ตอนที่ ๑ ลักษณะของแสง

ผังมโนทัศน์สาระการเรียนรู้

แหล่งกำเนิดแสง
          แหล่งกำเนิดแสงจากธรรมชาติ
                    ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์เป็นแหล่งกำเนิดแสงจากธรรมชาติ นอกจากนี้แหล่งกำเนิดแสงจากธรรมชาติยังเกิดจากสิ่งมีชีวิต เช่น หิ่งห้อย ได้อีกด้วย

          แหล่งกำเนิดแสงที่มนุษย์สร้างขึ้น
                    เช่น คบเพลิง ตะเกียง และเทียนไข แต่แสงที่เกิดจากเหล่านี้ก่อให้เกิดมลพิษ เนื่องจากเกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง
                    จนกระทั่งทอมัส แอลวา เอดิสันประดิษฐ์หลอดไฟฟ้าแบบมีไส้ขึ้น แต่หลอดไฟฟ้าแบบนี้พลังงานไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนมากกว่าแสงสว่าง จึงเกิดหลอดฟลูออเรสเซนต์ขึ้น ที่ไม่ร้อนเหมือนหลอดกลมแบบมีไส้ 

 

            

                    นอกจากนี้หลอดบรรจุแก๊สบางชนิดเมื่อต่อเข้ากับแรงดันไฟฟ้าสูง ๆ ก็จะเปล่งแสงเป็นสีต่าง ๆ ซึ่งเป็นสีอะไรจะขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สที่ใช้บรรจุ เช่น แก๊สนีออนให้สีส้ม ใช้ทำป้ายโฆษณาในตอนกลางคืน

การเดินทางของแสงและการมองเห็น
          ลักษณะการเดินทางของแสง
                    แสงเดินทางเป็นเส้นตรงจากแหล่งกำเนิดในรูปแบบคลื่น ลำแสงขนาดเล็ก ๆ เรียกว่า รังสีของแสง โดยเคลื่อนที่ออกไปได้ทุกทิศทุกทาง และแสงไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ จึงผ่านสุญญากาศได้



                    จากภาพ ระยะทางจากจุดหนึ่งบนคลื่นลูกใดลูกหนึ่งไปยังจุดเดียวกันที่อยู่บนคลื่นลูกถัดไป เรียกว่า ความยาวคลื่น สีต่างกันความยาวคลื่นต่างกัน คลื่นชนิดอื่นมีความยาวคลื่นต่างจากคลื่นแสง จึงทำให้ไม่สามารถมองเห็นคลื่นเหล่านี้ได้

          การมองเห็น
                     วัตถุที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองจะต้องมีแสงจากแหล่งกำเนิดแสงอื่นมาตกกระทบแล้วสะท้อนมาเข้าตาเรา เราจึงจะสามารถมองเห็นวัตถุนั้นได้ โดยแสงควรมีความสว่างเพียงพอจึงจะทำให้เรามองเห็นวัตถุได้ชัดเจน

ตัวกลาง
          สามารถแบ่งตัวกลางที่แสงส่องผ่านออกเป็น ๓ ชนิด ได้แก่
                    ๑. ตัวกลางโปร่งใส คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านไปได้ดี มองเห็นแสงที่ส่องผ่านเข้ามา
                    ๒. ตัวกลางโปร่งแสง คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้บ้าง มองเห็นแสงที่ส่องได้บางส่วน                                    ๓. ตัวกลางทึบแสง คือ ตัวกลางที่ไม่ยอมให้แสงผ่านเลย จะเกิดเงาขึ้น
          การละเล่นพื้นเมือง เช่น การเล่นหนังใหญ่และหนังตะลุง ต้องอาศัยเงาเป็นหลัก นอกจากนี้เรายังใช้อธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติบางอย่างได้ เช่น การเกิดจันทรุปราคา และสุริยุปราคา

ตอนที่ ๒ สมบัติของแสง

ผังมโนทัศน์สาระการเรียนรู้

การหักเหของแสง
          การหักเหของแสงโดยทั่วไป
                    เกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่ต่างกัน ทำให้ความเร็วและทิศทางของแสงเปลี่ยนไปจากเดิม
                    เราใช้เส้นตั้งฉากระหว่างผิวรอยต่อ ณ จุดที่แสงตกกระทบและเกิดการหักเหเป็นเส้นหลักที่ใช้วัดการหักเหของแสง เรียกเส้นนี้ว่า เส้นปกติ
                    การที่แสงจะหักเหเข้าหาหรือเบนออกจากเส้นปกตินั้นขึ้นอยู่กับค่าดัชนีหักเหของตัวกลางทั้งสอง ถ้าเดินทางจากค่าดัชนีหักเหมากกว่าแสงจะเบนออกจากเส้นปกติ แต่ถ้าแสงเดินทางจากค่าดัชนีหักเหน้อยกว่าแสงจะเบนเข้าหาเส้นปกติ
                    ปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวันที่เกี่ยวกับการหักเห เช่น การเห็นปลาที่อยู่ในน้ำตื้นกว่าความเป็นจริง




 

          การหักเหของแสงผ่านเลนส์
                    เลนส์มีความหนาระหว่างตรงกลางกับขอบแตกต่างกัน แบ่งเป็น ๒ ประเภทใหญ่ ๆ คือ เลนส์นูน มีคุณสมบัติรวมแสง และเลนส์เว้า มีคุณสมบัติกระจายแสง
                    เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านเลนส์นูน แนวรังสีของแสงจะหักเหเบนเข้า และเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านเลนส์เว้า แนวรังสีของแสงจะหักเหเบนออก

การสะท้อนของแสง
          เมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวราบและมันเงา จะเกิดการสะท้อนของแสง ถ้าลากเส้นตามแนวรังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติ จะมีมุมเกิดขึ้น ๒ มุม ได้แก่  มุมตกกระทบและมุมสะท้อน
          การสะท้อนของแสงจะเป็นไปตามกฎการสะท้อน ดังนี้
                    ๑. มุมตกกระทบและมุมสะท้อนมีขนาดเท่ากันเสมอ
                    ๒. รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติอยู่ในระนาบเดียวกัน


 

การกระจายของแสง
          แสงอาทิตย์ที่เราเห็นเป็นแสงที่ไม่มีสี เรียกว่า แสงขาว เมื่อแสงขาวเดินทางผ่านปริซึมจะเกิดการกระจายของแสงออกเป็นแสงสีทั้งหมด ๗ แสงสี ได้แก่ แสงสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง เรียกแถบสีนี้ว่า สเปกตรัมของแสงอาทิตย์
          รุ้งเกิดจากละอองน้ำในอากาศตกกระทบกับแสงแดดแล้วเกิดการหักเหของแสง เกิดการสะท้อนของแสงภายในละอองน้ำ แล้วหักเหกลับออกมาสู่ตาเรา รุ้งกินน้ำจะเกิดตรงกันข้ามกับตำแหน่งของดวงอาทิตย์เสมอ
          รุ้งกินน้ำมี ๒ ตัว คือ รุ้งตัวบนซึ่งจะมองเห็นจาง ๆ โดยมีแถบสีม่วงอยู่ด้านบนและแถบสีแดงอยู่ด้านล่าง และรุ้งตัวล่างซึ่งจะมองเห็นชัดเจนโดยมีแถบสีแดงอยู่ด้านบนและแถบสีม่วงอยู่ด้านล่าง


 

ตอนที่ ๓ เซลล์สุริยะ

ผังมโนทัศน์สาระการเรียนรู้

ชนิดและหลักการทำงานของเซลล์สุริยะ
          ชนิดของเซลล์สุริยะ
                    ๑. ที่ทำจากผลึกซิลิคอน เป็นแผ่นแข็งและบางมาก มีอายุการใช้งาน ๒๕ ปี
                    ๒. ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน เป็นฟิล์มบาง ๆ สีม่วงอมน้ำตาล น้ำหนักเบามาก ราคาถูก มีอายุการใช้งาน ๓–๕ ปี นิยมใช้กับนาฬิกา เครื่องคิดเลข และอื่น ๆ
                    ๓. ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่น ๆ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ แคดเมียมเทลเลอไรด์ เป็นเซลล์สุริยะที่มีประสิทธิภาพสูง ทนต่อการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ในอวกาศได้ดี ราคาค่อนข้างแพง มีอายุการใช้งาน ๒๕ ปี เหมาะที่จะใช้ในดาวเทียมและยานอวกาศ

          โครงสร้างและหลักการทำงานของเซลล์สุริยะ
                    โครงสร้างที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำจำพวกซิลิคอน เพราะมีปริมาณมากและราคาถูก โดยนำทรายมาถลุงให้ได้ซิลิคอนและผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ แล้วทำเป็นผลึกของแข็งและตัดเป็นแว่น ๆ จากนั้นนำไปแพร่ซึมสารเจือปนชนิดต่าง ๆ และทำขั้วไฟฟ้าด้านหน้าและด้านหลังด้วยการฉาบไอโลหะภายใต้สูญญากาศ
                    เมื่อแสงตกกระทบเซลล์สุริยะจะเกิดกระแสและแรงดันไฟฟ้าขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าบวกและขั้วไฟฟ้าลบของเซลล์สุริยะ เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้นไฟฟ้าที่ได้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงเช่นเดียวกับแบตเตอรี่และถ่านไฟฉาย ทำให้สามารถใช้ประโยชน์ร่วมกันได้ เซลล์สุริยะใช้เป็นตัวอัดประจุให้แบตเตอรี่หรือถ่านไฟฉายได้ เนื่องจากเซลล์สุริยะผลิตไฟฟ้าได้เมื่อมีแสงอาทิตย์และเก็บสะสมพลังงานไว้ในแบตเตอรี่เพื่อใช้งานเมื่อไม่มีแสงอาทิตย์

          จุดเด่นของเซลล์สุริยะ
                    ๑. ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานที่สะอาดและบริสุทธิ์
                    ๒. ลดปัญหาการสะสมแก๊สต่าง ๆ ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาเรือนกระจก
                    ๓. ใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ทุกพื้นที่บนโลกและได้พลังงานไฟฟ้าโดยตรง
                    ๔. สามารถประกอบได้ตามขนาดที่ต้องการ มีน้ำหนักเบา เคลื่อนย้ายสะดวก
                    ๕. อุปกรณ์ติดอยู่กับที่และไม่มีส่วนใดเคลื่อนไหว การบำรุงรักษาน้อย อายุการใช้งานยาวนาน และประสิทธิภาพคงที่

          จุดด้อยของเซลล์สุริยะ
                    ๑. ถ้าต้องการพลังงานไฟฟ้ามากพื้นที่สำหรับติดตั้งก็มากขึ้นตาม
                    ๒. ปริมาณกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ
                    ๓. มีราคาค่อนข้างแพง
 

ประโยชน์จากเซลล์สุริยะ
          การนำเซลล์สุริยะมาใช้งาน

                    ถ้าต้องการเพิ่มปริมาณกระแสไฟฟ้าให้มากขึ้นจะต้องนำเซลล์สุริยะมาต่อกันแบบขนาน ถ้าต้องการเพิ่มปริมาณแรงดันไฟฟ้าให้นำเซลล์สุริยะมาต่อกันแบบอนุกรม




                    เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์สุริยะจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง จึงใช้ได้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดที่ใช้กับกระแสตรงเท่านั้น ถ้าต้องการใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับจะต้องใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับก่อน อุปกรณ์สำคัญของระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์สุริยะมีดังนี้
          ๑. แผงเซลล์สุริยะ ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า เป็นไฟฟ้ากระแสตรงมีหน่วยเป็นวัตต์
          ๒. เครื่องควบคุมการประจุ ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้า (เครื่องชาร์จไฟ) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์สุริยะให้เข้าสู่แบตเตอรี่ และควบคุมให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่เพื่อยืดอายุการใช้งาน เมื่อประจุจนเต็มแล้วเครื่องจะหยุด และเป็นเครื่องที่ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่
          ๓. แบตเตอรี่ ทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์สุริยะ
          ๔. เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากแผงเซลล์สุริยะจากกระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ
          ๕. ระบบป้องกันฟ้าผ่า ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์เมื่อฟ้าผ่า นิยมใช้ในระบบขนาดใหญ่และมีความสำคัญ และต้องมีระบบสายดินที่มีประสิทธิภาพด้วย
            ไฟฟ้าจากเซลล์สุริยะสามารถใช้สูบน้ำ อัดไฟแบตเตอรี่ประจำหมู่บ้านเพื่อให้แสงสว่าง ดูโทรทัศน์ และฟังวิทยุ ใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าของหน่วยราชการต่าง ๆ และอีกมากมาย


แหล่งที่มาของเนื้อหา : สำนักพิมพ์วัฒนาพานิช www.wpp.co.th