาท (m/s)

การค านวณหาคาพลงงานไฟฟา

𝑾 = 𝑽𝑰𝑻

เมอ W = พลงงานไฟฟา มหนวยเปนวตต (W) V = คาความตางไฟฟา มหนวยเปนโวลต (V) I = คากระแสไฟฟา มหนวยเปนแอมแปร (A) T = เวลา มหนวยเปนวนาท (S) จากสตรการหาคาพลงงานจลนและการหาคาพลงงานไฟฟาจะไดความสมพนธ ดงน

𝑬𝒌 = 𝑾

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 = 𝑽𝑰𝑻

𝟏𝟐

𝒎𝒗𝟐

𝑽𝑻= 𝑰

เมอ Ek = พลงงานจลน มหนวยเปนจล (J) m = มวลของวตถ มหนวยเปนกโลกรม (kg) v = อตราเรวของวตถ มหนวยเปนเมตรตอวนาท (m/s) W = พลงงานไฟฟา มหนวยเปนวตต (W) V = คาความตางไฟฟา มหนวยเปนโวลต (V) I = คากระแสไฟฟา มหนวยเปนแอมแปร (A) T = เวลา มหนวยเปนวนาท (S)

บทท 3

วสด อปกรณ และวธการทดลอง ตอนท 1 ศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลง วสดอปกรณ

1. โครงจกร 2. อลเทอรเนเตอร 3. แบตเตอร 4. อนเวอรเตอร 5. กลองเตารบ 6. สายไฟ

วธการสราง 1. ออกแบบโครงสรางของจกรชารจพลง 2. เชอมตออลเทอรเนเตอร เขากบวงลอของจกร 3. ตอสายไฟเขากบอลเทอรเนเตอร และแบตเตอร 4. ตดตงอนเวอรเตอรเพอแปลงกระแสไฟฟาจากแบตเตอรทเปนกระแสตรงไปเปนกระแสสลบ 5. ตดตงกลองเตารบ บนโต ะของจกร 6. ตอวงจรไฟฟาโดยตอสายไฟจากแบตเตอรเขาอนเวอรเตอรจากนนจงตอสายไฟจากอนเวอรเตอรเขา

กบเตารบ

ภาพของจกรชารจพลงทท าการออกแบบ

11 ตอนท 2 ศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง ตอนท 2.1 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดพลงงานจลน วสดอปกรณ

1. จกรชารจพลง 2. นาฬกาจบเวลา 3. เครองวดอตราเรว

วธการทดลอง 1. น าเครองวดอตราเรวมาตดตงเขากบกงลอของจกรชารจพลงทไดจากตอนท 1 2. ออกแรงในการถบแปนจกรใหอตราเรวในการหมนของกงลอจกรตางกนในเวลา 120 วนาท 3. สงเกตและบนทกผลการทดลอง 4. ท าการทดลองซ า 3 ครงแลวบนทกผลการทดลอง 5. ท าการค านวณหาคาพลงงานจลน

ตอนท 2.2 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา วสดอปกรณ

1. จกรชารจพลง 2. เครองวดอตราเรว 3. โวลตมเตอร

วธการทดลอง 1. น าโวลตมเตอรมาตดตงเขากบวงจรไฟฟาของจกรชารจพลงทไดจากตอนท 1 2. ตดตงเครองวดอตราเรวกบกงลอของจกรชารจพลงทไดจากตอนท 1 3. ออกแรงในการถบแปนจกรใหอตราเรวในการหมนของกงลอจกรตางกน 4. สงเกตและบนทกผล 5. ทดลองท าซ าอก 3 ครงแลวบนทกผลการทดลอง 6. ท าการค านวณหาคากระแสไฟฟา

12 ตอนท 2.3 ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง วสดอปกรณ

1. จกรชารจพลง 2. เครองใชไฟฟาไดแก โทรศพทมอถอ และ พดลม 3. นาฬกาจบเวลา 4. เครองวดอตราเรว

วธการทดลอง

1. ท าการชารจโทรศพทมอถอดวยจกรชารจพลง เปนเวลา 1.0 1.5 และ 2 ชวโมง

2. น าโทรศพทมอถอเครองเดมมาชารจเขากบไฟบานทวไป 1.0 1.5 และ 2 ชวโมง

3. เปรยบเทยบปรมาณกระแสไฟฟาทโทรศพทชารจไดเปนรอยละ

4. ทดลองซ า 3 ครง แลวบนทกผล

5. น าพดลมมาเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลมโดยใชไฟฟาจากจกรชารจพลงและ

ไฟฟาจากไฟบานโดยทวไป เปนเวลา 1 , 2 และ 3 นาท

6. ทดลองซ า 3 ครง แลวบนทกผล

บทท 4

ผลการทดลอง

ตอนท 1 ศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลง

ไดจกรชารจพลงทมประสทธภาพโดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟาโดยการถบแปนจกร

เพอใหกงลอจกรหมนและเชอมตอกบอลเทอรเนเตอรเพอผลตกระแสไฟฟา และผานเครองแปลง

กระแสไฟฟาเพอแปลงจากไฟฟากระแสตรงไปเปนไฟฟากระแสสลบ

ภาพของจกรชารจพลงทได

14 ตอนท 2 ศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง ตอนท 2.1 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดพลงงานจลน ตารางท 1 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดพลงงานจลน

อตราเรว (เมตร/วนาท) พลงงานจลน (จล)

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย

3.17 3.14 3.19 3.17 7.52

3.33 3.39 3.47 3.40 8.66

3.75 3.72 3.67 3.71 10.34

4.17 4.14 4.19 4.17 13.02

4.50 4.47 4.50 4.49 15.13

กราฟท 1 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรทท าใหพลงงานจลน

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

3.17 3.40 3.71 4.17 4.49

พลงง

านจล

น (จ

ล)

อตราเรวเฉลย (เมตร/วนาท)

15 ตอนท 2.2 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา ตารางท 2 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา

อตราเรว (เมตร/วนาท) ความตางศกยเฉลย (โวลต)

กระแสไฟฟา (แอมแปร) ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย

3.17 3.14 3.19 3.17 13.3 0.0047 3.33 3.39 3.47 3.40 14.2 0.0051 3.75 3.72 3.67 3.71 14.3 0.0060 4.17 4.14 4.19 4.17 14.6 0.0074 4.50 4.47 4.50 4.49 15.2 0.0083

กราฟท 2 แสดงอตราเรวในการหมนของกงลอจกรทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา

13.314.2 14.3 14.6 15.2

0.0047 0.0051 0.0060 0.0074 0.00830.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

3.17 3.40 3.71 4.17 4.49อตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลง (เมตร/วนาท)

ความตางศกยเฉลย (โวลต) กระแสไฟฟา (แอมแปร)

16 ตอนท 2.3 ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง ตารางท 3 แสดงการเปรยบเทยบปรมาณกระแสไฟฟาของโทรศพทมอถอทชารจไดจากจกรชารจพลงและไฟบาน

แหลงก าเนดไฟฟา

ปรมาณไฟฟาทชารจได (รอยละ)

เวลา (ชวโมง)

1 1.5 2

ครงท 1

ครงท 2

ครงท 3

เฉลย ครงท

1 ครงท

2 ครงท

3 เฉลย

ครงท 1

ครงท 2

ครงท 3

เฉลย

จกรชารจพลง 30 34 29 31 47 45 45 45.67 61 58 59 59.33

ไฟบาน 37 40 42 39.67 60 55 57 57.33 79 76 81 78.67

กราฟท 3 แสดงการเปรยบเทยบปรมาณกระแสไฟฟาทชารจไดจากจกรชารจพลงและไฟบาน

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย

1 1.5 2

เวลา (ชวโมง)

ปรมาณไ

ฟฟาทชารจได

(เปอรเซนต

)

จกรชารจพลง ไฟบาน

17

ตารางท 4 แสดงเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลมโดยใชไฟฟาจากจกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบาน

กราฟท 4 แสดงการเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลมโดยใชไฟฟาจากจกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบาน

แหลงก าเนดไฟฟา

จ านวนรอบของการสายของพดลม (ครง)

เวลา (นาท)

1 2 3

ครงท 1

ครงท 2

ครงท 3

เฉลย ครงท

1 ครงท

2 ครงท

3 เฉลย

ครงท 1

ครงท 2

ครงท 3

เฉลย

จกรชารจพลง

8 8 8 8 16 16 16 16 24 24 24 24

ไฟบาน 10 10 10 10 20 20 20 20 30 30 30 30

0

5

10

15

20

25

30

ครงท

1

ครงท

2

ครงท

3

เฉลย

ครงท

1

ครงท

2

ครงท

3

เฉลย

ครงท

1

ครงท

2

ครงท

3

เฉลย

1 2 3

เวลา (นาท)

จ านว

นรอบ

ของการสายข

องพด

ลม (ค

รง)

จกรชารจพลง ไฟบาน

บทท 5

สรปและอภปรายผลการทดลอง สรปผลการทดลอง ตอนท 1 ศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลง ไดจกรชารจพลงทมประสทธภาพโดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟาโดยการถบแปนจกรเพอใหวงลอจกรหมนและเชอมตอกบอลเทอรเนเตอรเพอผลตกระแสไฟฟา และผานเครองแปลงกระแสไฟฟาเพอแปลงจากไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบจะไดจกรชารจพลง ตอนท 2 ศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง ตอนท 2.1 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทมผลตอพลงงานจลน

จากผลการทดลองพบวาในการถบแปนจกรเพอใหกงลอหมนในอตราเรวเฉลยตางๆไดแก 3.17 เมตร/วนาท , 3.40 เมตร/วนาท , 3.71 เมตร/วนาท , 4.17 เมตร/วนาท , 4.49 เมตร/วนาท ท าใหไดพลงงานจลนคอ 1.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 3.17 เมตร/วนาท ท าใหไดพลงงานจลน 7.52 จล 2.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 3.40 เมตร/วนาท ท าใหไดพลงงานจลน 8.66 จล 3.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 3.71 เมตร/วนาท ท าใหไดพลงงานจลน 10.34 จล 4.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 4.17 เมตร/วนาท ท าใหไดพลงงานจลน 13.02 จล 5.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 4.49 เมตร/วนาท ท าใหไดพลงงานจลน 15.13 จล ตอนท 2.2 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา

จากผลการทดลองพบวาในการถบแปนจกรชารจพลงเพอใหกงลอจกรชารจพลงหมนในอตราเรวเฉลยตางๆไดแก 3.17 เมตร/วนาท , 3.40 เมตร/วนาท , 3.71 เมตร/วนาท , 4.17 เมตร/วนาท , 4.49 เมตร/วนาท มผลตอคาความตางศกยไฟฟาและคากระแสไฟฟาคอ 1.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 3.17 เมตร/วนาท ท าใหไดความตางศกยไฟฟา 13.3 โวลตและคากระแสไฟฟา 0.0047 A 2.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 3.40 เมตร/วนาท ท าใหไดความตางศกยไฟฟา 14.2 โวลตและคากระแสไฟฟา 0.0051 A 3.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 3.71 เมตร/วนาท ท าใหไดความตางศกยไฟฟา 14.3 โวลตและคากระแสไฟฟา 0.0060 A 4.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 4.17 เมตร/วนาท ท าใหไดความตางศกยไฟฟา 14.6 โวลตและคากระแสไฟฟา 0.0074 A 5.อตราเรวในการหมนของกงลอจกร 4.49 เมตร/วนาท ท าใหไดความตางศกยไฟฟา 15.2 โวลตและคากระแสไฟฟา 0.0083 A

19 ตอนท 2.3 ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง จากผลการทดลองพบวาเมอท าการเปรยบเทยบประสทธภาพการใชงานของเครองใชไฟฟาไดแกโทรศพทมอถอโดยใชไฟจากจกรชารจพลงและไฟบานเปนเวลา 1.0 , 1.5 และ 2.0 ชวโมง พบวาโทรศพทมอถอทชารจดวยจกรชารจพลงสามารถชารจไดเฉลยรอยละ 31 , 45.67 และ 59.33 ตามล าดบ โทรศพทมอถอทชารจดวยไฟบานโดยทวไปสามารถชารจไดเฉลยรอยละ 39.67 , 57.33 และ 78.67 ตามล าดบ และเปรยบเทยบจ านวนรอบของการสายของพดลมโดยใชไฟฟาจากจกรชารจพลงและไฟฟาจากไฟบานเปนเวลา 1 , 2 และ 3 นาท พบวาพดลมทใชไฟจากจกรชารจพลงมจ านวนรอบของการสายเฉลย 8 , 16 และ 24 ครง ตามล าดบ พดลมทใชไฟจากบานมจ านวนรอบของการสายเฉลย 10 , 20 และ 30 ครง ตามล าดบ อภปรายผลการทดลอง ตอนท 1 ศกษาหลกการและวธการสรางจกรชารจพลง

จากการน าโครงจกร อลเทอรเนเตอร แบตเตอร อนเวอรเตอร กลองเตารบ สายไฟ มาประกอบกน โดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟาโดยการถบแปนจกรเพอใหวงลอจกรหมนและเชอมตอกบ อลเทอรเนเตอรเพอผลตกระแสไฟฟา และผานเครองแปลงกระแสไฟฟาเพอแปลงจากไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบจะไดจกรชารจพลงซงมความสะดวกในการใชงาน สามารถใชงานไดทกทไมวาจะเปนทบานหรอส านกงาน จกรชารจพลงนสามารถใชงานไดเพยงแคเปดสวตซกสามารถใชพลงงานไฟฟาได และยงสามารถถบแปนจกรไวเพอเกบรวบรวมพลงงานไฟฟาไวใชงานได อปกรณทใชสรางคอโครงจกรทไมใชแลวน ามาประยกตใชใหม ตอนท 2 ศกษาประสทธภาพของจกรชารจพลง ตอนท 2.1 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทมผลตอพลงงานจลน

พบวาหากออกแรงในการถบแปนจกรชารจพลงใหอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงมากขน พบวาจะท าใหเกดพลงงานจลนมากขนตามไปดวย เนองจากเมออตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงเพมมากขน จะท าใหจ านวนรอบในการหมนมากขน สงผลใหเกดพลงงานจลนเพมมากขน

ตอนท 2.2 ศกษาอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงทท าใหเกดคาความตางศกยไฟฟาและกระแสไฟฟา พบวาหากออกแรงในการถบแปนจกรชารจพลงใหอตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงมากขน จะท าใหเกดคาความตางศกยและกระแสไฟฟามากขนตามไปดวย เนองจากเมออตราเรวในการหมนของกงลอจกรชารจพลงมากขนจะท าใหจ านวนรอบในการหมนมากขน สงผลใหคาความตางศกยมากขน และท าใหกระแสไฟฟามคามากขน เนองจากคาความตางศกยแปรผนตรงกบกระแสไฟฟา

20 ตอนท 2.3 ศกษาผลของการใชงานจกรชารจพลง พบวาเครองใชไฟฟาเมอใชงานกบไฟจากจกรชารจพลงจะมประสทธภาพในการท างานไมแตกตางกนมากเมอใชกบไฟบาน เพราะคาความตางศกยของไฟจากจกรชารจพลงเปน 215 V สวนคาความตางศกยของไฟบานเปน 220 V และเนองจากกระแสไฟฟาจะไหลจากททมความตางศกยสงไปยงททมคาความตางศกยต า จงท าใหกระแสไฟฟาสามารถไหลเขาไปในเครองใชไฟฟาไดมากกวา และสามารถประหยดคาไฟฟาไดมากกวา

ภาคผนวก

22

23

24

25

26

เอกสารอางอง

รงสรรค ศรสาคร. พลงงานและก าลง .พมพครงท 8 .กรงเทพฯ :นานมบ ค. พ.ศ.2544 .

มงคล พรหมเทศ . งานไฟฟาทวไป. กรงเทพฯ :เอมพนธ. พ.ศ. 2542.

ปญญา ยอดโอวาท . เครองกลไฟฟากระแสสลบ. กรงเทพฯ :ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. พ.ศ. 2547.

ไมตร วรวฒจรรยากล. ทฤษฎวงจรไฟฟา เลม 2. พมพครงท 2. กรงเทพฯ : กราฟคอารต, พ.ศ. 2528.

กระทรวงศกษาธการ. สสวท. คมอการจดการเรยนร กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร กรงเทพฯ : ครสภาลาดพราว, พ.ศ. 2545

สทธชย โภไคยอดม, พรศกด วรสนทโรสถ และโตะมโอะ อวะสะก. วงจรอเลกทรอนกส.

กรงเทพฯ : ครสภาลาดพราว, พ.ศ. 2528.

Bell, David A. Electronic Device & Circuits. Virginia : Reston Publishing Company, Inc., 1980.

Boylestad, Robert L. Electronic Devices and Circuit Theory. New Jersey : Prentice-Hall, Inc., 2002.

Cirovic, Michael M. Basic Electronics. Virginia : Reston Publishing Company, Inc., 1962.