—————

Rubik 7x7 

—————

⭕️ ⭕️ ⭕️

วันนี้ขอผ่อนคลายหลีกไอพิษการเมือง โดยขอเปลี่ยนมาเขียนเรื่องตามใจตัวเองสักวัน เพราะในอนาคตอาจลืม (สูตร) จะได้กลับมาอ่านได้

เรื่องไฟฟ้าและพลังงานก็พลอยผ่อนคลายไปด้วย แต่คนในแวดวงไฟฟ้ารวมทั้งวิศวกรรมแขนงอื่นที่เกี่ยวข้องก็ยังต้องมี “sense” ในเรื่อง logic หรือตรรกะ รวมทั้งคณิตศาสตร์ ที่การคำนวณไม่ใช่แค่สองมิติ แต่เป็นสามมิติ อย่างเช่นอิเล็กตรอนที่วิ่งในสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงที่ได้จากการคูณกันของความเร็วกับสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกัน แต่แรงที่ได้กลับอยู่ในแกนที่สามที่ตั้งฉากกับสองแกนนั้น 

งานทางด้านวิศวกรรมจึงหนีไม่พ้นที่จะต้องเข้าใจในคณิตศาสตร์สามมิติ อาจารย์ผู้สอนก็ต้องหาวิธีหรือเครื่องช่วยในเรื่องคณิตศาสตร์สามมิติเหล่านั้น

ในปี 1974 เออร์โน รูบิก (Ernő Rubik) ศาสตราจารย์ด้านสถาปัตยกรรมและนักประดิษฐ์ชาวฮังการี ได้สร้าง "ลูกบิดรูบิก" (Rubik’s Cube) โดยมีจุดประสงค์ดั้งเดิมคือ เป็นเครื่องมือสาธิตเพื่ออธิบายแนวคิดทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของวัตถุสามมิติ 

ทว่า อีกไม่นานต่อมา รูบิกก็กลับบูมไปทั่วโลก แม้ในปัจจุบัน รูบิกยังคงได้รับความนิยมในวงการการศึกษา คณิตศาสตร์ รวมทั้งการแก้ปัญหา และนอกจากเวอร์ชั่นมาตรฐาน 3x3 แล้ว ยังมีเวอร์ชั่นที่หลากหลาย เช่น 2x2, 4x4, 5x5, ฯลฯ (เขียนสั้นแค่นี้คงเป็นที่เข้าใจกัน ไม่ต้องเขียนยาวเป็น 2x2x2, 3x3x3, …)

ผมเคยตามกระแสรูบิก 3x3 และทิ้งช่วงมานาน จนหลานมาให้แก้รูบิก 4x4 จึงเริ่มคึกคักใหม่ แถมตามไปหาซื้อ 5x5 และ 6x6 มาลองแก้ จนล่าสุดเพิ่งได้ 7x7 มาเมื่อไม่นานนี้เอง

การที่ดีกรีความยากค่อย ๆ เพิ่มขึ้น ทำให้เข้าใจหลักการอย่างเป็นขั้นเป็นตอน ดังนี้คือ

2x2 จะมีแต่ลูกมุม (สามสี) 8 ลูก บนสี่ ล่างสี่ ประกอบกันเป็นลูกบาศก์ แค่พยายามหมุนให้ด้านที่อยู่ติดสีเหมือนกันเป็นใช้ได้ สี่ลูกที่เป็นฐานนั้นไม่ยาก แต่สี่ลูกบนต้องใช้สูตรเพื่อย้ายมุม (U R U’ L’ U R’ U L) และพลิกมุม (R U R’ U R U2 R’ U2)

หมุนด้านบน U คือ ตามเข็มนาฬิกา U’ คือ ทวนเข็มนาฬิกา

หมุนด้านซ้าย L คือ ตามเข็มนาฬิกา L’ คือ ทวนเข็มนาฬิกา

หมุนด้านขวา R คือ ตามเข็มนาฬิกา R’ คือ ทวนเข็มนาฬิกา

U2 คือ หมุนด้านบนตามเข็มนาฬิกา 2 ครั้ง 

เมื่อทำเสร็จแล้วจะได้ลูกรูบิกสีเหมือนกันทั้ง 6 ด้าน ซึ่งสีที่นิยมจนเหมือนเป็นมาตรฐานในปัจจุบันคือ

บน (U) เหลือง

ล่าง (D) ขาว

ซ้าย (L) ส้ม

ขวา (R) แดง

หน้า (F) ฟ้า

หลัง (B) เขียว

3x3 มีข้อดีคือ จะมีลูกด้านอยู่กลาง (สีเดียว) ที่ไม่ย้ายไปไหน ช่วยทำให้รู้ว่าเป็นสีอะไร นอกจากนั้น ยังมีลูกมุม (สามสี) 8 ลูก แล้วยังมีลูกขอบ (สองสี) 12 ลูก สูตรการย้ายลูกขอบ (ที่แจกกันทั่วไปรวมทั้งที่แถมมาในกล่องเมื่อซื้อ) นั้น ลูกอื่น ๆ จะขยับไปด้วย หลายสิบปีมาแล้วผมได้สูตรจากวิศวกรรุ่นน้อง ที่มาทำงานกับผมเพียงเดือนเดียว เป็นสูตรที่มีประโยชน์มาก เพราะเปลี่ยนแค่สามลูก โดยลูกอื่นไม่ขยับเลย สูตรนี้ (U R U’ C U R’ U’ C’) ไม่เคยเจอที่ไหน แม้ในเน็ตก็ไม่มี 

C คือ ดันแถวกลางขึ้นไป C’ คือ ดึงแถวกลางลงมา 

การแก้ปัญหา รูบิก 3x3 โดยทั่วไปจะใช้วิธีทำทีละชั้น โดยทำชั้นล่าง ซึ่งไม่ต้องใช้สูตร แล้วทำชั้นที่สองซึ่งต้องอาศัยสูตรการย้ายลูกขอบ แล้วจึงทำชั้นที่สาม ซึ่งมีทั้งการทำกากบาท (R’ U’ F’ U F R) และการย้ายมุมกับพลิกมุมเหมือน 2x2 และจบด้วยการย้ายขอบ (L’ U L’ U’ L’ U’ L’ U L U L2)

หมุนด้านหน้า F คือ ตามเข็มนาฬิกา F’ คือ ทวนเข็มนาฬิกา

L2 คือ หมุนด้านซ้าย 2 ครั้ง

อีกวิธีหนึ่งจะจัดการมุมทั้ง 8 ให้เรียบร้อยด้วยวิธีเดียวกับ 2x2 แล้วจึงย้ายขอบทั้ง 12 ให้เข้าที่ ซึ่งเข้าท่ามาก ถ้ารู้วิธีย้ายขอบโดยมุมไม่เปลี่ยน

4x4 สีตรงกลางหายไป เหมือนกับ 2x2 แต่ที่เพิ่มขึ้นมาคือมีลูกด้าน (สีเดียว) เพิ่มขึ้นมาอีกด้านละสี่ จึงต้องมีวิธีจัดการย้ายลูกด้านตรงนี้ให้กลายเป็นสีเดียวกันเสียก่อน เพื่อให้เหมือนด้านตรงกลางของ 3x3 

การจัดการสีเดียวตรงกลางนี้ ไม่เท่าไหร่ ไม่ต้องรู้สูตรก็พอจะทำได้ ขั้นแรกก็ทำสีตรงข้ามก่อน เช่นขาวกับเหลือง แล้วค่อยไล่สีที่เหลืออีกสี่สีไปได้เรื่อย ๆ จนครบ 6 ด้าน 

แต่สิ่งที่วุ่นวายหน่อยของ 4x4 ก็คือลูกขอบ (สองสี) เพราะลูกรูบิกที่เกิน 3x3 คือตั้งแต่ 4x4 เป็นต้นไป จะเจอกับสิ่งที่เรียกว่า "การจับคู่" (parity) เพราะโดยธรรมชาติของการย้ายขอบ จะต้องมีการย้าย 3 ตำแหน่งเสมอ เมื่อไหร่ก็ตามที่เหลือแค่สองตำแหน่งสุดท้าย สูตรธรรมดาจะแก้ไม่ได้ ส่วน 3x3 ไม่เกิดปัญหา parity เพราะขอบมีลูกเดียว ไม่ต้องไปจ้บคู่กับใคร แต่ 4x4 (และมากกว่า) จะมีปัญหานี้ เนื่องจากลูกขอบสองสีเหมือนกันเปี๊ยบจะมีสองลูก ซึ่งอาจจะสลับที่ซ้ายขวากันได้โดยที่เราไม่รู้

หลักการแก้รูบิก 4x4 โดยทั่วไปหลังจากที่ทำลูกด้าน (สีเดียว) ครบ 6 ด้าน แล้ว จะจับคู่ลูกขอบ ให้ครบทั้ง 12 คู่ ให้กลายเป็น 3x3 แล้วจึงแก้แบบ 3x3 ตามปกติ ถ้าเสร็จก็โชคดีไป แต่ถ้าไม่เสร็จ มีอยู่คู่หนึ่งที่สลับที่ซ้ายขวากันอยู่ ก็ต้องแก้ parity (r2 B2 U2 l U2 r’ U2 r U2 F2 r F2 l’ B2 r2)

ด้านขวา วงใน r คือหมุนตามเข็มนาฬิกา r’ คือหมุนทวนเข็มนาฬิกา

ด้านซ้าย วงใน l คือหมุนตามเข็มนาฬิกา l’ คือหมุนทวนเข็มนาฬิกา

ด้านบน U

ด้านหลัง B

ด้านหน้า F 

5x5 ลูกด้าน (สีเดียว) จะเพิ่มเป็นด้านละ 9 (3x3) โดยลูกกลางจะหมุนตรึงอยู่กับที่เหมือน รูบิก 3x3 หลักการทำลูกด้านให้เหมือนกันคือ จับเข้าแถวทีละสามแล้วค่อยเสียบเข้าที่ทีละแถว ทำสีตรงข้ามก่อนเช่นขาวกับเหลือง แล้วค่อยทำสี่สีที่เหลือ เหมือน 4x4

จากนั้นก็ย้ายขอบ วิธีเดียวกับ 4x4 จนครบ 12 ขอบ ซึ่งอาจจะเจอ parity ที่จะต้องแก้ให้เห็นในขั้นตอนนี้เลยโดยยังไม่ทันทำ 3x3 ในขั้นตอนสุดท้ายเนื่องจากสีของลูกขอบตรงกลางเป็นตัวล้อกอยู่ จากนั้นค่อยทำแบบเดียวกับ 3x3 ในขั้นตอนสุดท้าย

6x6 ทำวิธีเดียวกับ 5x5 การย้ายลูกด้าน (สีเดียว) จะยากขึ้นนิดหน่อย โดยเฉพาะด้านคู่สุดท้าย ให้พยายามแลกสีที่มีมากเข้าไว้

สิ่งที่พิเศษสำหรับ 6x6 ก็คือ มีลูกเดียวเหมือนมี 5 ลูก คือเป็นได้ทั้ง 2x2 (บิดทีละ 3 แถว) 3x3 (บิดทีละ 2 แถว) 4x4 (บิด 2 แถวใน หรือบิด 2 แถวริม) 5x5 (บิด 2 แถวใน) และ 6x6 ที่บิดตามปกติ 

7x7 การทำด้าน (สีเดียว) โดยเฉพาะสีคู่สุดท้าย จะเริ่มเยอะจนงง จนมาค้นพบทริกในการจับคู่แลกสี (r U’ l’ U r’ U’ l) คราวนี้เลยง่าย เสร็จแล้วจะทำลูกขอบให้เสร็จแล้วต่อด้วย 3x3 เหมือนอย่างที่กล่าวมา ก็ได้อีกเช่นกัน

แต่ผมมีวิธีใหม่ ไม่ได้จบด้วยวิธี 3x3 เหมือนอย่างที่กล่าวมาข้างต้นนั้น ซึ่งเป็นวิธีที่แนะนำกันในเน็ต ทุกค่ายทุกคลิป เหมือนกันหมด เพราะเขาไม่มีวิธีย้ายลูกข้างแบบไม่ให้มุมเปลี่ยนอย่างที่ผมใช้

ผมทำอย่างนี้ครับ …

เมื่อทำด้านครบแล้ว ผมจะไม่ทำขอบทันทีอย่างที่เขาทำกัน เพราะมันจะจบลงด้วยวิธี 3x3

แต่ผมจะทำมุมก่อน แล้วผมจะทำด้านที่อยู่ตรงข้าม ที่ดูง่ายคือขาวกับเหลือง เพราะเป็นสีสว่าง สังเกตง่าย และอยู่ตรงข้ามกัน คือให้สีขาวและเหลืองอยู่ซ้ายกับขวา แล้วย้ายสีขาวและเหลืองจากตรงกลางเข้าที่ซ้ายขวาให้หมด

เมื่อทำเหลืองและขาวเสร็จแล้วก็กลับตั้งขึ้น ด้านไหนก็ได้ คราวนี้จะย้ายสีที่ยังไม่เข้าที่ที่อยู่ด้านข้างได้อย่างสบาย คือวิ่งขึ้นแล้วลงเข้าที่ สุดท้ายแล้วอาจจะเหลือแก้ parity แบบจับคู่ที่อยู่ตรงข้ามกัน (r U2 r U2 F2 r F2 l’ U2 l U2 r2) อีกนิดหน่อยเป็นเสร็จ ไม่ต้องทำ 3x3 … ลองดูได้

การใช้สูตร แรก ๆ อาจจะดูงง แต่ทำบ่อย ๆ จะจำได้เอง

มีคำแนะนำสำหรับการป้องกันการเป็นอัลไซเมอร์คือ ควรลับสมองทุกวัน เช่น การแก้ปัญหารูบิกนี่แหละครับ 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-06-29 

————————

Superconductor 

————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

เห็นชื่อเรื่อง คำถามที่ผุดขึ้นมาในใจทันที … superconductor คืออะไร

คำตอบอย่างสั้นคือ superconductor เป็นวัสดุที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้โดยความต้านทานไฟฟ้าหายไป (conduct electricity with zero resistance) เมื่อถูกทำให้เย็นต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต (critical temperature) และสนามแม่เหล็กจะถูกผลักออก 

ในโลหะตัวนำธรรมดาจะมีความต้านทานไฟฟ้าลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง แต่ก็ยังคงมีความต้านทานอยู่ 

หมายความว่า กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน superconductor ได้โดยไม่สูญเสียพลังงานเลย ในขณะที่ conductor ธรรมดา เช่น ทองแดง หรือ อลูมิเนียม จะสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน 

คุณสมบัติหลักของ superconductor คือ:

•ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์: เมื่อกระแสไฟฟ้าเริ่มไหล มันจะไหลไม่หยุดโดยไม่สูญเสียพลังงานเลย

•การขับไล่สนามแม่เหล็ก (Meissner Effect): มันจะผลักสนามแม่เหล็กออกไปจากตัว ทำให้เห็นลักษณะเด่นที่น่าทึ่งที่มักจะเอามาโชว์บ่อย ๆ นั่นคือการทำให้มันลอยได้ในสนามแม่เหล็ก (magnetic levitation)

•มีอุณหภูมิวิกฤต (critical temperature): superconductor ทุกตัวจะมีอุณหภูมิวิกฤต ถ้ามันมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดนี้ก็จะแสดงคุณสมบัติของการเป็น superconductor ดังนั้นจึงต้องมีการทำให้เย็นจัดด้วยฮีเลียมเหลวหรือไนโตรเจนเหลว

Superconductor มีสองชนิดคือ Type I และ Type II 

Type I: เป็นโลหะบริสุทธิ์ เช่น ตะกั่ว หรือ ปรอท ดูว่าหามาง่าย แต่ใช้งานไม่ค่อยได้ จุดวิกฤตต่ำเกินไป

Type II: เป็นสารประกอบที่ซับซ้อนขึ้นมาหน่อย เช่น YBCO (yttrium barium copper oxide) ซึ่งมีการนำมาใช้งานได้จริง อย่างเช่นในเครื่อง MRI และรถไฟ maglev 

การใช้งานมีหลากหลายเช่น :

เครื่องสแกนร่างกาย MRI 

รถไฟ maglev

ควันตัมคอมพิวเตอร์ 

เครื่องเร่งอนุภาค (particle accelerator)

สายส่งไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง (ยังอยู่ในขั้นทดลอง)

เราคงเคยเห็นม้าหมุนสำหรับเด็กเล่นที่สวนสนุก หรือตามงานออกร้านเช่นงานกาชาดหรืองานวัด จะต้องมีมอเตอร์ขับให้มันหมุนไป หยุดมอเตอร์ก็ค่อย ๆ หยุดหมุน เพราะมีความฝืด อันเป็นความต้านทานการหมุน ถ้าไม่มีความต้านทานเลยก็จะหมุนไปตลอด 

Superconductor ก็เช่นกัน ถ้าปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปแล้วหยุดปล่อย กระแสที่ปล่อยเข้าไปแล้วนั้นก็จะวิ่งวนต่อไปเรื่อย ๆ เพราะไม่มีความต้านทาน เหมือนกับที่ใช้ในเครื่อง MRI ในการสร้างสนามแม่เหล็ก จากการทดลอง ถ้าไม่มีอะไรเข้าไปรบกวน กระแสไฟฟ้ามันจะวิ่งอยู่อย่างนั้นได้เป็นปี ๆ คำนวณจากการทดลองชี้ให้เห็นว่า อายุขัยของกระแสไฟฟ้าที่ไร้ความต้านทานนี้อาจจะยืนยาว (lifetime) อย่างน้อย 100,000 ปี จากการประเมินทางทฤษฎีอายุขัยของกระแสไฟฟ้าอาจจะเกินอายุขัยของจักรวาลเสียอีกโดยขึ้นอยู่กับสายไฟและอุณหภูมิ ส่วนของจริงที่ทำกันมาแล้วคือ กระแสที่ใส่เข้าไปใน superconductor แล้วหยุดแหล่งจ่ายไฟปล่อยให้กระแสไฟไหลเองต่อไปเรื่อย ๆ วิ่งวนอยู่ในขดลวด superconductor ในเครื่องวัดแรงโน้มถ่วง (gravimeter) ที่เบลเยี่ยม ตั้งแต่วันที่ 4 สิงหาคม 1995 จนถึงวันที่ 31 มีนาคม 2024 อุปกรณ์นี้ใช้วัดการลอยตัวนิ่งอยู่ในอากาศ (levitation) ของธาตุนิโอเบียมสภาวะตัวนำยิ่งยวด (superconducting niobium) ที่เป็นรูปทรงกลมหนักสี่กรัม

นับว่ายาวนานมากจริง ๆ เพราะใช้เวลาถึง 28 ปี 7 เดือน 27 วัน !

วัชระ นูมหันต์ 

2025-06-15 

———-————

ชาร์จแบต 80%

———-————

⭕️ ⭕️ ⭕️

เมื่อไม่นานมานี้ผมได้เปลี่ยนแบตมือถือใหม่หลังจากพยายามทนใช้มานานควบคู่ไปกับการใช้ power bank พ่วงติดกันตลอดเวลา เนื่องจากมัน drain ไวมาก จากการเสื่อมสภาพหลังจากที่ใช้งานมานาน ผมจึงให้ความสนใจกับแบตชาร์จมากขึ้นว่า ทำอย่างไรจึงจะใช้งานได้ยาวนานโดยไม่เสื่อมสภาพเร็วนัก

เรื่องนี้ แทบทุกสำนักให้ข้อมูลตรงกันว่า สำคัญที่สุด “อย่าใช้ให้หมด” สำคัญรองลงไปคือ “อย่าชาร์จให้เต็ม” และเหมาะที่สุดคือ ชาร์จแค่ 80% 

เรื่องอย่าชาร์จให้เต็มนี่ พอจะเข้าใจได้ว่าเป็นเพราะ stress หรือความเครียดในแบตจะมากขึ้นเมื่อแรงดันสูงขึ้นจากการพยายามชาร์จเพิ่มเข้าไป ซึ่งก็เป็นเรื่องที่ค้านกับความเชื่อในอดีตที่พยายามจะชาร์จให้เต็มมากที่สุด ถึงขนาดมีโปรแกรมการชาร์จอัดเติมเข้าไปอีกทีละนิด (trickle charge) แม้แบตจะเต็ม 100% แล้ว

ในรถอีวี ไอแพดบางเครื่อง และไอโฟนบางตัว มีโปรแกรมควบคุมการชาร์จ หรือ BMS (Battery Management Systems) ที่หลายคนอาจรู้แล้วว่า มีการชาร์จสามอย่าง สามระยะ คือ

ระยะที่หนึ่ง เริ่มต้นด้วยการชาร์จเต็มเหนี่ยวด้วยกระแสสูงสุดคงที่ (constant charge) แรงดันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนแบตเกือบเต็ม

ระยะที่สอง ชาร์จเติมให้เต็ม (Top-up charge) กระแสจะค่อย ๆ ลดลง แรงดันเหมือนจะคงที่ แต่ที่จริงมันจะค่อย ๆ เพิ่มขึ้นช้า ๆ จนเต็ม

ระยะที่สาม เติมทีละนิดเหมือนน้ำหยด ไม่ให้พร่อง (Trickle charge) ระยะนี้จะมีการเติมบ้างด้วยกระแสที่น้อยมาก เพียงเพื่อชดเชยกับการที่แรงดันจะค่อย ๆ ลดลงไปเองแม้ไม่ได้ใช้ (self discharge) เพื่อรักษาให้แบตเต็มอยู่ตลอดเวลา

แต่การ “อย่าใช้ให้หมด” นี่ทำเอางงเหมือนกัน ว่ามันจะทำให้แบตเสื่อมได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งคนที่คุ้นชินกับการชาร์จแบตโบราณทำด้วยนิเกิลแคดเมียมซึ่งมี memory effect ที่ต้องพยายามใช้ให้เกลี้ยงก่อนชาร์จใหม่ มิฉะนั้นมันจะจำว่า นี่คือตำแหน่งที่แบตหมดแล้ว

กลายเป็นว่าแบตลิเทียมไอออนห้ามใช้จนหมด หนักเข้าไปอีก เหมือนกับมีของแต่ห้ามใช้ เก็บไว้เป็น “last resource” 

เหตุผลก็คือ แบตลิเทียมไอออนมีแรงดันทำงานอยู่ที่ 3.7 โวลต์ ถ้าปล่อยให้แบตลดต่ำกว่า 2.5 โวลต์ จะเกิด deep discharge ซึ่งทำให้โครงสร้างเคมีภายในเสียหายแบบถาวร 

ตัวแปรอีกอย่างหนึ่งที่มีผลต่อแบตอย่างมากก็คือ อุณหภูมิ ถ้ามีกระแสไหลผ่าน ไม่ว่าชาร์จหรือใช้ ย่อมเกิดความร้อนขึ้นทั้งนั้น ซึ่งจะมีผลต่ออายุการใช้งานของแบต

ในรถอีวีอาจมีระบบหล่อเย็นมาช่วย แต่ในมือถือไม่มี ต้องอาศัยการระบายความร้อนออกสู่บรรยากาศเท่านั้น อากาศที่ถ่ายเทได้ดีจึงช่วยได้

รถอีวีจึง “ใช้นาน ชาร์จนาน” ได้ แต่มือถือควร “ใช้บ่อย ชาร์จบ่อย” จะดีกว่า

สูตรสำเร็จ (rule of thumb) ของการใช้แบตสำหรับรถอีวีจึงให้อยู่ในช่วง 20~80% และมือถือหรือไอแพด 40~80%

แต่มีฝรั่งที่เคยทำงานในการออกแบบผลิตมือถือ ออกมาให้ข้อมูลย้อนเกล็ดว่า “ชาร์จเต็มไปเลย ที่เห็นเต็มร้อยนั้นมันไม่เต็มจริง ยังเติมได้อีก เพราะการสร้างเขาเผื่อมาแล้วกันไม่ให้ overcharge” ก็ไม่รู้ว่าจริงหรือไม่ เพราะไม่มีการยืนยัน

แต่ถึงอย่างไร การชาร์จ 80% อย่างที่แนะนำกันก็ไม่เสียหาย สมมุติว่าโรงงานผลิตมาให้แสดงค่า 100% เมื่อของจริงแค่ 80% แล้วเราชาร์จไปแค่ 80% นั่นคือของจริง 64% … ก็ได้เหมือนกัน เหมือนกับแบตชาร์จต่าง ๆ ที่ผลิตมาขายเขาจะชาร์จมาจากโรงงานเพื่อให้พร้อมใช้ที่ 60% เพราะการชาร์จทิ้งไว้ที่ระดับนี้สามารถเก็บไว้รอขายได้นานหลายเดือน

แต่เราใช้มือถือทุกวันไม่ใช่เก็บนานเป็นเดือนโดยไม่ใช้ การจะรักษาระดับแรงดันของแบตสูงไปหน่อยจะได้ใช้งานได้มากขึ้น เอาไว้ที่ 80% ก็น่าจะโอเค

การใช้และชาร์จอย่างไรเพื่อรักษาให้แบตอยู่ที่ 80% นี่ก็เป็นปัญหาเล็ก ๆ น้อย ๆ สำหรับคนช่างคิดประเภทเรื่องมากอีก คือ จะชาร์จขึ้นไปถึง 90% แล้วใช้ให้ลงมาเหลือ 80% หรือ ใช้ไปให้แบตเหลือ 70% แล้วค่อยชาร์จกลับขึ้นไปที่ 80% อย่างไหนดีกว่ากัน 

เรื่องเล็กน้อยอย่างนี้ไม่มีใครสนใจ แต่ก็ยังอุตส่าห์มีคำตอบจากกูรูเรื่องแบตให้จนได้

ทั้งสองกรณีที่ยกตัวอย่างมาดังกล่าว ใช้แบตไป 10% ของรอบการใช้หนึ่งรอบ (full cycle) เหมือนกัน แต่ต่างกันตรง “ความเครียด” ของแบต (stress) กล่าวคือ การชาร์จขึ้นไปถึง 90% แล้วใช้งานให้แบตกลับลงมาที่ 80% แรงดันจะมากกว่า แบตจะเครียดมากกว่า เมื่อเทียบกับการใช้ลงมาเหลือ 70% แล้วชาร์จกลับขึ้นไปที่ 80% ซึ่งแบตจะเครียดน้อยกว่าและมีอายุการใช้งานที่ยืนยาวกว่า

คิดมากจัง

อย่างไรก็ตาม การที่ไม่ต้องผูกติดกับ power bank ตลอดเวลาพร้อมสายชาร์จพะรุงพะรัง เหมือนคนไข้ติดเตียง เพราะแบตใช้ได้นานไม่เสื่อมเร็วเช่นเดียวกับตอนที่ใช้มือถือใหม่ ๆ คุณภาพชีวิตย่อมดีกว่ากันมากทีเดียว เหมือนกับได้หายจากป่วยไข้ ได้ออกจากห้องไอซียูมาแล้ว ยังไงยังงั้นเลยละครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2025-06-08 

———————————————

สิบเทคโนโลยีเปลี่ยนโลก 2025

———————————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ทุก ๆ ปี สถาบัน MIT (Massachusetts Institute of Technology) สหรัฐอเมริกา จะคัดเลือกสิบเทคโนโลยีเปลี่ยนโลกมาให้เราได้รับรู้กัน สำหรับปีนี้ 10 breaktrough technologies ปี 2025 เทคโนโลยีที่กำลังเกิดขึ้นมีความก้าวหน้าอย่างมากในหลายด้าน ทั้งด้านปัญญาประดิษฐ์ (AI), การสื่อสาร, พลังงานสะอาด, การแพทย์ และการเดินทางอวกาศ นี่คือ 10 เทคโนโลยีที่น่าจับตามองในปีนี้:

1. กล้องดิจิทัลถ่ายภาพดาวที่ใหญ่ที่สุดในโลก

สถานที่นี้ชื่อว่า “Vera C. Rubin Observatory” ตั้งอยู่บนที่สูง 2,682 เมตร แถบ Cerro Pachón ประเทศชิลี เพื่อให้มีทัศนวิสัยในการดูดาวที่ดีที่สุด คืออยู่เหนือความชื้นในบรรยากาศ ฟ้าใสกระจ่าง และมืดไม่มีแสงรบกวน

กล้องมีขนาด 3.2 กิกะพิกเซล เส้นผ่านศูนย์กลางกล้อง 8.4 เมตร เป็นกล้องดูดาวแบบกระจกสะท้อน (reflecting telescope)

2. ปัญญาประดิษฐ์ที่สามารถตัดสินใจได้ด้วยตนเอง (Generative AI) 

AI ที่สามารถวิเคราะห์ข้อมูลและตัดสินใจได้โดยไม่ต้องพึ่งพามนุษย์ เช่น การวิเคราะห์ข้อมูลการลงทุนหรือการค้นคว้ายา คาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

เป็น AI ต่างจาก AI แบบเดิมที่ต้องพึ่งพาคำสั่งจากมนุษย์ในทุกขั้นตอน เพราะสามารถ "คิด" และ "ลงมือทำ" ได้เอง เช่น:

• AI ที่จัดตารางนัดหมายอัตโนมัติ โดยคำนึงถึงเวลาว่างของทุกฝ่าย

• AI สำหรับการวิจัยยาใหม่ ที่ค้นคว้า วิเคราะห์ข้อมูล และเสนอสูตรยาที่มีศักยภาพ

• AI นักพัฒนาซอฟต์แวร์ ที่สามารถรับคำอธิบายงานแล้วสร้างโค้ดและดีบั๊กได้ด้วยตนเอง 

นี่คือก้าวถัดไปของ AI ที่ใกล้เคียงกับ "ผู้ช่วยอัจฉริยะอิสระ" ซึ่งอาจทำงานร่วมกับมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในอนาคต

3. Small Language Model (SLM) คือโมเดลประมวลผลภาษาธรรมชาติที่มีขนาดเล็กกว่าภาษาโมเดลขนาดใหญ่ (Large Language Model - LLM) อย่างเช่น GPT-3, GPT-4 ของ OpenAI หรือ PaLM ของ Google เป็นต้น โดยทั่วไป SLM จะมีพารามิเตอร์น้อยกว่ามาก เช่น:

SLM อาจมีพารามิเตอร์ในระดับล้านถึงหลายร้อยล้าน

LLM มักมีพารามิเตอร์ในระดับพันล้านถึงแสนล้าน

คุณสมบัติของ Small Language Model คือ ขนาดเล็กกว่า ใช้ทรัพยากรในการประมวลผลและจัดเก็บน้อยกว่า สามารถรันได้บนอุปกรณ์ที่มีข้อจำกัด เช่น โทรศัพท์มือถือ ความเร็วในการทำงานสูงกว่า เหมาะกับการใช้งานเรียลไทม์ หรือการประมวลผลที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูงมาก การฝึกใช้โมเดลเพื่อนำมาใช้งานได้ง่ายกว่า ใช้เวลาน้อยและต้นทุนน้อยกว่า

แต่มีข้อจำกัดคือ ความสามารถในการเข้าใจภาษาธรรมชาติและการให้คำตอบอาจด้อยกว่า LLM รวมทั้งอาจจำกัดในเรื่องความแม่นยำ ความลึกของบริบท หรือความสามารถในการให้เหตุผล

4. Cattle burping remedies หมายถึง วิธีหรือแนวทางในการลดหรือควบคุมการเรอของวัว ซึ่งเป็นกระบวนการที่ปล่อยก๊าซมีเทน (methane) ออกมา ซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ทำไมต้องแก้ปัญหาวัวเรอ?

วัวเป็นสัตว์เคี้ยวเอื้อง มีการหมักอาหารในกระเพาะ ซึ่งกระบวนการนี้จะสร้างก๊าซมีเทนออกมาจากจุลินทรีย์ในระบบย่อยอาหาร และวัวจะขับก๊าซนี้ออกมาทางการเรอมากกว่าทางการผายลม การเรอนี้เป็นแหล่งใหญ่ของก๊าซเรือนกระจกจากปศุสัตว์

ตัวอย่างวิธีลดการเรอของวัว (Cattle burping remedies):

• การเปลี่ยนสูตรอาหาร

   - ใส่ สารเติมแต่งอาหาร เช่น 3-NOP (3-nitrooxypropanol) ซึ่งลดการสร้างมีเทนในกระเพาะ

   - ใช้พืชหรืออาหารหมักที่ย่อยง่าย เช่น หญ้าเลี้ยงสัตว์ที่มีคุณภาพสูง หรือธัญพืชมากกว่าหญ้าแห้ง

• การใช้สาหร่ายทะเลสีแดง (Asparagopsis taxiformis)

มีสารประกอบที่ยับยั้งการสร้างมีเทนในกระบวนการหมักในกระเพาะวัว โดยการใส่ในปริมาณน้อยสามารถลดการเรอมีเทนได้ถึง 80%

• การพัฒนาพันธุ์วัว

คัดเลือกพันธุ์วัวที่มีประสิทธิภาพในการย่อยอาหารสูง และผลิตมีเทนน้อย

• การใช้โปรไบโอติกหรือจุลินทรีย์ที่ดี

ช่วยเปลี่ยนแปลงสมดุลของจุลินทรีย์ในกระเพาะวัวเพื่อลดการสร้างมีเทน

• ระบบจัดการปศุสัตว์ที่ดีขึ้น

เช่น การให้อาหารอย่างสม่ำเสมอ ลดความเครียดของสัตว์ และจัดการสุขภาพโดยรวม

5. รถแท็กซี่ไร้คนขับ (Robotaxis)

มีการเปิดตัวบริการรถแท็กซี่ไร้คนขับมากกว่าสิบสองเมืองทั่วโลก เช่น ดูไบ และ เซี่ยงไฮ้ จะช่วยลดการจราจรและอุบัติเหตุ 

6. เชื้อเพลิงอากาศยานที่เป็นพลังงานสะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (cleaner jet fuel)

การพัฒนาเชื้อเพลิงอากาศยานที่ผลิตจากวัสดุรีไซเคิลและพลังงานสะอาด เช่น ไฮโดรเจน จะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการเดินทางโดยทางอากาศ 

7. หุ่นยนต์เรียนรู้เร็ว (fast-learning robot) 

หุ่นยนต์ที่สามารถเรียนรู้และปรับตัวได้อย่างรวดเร็ว เช่น การสังเกตและเลียนแบบมนุษย์ จะมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่าง ๆ 

8. ยาฉีดป้องกัน HIV ระยะยาว

การพัฒนายาฉีดที่สามารถป้องกัน HIV ได้ยาวนานถึง 6 เดือน จะช่วยลดความเสี่ยงและความยุ่งยากในการรักษาโรคเอดส์ 

9. การผลิตเหล็กสีเขียว (green steel) 

หมายถึงกระบวนการผลิตเหล็กที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย การผลิตเหล็กโดยใช้ไฮโดรเจนแทนถ่านหิน จะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอุตสาหกรรมเหล็ก 

อุตสาหกรรมถลุงเหล็กในปัจจุบันเป็นหนึ่งในแหล่งปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) สู่บรรยากาศปริมาณมาก เปรียบเทียบให้เห็นภาพว่า มากกว่า CO2 ที่ปล่อยออกมาในประเทศอินเดียทั้งประเทศรวมกันเสียอีก (อินเดียเป็นประเทศที่ปล่อย CO2 มากเป็นอันดับสาม) 

บริษัท Stegra ได้สร้างโรงงานถลุงเหล็กที่ไม่กระทบสิ่งแวดล้อมเป็นโรงแรก (the first industrial green-steel plant) ซึ่งใช้ไฮโดรเจนผลิตจากพลังงานหมุนเวียน (renewable power) บริเวณตอนเหนือของประเทศสวีเดน โดยจะเริ่มการผลิตในปีหน้า 

10. การบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิด (stem-cell therapy) 

การใช้เซลล์ต้นกำเนิดในการรักษาโรคต่าง ๆ เช่น โรคพาร์กินสัน ลมชัก และเบาหวานชนิดที่ 1 จะเป็นการเปลี่ยนแปลงวิธีการรักษาในอนาคต

เทคโนโลยีเหล่านี้ไม่เพียงแต่จะเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานและการใช้ชีวิตของเรา แต่ยังมีศักยภาพในการแก้ไขปัญหาสำคัญของโลก เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการเข้าถึงการรักษาพยาบาลที่มีประสิทธิภาพ 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-06-01 

———-————

Turbine Follow

———-————

⭕️ ⭕️ ⭕️

เราคงเคยได้ยินชื่อการควบคุมโรงไฟฟ้าในสภาวะปกติมาบ้างแล้ว ที่เรียกกันสั้น ๆ ว่า “boiler follow” ที่ turbine นำหน้าไปก่อนในการเพิ่มหรือลดกำลังผลิตไฟฟ้า แล้วปล่อยให้ boiler คอยควบคุมการต้มน้ำเพื่อปรับแรงดันไอน้ำตามไปโดยอัตโนมัติ 

แต่ในสภาวะผิดปกติหรือฉุกเฉิน การควบคุมที่นิยมและเหมาะกับสถานะการณ์คือ การควบคุมแบบ “turbine follow” ที่จัดการควบคุม boiler โดยพนักงานเดินเครื่องตัดระบบอัตโนมัติออก ปล่อยให้ turbine ควบคุมการเปิดปิดวาล์วไอน้ำโดยอัตโนมัติเพื่อควบคุมแรงดันไอน้ำ จะได้ไฟฟ้า (MW) มากเท่าไหร่อย่าเพิ่งไปสนใจมาก ต้องคุมโรงไฟฟ้าให้นิ่งก่อน 

ตัวควบคุมโรงไฟฟ้า (master control) มีสองตัวหลักคือ boiler master กับ turbine master 

การควบคุมอัตโนมัติ (auto) จะมีตัวเลือกให้สลัดหลุดเป็นการควบคุมด้วยคน (manual) ได้เสมอ โดยให้ความสำคัญ (priority) สูงกว่า auto เนื่องจากการปรับจูนระบบควบคุมให้ดีไม่สามารถจะรับได้ทุกสถานการณ์ ส่วนใหญ่จึงจูนไว้ให้ดีในสภาพเดินเครื่องปกติ ถ้าเครื่องวูบวาบ ก็อยู่ที่ฝีมือพนักงานเดินเครื่องว่าจะเอาอยู่ไหม 

การควบคุมโรงไฟฟ้าจึงมีสี่อย่างหลักคือ 

•Base mode (boiler manual + turbine manual)

•Boiler Follow (boiler auto + turbine manual)

•Turbine Follow (boiler manual + turbine auto)

•coordinate mode (boiler auto + turbine auto)

การสร้างระบบควบคุมอัตโนมัติ ก็คือการทำตามอย่างคน ตัวควบคุม (controller) ของระบบอัตโนมัติก็มีเพียงสามชนิด เลียนแบบการควบคุมของคน คือ P I D 

P (proportion) ก็คือ สัดส่วน หมายความว่า การควบคุมจะแรงหรือค่อย จะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับว่า ผลปลายทางที่ได้ (output) ต่างไปจากค่าที่ตั้งใจ จะให้เป็น (set point) มากน้อยแต่ไหน ตัวอย่างการควบคุมระดับชาวบ้านที่ชัดเจนก็คือระบบควบคุมการสูบน้ำเข้าถังเก็บที่ใช้ลูกลอย ถ้าระดับต่ำมาก วาล์วก็เปิดมาก เป็นสัดส่วนกัน 

I (integral) เป็นการควบคุมแบบเปิดขยับทีละนิด เพิ่มขึ้นไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะได้ตามเป้าหมาย (set point) จึงจะหยุด 

D (derivative) เป็นการควบคุมแบบดูอัตราการเปลี่ยนแปลงของเป้าหมาย ถ้าเปลี่ยนลดลงเร็วก็เพิ่มดักทาง ให้มาก ถ้าเปลี่ยนช้าก็ดักไว้นิดเดียวพอ 

การควบคุมจึงมีทั้ง P อย่างเดียว หรือสองอย่าง ได้แก่ P I หรือ  P D และบางครั้งก็ครบ สามอย่างเลย คือ P I D ส่วนจะจูนให้แรงแก่อ่อนอย่างไร ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้จูนเครื่อง 

อ่อนไป แรงไป มีผลเป็นอย่างไร ลองเปรียบเทียบกับการขับรถดูก็ได้ 

สมมุติว่าจะต้องเลี้ยว …

ถ้าหักพวงมาลัยมากไป ก็จะเลี้ยวมากไป ต้องหักกลับ หักไปหักมาเป็นงูเลื้อยเหมือนมือใหม่หัดขับ กว่าจะเข้าเส้นทางได้

ถ้าหักพวงมาลัยน้อยไป ก็กินเวลานาน กว่าหัวรถจะหันเข้าหาทิศทางที่ต้องการได้ ทางเลี้ยวโค้งคงต้องสร้างให้กว้างยังกับรันเวย์เครื่องบิน

การจูนที่ดีคือการทำให้เข้าหาจุดเป้าหมายโดยเร็ว แต่ไม่ทำให้แกว่งไปแกว่งมา 

กังหันไอน้ำ (steam turbine) เป็นการใช้ไอน้ำ แค่ควบคุมการเปิดหรือหรี่วาล์ว มีผลตอบสนองเร็วมาก พอเปิดวาล์วให้ไอน้ำขับกังหันก็ปั่นไฟได้ทันที MW (megawatt) ปลายทางก็ขึ้น ต้นทางแรงดันไอน้ำ TP (throttle pressure) ก็ตก เมื่อผลเกิดทันทีจึงจูนง่ายกว่าหม้อน้ำ (sream generator) ซึ่งกว่าจะต้มน้ำเป็นไอต้องใช้เวลา แถมต้องควบคุมหลายอย่างในเวลาเดียวกัน ทั้ง ดิน-น้ำ-ลม-ไฟ 

ดิน - คือควบคุมเชื้อเพลิงที่ได้จากดิน ไม่ว่าจะเป็นถ่านหิน น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติ อันเป็นแหล่งพลังงานต้นทาง (fuel control) 

น้ำ - ตัวกลางที่จะต้มเป็นไอ พาพลังงานจาก boiler ไปที่ turbine จึงต้องควบคุมปั๊มสูบน้ำเข้าหม้อน้ำ (boiler feed pump) เพื่อรักษาระดับการต้มให้ระดับน้ำคงที่ (drum level control) 

ลม - ออกซิเจนในอากาศ จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ ต้องควบคุมพัดลมอัดอากาศ (forced draft fan) ให้มีอากาศเข้าเตาให้เพียงพอ มีปริมาณออกซิเจน (oxygen content) เหลือเล็กน้อยในควันก่อนปล่อยออกปล่อง ควันจะต้องใส ไม่ดำ เป็นการคุมอากาศเข้าเตา (air flow control) 

ไฟ - การคุมเตาไฟ (furnace pressure control) เพื่อรักษาความดันในเตาให้ต่ำกว่าความดันบรรยากาศภายนอกเล็กน้อย ด้วยพัดลมดูดอากาศ (induced draft fan) เพื่อกันเตาระเบิด และไม่เกิดก๊าซเผาไหม้รั่วไหลรอบเตา

โรงไฟฟ้ายุคแรก ๆ จึงใช้พนักงานเดินเครื่องมากมายคอยควบคุมอุปกรณ์แต่ละส่วนด้วยมือ (manual) 

ต่อมามีการพัฒนาระบบควบคุมให้เป็นอัตโนมัติมากขึ้น (auto) ใช้พนักงานเดินเครื่องน้อยลง แต่พนักงานต้องรู้ระบบมากขึ้น เพื่อที่จะควบคุมเครื่องได้ในกรณีฉุกเฉิน 

ระบบ auto ถูกพัฒนาเลียนแบบพนักงานเดินเครื่องเก่ง ๆ ว่าทำกันอย่างไร  พนักงานเดินเครื่องมือใหม่จึงสามารถเรียนลัดได้ด้วยการไปศึกษาระบบ auto ว่าทำงานอย่างไร 

ศัพท์แสงบางอย่างในระบบควบคุมล้วนเลียนแบบการทำงานของมนุษย์ เช่น คำว่า “feedback” ที่ได้ยินกันบ่อย หมายถึงการย้อนกลับมาควบคุมต้นทาง (input) เมื่อเห็นว่า จุดหมายปลายทาง (output) ยังไม่ได้ตามที่ตั้งใจ (set point) 

อีกคำที่ต่อมาเริ่มแพร่หลายขึ้นในระบบควบคุมยุคหลัง ๆ คือ “feed forward” ซึ่งเป็นการนำเป้าหมาย (target) มาปรับต้นทาง (input) ทันทีโดยไม่ต้องรอ feedback ทำให้การควบคุมได้รวดเร็วขึ้น 

การควบคุมที่มีชั้นการควบคุมหลายชั้น output ของชั้นที่อยู่บนจะสั่งการมาเป็น set point ของชั้นที่อยู่ล่างถัดไปได้ ถ้าตัวล่างอยู่ในตำแหน่ง auto หมายความว่า พนักงานเดินเครื่องเข้ามาควบคุมตัวล่างเปลี่ยนจาก auto เป็น manual เพื่อควบคุม set point เอง ตัวบนจะสลัดหลุดเป็น manual ด้วย เพราะตัวบนไม่มีลูกน้องแล้ว สั่งการใครไม่ได้

การเข้า auto แบบที่เราควบคุม set point แบบ manual มีตัวอย่างง่าย ๆ ที่เราคุ้นเคยเช่นการขับรถ (อีกแล้ว ยกตัวอย่างบ่อย เพราะเข้าใจง่ายดี) คือ cruise control โดยผู้ขับรถปรับความเร็วโดยการกดปุ่มเพิ่มลด โดยเราไม่ต้องเหยียบคันเร่งเอง 

โรงไฟฟ้าขณะฉุกเฉิน การควบคุมต้องอาศัยประสบการณ์และความชำนาญ จะหวังพึ่งระบบควบคุมอัตโนมัติอย่างเดียวแม้จะจูนมาอย่างดีก็ใช่ที่ เพราะเขาจูนมาในสภาพเดินเครื่องปกติที่ควรจะเป็น 

ถึงเครื่องจะเก่ง คนก็ยังเก่งกว่าเครื่อง ในสนามแข่งรถ formullar-1 ไม่ใช้ cruise control นะครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2025-05-25 

———-———

Boiler Follow

———-———

⭕️ ⭕️ ⭕️

เห็นแต่ชื่อ บางคนอาจสงสัย “หม้อน้ำตาม” ตามอะไร 

ตั้งชื่อเพื่อให้สงสัย ว่าคืออะไร จะได้อ่านต่อ จะตั้งชื่อว่า การควบคุมการเดินเครื่องโรงไฟฟ้า ก็จะยาวเป็นชื่อวิทยานิพนธ์ไป 

โรงไฟฟ้าหลัก ตั้งแต่อดีต มาจนถึงปัจจุบัน และเลยไปถึงอนาคต แม้จะมีโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนมาช่วยเสริม ยังคงหนีไม่พ้นที่จะต้องเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อน 

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนมีอุปกรณ์ใหญ่หลัก ๆ สามตัว คือ หม้อน้ำ (boiler) กังหันไอน้ำ (turbine) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) 

หม้อน้ำ ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานความร้อน คือใช้เชื้อเพลิงต้มน้ำให้เป็นไอ เมื่อเพิ่มเชื้อเพลิง ก็จะได้ปริมาณไอน้ำมากขึ้น

กังหันไอน้ำ เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล คือไอน้ำแรงดันสูงไปหมุนกังหัน เมื่อมีไอน้ำมากขึ้นจะเกิดแรงบิดมากขึ้น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า เมื่อแรงบิด (torque) มากขึ้น กำลังไฟฟ้า (MW) ก็จะมากขึ้นตามไปด้วย 

แต่เนื่องจากเพลาแกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกังหันไอน้ำเชื่อมต่อติดกันเป็นแท่งเดียว อาจรวมเรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดกังหัน (turbo-generator) กล่าวคือ เมื่อใดที่ไอน้ำขับเพลาหมุนก็จะปั่นไฟได้ทันที เพราะแกนเพลาไม่ได้แยกจากกัน 

แต่ส่วนต่อของหม้อน้ำกับกังหันคือท่อไอน้ำ ซึ่งนอกจากจะต่อตรงแล้วยังอาจต่อไปไหนอีกก็ได้ หรือแม้แต่ปล่อยทิ้ง (vent) เมื่อเริ่มเดินเครื่อง เพื่อปรับคุณภาพของไอน้ำให้ได้ก่อน จึงแยกจากกันได้ ไม่ติดกันเสียทีเดียว 

การควบคุมโรงไฟฟ้าจึงเหลือเพียงแค่สองส่วนหลัก คือ หม้อน้ำ (boiler) กับกังหัน (turbine) 

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าเรามักจะเรียกกันสั้น ๆ ให้สะดวกปากทับศัพท์ว่าโหลด (load) หากโหลดเปลี่ยนแปลง การผลิตไฟก็ต้องเปลี่ยนแปลงตามให้เท่ากันตลอดเวลา หากผลิตไม่พอใช้ ความถี่ (frequency) จะตก หากผลิตมากเกินต้องการ ความถี่จะเพิ่มสูงขึ้น ประเทศเราจะรักษาความถี่ให้คงที่อยู่ที่ 50 เฮิรตซ์ (Hz) เหมือนยุโรป ส่วนอเมริกาจะรักษาอยู่ที่ 60 Hz 

หากจะเทียบกับการขับรถ การควบคุมความถี่ ก็เหมือนกับการควบคุมความเร็วรถให้คงที่ 

โหลดเปลี่ยนแปลง เหมือนการขับรถขึ้นเนินลงเนิน ความเร็วจะลดลงหรือเพิ่มขึ้น ต้องคอยเร่งเครื่องหรือผ่อนคันเร่งตาม ความเร็วก็จะคงที่ 

“balancing indicator” ระหว่างถนนกับรถคือความเร็ว ระหว่างโหลดกับโรงไฟฟ้าคือความถี่ 

การผลิตไฟให้พอดีกับโหลด หรือให้ทันโหลดที่เปลี่ยนแปลง ต้องควบคุมทั้งหม้อน้ำและกังหัน คือต้องไปด้วยกัน 

เทียบกับรถอีกก็ได้ว่า ถ้ามีรถสองคันขับไปด้วยกัน คันหน้าคอยดูเข็มความเร็วแล้วเหยียบหรือผ่อนคันเร่งเมื่อขึ้นเนินลงเนิน เพื่อรักษาความเร็ว คันหลังตามมาติด ๆ  คอยเพิ่มคันเร่งหรือผ่อนคันเร่งเมื่อห่างไปหรือชิดไป คือรักษาระยะห่างให้เท่าเดิม โดยไม่ต้องดูเข็มความเร็ว แต่ก็จะได้ความเร็วเท่าเดิมเหมือนกัน 

“balancing indicator” ระหว่างรถทั้งสองก็คือ “ระยะห่าง”

สมมุติว่า รถคันหน้าเขียนข้างรถว่า “Turbine” ส่วนรถคันหลังเขียนว่า “Boiler” ก็จะเห็นว่ารถ Boiler ขับตามรถ Turbine เพื่อรักษาระยะห่าง คือ “Boiler Follow” ตามชื่อเรื่องข้างบน

การขับรถ มี “ระยะห่าง”ระหว่างรถทั้งสองเป็น “balancing indicator” ที่ชัดเจน แต่กรณีโรงไฟฟ้า มีอะไรที่เป็น “balancing indicator” ระหว่าง boiler กับ turbine 

คำตอบคือ “throttle pressure” หรือแรงดันไอน้ำตรงวาล์วที่เปิดให้ไอน้ำเข้าไปหมุนกังหัน

ในกรณีของรถ ถ้าคันหน้าเหยียบคันเร่งตอนขึ้นเนินเพื่อรักษาความเร็ว คันหลังตามไม่ทันเพราะยังช้าอยู่ ไม่ได้เหยียบคนเร่งตาม ระยะจะห่างออกไป

กรณีโรงไฟฟ้า ถ้าโหลดเพิ่มขึ้น turbine เปิดวาล์วให้ไอน้ำเข้าไปหมุนเพิ่มขึ้น เพื่อรักษาความถี่ ส่วน boiler ยังช้าอยู่ ยังไม่ได้เร่งการต้มน้ำตาม แรงดันไอน้ำก็จะตก 

ธรรมชาติของ boiler นั้น งุ่มง่ามชักช้าอยู่แล้ว เพราะต้องสั่งงานให้ลูกน้องคอยช่วยทำต่ออีกทอดถึงสามอย่าง คือ เร่งน้ำ เร่งอากาศ และเร่งเชื้อเพลิง ในขณะที่ turbine เร็วกว่ามาก แค่เปิดวาล์วไอน้ำอย่างเดียว 

ชักช้าอย่างนี้ ให้รถ “Boiler” ขับอยู่ข้างหน้าบ้างดีไหม ให้รถ “Turbine” ขับตาม รับรองว่าจี้ติดได้ตลอด ไม่มีทิ้งห่างเลย 

การควบคุมโรงไฟฟ้าให้กังหันตาม เรียกว่า “Turbine Follow” จึงมีเหมือนกัน โดยเพิ่มกำลังผลิตด้วยการเร่งน้ำเร่งไฟเร่งอากาศที่หม้อน้ำ จนแรงดันไอน้ำค่อย ๆ สูงขึ้นไปก่อน กังหันจะเปิดวาล์วมากขึ้นตามมาเพื่อควบคุมแรงดัน กำลังผลิต (MW) จะค่อย ๆ เพิ่มขึ้น ทว่า การเดินเครื่องโรงไฟฟ้าแต่ไหนแต่ไรมา ตั้งแต่เริ่มแรกมีโรงไฟฟ้าพลังความร้อน มักจะใช้ “Boiler Follow” เนื่องจากปั่นไฟได้ทันใจตามความต้องการของผู้ใช้ไฟ ให้หม้อน้ำเพิ่มลดควบคุมการต้มน้ำตามไปทีหลัง เพราะ boiler ทั่วไปมี “drum” เป็นถังแบบท่อยาว ๆ ขนาดใหญ่ เหล็กหนา อยู่ส่วนบนสุดของหม้อน้ำ เป็นส่วนที่แยกน้ำกับไอออกจากกัน เนื่องจากเป็นเหล็กหนา จึงเป็นแหล่งเก็บความร้อนสะสม (heat reservoir) อยู่ในตัวมาก รองรับการเปลี่ยนแปลงของโหลดได้ 

สมัยต่อมา มีการพัฒนาหม้อน้ำให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วยการเพิ่มแรงดันไอน้ำจนเป็นหม้อน้ำชนิดที่ไม่ต้องมี drum เรียกว่า “ounce-through boiler” ซึ่งหม้อน้ำรุ่นใหม่มีการควบคุมที่รวดเร็วขึ้น โรงไฟฟ้ารุ่นใหม่ จึงสามารถมีรูปแบบที่หลากหลาย หม้อน้ำที่เคยแต่ตาม (boiler follow) อาจจะไปพร้อมกัน (coordinate control) หรือนำหน้า (turbine follow) ก็ได้

สมัยก่อน โรงไฟฟ้ามีไม่กี่โรง การควบคุมสั่งการง่าย ไม่สลับซับซ้อนมาก ใช้แค่โทรศัพท์ก็เพียงพอ ปัจจุบันมีเครือข่ายใหญ่โตจนต้องใช้ระบบอัตโนมัติที่ใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมมาช่วย โดยสัญญาณความต้องการโหลด (load demand signal) จากศูนย์ควบคุม (dispatcher) จะแปลงเป็นสัญญาณ (signal) สำหรับการควบคุมเชื้อเพลิง (fuel flow) อากาศ (air flow) และน้ำ (water flow) ในแต่ละโรงไฟฟ้า 

ความต้องการโหลด (load demand) จึงแยกไปสั่งการตามแต่ชนิดของการควบคุมโรงไฟฟ้า คือ

• boiler follow

• coordinate control

• turbine follow 

ชนิด boiler follow (BF) นั้น load demand สั่ง turbine control ให้ throttle valve ขยับเปิดปิด ทำให้ MW เพิ่มลด มีผลทำให้ throttle press เปลี่ยน และส่งสัญญาณไปเปลี่ยน firing rate นั่นคือเปลี่ยน air flow และ fuel flow

BF นี้ใช้มานาน ตั้งแต่ยุคแรก ๆ ของโรงไฟฟ้า ซึ่งการควบคุม boiler และ turbine แยกกันอย่างชัดเจน 

คำสั่งเปลี่ยนแปลงโหลดจะส่งไปที่ turbine เท่านั้น โดยไปสั่งเปิดปิด throttle valve ทำให้กำลังผลิต (MW) เปลี่ยนแปลง 

ในส่วน turbine นั้น จะรับพลังงานมาจาก boiler ถ้า turbine เปลี่ยนแปลง เพิ่มหรือลด จะต้องมีสัญญาณไปบอก boiler ให้ปรับตาม สัญญาณนั้นก็คือ throttle pressure ซึ่งเป็นตัวชี้ว่า supply กับ demand เท่ากันหรือยัง

ถ้า pressure เพิ่มขึ้น แสดงว่า supply มากไป ถ้าลดลง แสดงว่าน้อยไป ต้องคงที่ไม่ขึ้นไม่ลง supply จึงจะเท่ากับ demand 

สัญญาณ pressure error นี้จึงเป็นตัวไปสั่ง firing rate ของหม้อน้ำ 

throttle pressure นี้จะกลับมานิ่งเมื่ออัตราการไหลของไอน้ำเท่ากับความต้องการแล้ว คือ steam rate เท่ากับ steam demand 

ลักษณะหม้อน้ำตาม (boiler follow) นี้ เปลี่ยนแปลงโหลดตามต้องการได้รวดเร็วด้วยสองเหตุผลคือ

• turbine ปรับเปลี่ยนโหลดได้เร็วกว่า boiler เพราะ valve ขยับเปิดปิดได้เร็ว 

• boiler มีความร้อนสะสมอยู่ในเนื้อโลหะอยู่แล้ว สามารถต้มน้ำในข่วงสั้นต่อไปได้โดยอัตราการใช้เชื้อเพลิงยังไม่ทันเปลี่ยน 

ดังนั้น heat reservoir ของ boiler จึงปล่อยความร้อนออกเมื่อมีการเพิ่มโหลด และสะสมกลับเข้าไปเมื่อมีการลดโหลด

ความร้อนเก็บเข้าหรือปล่อยออกที่ boiler นี้จึงเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของ throttle pressure 

ถ้าเป็นการเปลี่ยนแปลงโหลดในระยะสั้น เพิ่มขึ้นหรือลดลงแล้วกลับมาที่เดิม boiler ก็ไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอะไร แต่ถ้าไม่กลับมาที่เดิม ก็ต้องมีการปรับอัตราการใช้เชื้อเพลิง (firing rate) ใหม่ ให้สัมพันธ์กับโหลดที่เปลี่ยนแปลงไป

ข้อเสียของ boiler follow ก็คือ การทำงานแบบ “reactive” ที่ต้องรอให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของ pressure ก่อนแล้วจึงค่อยปรับตาม 

เพื่อปรับปรุงระบบการควบคุมแบบนี้ให้เร็วขึ้น จึงมีการเพิ่มสัญญาณสั่งล่วงหน้า (feed forward) มาจาก turbine first stage pressure 

ท่ามกลางกระแสการบูมของเอไอที่ผู้คนฮือฮาว่าอาจจะมาแย่งงานของมนุษย์ แต่สิ่งหนึ่งที่เอไอยังทำไม่ได้ อย่างมากก็เป็นแค่ตัวช่วยในการให้ข้อมูล นั่นคือ การจูน (tuning) ระบบควบคุมของโรงไฟฟ้า ทั้งนี้เพราะการจูนเป็นทั้งศาสตร์และศิลป์ 

ไม่มีโรงไฟฟ้าไหนที่ตอบสนอง (behave) เหมือนกันเลย ต่อให้เป็นโรงฝาแฝด ขนาดเท่ากัน สร้างพร้อมกัน แบบแปลนเดียวกัน แต่ละโรงก็ยังมีเอกลักษณ์ของตัวเอง 

เหมือนกับการที่คนขับรถหลายคัน จะรู้สึกได้ว่า รถแต่ละคันตอบสนองไม่เหมือนกัน จะสัมผัสถึงความแตกต่างได้ แม้อาจจะเป็นเพียงสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ 

คนที่จูนระบบการควบคุมโรงไฟฟ้าที่เก่ง ๆ จึงไม่ต้องกลัวจะตกงาน เพราะมือระดับเซียนหายาก มีไม่มาก และมักจะมีค่าตัวแพงครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2025-05-18 

——————————

Supercritical Boiler 

——————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ท่ามกลางกระแสพลังงานหมุนเวียน (renewable energy) ที่มาแรง แต่พลังงานหมุนเวียนนั้นวูบวาบ ใช้เป็นหลักยังไม่ได้ ที่พึ่งได้แน่นอนก็ยังคงเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนอยู่เหมือนเดิม 

อุปกรณ์หลักของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนคือหม้อน้ำ (boiler) ไม่ว่าจะใช้เชื้อเพลิงชนิดใด เพื่อใช้ต้มน้ำเป็นไอไปหมุนกังหันไอน้ำที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 

การต้มน้ำจนเดือดเป็นไอ ดูว่าไม่น่าจะซับซ้อนอะไร หลายคนก็ต้มน้ำชงกาแฟอยู่ทุกวัน แต่นั่นเราเอาน้ำไปใช้ ส่วนโรงไฟฟ้าเอาไอน้ำไปใช้ 

เมื่อขั้นตอนในการที่จะได้ไฟฟ้ามามีหลายขั้นตอน ปลายทางคือไฟฟ้า ต้นทางคือเชื้อเพลิง ซึ่งไม่ใช่ถูก ๆ ประสิทธิภาพจึงเป็นเรื่องสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประสิทธิภาพของหม้อน้ำ 

ลองมาทำความรู้จักกับหม้อน้ำอย่างหนึ่งที่บ้านเรายังไม่มี คือ “supercritical boiler” 

ประสิทธิภาพของหม้อน้ำทั่วไปนั้น ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันของไอน้ำ ตั้งแต่มีวิกฤตพลังงานจึงมีแรงขับเคลื่อนทั่วโลกที่พยายามลดเชื้อเพลิงต่อเมกะวัตต์ (MW) ลง รวมทั้งความต้องการที่จะลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ และซัลเฟอร์ออกไซด์ ก็เป็นแรงผลักดันที่จะต้องเพิ่มประสิทธิภาพ 

ทางหนึ่งที่จะให้ได้ผลดังกล่าวก็คือ การพัฒนาหม้อน้ำใหม่ไปใช้เทคโนโลยี supercritical boiler 

คำว่า supercritical คืออยู่เหนือจุดวิกฤต (critical point) 

จุดวิกฤตในที่นี้ หมายถึงจุดวิกฤตของน้ำ เพราะเรากำลังพูดถึงการต้มน้ำ 

คุณสมบัติของน้ำในเรื่องสถานะ ก็เช่นเดียวกันกับสารทั่วไปทั้งหลายที่จะต้องอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งในสี่อย่าง คือ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และพลาสมา ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน 

สถานะของน้ำ เราคุ้นกันมากที่สุดว่าเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เป็นน้ำแข็งที่ศูนย์องศา และเดือดเป็นไอที่ร้อยองศา ถ้าวัดเป็นเซลเซียส ที่ความดันอากาศปกติ 

ที่น่าสนใจในเรื่องสถานะของน้ำนี้มีอยู่สองจุด คือ จุดต่ำ กับจุดสูง 

จุดต่ำ เรียกว่า จุดสามสถานะ (triple point) คือสภาวะที่น้ำสามารถอยู่ในสามสถานะ (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) พร้อมกันในเวลาเดียวกัน ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิและความดันเฉพาะ จุดสามสถานะสำหรับน้ำ คือ …

อุณหภูมิ: 0.01 องศาเซลเซียส (273.16 K)

ความดัน: 611.657 ปาสคาล หรือ 0.00604 atm โดย atm คือความดันบรรยากาศ (1 atm ≈ 14.696 psi) 

แต่โรงไฟฟ้าไม่ได้ใช้คุณสมบัติของน้ำที่จุดต่ำนี้ แต่ใช้อีกจุดหนึ่ง คือ จุดสูง

จุดสูง เรียกว่า จุดวิกฤต (critical point) ซึ่งเป็นจุดที่อุณหภูมิและความดันสูงสุดที่น้ำสามารถอยู่ในสถานะของเหลวและก๊าซได้ในเวลาเดียวกัน ถ้าสูงกว่านี้น้ำจะมีสถานะเป็น "supercritical fluid" 

สำหรับน้ำ จุดวิกฤต (critical point) มีอุณหภูมิประมาณ 374 องศาเซลเซียส (647.1 K) และความดันประมาณ 22.06 เมกะปาสคาล (220.6 atm หรือประมาณ 3,200 psi) 

หม้อน้ำชนิด supercritical จึงเป็นหม้อไอน้ำที่ทำงานที่อุณหภูมิและความดันสูงกว่าจุดวิกฤตของน้ำ (supercritical point) ในสภาวะนี้น้ำจะไม่แยกออกว่าเป็นของเหลวและไอน้ำเหมือนในสภาวะปกติ แต่จะมีคุณสมบัติที่ผสมกันระหว่างของเหลวและก๊าซ 

หม้อน้ำธรรมดา (subcritical boiler) ทำงานที่ต่ำกว่าจุดวิกฤต จะมองเห็นผิวของระดับน้ำ ในการเดินเครื่องโรงไฟฟ้า การควบคุมการเติมน้ำเข้าหม้อน้ำให้ระดับน้ำนิ่ง ๆ คงที่ เป็นเรื่องสำคัญ อันเป็นการแสดงว่า อัตราการไหลของน้ำเข้าหม้อน้ำเท่ากับอัตราการไหลของไอน้ำเข้ากังหัน นั่นคือ อัตราการไหลของมวลสาร (mass flow) ที่พาพลังงานไปนั้น เท่ากัน ซึ่งจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ ที่วัดเป็นเมกะวัตต์ (MW) 

ถ้าผิวระดับน้ำค่อย ๆ ลดลง แสดงว่าอัตราการเติมน้ำเข้าหม้อน้ำน้อยไป หม้อน้ำอาจจะเสียหายได้ เหมือนคนที่เผลอต้มน้ำในกาน้ำแล้วปล่อยจนน้ำแห้ง ก้นกาอาจละลายได้ 

ในทางกลับกัน ถ้าผิวระดับน้ำค่อย ๆ เพิ่มขึ้น แสดงว่ามีการใช้ไอน้ำเข้ากังหันน้อยลง เช่นในกรณีลดโหลด แล้วยังไม่ได้ลดปริมาณน้ำเข้าหม้อน้ำให้สัมพันธ์กัน ถ้าปล่อยไว้ ความเสียหายจะไปเกิดที่กังหันไอน้ำ เพราะแทนที่จะมีแต่ไอน้ำเปล่า ๆไปหมุนกังหัน อาจได้แถมเม็ดน้ำเข้าไปยิงใบพัดกังหันด้วย 

ดังนั้น การควบคุมระดับน้ำในหม้อน้ำจึงมีความสำคัญมาก 

หม้อน้ำธรรมดาจึงต้องมี “drum” ซึ่งเป็นถังใหญ่อยู่บนสุดของหม้อน้ำที่มองเห็นระดับน้ำ การควบคุมระดับน้ำในหม้อน้ำจึงเรียกว่า “drum level control” ส่วนล่างของ drum เป็นน้ำ ซึ่งไหลวนเวียนไปมา ส่วนบนเป็นไอน้ำไปหมุนกังหัน 

ที่น่าสนใจก็คือ หม้อน้ำชนิด supercritical นั้น มองไม่เห็นระดับน้ำ และไม่ต้องมี “drum” น้ำเข้าหม้อน้ำแล้วออกเป็นไอน้ำทันทีโดยไม่ต้องไหลวนเวียน บางครั้งจึงเรียกหม้อน้ำชนิดนี้ว่า “once-trough boiler” 

เนื่องจากการที่ไม่มี “drum” การเปลี่ยนแปลงโหลดของหม้อน้ำชนิดนี้จึงทำได้รวดเร็วกว่าหม้อน้ำทั่วไปที่มี “drum“ เพราะ drum ใช้เหล็กที่หนามาก การเปลี่ยนแปลงโหลดต้องช้า ๆ ค่อย ๆ ทำ เพื่อป้องกันการเสียหายจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดัน ไม่ให้เกิดการแตกที่ผิวของ drum 

โดยทั่วไป หม้อน้ำธรรมดาจะสามารถรับการเปลี่ยนแปลงโหลดได้ประมาณ 3% ต่อนาที แต่หม้อน้ำชนิด once-through เพิ่มได้ถึง 5% ต่อนาที 

การใช้งานของหม้อน้ำ supercritical มีประโยชน์ในการผลิตพลังงาน เพราะว่า:

• ประสิทธิภาพสูง: การทำงานในสภาวะ supercritical ช่วยให้หม้อไอน้ำสามารถผลิตพลังงานได้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เนื่องจากการใช้พลังงานความร้อนจากการเผาไหม้ได้มากขึ้นและการแปลงพลังงานเป็นงานสามารถทำได้ดีกว่าในหม้อน้ำแบบธรรมดา 

• ลดการปล่อย CO2: การทำงานในสภาวะที่มีประสิทธิภาพสูงจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและลดการใช้เชื้อเพลิง

• ขนาดและน้ำหนักลดลง: เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานสูง หม้อน้ำ supercritical จึงสามารถสร้างพลังงานที่สูงได้ในขนาดที่เล็กลง 

ในการเดินเครื่องหม้อน้ำชนิด supercritical น้ำจะถูกสูบเข้าหม้อน้ำที่แรงดันสูง ความร้อนจะเปลี่ยนสถานะของน้ำให้กลายเป็นไอโดยไม่ได้ผ่านการเดือด ทำให้ได้ไอน้ำอุณหภูมิสูงและประสิทธิภาพสูง

หม้อน้ำประเภทนี้มักใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน (Thermal Power Plants) ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล หรือในบางกรณีอาจใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้า 

กล่าวโดยสรุป หม้อน้ำชนิด supercritical มีประสิทธิภาพในการส่งถ่ายความร้อนดีกว่า (higher thermal efficiency) เนื่องจากการเดินเครื่องเหนือจุดวิกฤต ทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลงโดยผลิตกำลังไฟฟ้าได้เท่าเดิม ลดต้นทุนการผลิต และลดมลภาวะ ลดการสึกหรอในระบบเนื่องจากไม่มีการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นไอ 

แต่สิ่งท้าทายของระบบนี้ก็มี เพราะต้องใช้วัสดุพิเศษที่ทนทานต่อการเดินเครื่องในสภาพที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง รวมทั้งการออกแบบที่ซับซ้อน และค่าบำรุงรักษาที่สูงกว่าหม้อน้ำโดยทั่วไป (subcritical)

ถึงแม้บ้านเราจะยังไม่มีโรงไฟฟ้าชนิด supercritical boiler แต่เกือบมี เพราะเมื่อหลายปีก่อน ในช่วงวิกฤตพลังงาน การออกแบบโรงไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงได้ถูกนำมาพิจารณา โรงไฟฟ้านั้นคือ โรงไฟฟ้าราชบุรี นั่นเอง แต่สุดท้ายก็กลับมาใช้โรงไฟฟ้าหม้อน้ำธรรมดา เพราะ … ของดีราคาถูกไม่มีในโลก

วัชระ นูมหันต์ 

2025-05-11 

—————

Bluetooth 

—————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

โดยปกติการเขียนทับศัพท์เป็นภาษาไทยจะสะดวกต่อผู้อ่าน แต่บางครั้งการเขียนทับศัพท์ตามหลักของราชบัณฑิตยสถานกลับไม่ค่อยเป็นที่นิยม รวมทั้งเรื่องราวในวันนี้คือ “Bluetooth” ที่ราชบัณฑิตยสถานกำหนดให้เขียนว่า “บลูทูท” แต่ผู้คนส่วนใหญ่กลับนิยมใช้คำว่า “บลูทูธ” มากกว่า ในที่นี้จึงขอใช้คำดั้งเดิมของเขาว่า “Bluetooth” 

Bluetooth เป็นเทคโนโลยีไร้สายสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าสองตัวเข้าด้วยกันผ่านวิทยุคลื่นสั้น เช่น หูฟัง ลำโพง ไมโครโฟน คีย์บอร์ด อุปกรณ์ชี้ (pointing device) เครื่องพิมพ์ (printer) ทีวี สร้างเป็นเครือข่ายส่วนตัว หรือ PAN (personal area network) ขึ้นมา 

ส่วนใหญ่ กำลังไฟฟ้าที่ส่งผ่านด้วย Bluetooth นั้นไม่มากนัก มักจะไม่เกิน 2.5 มิลลิวัตต์ ระยะการเชื่อมต่อจึงอยู่ใกล้ ๆ ไม่เกินสิบเมตร ใช้คลื่นความถี่วิทยุในบางช่วงของ UHF (ultra high frequency) ที่เป็นคลื่นวิทยุความถี่ระหว่าง 300 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ถึง 3 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) หรือคลื่นช่วงเดซิเมตร (decimetre band) เพราะมีความยาวคลื่นระหว่างหนึ่งถึงหนึ่งในสิบเมตร 

Bluetooth จะใช้ส่วน UHF เล็ก ๆ ส่วนเดียวที่เป็นข้อตกลงร่วมนานาชาติให้ใช้สำหรับงานด้านอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ และการแพทย์ เรียกว่าคลื่นวิทยุในช่วง ISM (industrial, scientific and medical) 

คลื่น Bluetooth จึงมีความถี่เจาะจงอยู่ในช่วง 2.402 ถึง 2.48 GHz 

Bluetooth ถูกพัฒนาขึ้นมาโดย Bluetooth Special Interest Group (SIG) ซึ่งมีสมาชิกมากกว่า 35,000 บริษัท นับถึงปี 2021 มีจำนวนชิพ Bluetooth จำหน่ายมากถึง 4.7 พันล้านชิ้นต่อปี 

ชื่อ Bluetooth นี้ถูกนำเสนอในปี 1997 โดย Jim Kardach แห่งบริษัท Intel ซึ่งเป็นหนึ่งในกลุ่มผู้ก่อตั้ง ชื่อนี้ได้แรงบันดาลใจมาจากการพูดคุยกับ Sven Mattisson ที่ได้เล่าเรื่องราวประวัติศาสตร์ของประเทศในกลุ่มสแกนดิเนเวียจากหนังสือชื่อ “The Long Ship” แต่งโดย Frans G. Bengtsson นิทานอิงประวัติศาสตร์เล่มนี้กล่าวถึงชาวไวกิ้ง และกษัตริย์เดนมาร์กพระนามว่า Harald Bluetooth ในช่วงศตวรรษที่สิบ 

และเมื่อได้เห็นภาพ “runestone of Harald Bluetooth” ในหนังสือ “ประวัติศาสตร์ไวกิ้ง” (A History of the Vikings) ของ Gwyn Jones คุณ Kardach จึงเสนอให้ใช้ชื่อรหัส (code name) สำหรับโครงการไร้สายระยะสั้น (short-range wireless) ว่า “Bluetooth” แทนคำว่า RadioWire หรือ PAN (Personal Area Networking) ซึ่งใช้กันเกร่อแล้วใน internet ตอนนั้น ส่วนคำว่า RadioWire ก็ยังหาข้อมูลได้ไม่เสร็จสมบูรณ์ว่ามีใครใช้เป็น trademark หรือยัง จึงเหลือคำว่า Bluetooth เพียงคำเดียว และคำนี้ได้แพร่หลายไปอย่างรวดเร็วก่อนที่จะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นคำอื่น จนเป็นที่รู้กันแล้วว่าคำนี้หมายถึงเทคโนโลยีไร้สายระยะสั้น 

ผู้คนชอบคำว่า Bluetooth เพราะเป็นชื่อของกษัตริย์ Harald Bluetooth ผู้ซึ่งรวบรวมชนเผ่าต่าง ๆ ในเดนมาร์ก (Danish tribe) มาเป็นอาณาจักรเดียวกัน เสมือนว่า Bluetooth เป็นตัวเชื่อมอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหลายเข้ามาไว้ด้วยกัน 

ถ้าใครได้เห็นโลโก้ของ Bluetooth อาจจะไม่ทราบว่ามาจากการเขียนชื่อแบบย่อ (initial) ของกษัตริย์ Harald Bluetooth คือ H B เป็นแบบอักขระโบราณ คือ ตัว H (ᚼ, Hagall)  และตัว B (ᛒ, Bjarkan) เอามาซ้อนให้เส้นขีดแนวตั้งทับกัน 

เทคโนโลยี Bluetooth ใช้กันมานาน ตั้งแต่ 7 พฤษภาคม 1998 หรือประมาณ 27 ปีมาแล้ว 

การเชื่อมต่อระยะใกล้นี้เริ่มต้นโดย Nils Rydbeck ซึ่งเป็นผู้บริหารสูงสุดที่บริหารสายงานเทคโนโลโลยี (CTO : Chief Technology Officer) ของบริษัทมือถือ Ericsson ในสวีเดน เพื่อจะใช้กับหูฟังแบบไร้สาย 

ในปี 1997 Adallio Sanchez ซึ่งต่อมาเป็นหัวหน้าทีมพัฒนา (R&D) IBM ThinkPad ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กอันโด่งดังในอดีต ได้พบกับ Nils Rydbeck เพื่อจะพัฒนาการเชื่อมต่อมือถือกับโน้ตบุ๊ก ThinkPad 

ทีมวิศวกรสองบริษัทคือ Ericsson กับ IBM ได้ร่วมกันศึกษาแนวความคิดดังกล่าว 

เนื่องจากในสมัยนั้น ทั้งโน้ตบุ๊ก IBM ThinkPad และมือถือ Ericsson ยังไม่ได้เป็นผู้นำตลาด ทั้งสองบริษัทจึงตกลงที่จะให้เทคโนโลยีเชื่อมต่อระยะใกล้นี้เป็นมาตรฐานเปิด คือยอมให้บริษัทอื่น ๆ เข้ามาร่วมเชื่อมต่อได้ จึงมีการดึงเอา Intel, Toshiba และ Nokia เข้ามาร่วม 

ในเดือนพฤษภาคม 1998 Bluetooth SIG (Special Interest Group) จึงได้ถูกก่อตั้งขึ้น โดยมีห้าสมาชิก คือ Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba และ IBM 

เทคโนโลยี Bluetooth เริ่มคืบคลานขยายไปสู่ตลาดอิเล็กทรอนิกส์ในอเมริกา เมื่อ Vosi Technology ในแคลิฟอร์เนียต้องการเชื่อมต่อมือถือกับระบบเครื่องเสียงในรถยนต์ สมัยนั้น Sony/Ericsson ยังมีส่วนแบ่งตลาดในอเมริกาน้อยมาก ขณะนั้นผู้ครองตลาดส่วนใหญ่คือ Nokia และ Motorola จึงมีการเจรจากับ Motorola หลังจากนั้น Motorola ได้ปล่อยมือถือรุ่นใหม่สู่ตลาดที่ใช้ Bluetooth

ในปี 2012, Japanese Haartsen ผู้คิดค้นประดิษฐ์เทคโนโลยี Bluetooth (ได้รับการเสนอชื่อโดย European Patent Office) ได้รับรางวัล European Inventor Award 

ปัจจุบัน Bluetooth ออกมาเป็นรุ่นที่หกแล้ว (Bluetooth 6.0) เมื่อวันที่ 27 สิงหาคม 2024 

การเชื่อมต่อไร้สายระยะใกล้นี้มีประโยชน์มาก คงนึกกันออกว่า หูฟังที่สมัยก่อนเคยแถมมากับมือถือ (เดี๋ยวนี้เลิกแถมแล้ว) เพราะคนนิยมใช้หูฟังแบบไร้สายที่ใช้Bluetooth เพื่อเชื่อมต่อมากขึ้น เนื่องจากไม่มีสายระเกะระกะ 

โลกเปลี่ยนไปเมื่อเทคโนโลยีใหม่เข้ามา ด้วยเทคโนโลยี Bluetooth ทำให้ผู้ที่มีปัญหาเรื่องหูต้องใช้เครื่องช่วยฟังสามารถใช้มือถือได้สะดวก ส่วนการแถมก็กลับกัน เดิมซื้อมือถือแถมหูฟัง แต่ถ้าเป็นเครื่องช่วยฟัง ซื้อหูฟังได้แถมมือถือ 

เพราะเครื่องช่วยฟังสำหรับผู้ที่หูมีปัญหานี้ บางตัวราคาเป็นแสนทีเดียว !! 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-05-04 

—————————

พลังงานจากอวกาศ

—————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

พลังงานจากอวกาศ อาจจะฟังดูแปลก เพราะในความเป็นจริงแหล่งพลังงานในอวกาศที่เราได้รับนั้น มีอยู่แหล่งเดียวคือ ดวงอาทิตย์ ปัจจุบันเรามีแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อรับพลังงานนี้ได้เห็นกันอยู่ทั่วไป ปัญหาที่เห็นได้ชัดมีอยู่อย่างเดียวคือ ความไม่แน่นอน หรือไม่เสถียร ที่แน่ ๆ คือ กลางคืนรับพลังงานไม่ได้ 

แนวความคิดที่อาจดูสุดโต่งไปหน่อยก็คือ เอาแผงรับพลังงานนี้ไปอยู่ในอวกาศ รับแสงอาทิตย์เต็ม ๆ โดยไม่ถูกโลกบัง แล้วค่อยยิงพลังงานส่งกลับมายังโลก 

แนวความคิดแหล่งพลังงานนอกโลกนี้เรียกว่า SBSP หรือ SSP (Space-based Solar Power) ซึ่งต้องมีดาวเทียมรับพลังงานดวงอาทิตย์ หรือ SPS (Solar Power Satellite) ข้อดีคือ สามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าเนื่องจากไม่มีบรรยากาศที่จะมาดูดซับหรือสะท้อนพลังงานแสงออกไป แถมด้วยเวลากลางคืนที่การรับแสงไม่ได้ก็จะสั้นมาก และยังสามารถปรับให้หน้าจานอยู่ในตำแหน่งที่รับแสงได้เต็มที่อีกด้วย ระบบ SSP นี้จะเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานในรูปแบบอื่น เช่นไมโครเวฟ ซึ่งสามารถทะลุทะลวงผ่านชั้นบรรยากาศส่งพลังงานมาที่ตัวรับบนผิวโลกได้ 

การใช้แผงรับแสงอาทิตย์บนยานอวกาศนี้มีมาตั้งแต่ปี 1958 ที่ยาน Vanguard I ใช้ส่งสัญญาณวิทยุ จนกลายเป็นเรื่องปกติธรรมดาไปแล้ว ดังนั้น ตอนนี้คำนี้จึงหมายถึงระดับที่ใหญ่กว่า คือการส่งพลังงานมายังพื้นโลก 

การได้รับแสงอาทิตย์ในอวกาศแล้วส่งพลังงานมายังโลกนั้น แบ่งเป็นขั้นตอนดังนี้

ขั้นแรก - แปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเหมือนกับแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไปบนพื้นโลก เพียงแต่ย้ายที่ไปลอยอยู่ในอวกาศ รับแสงอาทิตย์ชนิดเข้มข้นเต็ม ๆ แบบไม่มีอะไรบัง 

ขั้นที่สอง - ใช้พลังงานไฟฟ้าสร้างคลื่นไมโครเวฟหรือลำแสงเลเซอร์ ยิงลำแสงหรือคลื่นไมโครเวฟนั้นมายังเครื่องรับที่ผิวโลก 

ขั้นที่สาม - สถานีรับบนพื้นโลกรับลำแสงหรือคลื่นนั้นแล้วแปลงเป็นไฟฟ้าด้วยเสาอากาศแบบพิเศษที่เรียกว่า “rectenna” (rectified antenna) ที่ใช้ไดโอดแบบพิเศษ (Schottky diode) ซึ่งมีความเร็วสูงสามารถแปลงคลื่นกระแสสลับที่มีความถี่สูงให้กลายเป็นไฟฟ้ากระแสตรงได้ 

ขั้นที่สี่ - แปลงไฟกระแสตรงเป็นกระแสสลับด้วย inverter เพื่อปรับแรงดันและความถี่ให้เข้ากับไฟฟ้าของระบบส่ง (grid) เพื่อส่งไปยังผู้ใช้ไฟ

ขั้นสุดท้าย - ผู้ใช้ไฟที่อยู่ปลายทางของระบบสายส่ง เช่นบ้านเรือนหรือสำนักงาน ได้ใช้ไฟฟ้าที่ส่งต่อมาเป็นทอด ๆ จากอวกาศ 

ระบบนี้ มีการทำวิจัยกันมาตั้งแต่ทศวรรษ 1970-1980 แต่โครงการอย่างนี้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก จนเนิ่นนานมาจนถึงปี 2014 ก็ยังพบว่าไม่คุ้มทุน

นับถึงปี 2020 ประเทศที่ยังคงมุ่งมั่นวิจัยในเรื่องนี้อยู่ก็คือ ญี่ปุ่น จีน รัสเซีย อินเดีย อังกฤษ และสหรัฐอเมริกา 

ในปี 2008 ญี่ปุ่นผ่านกฎหมายพื้นฐานด้านอวกาศ (Basic Space Law) ที่ให้พลังงานจากอวกาศเป็นเป้าหมายของชาติ (space solar power as a national goal) สำนักงานสำรวจอวกาศแห่งประเทศญี่ปุ่น หรือ JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) ได้มีแผนการดำเนินงาน (roadmap) ที่จะทำเรื่องนี้ในเชิงพาณิชย์ 

ส่วนที่จีน ในปี 2015 สถาบันเทคโนโลยีอวกาศแห่งประเทศจีน หรือ CAST (China Academy for Space Technology) ได้นำเสนอแผนงาน (roadmap) ในงาน  International Space Development Conference ต่อมาในเดือนกุมภาพันธ์ 2019 กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีน ได้รายงานการก่อสร้างสถานีทดสอบที่เมืองฉงชิ่ง (Chongqing’s Bishan District) คุณ Li Ming ซึ่งเป็น vice-president ของ CAST ได้กล่าวว่า จีนคาดหวังจะเป็นชาติแรกที่จะสร้างโรงไฟฟ้าในอวกาศ (space solar power station) ในช่วงปี 2021 ถึง 2025 นักวิทยาศาสตร์จีนได้รายงานแผนการส่งสถานีขนาดเล็กและขนาดกลาง และในเดือนธันวาคม 2019 สำนักข่าวชินหัว (Xinhua News Agency) ได้เสนอข่าวแผนการส่งสถานีขนาด 200 ตัน (200-tonne SBSP station) ซึ่งสามารถส่งไฟฟ้าระดับเมกกะวัตต์ หรือล้านวัตต์ (MW) กลับมายังโลกได้ภายในปี 2035 

ในสหรัฐอเมริกาก็ก้าวหน้าไม่แพ้กัน ในเดือนพฤษภาคม 2020 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐอเมริกา (US Naval Research Laboratory) ได้ทำการทดสอบการผลิตไฟฟ้าจากดาวเทียมเป็นครั้งแรก ต่อมาในเดือนสิงหาคม 2021 สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) ได้ประกาศแผนที่จะส่ง SBSP นี้ขึ้นไปในอวกาศให้ได้ภายในปี 2023 ซึ่งภายในปีดังกล่าว ทีมงานของ Caltech ก็ได้โชว์การส่งพลังลำแสงจากอวกาศมายังโลกเป็นผลสำเร็จ 

เราได้แสงอาทิตย์มาใช้ฟรี ๆ แต่พลังงานจากอวกาศนี้ใครที่ชื่นชอบของฟรีอาจฝันค้าง เพราะคงไม่มีใครใจบุญลงทุนมหาศาลในอวกาศเพื่อแจกจ่ายพลังงานให้โดยไม่คิดเงินนะครับ 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-04-27 

——————

โซลาร์เซลล์

——————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ระยะนี้มีการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์กันมากขึ้น จึงมีเรื่องราวที่ค้างคาใจในเรื่องเหล่านี้กันพอสมควร เป็นต้นว่าแสงแบบไหนจึงจะเหมาะสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งส่วนใหญ่ทำมาจากซิลิกอนในการเปลี่ยนพลังงานแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้า ความร้อนที่เป็นของแถมจากแสงอาทิตย์ ซึ่งไม่ค่อยเป็นที่พึงประสงค์นั้น อาจจะมีคำถามที่ว่า ถ้าร้อนเกินไปแผงจะเกิดไฟไหม้ไหม (แต่ส่วนมากจะไหม้จากปัจจัยอื่น ๆ )

ถ้าร้อนเกินก็อาจทำวิกฤติให้เป็นโอกาสได้ โดยเอาแผ่นสะท้อนความร้อนหลายร้อยหลายพันแผ่น วางปูพรมกลางทะเลทราย ปรับทิศทางให้รวมอยู่ที่จุดเดียวบนยอดหอคอย ก็จะเป็นแหล่งความร้อนต้มน้ำไปปั่นไฟสำหรับโรงไฟฟ้าได้ (concentrated solar power) ตัวอย่างมีที่ทำแล้วในประเทศจีน 

แต่นั่นไม่ใช่เรื่องราวที่จะพูดถึงในวันนี้เพราะตั้งใจจะกล่าวถึงแต่เพียงโซลาร์เซลล์

โซลาร์เซลล์ (solar cell) หรือที่เรียกกันว่า เซลล์แสงอาทิตย์ คืออุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง จะผ่านกระบวนการที่เรียกว่า “โฟโตโวลตาอิก” (photovoltaic effect)

การที่โซลาร์เซลล์บูมกันมากในตอนนี้อาจทำให้นึกไปว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ แต่แท้ที่จริงมีประวัติยาวนานกว่าร้อยปีเลยทีเดียว เพราะมีการค้นพบปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกนี้มาตั้งแต่ปี 1839 

อเล็กซานเดอร์ เบ็คเคอเรล (Alexandre Edmond Becquerel) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ได้ค้นพบว่า เมื่อแสงตกกระทบบนวัสดุบางชนิด จะสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของแนวคิดโซลาร์เซลล์ 

หลายสิบปีต่อมา โซลาร์เซลล์ตัวแรกได้ถูกสร้างขึ้นในปี 1883 โดย Charles Fritts ประดิษฐ์โซลาร์เซลล์ต้นแบบที่ทำจากเซเลเนียมเคลือบทอง แม้ว่าประสิทธิภาพจะต่ำมาก แต่ถือเป็นก้าวแรกของโซลาร์เซลล์ที่ใช้ผลิตไฟฟ้าได้จริง 

ต่อมาในปี 1954 บริษัท Bell Labs ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาโซลาร์เซลล์จากผลึกซิลิกอนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น นับเป็นโซลาร์เซลล์ซิลิกอนเชิงพาณิชย์ตัวแรกและเป็นต้นแบบของโซลาร์เซลล์ในยุคปัจจุบัน

สี่ปีต่อมา ในปี 1958 โซลาร์เซลล์เริ่มบุกอวกาศ โดยดาวเทียม Vanguard I ของสหรัฐฯ เป็นยานอวกาศลำแรกที่ใช้โซลาร์เซลล์ในการจ่ายพลังงาน 

เนื่องจากยุคแรกนั้นโซลาร์เซลล์ไม่ใช่ของถูก ดังนั้น กว่าจะเริ่มผลิตเพื่อใช้บนโลกได้ก็ล่วงเลยมาจนถึงทศวรรษ 1970 

ช่วงวิกฤตน้ำมัน โซลาร์เซลล์ได้รับความสนใจมากขึ้น เพราะไม่ต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล รัฐบาลและองค์กรของประเทศต่าง ๆ เริ่มลงทุนในการวิจัยเพื่อพัฒนาให้มีประสิทธิภาพ ทำให้มีราคาถูกลง จนมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงศตวรรษที่ 21 

จากนั้น ราคาของโซลาร์เซลล์ลดลงอย่างต่อเนื่อง จนสามารถใช้งานได้อย่างแพร่หลายในบ้านเรือนและภาคอุตสาหกรรม โดยเทคโนโลยีหลักของโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันนั้น ซิลิกอน (silicon) ยังครองตลาดมากที่สุด 

ซิลิกอนถูกใช้มากเพราะเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่เมื่อมีแสงตกกระทบจะทำให้อิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์ (valence band) หรืออิเล็กตรอนพลังงานต่ำระดับที่โคจรรอบอะตอม ได้รับพลังงานจนสามารถกระโดดไปยังแถบการนำ (conduction band) ซึ่งมีระดับพลังงานสูงกว่า กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระวิ่งไปไหนมาไหนได้ ส่วนวงโคจรที่เดิมซึ่งอิเล็กตรอนนั้นเคยอยู่จะเกิด “ตำแหน่งว่าง” สามารถรับอิเล็กตรอนเข้ามาเติมเต็มได้ เรียกว่า “โฮล” จึงเกิดเป็นคู่ อิเล็กตรอน-โฮล (electron-hole pair) 

อิเล็กตรอนที่มีประจุลบถูกดันวิ่งไปอยู่ข้างหนึ่งของวัสดุ กลายเป็นขั้วลบ ส่วนโฮลอยู่อีกข้างหนึ่ง มีประจุบวก กลายเป็นขั้วบวก จึงเกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นระหว่างสองขั้วนี้ เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตโวลเทอิก (photovoltaic effect) อันเป็นการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงภายในเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเป็นหลักการที่เกิดขึ้นในเซลล์แสงอาทิตย์ (solar cell) 

ถ้าพลังงานของแสงตกกระทบนั้นมีระดับสูงเกินไป จะเกิดอะไรขึ้น …

ระดับพลังงานของแสงขึ้นอยู่กับความถี่ ยิ่งถี่มากก็ยิ่งสูงมาก เช่นรังสียูวี รังสีเอ็กซ์ หรือรังสีแกมมา รังสีพวกนี้มีพลังงานสูงกว่าแสงที่ตาเรามองเห็นตามธรรมดา เมื่ออิเล็กตรอนถูกชนด้วยรังสีเหล่านี้จึงได้รับพลังงานสูงจนกระเด็นออกมานอกวัสดุ ไม่ใช่เพียงแค่วิ่งไปวิ่งมาภายในวัสดุเหมือนปรากฏการณ์โฟโตโวลเทอิก แต่กลายเป็นปรากฏการณ์อีกอย่างที่เรียกให้ต่างออกไปว่า “ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก” (photoelectric effect) คือการที่แสงทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะ เพราะโลหะเป็นวัสดุที่อิเล็กตรอนหลุดออกง่าย

ดังนั้น สเปกตรัมของแสงที่มีประสิทธิภาพสูงสุดต่อโซลาร์เซลล์ โดยเฉพาะแบบ ซิลิกอน (silicon-based) ซึ่งเป็นประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน จะอยู่ในช่วง 400 - 1100 นาโนเมตร (nm) ซึ่งครอบคลุม แสงที่มองเห็นได้ (visible light) ประมาณ 400 - 700 nm และแสงอินฟราเรดใกล้ (near-infrared, NIR) ประมาณ 700 - 1100 nm

เหตุผลก็เพราะแสงที่มีความยาวคลื่นเกิน 1100 nm ไม่มีพลังงานพอที่จะกระตุ้นอิเล็กตรอนในซิลิกอนให้เกิดกระแสไฟฟ้า ส่วนแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 400 nm  เช่นรังสียูวี พลังงานจะสูงเกินไป โฟตอนพลังงานสูงจะถูกดูดซับที่ผิวหน้าของเซลล์ก่อน และทำให้เกิดความร้อนมากกว่ากระแสไฟฟ้า 

ดวงอาทิตย์ เป็นแหล่งพลังงานใหญ่สำหรับโลกเราเพื่อใช้เก็บเกี่ยวไปทำประโยชน์ต่าง ๆ ส่งพลังงานในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมามากมายหลายความถี่ผสมผสานกันจนเราเห็นเป็นแสงสีขาว แต่คนเราใช้ประโยชน์เพียงช่วงแคบ ๆ นิดเดียวเท่านั้น 

โซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ทำมาจากซิลิกอน (silicon-based photovoltaic cells) จะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการเปลี่ยนพลังงานจากแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้าในช่วงของคลื่นแสงที่มนุษย์มองเห็น (visible spectrum) ความถี่ต่ำไป (ต่ำกว่า infrared) ก็แค่ทำให้ร้อน ถ้าสูงไป (สูงกว่า ultraviolet) อิเล็กตรอนก็กระเจิดกระเจิงเพราะได้พลังงานสูงเกินไป

ประโยชน์ของการเปลี่ยนพลังงานจากแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้านั้นมีมากมาย เช่น หากต้องเดินกลางแดดร้อน ๆ ถ้ามีลมช่วยพัด คงจะดี จึงมีคนคิดทำหมวกโซลาร์เซลล์ แปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ามาหมุนพัดลมเล็ก ๆ ช่วยเป่าใบหน้าให้เย็นสบาย 

คนหิวแสง เป็นศัพท์แสลงในสมัยนี้แทนคนอยากดัง อาจไม่เป็นที่ต้องการของสังคม แต่หมวกหิวแสง หรือหมวกโซลาร์เซลล์ คงเป็นที่ต้องการมากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมืองร้อนจนตับจะแตกเช่นเมืองไทย 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-04-20 

———————

คลื่นอินฟราเรด

———————

⭕️ ⭕️ ⭕️

สุขสันต์วันสงกรานต์ ขอให้รื่นเริงสุขสำราญกันทั่วหน้า

วันนี้เป็นวันปีใหม่ไทย เริ่มรับฤดูร้อนด้วยเทศกาลรดน้ำดำหัวเพื่อดับร้อน 

ความร้อนนี้ หลายคนนึกไปถึงคลื่นความร้อนซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างหนึ่งเหมือนกันกับแสงสีที่เรามองเห็น แต่มีความถี่คลื่นต่ำกว่าแสงสีแดง จึงเรียกว่า อินฟราเรด 

แค่อินฟราเรดเฉย ๆ คนที่คุ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ อาจจะไม่คิดอะไรมาก นึกถึงแต่รีโมท ที่ใช้ปิดเปิดปรับแต่งอุปกรณ์ไฟฟ้าระยะไกล เช่น เครื่องเสียง หรือแอร์ 

ในขณะที่คนช่างคิดอีกกลุ่มมานั่งสงสัยว่า ทำไมการแผ่กระจายคลื่นอินฟราเรดถึงเกี่ยวข้องกับความร้อน ทั้ง ๆ ที่คลื่นอื่นที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนกันแต่ความยาวคลื่นสั้นกว่า ความถี่สูงกว่า เช่น UV, X-ray หรือรังสีแกมมา ไม่เห็นพูดถึงว่าเกี่ยวข้องกับความร้อน ทั้งที่มีพลังงานมากกว่า 

คำตอบพื้นฐานคือ อินฟราเรดให้ผลดีที่สุดในการที่ทำให้วัตถุธรรมดา ๆ ร้อนขึ้นมา เช่น น้ำ พลาสติก หรือสารอินทรีย์ต่าง ๆ เนื่องจากโฟตอน (อนุภาคของแสงซึ่งไม่มีมวล) ในอินฟราเรดถูกดูดซับได้ดีในสารเหล่านี้ 

ตอบแค่นี้คงยังไม่สะใจคนช่างสงสัยว่าทำไมจึงเป็นอย่างนั้น แล้วแสงที่ตามองเห็น (visible light) กับยูวี (ultraviolet) นั้นเล่า ทำไมถึงไม่ร้อนกว่า เพราะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนกัน แถมมีพลังงานเยอะกว่าอีก 

มีสองความคิดที่ตามมาคือ …

หนึ่ง - เกิดอะไรขึ้นในระดับโมเลกุลเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดซับ และเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน 

และ สอง - ความคิดในเรื่อง resonance หรือการเสริมกันของคลื่น มันเปลี่ยนไปเป็นการดูดซับตามความถี่ต่าง ๆ ของสารสารพัดชนิด

ในแนวความคิดแรก มีหลายอย่างเกิดขึ้นเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งกระจายมา ถูกวัสดุดูดซับไว้ เราเคยได้เรียนมาว่า อิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรพลังงานต่ำ เมื่อดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามันจะถูกดันให้ไปอยู่ในวงโคจรที่มีพลังงานสูงขึ้น (เป็นที่มาของ "absorption spectrum" หรือสเปคตรัมการดูดซับของธาตุต่าง ๆ อันเป็นเรื่องราวสุดคลาสสิกในวิชาดาราศาสตร์) ทำให้พลังงานในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดซับที่ต่างกันอย่างนับไม่ถ้วน อย่างไรก็ตาม ถ้าจะเพิ่มอุณหภูมิให้สาร การดูดซับนั้นก็ต้องเป็นหนทางที่จะทำให้โมเลกุลนั้นมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น เพราะอุณหภูมิคือค่าเฉลี่ยพลังงานจลน์ของสาร เพื่อให้ได้ผลตามนี้ รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องไปเพิ่มพลังงานของการสั่น (vibrational energy) ของพันธะทางเคมี (chemical bond) ในสารนั้น โดยไปเพิ่มพลังงานการหมุนหรือความยืดหยุ่นของพันธะ (bond) พลังงานจลน์ก็จะเพิ่มขึ้น เช่นในกรณีของเตาไมโครเวฟซึ่งเป็นอุปกรณ์ส่งรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มสูง (ในช่วงความถี่คลื่นไมโคร จึงเป็นที่มาของชื่อ) แนวทางที่พลังงานจลน์ (คือความร้อน) จะถ่ายทอดมายังอาหารได้ก็โดยการเพิ่มพลังงานการสั่น (vibrational energy) ของพันธะระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจน (hydrogen-oxygen bond) ในน้ำ นั่นจึงเป็นเหตุผลว่า ทำไมเราจึงสังเกตเห็นว่า ส่วนของอาหารที่มีน้ำจึงร้อนมากกว่าส่วนอื่น 

เรื่องราวดังกล่าวนำมาสู่แนวความคิดที่สอง ว่าทำไมสเปกตรัมของแสงส่วนที่เป็นอินฟราเรดจึงมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยสเปกตรัมส่วนอื่นไม่ค่อยมีผลมากนัก นี่เป็นเรื่องราวของการเสริมกันทางควันตัม (quantum resonance) 

ขอยกตัวอย่างเรื่องน้ำอีกก็แล้วกัน ลองนึกภาพโมเลกุลน้ำที่มีไฮโดรเจนสองอะตอมและออกซิเจนหนึ่งอะตอม ทั้งไฮโดรเจนและออกซิเจนต่างก็จับซึ่งกันและกัน (covalent bond) การจับแบบนี้จะมีระยะห่าง (bonding length) ที่พอเหมาะที่ระดับพลังงานต่ำที่สุด เกิดสมดุลกับแรงผลักระหว่างประจุขั้วเดียวดันได้พอดี ตามโรงเรียนต่าง ๆ เวลาที่ทำโมเดลของโมเลกุลให้นักเรียนได้ดู จะใช้ลูกกลมกับไม้ เสมือนว่า ระยะห่าง (bonding length) นี้คงที่ แต่ในความเป็นจริง ไฮโดรเจนและออกซิเจนในน้ำ มันมีการ "เด้ง" (bouncing) อยู่ตลอดเวลา เหมือนมีสปริงติดอยู่ และมันจะเต้นหรือสั่น (oscillating) ชิด ๆ ห่าง ๆ ตามแรงดูดและแรงผลัก 

คงจำกันได้ว่า การเพิ่มพลังงานการสั่นของพันธะทางเคมี (vibrational energy of a chemical bond) จะทำให้พลังงานจลน์ของโมเลกุลเพิ่มขึ้น ทำให้อุณหภูมิของสารประกอบโดยรวมเพิ่มขึ้น ลองพิจารณาดูว่า อะไรที่ทำให้พลังงานการสั่น (vibrational energy) เพิ่มขึ้น 

การจะทำเช่นนั้นได้จะต้องมีปริมาณพลังงานที่พอเหมาะกับ "การเด้งขึ้นลง" (bouncing back and forth) ซึ่งเป็นการสั่นระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับออกซิเจน 

ถ้าโฟตอนที่มาตกกระทบมีพลังงานมากไป มันอาจจะทำลายระบบไปทั้งหมด เช่นการทำให้ประจุแตกตัว (ionizing radiation) หรือไม่ก็ไม่มีการดูดซับพลังงานเลย

หรือถ้าโฟตอนมีพลังงานน้อยไป ก็อาจจะไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดผลต่อการเปลี่ยนแปลงการสั่นระหว่างออกซิเจนกับไฮโดรเจน 

โฟตอนที่มีความยาวคลื่นและความถี่พอเหมาะจะเพิ่มพลังงานให้กับพันธะทางเคมีโดยส่งถ่ายพลังงานที่เพียงพอเพื่อเพิ่มขนาดของการสั่นนำไปสู่การเพิ่มพลังงานจลน์ และคลื่นในย่านอินฟราเรดและไมโครเวฟนี่เองที่อยู่ในย่านที่พอดีพอเหมาะ (sweet spot) ที่มีผลอย่างแรงต่อพันธะทางเคมีของสารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่ในการที่ทำให้ร้อนขึ้นมา ส่วนรังสีในคลื่นช่วงอื่นนั้นถ้าไม่มากไปก็น้อยไป 

แนวความคิดนี้เรียกว่า "resonance" 

วิธีคิดอีกอย่างคือการมองกลับด้านว่าทำไมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสเปกตรัมอื่นถึง “ไม่” ร้อน ลองดูน้ำเป็นตัวอย่างอีกก็ได้ น้ำไม่ค่อยจะดูดซับแสงที่ตามองเห็น เมื่อเทียบกับอย่างอื่น เช่น น้ำหมึก ดังนั้น น้ำจึงใสจนแสงผ่านทะลุได้ (ที่จริงมีเรื่องการหักเหด้วย แต่ขอผ่านเรื่องนั้นไปก่อน) ในทางตรงกันข้าม น้ำจะดูมืด (black) ในย่านความถี่ของแสงอินฟราเรด เพราะมันดูดซับความถี่ช่วงนี้ 

เรื่องความร้อนนี้ บางคนอธิบายด้วยทฤษฎี Black Body radiation ที่กล่าวว่า … 

“วัตถุทุกอย่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์ (0 Kelvin หรือ -273.15 Celsius) จะปล่อยพลังงานเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วัตถุในอุดมคติที่ไม่ปล่อยพลังงานเลยเรียกว่า black body” 

ประโยคแรกนั้นสำคัญ ที่กล่าวว่าวัตถุต้องปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเสมอ พลังงานที่โฟตอนพาออกมานี้แปรผกผันกับความยาวคลื่นคือ hc/λ โดย ‘h’ คือ Planck’s constant และ ‘c’ คือความเร็วแสง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมดาวนิวตรอนซึ่งมีพลังงานมหาศาลจึงปล่อยรังสีแกมมา อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้จึงหมายความว่า แม้แต่น้ำแข็งก็ยังปล่อย “ความร้อน” 

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยาวสุดถึงสั้นสุด ที่เรียกว่าสเปกตรัมของคลื่นนั้น แบ่งได้เป็นสองชนิด คือ “ionizing” กับ “non-ionizing” 

คลื่น ionizing มีพลังงานมากพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนกระจาย แตกตัวออกมาจากอะตอม สารนั้นจึงกลายเป็นสารประจุบวก คลื่นเหล่านี้ก็คือ รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ และรังสียูวีซึ่งเป็นคลื่นที่สั้นมาก ๆ คลื่นเหล่านี้มีพลังงานสูงและมีผลกระทบมากจนเหมือนอนุภาคมากกว่าจะเป็นแค่คลื่น เมื่อมันชนอิเล็กตรอนมันจึงไม่เพียงแค่เพิ่มพลังงานให้ขยับวงโคจรขึ้นมาสูงขึ้น แต่มันชนอิเล็กตรอนจนกระเด็นหลุดออกไปจากอะตอมเลย เมื่อโดนรังสีพวกนี้ผิวหนังจะไม่ทันไหม้หรือเป็นอะไร แต่มันจะทะลุทะลวงลึกทะลุผิวหนังลงไป ความเสียหายไม่ได้สิ้นสุดแค่ตรงนั้น แต่มันจะทำให้อะตอมแตกตัว (ionize) ทำลายโครงสร้างของเซลล์ทั้งหมดอย่างเช่นโมเลกุลดีเอ็นเอและโครโมโซม กระทบกับระบบพันธุกรรม และทำให้เกิดการผ่าเหล่า (mutation) จนอาจกลายเป็นมะเร็งได้ รังสีเหล่านี้ตาคนเรามองไม่เห็น ต้องใช้เครื่องวัด เช่น Geiger counter 

ส่วนคลื่น non-ionizing มีพลังงานไม่สูงพอที่จะทำให้อะตอมหรือโมเลกุลของสารแตกตัวเป็นไอออนได้ หมายความว่า มันไม่สามารถทำให้อิเล็กตรอนกระเด็นออกไปจากอะตอมได้ ขนาดของคลื่นที่ยาวทำให้มันมีผลต่อโมเลกุลซึ่งมีขนาดใหญ่มากกว่าจะมีผลต่อขนาดที่เล็กลงไปอีกในระดับอะตอม มันทำได้อย่างมากก็เพียงยกอิเล็กตรอนขึ้นมาอยู่ที่ระดับที่มีพลังงานสูงกว่าเท่านั้น 

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้มีผลอยู่แต่เพียงระดับผิวหนังของเราเท่านั้น และในกรณีที่เป็นแสงยูวีก็อยู่ที่ระดับใต้ผิวหนังของเราลงไปนิดหนึ่ง ผลของอิเล็กตรอนที่ได้รับการกระตุ้นพลังงานขึ้นมานี้ก็จะทำให้เกิดพลังงานการหมุนและการสั่น ทำให้โมเลกุลสั่นไหวอย่างไร้ทิศทาง กลายเป็นความร้อนที่เรารู้สึกได้ 

ถ้าดูที่สเปกตรัม ดูเหมือนว่า ไมโครเวฟน่าจะส่งผ่านความร้อนได้น้อยกว่าแสงที่ตามองเห็น (visible) และแสงยูวี ซึ่งก็จริงบางส่วน แสงยูวีเมื่อถูกผิวหนังมีโอกาสไหม้ แต่เนื่องจากแสงยูวีจากอาทิตย์ส่วนมากถูกดูดซับในชั้นบรรยากาศ ปล่อยผ่านแสงที่ตามองเห็นกับอินฟราเรดลงมา 

อีกเหตุผลหนึ่งที่แสงที่ตามองเห็นไม่เผาตัวเรามากนักก็เพราะมันกระจัดกระจายไปทั่วในชั้น บรรยากาศ ถ้าจับมารวมตัวกันใหม่ด้วยแว่นขยาย กระดาษก็ไหม้ได้

การรวมตัวเป็นเรื่องสำคัญสำหรับคลื่นไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ เตาอบของเราจะอบพิซซ่าไม่ได้ถ้าโฟตอนไม่เบียดชิดกันมากพอ คงจำกันได้ว่า ความสามารถในการให้ความร้อนของไมโครเวฟค้นพบเป็นครั้งแรกเมื่อ Percy Spencer ไปยืนอยู่ใกล้ magnetron จนคลื่นไมโครเวฟทำให้แท่งช็อคโกแลตละลายในกระเป๋า 

เนื่องจากคลื่นวิทยุที่ส่งสัญญาณออกอากาศมันไม่ได้เข้มข้นมากนัก มันจึงผ่านตัวเราไปโดยไม่รู้สึกว่าถูกเผาอะไรเลย 

การเผา อย่างเช่นเผาถ่านหิน มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมามากมาย นอกจากแสงที่ตามองเห็นก็ยังมียูวี หรือแม้แต่รังสีเอ็กซ์ซึ่งมีนิดหน่อยจนแทบวัดไม่ได้ แต่ที่มีมากมายคืออินฟราเรด นี่จึงเป็นเหตุให้เรียกคลื่น non-ionizing นี้อีกอย่างว่ารังสีความร้อน (thermal radiation) ที่อุณหภูมิต่ำรังสีความร้อนนี้อาจเป็นแค่อินฟราเรด แต่ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นจะขยายช่วงของอินฟราเรดไปจนถึงแสงตาเห็นและยูวี 

คนเรามองไม่เห็นแสงอินฟราเรด เช่นเดียวกับรังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา แต่มีการประดิษฐ์กล้องที่สามารถจับแสงอินฟราเรดได้

สัตว์บางชนิด เช่น งู จะมี “รู” รับอินฟราเรด ทำให้มัน “เห็น” เหยื่อของมันในที่มืดได้ 

การที่เราเอาความรู้สึก “ร้อน” ไปผูกกับอินฟราเรดเนื่องจากความคุ้นเคยกับแหล่งที่ผลิตความร้อนในคลื่นช่วงนี้ เราไม่มีทางรู้สึกร้อนจากดาวนิวตรอนบนโลกของเรา เราคุ้นแต่ความร้อนจากดวงอาทิตย์หรือความร้อนจากหลอดไฟเอดิสัน (สมัยนี้แทบไม่เหลือแล้ว) ซึ่งปล่อยแสงออกมาในช่วงอินฟราเรดและช่วงตามองเห็น 

ถ้าเอาข้อมูลความเข้มของพลังงาน (Intensity) ที่อุณหภูมิต่าง ๆ มาพล็อตเป็นกราฟเทียบกับความถี่ของคลื่น จะพบว่า ความเข้มสูงสุดของแต่ละอุณหภูมิ (วัดเป็น Kelvin : K) จะสูงในย่านพลังงานสูง และต่ำในย่านพลังงานต่ำ

10,000 K สูงสุดที่ยูวี

6000 K สูงสุดที่แสงตาเห็น

3000 K สูงสุดที่อินฟราเรด 

สรุปว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกคลื่น ส่งกระจายความร้อนออกมาได้ทั้งหมด ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน บังเอิญเราคุ้นกับความร้อนที่อุณหภูมิอยู่ในช่วงอินฟราเรดเท่านั้นเอง

วัชระ นูมหันต์ 

2025-04-13 

 ——

MRI

——

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

ยุคสมัยนี้มีตัวช่วยให้คุณหมอรุ่นใหม่ได้ใช้ดูภายในร่างกายคนไข้เพื่อจะวิเคราะห์ได้ง่ายขึ้น เช่นการดูความผิดปกติภายในสมอง จะมีตัวช่วยยอดนิยมอย่างหนึ่งคือ MRI 

เครื่อง MRI (Magnetic Resonance Imaging) ใช้เทคโนโลยีของ NMR (Nuclear Magnetic Resonance) ในตอนแรกจึงชื่อ NMRI แต่คำว่า นิวเคลียร์ ถูกตัดออกไป เพราะฟังดูน่ากลัว จึงเหลือแต่ MRI  

เราอาจจะคุ้นกับการใช้เครื่อง x-ray ซึ่งอาจเป็น 2 มิติ หรือขยายเป็น 3 มิติ สแกนได้ทั่วร่างกายโดยใช้คอมพิวเตอร์สร้างภาพ ที่เรียกว่า CT scan 

แต่นั่นเป็นการใช้รังสีเอ็กซ์ แหล่งพลังงานที่อยู่นอกร่างกาย ทะลุทะลวงผ่านร่างกายไป จนเกิดเงาไปกระทบจอภาพหรือฟิล์มด้านหลัง รู้กันอยู่ว่า  รังสีเอ็กซ์มีผลต่อเนื้อเยื่อในร่างกายของเรา จึงต้องจำกัดเวลาเท่าที่จำเป็นเท่านั้น ถูกรังสีนานมากไปไม่ได้ และเนื่องจากเป็นการดูเงา ของทึบเช่นกระดูกจึงเห็นได้ชัด คนไข้ที่กระดูกหักจึงมักใช้ดูด้วยการเอ็กซเรย์ 

แล้วถ้าอวัยวะส่วนที่ผิดปกติเป็นน้ำและเนื้อเยื่อ เช่น สมอง จะใช้ตัวช่วยเพื่อใช้ดูอวัยวะภายในด้วยวิธีไหนดี เหมาะที่สุดก็คือใช้เครื่อง MRI นั่นเอง เพราะสามารถเห็นได้เลยว่าสมองลึกลงไปส่วนไหนที่ผิดปกติ

ความต่างของ MRI เทียบกับ CT scan หรือ x-ray คือ MRI ไม่ได้ใช้รังสีที่ทำลายเนื้อเยื่อ ดังนั้น จะใช้นานใช้บ่อยแค่ไหนก็ไม่มีปัญหา 

ส่วนแหล่งพลังงานที่ทำให้เกิดภาพ ไม่ได้มาจากภายนอกเหมือน x-ray หรือ CT scan แต่มาจากภายในร่างกายมนุษย์เอง 

X-ray เหมือนหนังตะลุง โดยใช้แสงส่องวัตถุ เกิดเงาปรากฏบนจอ 

MRI เหมือนนาฬิกาพรายน้ำ ที่เรืองแสงเห็นตัวเลขออกมาได้เองในที่มืด เหมือนเป็นแหล่งกำเนิดแสงในตัวเอง ถ้าแสงหรี่เราเติมให้สว่างได้ ด้วยการเปิดไฟให้ได้รับแสงก่อนแล้วปิดไฟปุ๊บ จะเห็นแสงเรืองนั้นสว่างมาก และค่อย ๆ ลดความสว่างลงเมื่อเวลาผ่านไป MRI ก็สร้างภาพด้วยแนวความคิดที่คล้าย ๆ กัน 

อย่างที่กล่าวมาแล้วว่า x-ray ถ่ายภาพเงาของกระดูกชัด แต่ MRI “เห็น” น้ำชัด MRI จึงเปรียบเสมือนการถ่ายภาพน้ำในร่างกาย 

คนเรามีน้ำในร่างกายมากถึง 60% ทั้งส่วนที่เป็นของเหลว เช่นเส้นเลือด รวมทั้งในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ด้วย ยกเว้นกระดูก ดังนั้น ถ้าเกิดการผิดปกติจนเลือดไปคั่งอยู่บริเวณไหน แม้แต่ในสมอง MRI ก็เห็นได้ 

น้ำ เป็นของใส ไม่มีสี จะเห็นได้ยังไง 

ปัญหานี้ต้องใช้ฟิสิกส์มาช่วยแก้ และไม่ใช่แค่ classical physics ที่อยู่นอกอะตอม แต่ต้องใช้ nuclear physics ลึกเข้าไปในอะตอม 

อะตอมอะไรที่มีอยู่ในน้ำ … อะตอมของไฮโดรเจนนั่นเอง ที่มีสองตัวไปจับกับออกซิเจนหนึ่งตัว กลายเป็น H2O 

อะตอมของไฮโดรเจนในน้ำนี้เป็นเป้าหมายที่จะนำมาใช้งานใน MRI เพราะคุณสมบัติอย่างหนึ่งของอะตอมของโฮโดรเจนนี้ก็คือคุณสมบัติของการ “spin” 

ทั้งนี้เพราะใจกลางของอะตอมไฮโดรเจนมีเพียงโปรตอนตัวเดียว ซึ่งมีคุณสมบัติทาง quantum เป็น “non zero spin” คือสนามแม่เหล็กจะมีผลต่อการหมุน (magnetic moment)

ถึงแม้การ “spin” ในระดับอะตอม จะไม่เหมือนการหมุนของลูกข่างทีเดียวนัก แต่ก็พอจะกล้อมแกล้มความคล้ายเพื่อให้นึกภาพออก 

ความคล้ายอย่างหนึ่งก็คือทิศทาง เช่นแกนหมุนจะชี้ไปทางไหน ก็สมมุติให้แทนด้วยลูกศรชี้ไปทางนั้น

ในสภาพปกติ ลูกศรที่แทนการหมุนของอะตอมไฮโดรเจนนี้จะชี้สะเปะสะปะ แต่ถ้าอยู่ในสนามแม่เหล็กที่แรงมาก ๆ ทิศทางของสนามไปทางไหน ลูกศรก็จะชี้ไปทางนั้น คือมันจะเรียงตัวไปในแนวเดียวกับสนาม เหมือนเข็มทิศบนพื้นโลกจะชี้ไปทางทิศเหนือ 

ข้อดีของสนามแม่เหล็กคือ ไม่ทำลายเนื้อเยื่อ 

หน่วยวัดความเข้มของสนามแม่เหล็กคือ Tesla (T) เครื่อง MRI ตามโรงพยาบาลจะมีความเข้มสนามแม่เหล็กประมาณ 1.5 -3T เปรียบเทียบโดยประมาณก็คือ เครื่อง MRI ที่มีความเข้มสนามแม่เหล็ก 3T จะมากกว่าสนามแม่เหล็กโลกที่เราใช้ดูเข็มทิศ ประมาณ 60,000 เท่า ยิ่งมีความเข้มของสนามแม่เหล็กมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งเห็นรายละเอียดความชัดของภาพ (resolution) มากขึ้นเท่านั้น หรือถ้าจะให้เห็นชัดเท่ากัน สนามแม่เหล็กที่แรงกว่าก็สามารถทำงานได้เร็วกว่า 

ถ้ามีเพียงสนามแม่เหล็กหลัก ก็ยังไม่เห็นอะไร ยังสร้างภาพออกมาไม่ได้ ต้องใช้เทคนิคคล้าย ๆ กับที่เราเปิดไฟหรือฉายไฟส่องไปที่หน้าปัดนาฬิกาพรายน้ำอย่างที่กล่าวมาแล้วคือ พอปิดไฟ มันจะส่งพลังงานคืนออกมาเป็นแสงเรืองทำให้มองเห็นตัวเลขและเข็มได้ 

ในเครื่อง MRI เขาใช้คลื่นวิทยุ (radio wave) โดยส่งเข้าไปเป็นช่วงสั้น ๆ (pulse) คือ เปิด-ปิด ๆ

เปิด เพื่อส่งพลังงานเข้าไป … ปิด เพื่อวัดผลความเปลี่ยนแปลงที่ส่งออกมาจากอะตอมไฮโดรเจน 

พลังงานที่ส่งเข้าไปนี้ ใช้คลื่นวิทยุ เพราะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งปรับความถี่ได้ และความถี่นี้เองที่ไปเสริมกับความเร็วรอบการหมุนควงสว่าน (precession) ของอะตอมไฮโดรเจน ทำให้มีขนาด (magnitude) เพิ่มขึ้น การเสริมกันนี้เรียกว่า “resonance” อันเป็นที่มาของชื่อย่อตัวกลางของ MRI 

ความถี่ที่เสริมกันทำให้ขนาดเพิ่มขึ้นนี้ เหมือนกับการที่พ่อพาลูกไปเล่นชิงช้า ถ้าจังหวะหรือความถี่ที่พ่อผลักชิงช้าเท่ากับความถี่ของชิงช้า ชิงช้าก็จะแกว่งสูงขึ้น ๆ 

คงจำได้ว่า ก่อนที่จะปล่อยคลื่นวิทยุนั้น แกนหมุนของอะตอมชี้ไปแนวเดียวกับสนามแม่เหล็ก เหมือนกับมันนอนอยู่ในแนวเดียวกันกับที่คนนอนอยู่ หากต้องการให้มันค่อย ๆ ลุกขึ้นมาหมุนในแนวตั้ง ต้องยิงคลื่นวิทยุเข้าไป และมันจะค่อย ๆ กลับลงไปนอนตามเดิมเมื่อปิดสัญญาณคลื่นวิทยุ เราจึงต้องใช้วิธียิงสัญญาณคลื่นวิทยุนี้ตามขวาง คือตั้งฉากกับแกนนอน 

ผลของการยิงตามขวางนี้ จะทำให้อะตอมไฮโดรเจนพลังงานต่ำที่เคยหมุนอยู่ในแนวนอนจะค่อย ๆ เงยแกนขึ้นมาหมุนแบบตั้ง แถมด้วยการควงสว่าน (precession) ที่ความเร็วรอบเท่ากับความถี่ของคลื่นวิทยุ (resonance frequency) ที่ส่งเข้าไป 

คราวนี้ก็สามารถจับความแตกต่างของเนื้อเยื่อหรือไขมันหรือน้ำได้แล้ว เพราะอะตอมของไฮโดรเจนในบริเวณดังกล่าวจะคายพลังงานออกมาเร็วช้าแตกต่างกันเมื่อปิดคลื่นวิทยุ 

เหมือนกับลูกข่างที่นอนอยู่ เมื่อปล่อยคลื่นวิทยุเข้าไปเหมือนกับการจับมันหมุนตั้งขึ้นมา พอปิดคลื่นวิทยุ มันก็ค่อย ๆ ล้มลงไปนอนใหม่ ถ้าเป็นไขมันก็หยุดเร็วหน่อย ถ้าเป็นน้ำก็หยุดช้าหน่อย ระหว่างนี้มันก็จะค่อย ๆ ปล่อยพลังงานคลื่นไมโครเวฟออกไปยังตัวรับสัญญาณสองแนวแกน (x และ y) จากนั้นคอมพิวเตอร์ก็จะแปลข้อมูลของเวลาเร็วหรือช้านี้มาแปลงเป็นความเข้มจาง (contrast) เพื่อสร้างเป็นภาพได้ 

การสร้างภาพด้วยคอมพิวเตอร์นั้น จะเป็นภาพสองมิติคือภาพตัดขวางก่อนตามแนวแกน xy โดยมีตัวรับข้อมูลสองแนวแกน คือแกน x และแกน y โดยรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งมาจากอะตอมเมื่อปิดคลื่นวิทยุแล้ว 

ที่น่าสนใจคือ การเลื่อนในแนวแกน z เพื่อจะได้ภาพตัดขวางใหม่ เมื่อรวมต่อ ๆ กัน ก็จะได้ภาพ 3 มิติ 

การจับตัวคนไข้เลื่อนเอาดื้อ ๆ คงไม่ใช่วิธีที่ดีแน่ … เขามีวิธีที่ดีกว่านั้น 

ได้กล่าวมาแล้วว่า ความถี่คลื่นวิทยุที่ส่งเข้าไปนั้น สัมพันธ์กันหรือเท่ากันกับความเร็วรอบของการควงสว่าน (precession) ของอะตอมไฮโดรเจน เรียกว่า “Larmor precession” (ตั้งชื่อตาม Sir Joseph Lamor) 

ความเร็วรอบของการควงสว่านนี้ไม่ใช่ความเร็วรอบเฉย ๆ ลองนึกถึงลูกข่างจะเห็นว่ามันหมุนจี๋ แต่การควงสว่านจะหมุนช้า ๆ และถ้าสังเกตดี ๆ จะเห็นว่า ถึงแม้ความเร็วรอบในลูกข่างแต่ละลูกจะแตกต่างกัน แต่ความเร็วรอบของการควงสว่านจะเท่าเดิมเสมอ เพราะหมุนอยู่บริเวณเดิมที่มีสนามแรงดึงดูดของโลกเท่าเดิม ถ้านีล อาร์มสตรอง พกลูกข่างลูกเดิมไปหมุนบนดวงจันทร์ด้วยคงจะพบว่ามันควงช้าลง 6 เท่า 

นั่นก็คือ ความเร็วรอบการควงของวัตถุแปรตามชนิดของวัตถุและความเข้มของสนามพลัง 

เขาจึงเอาหลักการนี้มาสร้าง MRI กล่าวคือ เดิมมีสนามแม่เหล็กหลักอยู่แล้ว (main magnetic field) อยู่วงนอกสุด มีความเข้มสนามแม่เหล็กมากมาย คงที่เท่ากันยาวตลอดตัว เขาเพิ่มสนามแม่เหล็กวงชั้นในเข้ามาอีกชั้นหนึ่ง ขนาดเล็ก ๆ ต้องการเพียงแค่ให้เกิดความแตกต่างของสนามแม่เหล็ก (gradient) ตลอดความยาวแนวนอน 

ในเมื่อความเข้มสนามพลังเปลี่ยน resonance frequency เปลี่ยน ก็ทำย้อนศร โดยขยับความถี่วิทยุเพิ่มขึ้นนิด ความถี่เพิ่มขึ้นหน่อย แกนแนวนอนจะเลื่อนไปตรงจุดที่ความเข้มสนามเพิ่มขึ้นให้พอดีกันโดยอัตโนมัติ ไม่ต้องเลื่อนตัวคนให้ยุ่งยาก แถมทำได้ละเอียดกว่าด้วย จากนั้นก็สามารถสร้างภาพ cross section ใหม่จากจุดนี้ได้

ดังนั้น ระบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใน MRI จึงมีสามระบบ คือ

•ระบบสนามแม่เหล็กหลัก (main) ชั้นนอกสุด

•ระบบสนามแม่เหล็กให้เกิดความแตกต่างไล่จากน้อยไปหามาก (gradient) ชั้นกลาง

•ระบบคลื่นวิทยุ (RF : radio frequency) ชั้นในสุด 

และที่สำคัญ ขาดไม่ได้คือ ระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อนำสัญญาณต่าง ๆ นั้น มาสร้างเป็นภาพ ทั้ง 2 มิติ และ 3 มิติ

ความพิเศษอย่างหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังเครื่อง MRI ในสมัยนี้ก็คือ “ฮีเลียมเหลว” อันเป็นระบบหล่อเย็นสุดไฮเทคที่ทำให้ MRI  ไม่ใช่ของถูก 

ทำไมต้องใช้ฮีเลียมเหลว?

ที่ต้องใช้ฮีเลียมเหลวก็เพื่อหล่อเย็นให้โลหะตัวนำ (conductor) ที่พันรอบเครื่อง MRI แล้วปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขนาดมหึมานั้น มีอุณหภูมิเย็นยิ่งยวด เหลือเพียง 4 องศาเคลวิน (4 °K) ใกล้เคียงศูนย์องศาสัมบูรณ์ (-273.15 °C) ทำให้โลหะตัวนำนั้นกลายเป็น superconductor ที่กระแสไฟฟ้าปริมาณมากไหลได้อย่างปราศจากความต้านทาน เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มมหาศาลได้ 

นึกถึงระบบหล่อเย็นโลหะตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ในโรงไฟฟ้าขึ้นมาทีเดียว ไม่ต้องให้เย็นมาก ยอมให้มีความต้านทานหน่อย … เขาใช้ไฮโดรเจนหล่อเย็นครับ 

หนีไม่พ้นไฮโดรเจนอีกแล้ว 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-04-06 

 

 สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย สมท. ให้บริการเป็นที่ปรึกษาจัดทำ รายงานการปล่อยก๊าซเรือนกระจก คาร์บอนฟุตปริ้นขององค์กร และของผลิตภัณฑ์

( Carbon Footprint of Organization(CFO) and Product(CFP)  หน่วยงาน/บริษัท ใดที่สนใจกรุณาติดต่อมาที่สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย
สนใจ ติดต่อ พล.อ.ต.ดร. เพียร  โตท่าโรง โทร081-6660500 E-mail ptotarong@gmail.com หรือสมาคมฯโทร 0649356764 E-mail: mst@mst.or.th

———————

ชาร์จไฟไร้สาย 

———————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ใครที่ชอบใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าไฮเทคน่าใช้ (gadget) ก็คงเคยเห็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้การชาร์จไฟแบบไม่ต้องเสียบ แค่แปะที่ชาร์จเข้าไปเฉย ๆ เช่นโทรศัพท์มือถือหรือนาฬิกาสุขภาพ (Apple Watch) ก็ใช้ได้แล้ว 

นั่นเป็นตัวอย่างของการส่งพลังงานแบบไร้สาย หรือ WET (Wireless Energy Transmission) 

การส่งกำลังไฟฟ้าผ่านช่องว่างไปโดยไม่ต้องมีสายนั้น ทำได้โดยการใช้ตัวส่ง (transmitter) ที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดที่มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา (time-varying) แล้วตัวรับ (receiver) ก็สามารถจะเก็บเกี่ยวพลังงานนั้นไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ จึงต้องใช้ไฟกระแสสลับ ความถี่เท่าไหร่ก็ได้ ใช้ไฟกระแสตรงไม่ได้ เพราะจะไม่เกิดความต่างศักย์ และไม่มีกระแสไหล ส่งพลังงานไปไม่ได้ 

การส่งพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สายไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้ามีประโยชน์มากในกรณีที่การเชื่อมต่อด้วยสายไฟไม่สะดวก มีอันตราย หรือทำไม่ได้เลย 

เทคนิคการเชื่อมต่อแบบไร้สายมีสองอย่างคือ แบบชิดและแบบห่าง (near and far field) 

การส่งพลังงานแบบชิด (near field) เป็นเทคนิคที่ไม่ใช้การส่งแผ่สัญญาณกระจายออกไป (non-radiative) แต่จะใช้สนามแม่เหล็ก (magnetic field) จากขดลวดในการเชื่อมต่อ (inductive coupling) หรือใช้สนามไฟฟ้า (electric field) เชื่อมต่อด้วยแผ่นประจุไฟฟ้า (capacitive coupling) 

แต่ส่วนใหญ่แล้ว มักจะใช้การส่งพลังงานด้วยสนามแม่เหล็กมากกว่า เช่นการชาร์จมือถือ ชาร์จแปรงสีฟันไฟฟ้า หรือการอ่านป้ายสินค้าตามห้างสรรพสินค้าและซูเปอร์มาร์เกตแบบไม่ต้องใช้บาร์โค้ด แต่ใช้คลื่นวิทยุอ่าน เป็นป้ายสินค้าชนิด RFID (radio-frequency identification) เตา induction ในครัว ก็ใช้การส่งผ่านพลังงานด้วยคลื่นแม่เหล็กเหมือนกัน นอกจากนั้นยังมีใช้ในเครื่องกระตุ้นหัวใจ ที่ใช้สนามแม่เหล็กผ่านทะลุผิวหนังเข้าไปชาร์จอุปกรณ์ที่ถูกฝังลึกลงไป รถไฟฟ้า EV (electric vehicle) บางแบบก็ชาร์จด้วยวิธีนี้

หลายคนคงเคยเห็นแผ่นชาร์จระบบเหนี่ยวนำ (inductive charging pad) สำหรับมือถือ เมื่อนำมือถือไปวางบนแผ่นนี้ ขดลวดใต้แผ่นจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไหลในขดลวดชุดที่อยู่ในมือถือเพื่อชาร์จแบตในมืออีกที 

ส่วนการส่งพลังงานแบบห่าง (far-field) จะเป็นการส่งลำแสง (beam) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ไมโครเวฟ หรือแสงเลเซอร์ 

วิธีนี้ส่งพลังงานได้ไกล แต่จะต้องเล็งให้ตรงตัวรับ (receiver) เช่นดาวเทียมส่งพลังแสงอาทิตย์ (solar power satelllite) หรือโดรนที่บินได้นานเพราะเติมพลังแบบไร้สาย (wireless power drone aircraft) 

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้มีหลากหลายตั้งแต่ความถี่ต่ำเช่น อินฟราเรด (infrared) และสูงขึ้นไป เช่น คลื่นวิทยุ (radio wave) ไมโครเวฟ ไปจนถึงคลื่นแสงที่ตามองเห็น (visible light)

ที่จริง การส่งพลังงานระยะไกลก็ใช้หลักการเดียวกันกับที่ใช้ในการส่งสัญญาณระบบมือถือ การส่งสัญญาณวิทยุโทรทัศน์ วิทยุสื่อสาร หรือแม้แต่ระบบ WiFi ที่มีตามห้างร้านตึกรามบ้านช่องในทุกวันนี้ เพียงแต่ระบบดังกล่าวที่ว่ามานี้มีเป้าหมายเพียงการส่งข้อมูล ไม่ใช่การส่งพลังงาน ตัวรับจึงได้รับพลังงานเพียงนิดหน่อย ส่วนการส่งผ่านพลังงานแบบไร้สายตัวหลักคือพลังงาน ดังนั้น ประสิทธิภาพ (พลังงานที่ได้รับหลังการสูญเสีย) เป็นเรื่องสำคัญ ระยะห่างจึงเป็นข้อจำกัดในเรื่องการส่งพลังงานมากกว่าการส่งข้อมูล 

ลองนึกวาดภาพในใจถึงชีวิตคนในอนาคตที่ขับรถเข้าไปในที่จอด รถก็ได้รับการชาร์จไฟ และขับออกไปได้เลยโดยไม่ต้องเสียบปลั๊กถอดปลั๊กให้ยุ่งยาก เพราะใต้ที่จอดตรงใต้ท้องรถมีแหล่งสร้างสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่เหนี่ยวนำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าเข้าไปในรถ 

หรือนึกถึงห้องที่คนภายในห้องไม่ต้องวิ่งหาปลั๊กเพื่อจะเสียบชาร์จ แต่อุปกรณ์ไฟฟ้าถูกชาร์จ เพราะข้างฝา เพดาน หรือพื้น มีสนามแม่เหล็กออกมาเหนี่ยวนำให้มีพลังงานไฟฟ้าใช้ได้ตลอดเวลา 

ภาพดังกล่าวอาจไม่ไกลเกินฝัน เพราะเป็นการขยายสเกลสิ่งที่ทำได้แล้วให้ใหญ่ขึ้น เพียงแต่จะต้องลบภาพลักษณ์ความกลัวในใจของผู้คนออกไปก่อน ความกลัวดังกล่าวคือความกลัวสนามพลังทั้งสองนั่นเอง 

สนามพลังไฟฟ้าน่ะ อันตรายแน่ เพราะเป็นสถานที่ให้อิเล็กตรอนวิ่งผ่าน อย่างน้อย ๆ ก็ถูกไฟกระตุก อย่างมาก ๆ ก็ถูกไฟดูด หรือถูกฟ้าผ่า 

แต่สนามพลังแม่เหล็ก ไม่อันตรายมากอย่างที่คิด ถึงแม้จะมาคู่กับไฟฟ้าก็ตาม (สนามแม่เหล็กสร้างไฟฟ้า สนามไฟฟ้าสร้างแม่เหล็ก) 

ถ้าอยู่ในสนามไฟฟ้า … อันตราย ความรุนแรงขึ้นอยู่กับกระแสที่ไหลผ่าน

ส่วนสนามแม่เหล็ก ไม่อันตราย เราหยิบจับแม่เหล็กได้อย่างสบาย และเราอยู่บนโลกที่มีสนามแม่เหล็กอยู่แล้วที่ทำให้เข็มทิศชี้ทิศเหนือ ดีเสียอีกที่ได้ของแถมช่วยป้องกันอนุภาคประจุที่มาจากดวงอาทิตย์ ผลักให้เป๋ไปที่ขั้วโลก กลายเป็นแสงเหนือแสงใต้อันสวยงาม

แม้ในที่ที่มีสนามแม่เหล็กเข้มกว่าสนามแม่เหล็กโลกอย่างมากมายก็ไม่มีปัญหาอะไร ถ้าไม่มีโลหะติดตัว ที่ไหนทราบไหมครับ …

ในเครื่อง MRI ตามโรงพยาบาลนั่นเอง ซึ่งมีสนามแม่เหล็กแรงกว่าสนามแม่เหล็กโลกถึง 60,000 เท่า !

วัชระ นูมหันต์ 

2025-03-30 

—————

ถนนไฟฟ้า

—————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ยุคไฟฟ้า เรามีจักรยานไฟฟ้า มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า และรถไฟฟ้า แล้วทำไมจะมีถนนไฟฟ้าบ้างไม่ได้

ถนนไฟฟ้า หรือ ERS (electric road system) เป็นถนนที่มีพลังไฟฟ้าป้อนให้ยานที่วิ่งทับอยู่ข้างบน 

หน่วยงานรัฐมีการศึกษาและทดลองใช้ในหลายประเทศ 

เกาหลีใต้ เป็นประเทศแรกที่ใช้รถบัสเหนี่ยวนำด้วยแม่เหล็ก ทดสอบ ลองใช้ในปี 2009 และใช้จริงเชิงพาณิชย์ในปี 2013 จนกระทั่งเก่าหมดอายุการใช้งานไปท่ามกลางการโต้เถียงการใช้จ่ายเงินภาครัฐในเรื่องเทคโนโลยี 

ประเทศอังกฤษ มีโครงการทำถนนไฟฟ้าไร้สายในเขตเทศบาลในปี 2015 และ 2021 แต่พบว่า ไม่คุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ 

ประเทศสวีเดน มีการประเมินเทคโนโลยีการทำถนนไฟฟ้าหลายสายตั้งแต่ปี 2013 ภายใต้โครงการถนนไฟฟ้าของสำนักงานขนส่งสวีเดน โครงการนี้ทำยาวนานมาก รายงานฉบับสมบูรณ์ (final report) เพิ่งจะออกมาในเดือนธันวาคม 2024 เมื่อไม่กี่เดือนมานี้เองว่า ไม่คุ้ม เลยหยุดโครงการไว้ก่อน มีคำแนะนำให้เลือกเทคโนโลยีที่เหมาะกับรถบรรทุกขนาดใหญ่ ซึ่งมีผู้ทำระบบนี้หลายรายในเยอรมันและฝรั่งเศส

ประเทศเยอรมัน ทำโครงการถนนไฟฟ้าไร้สายเหมือนกัน เรียกว่า wERS (wireless electric road system) โดยบริษัท Electreon มีประสิทธิภาพในการส่งถ่ายพลังงาน 64.3% ก็ประสบปัญหาในการก่อสร้างเหมือนกัน เยอรมันพยายามทำโครงการสายไฟฟ้าเหนือถนนสามโครงการ พบว่าแพงมากและก่อปัญหาด้านความปลอดภัย 

ประเทศฝรั่งเศส ก็ถอนโครงการสายไฟฟ้าเหนือถนนออกเช่นกัน และเริ่มทดสอบระบบถนนไฟฟ้าแบบสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำและแบบราง ฝรั่งเศสวางแผนที่จะใช้งบประมาณ 30-40 พันล้านยูโรภายในปี 2035 เพื่อสร้างถนนไฟฟ้าความยาวรวม 8,800 กิโลเมตร เพื่อชาร์จรถไฟฟ้า รถบัส และรถบรรทุก ในขณะที่วิ่งบนถนนเหล่านี้

วิธีการที่ถนนจะป้อนพลังงานให้รถมีสามวิธีหลัก คือ ใช้สายไฟฟ้าเหนือถนน (overhead power line) รางไฟฟ้าที่ผิวถนน (ground-level power supply) และการถ่ายพลังงานแบบไร้สายขณะรถเคลื่อนที่ หรือ DWPT (dynamic wireless power transfer) โดยใช้การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก (resonant inductive coil) ด้วยการฝังสายเคเบิลเหนี่ยวนำไว้ที่ถนน 

ระบบสายไฟฟ้าเหนือถนน เป็นเทคโนโลยีเก่าแก่ที่มีมานาน (นึกถึงรถรางในสมัยก่อน) แต่ไม่เหมาะกับรถที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ เพราะต้องใช้ความสูงพอที่จะขึ้นไปแตะสายได้ ถ้าเอาสายส่งกำลังลงมาอยู่ที่พื้นเหมือนเป็นรางไฟฟ้า รถเล็กจะใช้งานได้ง่ายกว่า รวมทั้งการตรวจสอบก็ไม่ยาก ส่วนระบบสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ จะได้กำลังไม่มาก และต้องติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าตามข้างถนนมากมาย จากการศึกษาในประเทศฝรั่งเศสในปี  2023 พบว่าเกิดรอยแตกที่ผิวถนนมากขึ้นเมื่อใช้วัสดุทำถนนตามปกติ และแนะนำให้ใช้วัสดุที่ทนทานมากขึ้น 

ในช่วงเริ่มต้นของเทคโนโลยีนี้ รัฐบาลรวมทั้งกลุ่มประเทศทางยุโรปได้เริ่มหามาตรฐานของเทคโนโลยีทั้งสามสำหรับถนนไฟฟ้า เช่น สวีเดนเสนอให้ใช้กำลังไฟขนาด 300 กิโลวัตต์ต่อรถบรรทุกหนึ่งคัน (kW/truck) ฝรั่งเศสเสนอ 400 kW ต่อรถบรรทุกขนาด 44 ตัน ขับที่ความเร็ว 90 กิโลเมตรต่อชั่วโมง บนถนนที่มีความชัน 2% กำลังต่ำสุดควรจะเป็น 250 kW ที่ระดับถนนราบ ไม่ชันมาก

ในปี 2021 คณะกรรมาธิการยุโรป (European Commission) ได้ร้องขอให้มีมาตรฐานของถนนไฟฟ้า

มาตรฐานของการชาร์จรถไฟฟ้าแบบสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ เคยออกมาตั้งแต่ปี 2020 แต่ก็ยังไม่เหมาะกับถนนไฟฟ้า 

ตั้งแต่ปี 2021 บริษัท WiPowerOne และ บริษัท Electreon สองบริษัทที่ทำถนนไฟฟ้าพยายามที่จะสร้างมาตรฐานการชาร์จด้วยสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำขณะรถวิ่ง (dynamic inductive charging standard) 

ในเดือนพฤศจิกายน 2024 มีกลุ่มบริษัทหลากหลายรวมทั้ง InductEV ประกาศแผนที่จะสร้างมาตรฐานการชาร์จไร้สายขณะรถวิ่ง (dynamic wireless power transfer) 

SAE Internaiomal หรือ สมาคมวิศวกรยานยนต์สากล (Society of Automotive Engineers) ให้ข้อสังเกตว่า ระบบชาร์จด้วยสนามแม่เหล็กแบบนี้ยังไม่มีเทคโนโลยีรองรับที่ดีพอในเรื่องการตรวจจับสิ่งแปลกปลอม (foreign object detection) เพื่อความปลอดภัย ถ้ามีสิ่งมีชีวิตหรือโลหะไปขวางกลางระหว่างแผ่นส่งพลังงาน (ground pad) กับตัวรับพลังงานบนรถ (receiver) ในขณะกำลังชาร์จ อาจเกิดการไหม้หรือไฟลุกขึ้นได้ SAE International จึงได้เริ่มสร้างมาตรฐานการชาร์จไร้สายขณะรถวิ่งนี้มาตั้งแต่ปี 2023 

โมเดลทางธุรกิจในเรื่องถนนไฟฟ้านี้ก็ซับซ้อนไม่เบา เพราะมีผู้เกี่ยวข้องหลายฝ่ายคือ การไฟฟ้าฯ (power grid company) บริษัทผู้ผลิตยานยนต์ เจ้าของถนน ผู้ควบคุมระบบถนนไฟฟ้า (electric road technology operator) ผู้บริการตรวจวัดและคิดเงิน (metering & billing) และรวมทั้งผู้ใช้หรือชาวบ้านทั่วไป 

การใช้สายลอยฟ้า (overhead power lines) เป็นระบบเก่า มีมานานแล้ว อย่างน้อยก็ปี 1882 มีรถบัสไฟฟ้าของ Siemens วิ่งอยู่ในกรุงเบอร์ลินประเทศเยอรมัน แต่รถชาวบ้านไปร่วมใช้ไม่ได้ จนเป็นที่มาของการเอาไฟฟ้ามาที่พื้นถนน (ground level power supply) เพื่อให้รถทุกชนิดใช้ได้หมด 

ส่วนแนวคิดการป้อนไฟแบบไร้สายจากพื้นถนน (wireless ground-level power supply) มีการจดสิทธิบัตรในปี 1894 เริ่มจากการชาร์จด้วยสนามแม่เหล็กเมื่อรถจอดอยู่กับที่ (static-charging) ในปี 1996 ที่นิวซีแลนด์ ต่อมาขยายความสามารถให้ชาร์จในขณะรถวิ่งได้ด้วย 

ประเทศไทย …

รอถนนพระรามสองเสร็จก่อน

วัชระ นูมหันต์ 

2025-03-23 

——————

แมกนีตรอน

——————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

ทุกคนคงรู้จักเตาไมโครเวฟ 

แต่คงไม่ทุกคนที่รู้ว่าในเตาไมโครเวฟมีแมกนีตรอน (magnetron) 

ถ้าให้เดาว่าแมกนีตรอนคืออะไร อาจมีบางคนรู้ว่า มันคือหัวใจของเตาไมโครเวฟ เพราะมันเป็นตัวต้นกำเนิดผลิตคลื่นไมโครเวฟ 

แมกนีตรอน เป็นท่อสุญญากาศ (vacuum tube) ใช้ในระบบเรดาร์ยุคแรก ๆ ต่อมามีการใช้อย่างแพร่หลายในเตาไมโครเวฟ และในเครื่องเร่งอนุภาค (linear particle accelerator) 

แมกนีตรอนสร้างคลื่นไมโครเวฟได้ด้วยการปล่อยอิเล็กตรอนเข้าไปในสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดการวิ่งวน เนื่องจากสนามแม่เหล็กจะผลักดันให้อิเล็กตรอนวิ่งเบี่ยงเบนไปในทิศทางตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ตามกฎมือขวา จากนั้นอิเล็กตรอนจะวิ่งผ่านช่องหรือรูที่เป็นรูปทรงกระบอกหลายช่อง (cavity resonator) ทำด้วยโลหะเช่นทองแดง แล้วเกิดการสั่น เพื่อสร้างความถี่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เหมือนการเป่าลมเข้าไปในนกหวีดที่มีกระเปาะทรงกลม ทำให้เกิดคลื่นเสียง นกหวีดมีเสียงเดียว ไม่มีความถี่เสียงอื่น เพราะกระเปาะมีขนาดคงที่ ไม่เปลี่ยนแปลง เช่นเดียวกับกระเปาะทองแดงในแมกนีตรอนที่มีขนาดคงที่ จึงสร้างความถี่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคงที่ โดยทั่วไปแมกนีตรอนในเตาไมโครเวฟที่ใช้กันตามบ้านทั่วไปจะมีความถี่ 2.45 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) เหตุผลที่เลือกสร้างขนาดของรูให้เกิดความถี่เท่านี้เพราะเป็นความถี่พอเหมาะที่จะสั่นโมเลกุลของน้ำและไขมัน ดังนั้น อาหารที่เหมาะกับการอุ่นด้วยเตาไมโครเวฟจึงควรจะมีน้ำปน เพราะจะร้อนได้ง่าย 

ความถี่นี้เรียกว่า resonant frequency สมัยหนึ่งมีการบัญญัติคำภาษาไทยว่า กำธร แต่ไม่เป็นที่นิยม คงเรียกทับศัพท์กันเสียมากกว่า ความถี่นี้เป็นผลจากลักษณะทางกายภาพของช่องว่างหรือห้องที่ทำให้คลื่นสะท้อนไปมาเสริมกันจนมีความถี่หนึ่งโดดเด่น ยกตัวอย่างเช่น ใครที่ชอบฮัมเพลงในห้องน้ำ จะสังเกตได้ว่าจะมีความถี่หนึ่งที่เสียงจะก้องเป็นพิเศษ ส่วนในทางไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่นี้ก็จะมียอดคลื่น (amplitude) สูงโดดเด่นมากกว่าความถี่อื่น 

เมื่อนำความเร็วของคลื่นไมโครเวฟ ซึ่งเท่ากับความเร็วแสงคือประมาณ 300 ล้านเมตรต่อวินาที (299,792,458 m/s) มาหารด้วยความถี่ 2,450 ล้านรอบต่อวินาที (2.45 GHz) จะได้เป็นความยาวคลื่นประมาณ 10 เซนติเมตร (12.24 cm) ทำให้เมื่อนำไปใช้กับระบบเรดาร์ก็ไม่ต้องใช้เสาอากาศที่ยาวมาก สามารถนำไปติดตั้งที่หัวเครื่องบินรบได้ และเมื่อนำมาใช้กับเตาไมโครเวฟก็สามารถสร้างฝาเปิดด้านหน้าให้มองเห็นอาหารภายในเตาได้โดยมองผ่านรูเจาะแผ่นโลหะที่เป็นรูพรุน ๆ ที่กักขังคลื่นไว้ ไม่ให้หลุดรอดออกมานอกเตาได้เนื่องจากรูมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นมาก 

ส่วนภายในตัวแมกนีตรอน จะมีโลหะที่มีการเจาะรูใหญ่ ๆ เป็นหลุมลึก (cavity resonator) หลายรูเรียงกันเป็นวงกลม ซึ่งเป็นตัวที่อิเล็กตรอนวิ่งเข้ามา เรียกว่า แอโนด (anode) หรือขั้วบวก ส่วนแกนกลางเป็นเสายื่นเรียกว่า แคโทด (cathode) หรือขั้วลบ ส่วนปลายต่อกับเส้นใยโลหะ (filament) เพื่อจะปล่อยอิเล็กตรอนออกไป เมื่อมีขั้วลบขั้วบวกต้องใช้ไฟกระแสตรงจึงต้องมีไดโอดเพื่อแปลงไฟจากกระแสสลับเป็นกระแสไฟตรง และที่ต้องมีระบบไฟกระแสสลับก่อนก็เพื่อที่จะได้เพิ่มแรงดันได้ โดยใช้ตัวแปลงไฟ (transformer) เพราะกระแสตรงเพิ่มแรงดันไม่ได้  ดังนั้น เมื่อเป็นกระแสตรงแรงดันสูงก็สามารถปล่อยอิเล็กตรอนที่เส้นใย (filament) ได้ง่าย 

ภายนอกสุดจะมีแท่งแม่เหล็กขนาบ (จึงเป็นที่มาของชื่อแมกนีตรอน) เพื่อบีบให้ทิศทางของอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนหมุนเป็นวงกลม วิ่งผ่านด้านบนของรูหรือช่องที่เจาะไว้ 

ยุคแรกของการพัฒนาแมกนีตรอนขึ้นมานั้นก็เพื่อใช้ในระบบเรดาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง 

แมกนีตรอนมีการพัฒนามาอย่างยาวนาน ยุคแรกเป็นแผ่นแบน ๆ ประสิทธิภาพไม่ค่อยดีนัก แต่ที่ทำเป็นช่องเป็นรูเรียงเป็นวงกลมอย่างที่กล่าวมาแล้วข้างบนซึ่งใช้งานได้ดีในระบบเรดาร์ติดเครื่องบินจนกลายมาเป็นอุปกรณ์หลักประจำเตาไมโครเวฟทุกวันนี้นั้น เป็นผลงานการคิดค้นปรับปรุงของ John Randall และ Harry Boot แห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ประเทศอังกฤษในปี 1940 โดยเริ่มต้นจากกำลังผลิตเพียง 400 วัตต์ และเมื่อสหรัฐได้เข้ามาร่วมช่วยอังกฤษทำสงคราม อังกฤษจึงให้เทคโนโลยีการผลิตแมกนีตรอนนี้กับสหรัฐฟรี ๆ ซึ่งภายในไม่กี่สัปดาห์หลังจากนั้น วิศวกรของจีอี หรือ GEC (General Electric Company) สามารถขยายกำลังได้มากขึ้นกว่ากิโลวัตต์ (kW) เพิ่มเป็น 25 kW ในเวลาไม่กี่เดือนต่อมา และได้มากกว่า 100 kW ในปี 1941 จนได้ถึงระดับเมกะวัตต์ (MW) ในปี 1943 ทำให้ระบบเรดาร์ของฝ่ายพันธมิตรนำหน้าไปมาก เพราะมีขนาดเล็กและกำลังสูง มีการติดตั้งในเครื่องบินขับไล่ที่บินกลางคืน (night-fighter) เครื่องบินต่อต้านเรือดำน้ำ (anti-submarine aircraft)หรือแม้แต่ในเรือคุ้มกันขนาดเล็ก

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง แมกนีตรอน ยังคงถูกใช้ในระบบเรดาร์มาอีกยาวนานจนถูกแทนที่ด้วย klystron และ traveling-wave tube ที่มีกำลังสูงกว่า ในช่วงปี 1960 

แม้จะไม่มีใช้ในระบบเรดาร์แล้ว แต่แมกนีตรอนยังคงมีใช้ในเตาไมโครเวฟต่อมาจนถึงปัจจุบัน 

จากผลพวงของสงครามโลก ทำให้เกิดการแข่งขันกันในด้านเทคโนโลยี กลายมาเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ทำให้ชีวิตประจำวันดีขึ้น อนุสรณ์อย่างหนึ่งที่ทำให้ระลึกถึงสงครามโลกครั้งที่สองก็คือเตาไมโครเวฟ ซึ่งภายในมีแมกนีตรอนที่มีแรงดันสูงถึง 4000 โวลต์ นี่เอง 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-03-16 

———-—

เตาไฟฟ้า 

———-—

⭕️ ⭕️ ⭕️

ยุคที่พลังงานไฟฟ้าครองโลกในปัจจุบัน คงมีผู้คนใช้เตาไฟฟ้ากันพอสมควร การนำเอาไฟฟ้ามาทำให้อาหารร้อนนั้น เกี่ยวเนื่องกับสองเทคโนโลยี นั่นคือ ร้อนด้วยไฟฟ้าโดยใช้ฮีตเตอร์ และร้อนด้วยสนามแม่เหล็กที่ทำมาจากไฟฟ้า 

การทำให้ร้อนด้วยฮีตเตอร์ หรือ Joule heating (บางครั้งเรียก resistive heating, resistance heating, หรือ Ohmic heating) เป็นการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าอย่างตรงไปตรงมา โดยให้กระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำไฟฟ้าที่มักจะเป็นอัลลอยของนิเกิลกับโครเมียม (nickel-chromium) บางทีจึงเรียกว่าลวดนิโครม (nichrome) ซึ่งมีความต้านทานอยู่ทำให้ร้อนขึ้นมา เป็นไปตามกฎของจูล (Joule's law)  

กฎดังกล่าวได้มาจากการทดลองของ James Prescott Joule ในเดือนธันวาคมปี 1840 โดยการทดลองแช่ลวดโลหะที่รู้ความยาวลงไปในน้ำที่รู้ปริมาณ และปล่อยกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเป็นเวลาครึ่งชั่วโมง แล้ววัดอุณหภูมิน้ำที่ร้อนขึ้นและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ทดลองซ้ำ ๆ หลาย ๆ ครั้งโดยปรับเปลี่ยนความยาวของลวดโลหะไปด้วย จึงได้ข้อสรุปออกมาว่า กำลังของความร้อนที่เกิดจากตัวนำไฟฟ้าเท่ากับผลคูณของความต้านทานกับค่ายกกำลังสองของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน (P = I2R)

ในเวลาไล่เรี่ยกันคือปี 1842 Heinrich Lenz ก็ทดลองทำเรื่องนี้โดยไม่รู้ว่ามีคนทำแล้ว แต่ได้ผลเหมือนกัน ประเทศในกลุ่มรัสเชียจึงรวมเรียกกฎนี้ว่า Joule-Lenz law

ที่จริงโลหะทุกชนิดเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านก็ร้อนขึ้นมาทั้งนั้น แต่เมื่อร้อนขึ้น โลหะมักจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ เกิดเป็นออกไซด์ของโลหะ ซึ่งมักจะยุ่ยสลายเสื่อมสภาพ ความพิเศษของลวดนิโครมก็คือ จะเกิดโครเมียมออกไซด์ที่ผิวเหมือนกัน แต่ไม่ยุ่ย กลับเคลือบผิวไว้เสียอีก ป้องกันโลหะภายในไม่ให้เกิดออกไซด์เพิ่มขึ้น จึงเป็นที่นิยมนำมาใช้เป็นสารทำความร้อน (heating element)

การทำความร้อนวิธีนี้ใช้กันแพร่หลาย นอกจากเตาไฟฟ้าที่เรารู้จักกันดีแล้วก็ยังมีที่ใช้ที่อื่นอีกมากมาย เช่น …

•ฮีตเตอร์ที่ใช้ตามตามบ้านในเมืองหนาว

•หัวแร้งเครื่องเชื่อมอุปกรณ์ไฟฟ้า 

แต่บางครั้งการที่ร้อนจนโลหะละลายก็มีประโยชน์เหมือนกัน เพราะสามารถใช้ทำฟิวส์ในเครื่องอุปกรณ์ไฟฟ้าให้ละลายเพื่อตัดวงจรเมื่อกระแสเกิน 

ถ้ามองลึกลงไปในระดับอะตอมบ้าง Joule heating เกิดจากการที่มีความต่างศักย์ทางไฟฟ้า ทำให้มีสนามไฟฟ้า (electric field) ผลักดันให้อนุภาคที่มีประจุ (ส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอน) เคลื่อนที่เป็นพลังงานจลน์ไปตามทิศทางของสนาม แล้วไปชนกับอะตอมอื่นจนเกิดการสั่นของโครงข่ายอะตอม เปลี่ยนถ่ายพลังงานจลน์กลายเป็นพลังงานความร้อน 

วัตถุที่อุณหภูมิห้องย่อมมีความต้านทานทางไฟฟ้านี้เสมอ นอกจากจะทำให้เย็นจัดจนถึงศูนย์องศาสัมบูรณ์ จะกลายเป็น superconductor ที่ไม่มีความต้านทานเลย 

ถ้าไม่ได้นำความร้อนไปใช้งาน ความร้อนที่เกิดจากความต้านทานนี้ย่อมเป็นการสูญเปล่า (loss) ดังนั้นการไฟฟ้าฯ พยายามหลีกเลี่ยงโดยเพิ่มแรงดันในระบบสายส่ง เพื่อทำให้กระแสไฟไหลน้อยลงโดยได้กำลังไฟเท่าเดิม ส่วนการเดินสายไฟภายในบ้านซึ่งแรงดันคงที่ เพิ่มแรงดันไม่ได้ ก็ใช้วิธีลดความต้านทานของสาย โดยเพิ่มขนาดสายไฟให้โตขึ้น หรือลดความยาวสายให้สั้นลง ในประเทศอังกฤษเคยมีการนิยมเดินสายไฟในบ้านแบบวงกลม (ring circuits หรือ ring mains) เพราะกระแสไฟในสายแต่ละเส้นจะลดลง เนื่องจากไปได้สองทาง

ส่วนการใช้สนามแม่เหล็กทำความร้อน บางคนอาจจะนึกไปถึงเตาไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำ หรือเตา induction แต่นั่นเป็นการใช้ขดลวดทองแดงสร้างสนามแม่เหล็กโดยใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์สร้างความถี่สูง ๆ ภาชนะหม้อกระทะที่ใช้จึงต้องมีก้นกระทะเป็นเหล็ก สนามแม่เหล็กจากเตาทำให้เหล็กที่ก้นหม้อกลายเป็นแม่เหล็กที่ขั้วสลับไปมาความถี่สูง ภายในเนื้อเหล็กจึงมีกระแสไฟวนไปวนมา (eddy current) ถี่ยิบจนเหล็กร้อน 

บางคนอาจจะนึกไม่ถึงว่า การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำนี้ มีใช้ในโรงไฟฟ้าด้วย กล่าวคือ หากเป็นการบำรุงรักษาใหญ่จนต้องเปิดฝาเครื่องกังหันไอน้ำ ต้องขันน็อตตัวโต โดยจะใช้ตัวช่วยให้ขันเกลียวที่แน่นออกได้ง่าย ด้วยการใช้ความร้อน เช่นเดียวกับการจุ่มฝาขวดเกลียวที่แน่นเปิดยากลงไปในน้ำร้อนสักพักทำให้การเปิดฝาขวดง่ายขึ้น แต่โรงไฟฟ้าทำได้ดีกว่านั้นด้วยการใช้สายไฟมาพันที่น็อต ปล่อยไฟฟ้ากระแสสลับเข้าไปเหนี่ยวนำให้เหล็กของน็อตร้อน แล้วจึงเปิดออก ถ้าปิดจะให้แน่นก็ทำกลับกัน คือทำให้ร้อนแล้วขันให้แน่นขณะร้อน เมื่อปล่อยให้เย็นลงจะรัดตัวแน่นมาก 

การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่ทำกับเหล็กด้วยกระแสสลับกลับไปกลับมาทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าวนไปมาในเนื้อเหล็ก (eddy current) จนเหล็กร้อน 

อีกวิธีหนึ่งซึ่งเป็นผลพวงของสงครามทำให้เกิดการพัฒนาคลื่นไมโครเวฟเพื่อใช้ในระบบเรดาร์ สามารถใช้ไฟฟ้าสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าปล่อยออกมาเขย่าโมเลกุลของเหลวที่เขย่าง่าย เช่น น้ำ อย่างที่ใช้ในเตาไมโครเวฟ ดังนั้น การอุ่นด้วยเตาไมโครเวฟจึงเหมาะกับอาหารเหลวที่มีความชื้นอยู่ด้วย 

สรุปว่า การทำให้อาหารร้อนด้วยไฟฟ้า นอกจากจะทำด้วยวิธีทำให้ร้อนจากข้างนอกเข้าไปข้างในด้วยการทำให้หม้อร้อนไปทำให้อาหารร้อน ยังสามารถทำให้ร้อนจากภายในโมเลกุลได้โดยตรง และมีสองหลักการให้เลือกใช้คือ ร้อนด้วยความต้านทานไฟฟ้า (resistive) หรือร้อนด้วยสนามแม่เหล็ก (inductive) 

จากสองวิธีและสองหลักการ ทำให้มีตัวเลือกสี่อย่างคือ …

•ร้อนด้วยแม่เหล็กจากข้างนอกเข้าข้างใน

•ร้อนด้วยแม่เหล็กสั่นโมเลกุลข้างใน

•ร้อนด้วยไฟฟ้าจากข้างนอกเข้าข้างใน

•ร้อนด้วยไฟฟ้าสั่นโมเลกุลข้างใน 

อย่างแรกคือเตาไฟฟ้า induction ที่สนามแม่เหล็กความถี่สูง เหนี่ยวนำให้ก้นหม้อที่เป็นเหล็กร้อนขึ้น ความร้อนจากหม้อทำให้อาหารร้อน

อย่างที่สองคือเตาไมโครเวฟ ที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้โมเลกุลอาหารสั่นจนร้อน

อย่างที่สามคือหม้อหุงข้าวไฟฟ้าที่ขดลวดก้นหม้อร้อนขึ้นด้วยไฟฟ้า ส่งผ่านความร้อนเข้ามาจนข้าวสุก 

อย่างที่สี่ ใช้ไฟฟ้าผ่านตรงเข้าไปที่ตัวอาหารเลย ซึ่งมีใช้ในอุตสาหกรรมทำอาหาร ทำให้อาหารที่มีความต้านทานไฟฟ้าอยู่บ้างแล้วนั้นร้อนขึ้นมา แต่พวกเราชาวบ้านทั่วไปอย่าได้ลองวิธีที่สี่นี้เลยครับ พลาดพลั้งไปอาจถูกไฟดูดได้ … อันตรายมาก!

วัชระ นูมหันต์ 

2025-03-09 

———-————

บ้านประหยัดไฟ 

———-————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

เมื่อลมเปลี่ยนทิศ ที่เคยพัดจากทางเหนือในหน้าหนาว แถมฝุ่นมาด้วย แต่ไม่ร้อน เปลี่ยนเป็นพัดจากทางใต้ ผ่านทะเลขึ้นมา ฝุ่นน้อยลง แต่ต้องแลกกับอากาศที่ร้อนขึ้น กรมอุตุฯ จึงประกาศการเริ่มฤดูร้อนเป็นทางการจากทิศทางลม เมื่อร้อนขึ้น เป็นที่รู้กันว่า แต่ละบ้านต้องเตรียมจ่ายบิลค่าไฟที่เพิ่มขึ้นจากการใช้แอร์ 

เมืองไทย สภาพอากาศร้อนชื้น ต่างจากเมืองฝรั่งที่อากาศหนาวแห้ง พลังงานที่สิ้นเปลืองภายในบ้านทั้งสองฝ่ายจึงเป็นเรื่องที่เกี่ยวกับการปรับอากาศภายในบ้านมากกว่าการใช้แสงสว่าง สิ่งที่ตรงกันข้ามก็คือ เมืองไทยสิ้นเปลืองพลังงานที่ทำให้อากาศร้อน เย็นลงด้วยแอร์ แต่เมืองฝรั่งสิ้นเปลืองพลังงานที่ทำให้อากาศหนาว อุ่นขึ้นด้วยฮีตเตอร์ 

แต่มีสิ่งที่เหมือนกันอย่างหนึ่งคือ การประหยัดพลังงานจะดีกว่าในระยะยาวหากเตรียมการให้ดีตั้งแต่เริ่มแรกที่มีการวางแผนสร้างบ้านเลยทีเดียว 

เรื่องทิศทางลม ทิศทางแดด บ้านจะหันอย่างไร ออกแบบอย่างไร มีครีบบังแดดที่หน้าต่างด้วยไหม สถาปนิกคงช่วยได้ แต่บางทีก็เลือกไม่ได้มากนัก ถ้าเป็นบ้านจัดสรร 

ถ้าสร้างได้ตามใจปรารถนา บ้านในอุดมคติน่าจะเป็นบ้านที่เห็นกันในคลิปเมื่อไม่นานมานี้เมื่อเกิดไฟป่าลุกลามเข้ามาถึงในเมืองลอสแองเจลิส แล้วมีบ้านหลังหนึ่งรอดมาได้จากการใช้วัสดุที่ดีและการออกแบบที่ดี 

บ้านหลังนั้นคงไม่ได้ตั้งใจจะออกแบบสู้ไฟป่า เพียงแต่เป็นอานิสงส์ของการเลือกวัสดุฉนวนกันความร้อนและการไม่ทำให้เกิดอากาศรั่วไหลคือซีลได้สนิท ที่เรียกว่า passive housing เพื่อให้บ้านอุ่นในหน้าหนาว 

โดยทั่วไป ผู้คนจะใช้พลังงานเยอะ หรือ active คือใช้ฮีตเตอร์เต็มที่ในบ้านฝรั่ง หรือใช้แอร์เต็มที่ในเมืองร้อนอย่างบ้านเรา เพื่อสู้กับการรั่วไหลของพลังงานของตัวบ้านซึ่งสร้างจากวัสดุราคาไม่แพง

การป้องกันการรั่วไหล จะใช้วัสดุที่ดีกว่าในการก่อสร้างบ้าน ถึงจะแพงกว่าในตอนแรก แต่ในระยะยาวจะคุ้ม เพราะประหยัดพลังงานดีกว่ามาก เช่นผนังคอนกรีตสองชั้น มีซีลคั่นกลาง หรือกระจกสองชั้นหรือสามชั้น อัดก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซอาร์กอนคั่นกลาง ปล่อยแสงผ่านแต่ความร้อนไม่ผ่าน 

เรื่องการใช้วัสดุกันความร้อนสร้างผนัง และการใช้กระจกหลายชั้นนี้ คงได้ยินกันมานาน แต่มีอย่างหนึ่งที่ผมเพิ่งเคยได้ยิน …

มีโครงการที่น่าสนใจที่รายการเจาะใจเขาไปสัมภาษณ์มา คือ coral life ใจกลางเมืองกรุงเทพฯ ซึ่งได้รางวัลประหยัดพลังงาน 

คือเขาทำอาคารทันสมัย มีระบบถ่ายความร้อนก่อนทิ้ง โดยทำให้อากาศที่ดูดเข้าอาคารวิ่งสวนกับอากาศที่จะปล่อยทิ้ง ถ่ายอุณหภูมิกันที่แผ่นเมมเบรน อากาศจึงเย็นลงก่อนเข้าเครื่องแอร์ ทำให้แอร์ประหยัดไฟ เพราะไม่ต้องทำงานหนัก 

ก็เพิ่งเคยได้ยินว่า บ้านก็มีระบบ heat exchanger เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ อย่างเดียวกับโรงไฟฟ้าเหมือนกัน 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-03-02 

————————

เย็นด้วยแม่เหล็ก

————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

เมื่อเราไปตามสถานที่ท่องเที่ยวต่าง ๆ เรามักจะซื้อของที่ระลึกเล็ก ๆ น้อย ๆ ติดไม้ติดมือกลับบ้าน เวลาเหลือบเห็นของเหล่านั้นครั้งใด ก็ได้ระลึกถึงความทรงจำที่ดีถึงสถานที่ที่เคยไปเยือน ของที่ระลึกยอดฮิตอย่างหนึ่งก็คือ แม่เหล็กติดตู้เย็น ซึ่งอาจทำเป็นรูปสัญลักษณ์ของสถานที่นั้น ๆ ฝาและตัวตู้เย็นทำด้วยเหล็ก แม่เหล็กจึงแปะติดได้ง่าย แน่นอนว่าของเหล่านี้ใช้ดูอย่างเดียว แม่เหล็กที่มาแปะติดนั้นไม่ได้ช่วยทำให้ตู้เย็นมีความเย็นมากขึ้นแต่อย่างใด อย่างมากอาจจะทำให้ใจเย็นหน่อย 

เชื่อไหมครับว่า แม่เหล็กช่วยทำให้เย็นได้ด้วย แต่ไม่ใช่ของแปะตู้เย็นเหล่านี้นะครับ 

การทำความเย็น ไม่ว่าจะเป็นตู้เย็นหรือเครื่องปรับอากาศ จะใช้ของร่วมกันอยู่อย่างหนึ่งนั่นคือ สารทำความเย็น (refrigerant) ที่เรียกกันง่าย ๆ สั้น ๆ ว่า น้ำยา 

หลักการทำงานที่รู้กันอยู่ก็คือ น้ำยานี้จะวิ่งวนระหว่างในห้องกับนอกห้องสำหรับเครื่องปรับอากาศหรือแอร์ ส่วนตู้เย็นก็จะวิ่งวนระหว่างในตู้กับนอกตู้

น้ำยาเมื่ออยู่ในห้องหรือในตู้เย็นจะเย็น ในส่วนที่เรียกว่าคอยล์เย็น และจะร้อนเมื่ออยู่ข้างนอกในส่วนที่เรียกว่าคอยล์ร้อน 

แต่ละส่วนจะมีพัดลมเพื่อระบายความร้อน พัดลมข้างนอกใช้ระบายความร้อนของน้ำยาทิ้งไป พัดลมข้างในใช้ระบายความร้อนจากในห้องหรือในตู้กลับเข้าไปในน้ำยา ทำให้อากาศในตู้เย็นหรือในห้องเย็นลง 

ปกติน้ำยาก็มีอุณหภูมิเท่ากับอากาศข้างนอก อยากจะให้มันมีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงก็ต้องใส่พลังงานเข้าไป พลังงานที่หาง่ายที่สุดคือพลังงานไฟฟ้า 

ถึงแม้เราจะใส่พลังงานให้น้ำยาเย็นลงไม่ได้ แต่เราทำให้มันร้อนขึ้นมาได้ โดยใช้ตัวที่ช่างแอร์เรียกสั้น ๆ ว่า คอม หรือตัวอัดน้ำยา (compressor) 

เมื่อให้พลังงานไฟฟ้าหมุนมอเตอร์ไปหมุนตัวคอม มันจะอัดน้ำยาให้มีความดันเพิ่มขึ้น ขณะเดียวกัน อุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

อุณหภูมิของน้ำยาที่เพิ่มขึ้นนี้จะถูกระบายทิ้งไปในบรรยากาศด้วยพัดลมที่คอยล์ร้อน เมื่อมันไหลกลับเข้ามาภายในห้องหรือในตู้เย็นก็จะมีอุณหภูมิลดลง จากนั้นน้ำยาก็จะมาผ่านหัวฉีด (nozzle) เพื่อลดแรงดันลงและอุณหภูมิก็จะลดลงอีก และจะดึงความร้อนจากภายในห้องหรือในตู้เย็น (หรือเรียกว่าปล่อยความเย็นอย่างที่เข้าใจกันก็ได้) แล้ววนกลับออกไปข้างนอกใหม่ 

การที่สารผ่านหัวฉีดแล้วอุณหภูมิลดลงนี้ ใครที่เคยใช้ถังดับเพลิง CO2 ที่เป็นถังสีแดง ๆ คงนึกออก CO2 ที่ถูกอัดอยู่ในถังนั้น เมื่อกดเปิดให้ CO2 ผ่านหัวฉีดออกมาเพื่อดับเพลิง หัวฉีดจะเย็นลงมาก จนบางทีเป็นน้ำแข็งจับ การทำงานของคอยล์เย็นของตู้เย็นและแอร์ก็เช่นเดียวกัน

คืออยากได้ความเย็นต้องทำให้ร้อน แล้วเอาความร้อนไปปล่อยทิ้ง 

การใช้แม่เหล็กเพื่อทำความเย็นก็ใช้หลักการเดียวกัน โดยทำให้ร้อนขึ้น แล้วเอาความร้อนไปปล่อยทิ้ง ถึงแม้เราจะรู้สึกว่าแปลกหน่อยก็เถอะที่ใช้แม่เหล็กเป็นตัวทำความร้อน 

การทำความเย็นจากสนามแม่เหล็กจะใช้วัสดุพิเศษ วัสดุนี้จะสร้างความร้อนเมื่อเปิดสนามแม่เหล็ก และเย็นลงเมื่อปิดสนามแม่เหล็ก (magnetocaloric material) ความร้อนนี้เกิดจากการเปลี่ยนสถานะ (state) ภายในของสารและคายความร้อนออกเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก เมื่อปิดสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนสถานะกลับเป็นอย่างเดิมและดูดซับความร้อนเข้าไป ถ้าความร้อนขณะที่เปิดสนามแม่เหล็กถูกระบายทิ้งออกไป เมื่อปิดสนามแม่เหล็กอุณหภูมิก็จะต่ำกว่าเดิม คือเย็นลง 

วัสดุนี้คือ gadolinium และอัลลอยของมัน (Gd5Si2Ge2) รวมทั้งอัลลอยของ praseodymium กับนิเกิล (PrNi5) 

วงจรความร้อน (thermodynamic cycle) เทียบได้คล้ายกับการทำความเย็นของตู้เย็นหรือแอร์ เพียงแต่เป็นการเพิ่มและลดความเข้มของสนามแม่เหล็กแทนการเพิ่มและลดความดันของน้ำยาแอร์ 

มีผู้สังเกตเห็นอาการนี้ตั้งแต่ปี 1881 คือ Emil Warburg นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน P. Weiss นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส และ A. Piccard นักฟิสิกส์ชาวสวิส แต่ผู้ที่อธิบายหลักการได้ในภายหลังคือ P. Debye (1926) และ W. Giauque (1927) แต่กว่าจะสร้างเครื่องทำความเย็นด้วยแม่เหล็กได้ก็ล่วงเลยมาถึงปี 1933 

เพิ่งรู้ว่า การทำความเย็นใช้สนามแม่เหล็กก็ได้ด้วย … แปลกดี !

วัชระ นูมหันต์ 

2025-02-23 

———-———

เชื้อเพลิงเหลว

———-———

⭕️ ⭕️ ⭕️

เนื่องจากมีข่าวว่า มีบริษัทตั้งใหม่เมื่อปี 2023 คือ Synhelion คิดจะทำน้ำมันจากแสงอาทิตย์ … น่าสนใจว่า เขาจะทำยังไง

น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงเหลว (liquid fuel) ซึ่งเป็นรูปแบบของเชื้อเพลิงที่เราคุ้นเคย เพราะสะดวกในการใช้และการเก็บ ถ้าเป็นเชื้อเพลิงแก๊สจะต้องบรรจุถัง ซึ่งยุ่งยากกว่า 

ส่วนเชื้อเพลิงแข็ง เช่นฟืนและถ่าน ที่มนุษยชาติรู้จักและใช้กันมานาน ก็สกปรกและวุ่นวาย

เชื้อเพลิงเหลวที่รู้จักกันดีคือน้ำมันรถยนต์ ซึ่งอเมริกา (US และแคนาดา) เรียกว่า gasoline บางประเทศเรียกว่า petrol ประกอบด้วยอะตอมของธาตุแค่สองชนิดคือ ไฮโดรเจน และ คาร์บอน รวมเรียกเป็นสารไฮโดรคาร์บอน (hydrocarbon) 

เชื้อเพลิงคือสารที่ลุกไหม้ได้โดยรวมกับออกซิเจนแล้วคายความร้อนออกมา 

C + 2O → CO2 + พลังงาน

2H + O → H2O + พลังงาน

พลังงานจึงมีอยู่ใน C และ H อยู่ในรูปของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่สูงกว่า ส่วน CO2 และน้ำ เป็นซากเหลือที่ถูกคายพลังงานออกไปแล้ว ไม่มีพลังงานเหลือ มีแต่จะรับพลังงานเข้ามา ดังนั้น ทั้งน้ำและ CO2 จึงถูกใช้เป็นตัวดับเพลิงได้อย่างดี 

อย่างที่รู้กันอยู่ทั่วไปว่า CO2 และน้ำ รับพลังงานจากแสงแดดแล้วกลายกลับเป็น C และ H อันเป็นกระบวนการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติ (photosynthesis) ของต้นไม้ 

คนเรายังเลียนแบบธรรมชาติไม่ได้ ทำได้แต่เพียงเอาพลังงานไฟฟ้าใส่เข้าไปในน้ำเพื่อแยกเอาไฮโดรเจนออกมา (electrolysis) 

2H2O + พลังงาน → 2H2 + O2 

ส่วนก๊าซ CO2 ซึ่งถูกมองว่าเป็นผู้ร้ายที่ทำให้โลกร้อนนั้น การแยกคาร์บอนออกมาทำได้ยากหน่อย 

ที่ง่ายกว่าคือแยกออกมาเป็น CO และออกซิเจน โดยให้ความร้อนเยอะ ๆ 

นานมาแล้วจึงมีการทำแก๊สสังเคราะห์ (synthesis gas หรือ syngas) อันประกอบไปด้วย CO และไฮโดรเจน โดยสังเคราะห์ขึ้นมาจากก๊าซมีเทนและไอน้ำ

CH4 + H2O → CO + 3 H2 

ถึงแม้ syngas จะใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ แต่มันก็ยังมีรูปแบบเป็นแก๊สที่ไม่สะดวกในการเก็บอยู่ดี จึงมีการพยายามทำเชื้อเพลิงแก๊สให้เป็นเชื้อเพลิงของเหลว โดยกระบวนการที่เรียกว่า Fischer–Tropsch process 

Fischer–Tropsch process (FT) เป็นปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนส่วนผสมของ CO และไฮโดรเจน ที่เรียกว่า syngas ให้กลายเป็นไฮโดรคาร์บอนเหลวหรือเชื้อเพลิงเหลว โดยการใช้โลหะเป็นสารเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ที่อุณหภูมิ 150–300 °C ภายใต้ความดันหลายสิบเท่าของความดันบรรยากาศ 

Fischer–Tropsch process จึงเป็นเสมือนบันไดที่จะนำไปสู่การใช้เชื้อเพลิงแบบที่ไม่เพิ่มปริมาณคาร์บอนในบรรยากาศ (carbon-neutral liquid hydrocarbon fuels) โดยการใช้ CO2 และไฮโดรเจนมาทำ 

เทคโนโลยีนี้คิดค้นขึ้นมาในยุคนาซีตั้งแต่ปี 1926 โดย Franz Fischer และ Hans Tropsch แห่งสถาบันวิจัย Kaiser Wilhelm ในเมือง Mulheim an der Ruhr ประเทศเยอรมัน 

กระบวนการนี้จะผลิตสารไฮโดรคาร์บอนขึ้นมาอย่างหลากหลาย (CnH2n+2) คือ 

(2n + 1) H2 + n CO → CnH2n+2 + n H2O 

โดย n จะมีค่าระหว่าง 10 ถึง 20 เพราะถ้า n=1 จะกลายเป็นมีเทน ซึ่งไม่เป็นที่ต้องการ 

สมัยก่อนจึงมีการทำเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหินด้วยการเปลี่ยนถ่านหินเป็น syngas แล้วเปลี่ยนจาก syngas เป็นเชื้อเพลิงเหลวอีกทีหนึ่ง 

โลหะที่ใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยา (catalyst) มีสี่ตัวด้วยกันคือ เหล็ก โคบอลต์ นิเกิล และรูทีเนียม แต่โดยมากมักจะใช้เหล็กกับโคบอลต์ เพราะราคาไม่แพง ส่วนนิเกิลไม่ใช้เพราะได้แก๊สมีเทนมากไป 

ยุคแรก ๆ นั้น กระบวนการนี้ใช้เพื่อเปลี่ยนเชื้อเพลิงในรูปของก๊าซ เช่น ก๊าซธรรมชาติ ให้เป็นเชื้อเพลิงเหลวเพื่อสะดวกใช้ ยุคนั้น CO2 ยังรอดตัว ไม่ถูกมองว่าเป็นผู้ร้าย ดังนั้น จึงไม่มีการนำ CO2 มาเป็นวัตถุดิบเพื่อนำมาทำเป็นเชื้อเพลิงเหลว การเผาไหม้ด้วยเชื้อเพลิงดังกล่าวนี้ยังคงเป็นการเพิ่ม CO2 เข้าสู่บรรยากาศ 

ต่อมา เกิดแนวคิดกันว่า ถ้าเชื้อเพลิงดังกล่าว ถึงแม้เผาไหม้แล้วจะเกิดก๊าซ CO2 แต่ถ้าหากเชื้อเพลิงนั้นสังเคราะห์มาจาก CO2 ก็ถือว่า CO2 โดยรวมเท่าเดิม (net zero)

นั่นจึงเป็นที่มาของการนำเทคโนโลยีเก่านำกลับมาใช้ใหม่ในการเปลี่ยนเชื้อเพลิงก๊าซ (syngas : CO+H2) เป็นเชื้อเพลิงเหลว (hydrocarbon : CnH2n+2) 

โดย CO ได้มาจาก CO2 เมื่อได้รับความร้อนสูง ๆ 

ความร้อนสูง ๆ นั้นไม่ได้มาจากการเผาไหม้ซึ่งเป็นการเพิ่ม CO2 สู่บรรยากาศ แต่ได้จากการรวมแสงอาทิตย์ผ่านกระจกสะท้อนแสงหลายพันบาน กระจายเต็มพื้นที่บนลานกว้าง สะท้อนรวมกันไปที่ยอดหอคอยตรงกลางได้ความร้อนเป็นพันองศา 

นี่จึงเป็นที่มาของแคมเปญที่ว่า จะทำน้ำมันจากแสงอาทิตย์ เอาไปใช้เป็นเชื้อเพลิงเผาไหม้ได้ แม้จะเกิด CO2 หลังการเผาไหม้ แต่เขื้อเพลิงนี้ทำมาจาก CO2 จึงหักกลบลบหนี้กันไป ถึง CO2 ไม่ลด แต่ไม่เพิ่มก็ยังดี 

เชื้อเพลิงเหลวนั้น ขนส่งสะดวกเหมาะกับเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้กันมานาน เชื้อเพลิงเหล่านี้ส่วนมากเป็นสารไฮโดรคาร์บอนจากการกลั่นน้ำมัน ทำให้คาร์บอนในส่วนผสมนั้นรวมกับออกซิเจนกลายเป็น CO2 แต่มีบางกรณีที่พิเศษหน่อยคือ หากไม่มีคาร์บอนในเชื้อเพลิงเหลวนั้นเลย ไม่เกิด CO2 แน่นอน 

อย่างแรกรู้กันอยู่แล้วได้แก่ไฮโดรเจนเหลวที่ใช้ยิงจรวดขึ้นไปในอวกาศ แต่กว่าจะทำเป็นไฮโดรเจนเหลวก็ไม่ง่าย ต้องใช้ความเย็นยิ่งยวด (cryogenic) 

อย่างที่สองเป็นช่วงขาดแคลนน้ำมันรถ (gasoline) ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง โดยเบลเยี่ยมนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถบัส ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานเพียง 17 เมกะจูลต่อลิตร (H2 10, methanol 18, gasoline 34) และทำให้เหลวง่ายกว่าไฮโดรเจน นั่นคือ …

แอมโมเนียครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2025-02-16 

———————

น้ำมันพลังแดด 

———————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ดวงอาทิตย์ เป็นต้นกำเนิดของพลังงานที่ใช้กันบนโลก ไม่ทางตรงก็ทางอ้อม

เราเติบโตมาในยุคน้ำมัน ที่เป็นแหล่งพลังงานหลัก เช่น ใช้เติมในยานพาหนะต่าง ๆ 

เราคุ้นเคยกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดใหญ่ ยุคแรกที่น้ำมันยังถูกอยู่ก็ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ต่อมาเหลือแต่ที่ใช้เติมยานพาหนะ ทว่า การใช้ถ่านหินและก๊าซยังคงมีอยู่ 

ทั้งน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซ ต่างก็เป็นการใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์โดยอ้อมทั้งสิ้น โดยเปลี่ยนพลังงานจากแสงมาเป็นพลังงานเคมี เปลี่ยนไฮโดรเจนในโมเลกุลของน้ำ และคาร์บอนในโมเลกุลของก๊าซ CO2 ในอากาศ การเป็นสารไฮโดรคาร์บอนของแข็งที่ต้นไม้ สะสมพลังงานเคมีไว้ในตัว สะสมถมทับอยู่ใต้พื้นโลกนานมาก จนกลายเป็นน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ มาให้เราขุดขึ้นมาใช้เผาไหม้อยู่ในปัจจุบัน จึงเป็นการใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ในอดีต 

พลังงานจากดวงอาทิตย์นั้น มีมากมายมหาศาล เหลือเฟือมาก เคยมีการเปรียบเทียบให้เห็นภาพว่า โลกรับพลังงานจากดวงอาทิตย์แค่สองชั่วโมง ยังมากกว่าพลังงานที่มนุษยชาติเราใช้ไปทั้งปี 

แต่ปัญหาคือ เราจะมีปัญญาหาทางเก็บเกี่ยวพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่มีมากมายมหาศาลนี้ได้อย่างไร 

ไม่นานมานี้ เราเริ่มรู้วิธีเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันมาใช้ในรูปของแผงโซลาร์เซลล์ที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า 

แต่ด้วยความไม่แน่นอนของแสงอาทิตย์ที่อาจมีความแปรปรวนของดินฟ้าอากาศ เช่น อาจมีเมฆบัง รวมทั้งการไม่มีแสงในเวลากลางคืน ก็ต้องใช้แบตมาช่วยเก็บพลังงานไฟฟ้า เพื่อเอาไว้ใช้ตอนไม่มีแดด 

นอกจากจะเก็บพลังงานไฟฟ้าด้วยแบตแล้ว ยังมีการเก็บพลังงานอีกอย่างในรูปความร้อน ตัวอย่างเช่นเราต้มน้ำร้อนใส่กระติกในตอนเย็น ถ้ากระติกดี ๆ น้ำอาจจะยังร้อนอยู่จนถึงเช้า แต่อุณหภูมิย่อมลดลงบ้าง ถ้าหากใช้พลังแสงอาทิตย์ผ่านกระจกสะท้อนหลาย ๆ บาน กระจายเต็มพื้นที่หลายไร่ แต่ส่องรวมมาที่จุดเดียวกันบนหอคอย ความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นนี้ อย่าว่าแต่ต้มน้ำเลย สารที่จุดเดือดสูงกว่าน้ำก็ต้มได้ จนแม้เมื่อตะวันลับขอบฟ้าไปแล้ว สารนี้ก็ยังมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำ เรียกว่าสามารถนำไปต้มน้ำได้ 24 ชั่วโมงเพื่อนำเอาไอน้ำไปปั่นกังหันเพื่อปั่นไฟได้ตลอดเวลาเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป โรงไฟฟ้าประเภทนี้เรียกว่า concentrated solar power 

เนื่องจากโรงไฟฟ้าประเภทนี้ต้องลงทุนค่อนข้างสูง จึงยังไม่ค่อยเห็นแพร่หลายนัก แต่จุดเปลี่ยนเริ่มจะมีให้เห็นเมื่อกระแสโลกร้อนพุ่งเป้าไปสู่การควบคุมก๊าซเรือนกระจกที่ทำให้โลกร้อน ซึ่งรู้จักกันดีคือ CO2 

CO2 เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงประเภทไฮโดรคาร์บอน ซึ่งมีทั้งของแข็งคือไม้ฟืน ของเหลวคือ น้ำมัน และก๊าซ เช่นก๊าซมีเทนในก๊าซธรรมชาติ เมื่อคาร์บอนในเชื้อเพลิงดังกล่าวรวมกับออกซิเจนในบรรยากาศ 

ความพยายามในขั้นแรกของการควบคุม CO2 ในบรรยากาศก็คือ ถ้ายังลดไม่ได้ ก็ต้องไม่เพิ่มขึ้น (net zero) 

ดังนั้น ถ้าเผาไหม้แล้วเกิด CO2 แล้วจับไว้ได้หมด ไม่ปล่อยออกบรรยากาศ ก็โอเค

อีกทางหนึ่งก็คือ ถ้าใครดูดซับจับ CO2 ในบรรยากาศได้เท่าไหร่ เอามาแยก C นำกลับมาเผาเป็นเชื้อเพลิงได้ กลายเป็น CO2 กลับสู่บรรยากาศ อย่างนี้ก็ได้ ถือว่า net zero เหมือนกัน 

ข้อที่ยากก็คือ การแยก CO2 ออกเป็น C และ O นี่แหละ 

ทั้งคาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) ในสารเชื้อเพลิงคือไฮโดรคาร์บอน เหมือนกันอยู่อย่างหนึ่งก็คือ ต่างก็เป็นเชื้อเพลิง มีพลังงานเคมีในตัว เมื่อรวมกับออกซิเจน (O) จะคายพลังงานออก โดย C จับกับ O กลายเป็น CO2 และ H จับกับ O กลายเป็น H2O (น้ำ) 

แต่ข้อต่างก็คือ เมื่อกลับกระบวนการ คือเติมพลังงานเข้าไปเพื่อแยกออกซิเจนออกมาให้เหลือแต่ C และ H นั้น การแยกน้ำ เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนทำได้ง่ายกว่ามาก ด้วยการใช้ไฟฟ้า (electrolysis) ส่วนการแยก CO2 นั้นยากกว่า ต้องใช้พลังงานความร้อนสูงมาก และมักจะต้องแยกเป็น CO กับ O ก่อน 

ดีกรีความยากและท้าทายนี้จินตนาการได้จากจำนวนการวิจัยการแยก CO2 ในช่วงแค่สามปีที่ผ่านมานี้ที่มีจำนวนมากถึง 250 งาน ในแง่มุมต่าง ๆ กัน ซึ่งสามารถรวมกลุ่มได้สามแนวทางดังนี้คือ

1. thermochemical catalytic approaches 

2. photo and electro-catalytic approaches 

3. plasma-catalysis 

อย่างแรกใช้พลังงานความร้อนทางเคมี อย่างที่สองใช้แสงและไฟฟ้า อย่างที่สามใช้พลาสม่าคือใช้ความร้อนสูงจนประจุบวกลบแตกตัว 

แต่ส่วนใหญ่จะประสบความสำเร็จกันน้อย 

ปฏิกิริยาของการแยกคาร์บอนออกจาก CO2 นี้ จะคล้าย ๆ กับการแยกคาร์บอนออกจากมีเทน คือ

CO2 → C + O2

CH4 → C + 2H2

กระบวนการแยก CO2 จะเป็นกระบวนการย้อนกลับของการเผาไหม้ถ่านในอากาศที่ได้ CO2 และพลังงานความร้อนออกมา 

แนวความคิดคือ ใส่พลังงานหมุนเวียน (renewable energy) เช่นพลังงานแสงแดดเข้าไป เพื่อปิดวงจรของคาร์บอน (C) ให้นำกลับมาใช้ได้อีก จะได้ไม่เพิ่มปริมาณ CO2 ในบรรยากาศ 

กระบวนการผลิตคาร์บอนในลักษณะนี้ แม้จะยุ่งยากและแพง แต่ก็ยังเป็นที่สนใจเพราะสามารถนำไปสู่การผลิตคาร์บอนชนิดพิเศษ (advanced carbon materials) ราคาสูงได้ เช่น คาร์บอนท่อจิ๋ว (nanotubes) แผ่นกราฟีน (graphene) หรือไม่มีทรง (amorphous carbon) ปัจจุบันเป็นที่ต้องการของตลาดโลกมูลค่าสูงถึง เจ็ดพันล้านเหรียญ 

แนวความคิดการแยก CO2 นี้กำลังเป็นที่สนใจ ทั้งในสเกลเล็กอย่างเช่น ต้องการเพียงไบโอแก๊สเอาไปเป็นเชื้อเพลิง หรือในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ อย่างเช่นโรงถลุงเหล็ก และโรงผลิตซีเมนต์ 

มีปฏิกิริยาเคมีอย่างหนึ่ง ที่ดูว่าง่าย แต่ก็มีความแปลกอยู่ในตัว นั่นคือ

2CO ⇋ CO2 + C 

การที่มีลูกศรกลับไปกลับมา หมายความว่า มันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

ถ้าอุณหภูมิสูงราว 700 °C ขึ้นไป ปฏิกิริยาจะไปทางซ้าย นั่นคือจะมีการฟอร์มตัว CO เกิดขึ้น ทำให้การแยกคาร์บอนออกมาถูกจำกัด 

ถ้าดูตามข้อมูลคุณสมบัติ (gas phase) ก๊าซ CO2 เปล่า ๆ ที่ปราศจากสารเร่งปฏิกิริยา เมื่อได้รับความร้อนขึ้นไปเรื่อย ๆ ถึง 1700 °C จะแตกตัวได้ก๊าซ CO ส่วนออกซิเจนทั้งอะตอมคู่ (O2) และอะตอมเดี่ยว (O) จะฟอร์มตัวที่อุณหภูมิสูงขึ้น (ประมาณ 2000 °C) การที่จะแยก CO ออกเป็น C และ O จะต้องใช้อุณหภูมิสูงมากถึง 6000 °C 

ทีมวิจัยบางรายใช้วิธีการที่จะช่วยทำให้ไม่ต้องใช้ความร้อนสูงขนาดนั้นด้วยการใช้สารตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้สามารถใช้อุณหภูมิสูงเพียง 700−800 °C ก็สามารถแยก CO ได้แล้วที่ผิวของ catalytic surfaces นั้น แถมยังสามารถทำให้อุณหภูมิต่ำลงมาได้อีกโดยใช้ไมโครเวฟช่วย 

สเปน มีโรงไฟฟ้าประเภท concentrated solar power อยู่ด้วยเหมือนกัน จึงได้เห็นตัวอย่างหอคอยผลิตความร้อนจากดวงอาทิตย์จากการสะท้อนของกระจกจำนวนมหาศาลรอบหอคอย นำมาใช้ต้มน้ำปั่นไฟได้ ขณะเดียวกัน สเปนก็มีอุตสาหกรรมผลิตซีเมนต์ที่ปล่อย CO2 ออกมามากมาย อันเป็นเป้าหมายที่จะต้องถูกควบคุม จึงมีความคิดที่จะจับ CO2 มาแยกโดยใช้ความร้อนจากดวงอาทืตย์ด้วยหอคอยดังกล่าว แต่เป้าหมายการแยกนั้นแค่ CO แทนที่จะให้เหลือแต่ C ซึ่งยากขึ้นไปอีก เพราะ CO กับไฮโดรเจนก็เป็นสารตั้งต้นที่สามารถนำไปทำแก๊สเชื้อเพลิงสังเคราะห์ได้แล้ว เมื่อเอาเชื้อเพลิงสังเคราะห์นี้ไปใช้งาน ถือว่าเป็น “net zero” คาร์บอน เพราะทำมาจาก CO2 

โครงการต้นแบบ Very High Concentration Solar Tower of IMDEA Energy นี้ อยู่ที่ Móstoles ประเทศสเปน

ในปี 2023 บริษัท Synhelion ซึ่งตั้งขึ้นมาเพื่อทำโครงการนี้ กับบริษัท Cemex ที่ผลิตซีเมนต์ ได้ประสบผลสำเร็จในการร่วมกันทำ “การผลิตซีเมนต์ด้วยพลังแสงอาทิตย์” (solar-driven cement production)

ไม่เพียงแต่แก๊สเชื้อเพลิงสังเคราะห์ ขั้นต่อไปก็คือ น้ำมันเชื้อเพลิงสังเคราะห์ เพราะเป็นไฮโดรคาร์บอนเหมือนกัน

ใครที่ยังใช้รถน้ำมันอยู่ อาจโชคดีใช้ต่อไปได้เพราะหวังว่ายังพอมีน้ำมันขายที่เป็นน้ำมันสังเคราะห์ในราคาที่พอรับไหว 

สำคัญว่า ดูแลรถให้ดี ๆ ด้วย อย่าให้มันพังเสียก่อน เพราะอะไหล่น่าจะหายากสักหน่อย

วัชระ นูมหันต์ 

2025-02-09 

 สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทสไทย ขอเชิญสมาชิกและผู้สนใจทุกท่านเข้าร่วมสัมมนาวิชาการ ในวันที่ 21กุมภาพันธ์ 2568 ออนไลน์ ฟรี รายละเอียดตามแนบ

——————————

อนาคตรถไฮโดรเจน

——————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

จากข่าวฮือฮาวงการมาพักใหญ่แล้วว่า เทสลา ของ อีลอน มัสก์ ที่เป็นเจ้าพ่อรถไฟฟ้า กำลังคิดจะทำรถไฮโดรเจน จึงมีผู้คนออกมาวิพากษ์วิจารณ์กันยกใหญ่ 

หนึ่งในประเด็นร้อนที่เป็นหัวข้อถกเถียงคือ …

รถไฮโดรเจนแข่งกับรถไฟฟ้าจริงหรือ 

เทคโนโลยีที่ใช้ในรถไฮโดรเจนคือ fuel cells นั้น มีมานานแล้ว อีวีมาทีหลังแต่ทำไมดังกว่า

และพออีวีบูมขึ้นมา ทำไมมีการพูดถึงรถไฮโดรเจนกันใหม่

อย่างที่รู้กันอยู่ว่า หลักการของรถไฮโดรเจนคือ เอาไฮโดรเจนไปจับกับออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นไฟฟ้าไปปั่นมอเตอร์ อย่างที่โตโยต้ามิรายใช้อยู่

โตโยต้าทำรถไฮโดรเจนออกมาขายนานนับสิบปีแล้ว แต่ยังไปไม่ถึงไหน ถึงจะทำมานานแต่รถไฮโดรเจนไม่บูมเพราะมีเรื่องค้างคาใจของผู้คนทั่วไปอยู่สามเรื่องที่ทำให้ไฮโดรเจนเกิดยากคือ 

•สถานีเติมมีน้อย

•กังวลความปลอดภัยของถังเก็บ

•ราคาไฮโดรเจนยังแพง 

เรื่องแรก การลงทุนด้าน infrastructure ทำสถานีเติมไฮโดรเจน ต้องมีไม่ต่ำกว่า 30~50 ล้านบาท และต้องมีรถขนไฮโดรเจน ซึ่งก็เหมือนสถานีเติมแก๊ส NGV คนที่คิดจะลงทุนทำก็ต้องเดาอนาคตที่หวังว่าจะไปได้ ถ้าเดาผิด ก็จะเหมือนสถานีเติมไฮโดรเจนในอเมริกาที่ปิดเป็นแถว ตอนนี้ใครจะลงทุนทำสถานีเติมไฮโดรเจนคงต้องคิดแล้วคิดอีก

เรื่องที่สองคือเรื่องความปลอดภัยที่ผู้คนยังกังวล เพราะแรงดันรถไฮโดรเจนมากกว่าแรงดันรถแก๊สธรรมดาประมาณสามเท่า หรือประมาณ 700 บาร์ (CNG vehicle 3,600 psi, H2 vehicle 10,000psi) ฉะนั้นถังมันจะหนักกว่า NGV ตอนนี้โตโยต้าแก้เกมด้วยการทำถังคาร์บอนไฟเบอร์ออกมา ทำให้เบาขึ้น แข็งแรงมากขึ้น ลงทุนทดลองยิงกระสุนปืนให้ดูกันเลยว่า มันไม่ระเบิด 

สุดท้ายคือเรื่องราคา หมายถึงราคาของแก๊สไฮโดรเจนที่ใช้เติมที่ยังวูบวาบ ยังไม่แน่ใจกันว่าประหยัดจริงไหม บางคนมาสายรักโลก บอกว่าไฮโดรเจนที่ใช้ต้อง green จริง ๆ เป็นไฮโดรเจนสีเขียวที่แยกไฮโดรเจนจากน้ำด้วยไฟฟ้า และไฟฟ้าก็ต้องเป็นไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนถึงจะเป็นไฮโดรเจนสีเขียว 

ไฮโดรเจนไม่มีสี การระบุสีเป็นเพียงสื่อสัญลักษณ์ว่าไฮโดรเจนนั้นทำมาจากอะไร ถ้าทำมาจากพลังงานพลังงานสะอาดเช่นพลังหมุนเวียนก็จะเป็นสีเขียวดังกล่าวมาแล้ว บางแหล่งบางสำนักยังระบุเพิ่มเติมอีกว่า ถ้าเป็นพลังงานแสงแดดจะเป็นสีเหลือง พลังงานนิวเคลียร์เป็นสีแดง

ถ้าทำมาจากพลังงานไม่สะอาดเช่นก๊าซธรรมชาติ เป็นสีเทา ถ้าทำมาจากถ่านหิน ก็จะเป็นสีน้ำตาลหรือดำไปเลย ที่แปลกหน่อยคือไฮโดรเจนสีฟ้า ซึ่งทำมาจากก๊าซธรรมชาติเหมือนสีเทา แต่ CO2 ที่เกิดขึ้นถูกกักเก็บไว้หมด ไม่ปล่อยสู่บรรยากาศ 

ถ้าไม่คิดเรื่องรักโลกมากนัก เพราะรถน้ำมันก็ยังใช้กันอยู่ การผลิตไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงจึงไม่เป็นปัญหา มีมานานแล้วและเพียงพอแน่นอน   เพราะอุตสาหกรรมก็ยังใช้

ถ้าอย่างนั้น มองดี ๆ ปัญหาหลักคืออะไรกันแน่ ปัญหาข้อแรกเรื่องสถานีมีน้อย เป็นเรื่องไก่กับไข่ ธรรมชาติของธุรกิจย่อมเป็นเช่นนั้นเอง ถ้ายังมีการใช้น้อยเพราะเห็นสถานีมีน้อย การลงทุนทำสถานีก็ยังน้อย ถ้ามีผู้กล้าทำสถานีมากขึ้น หรือมีคนกล้าใช้รถไฮโดรเจนมากขึ้น วงจรธุรกิจก็จะกลับทาง 

ปัญหาข้อที่สองเรื่องความปลอดภัยของถัง อย่างที่โตโยต้าก็พยายามแก้อยู่ ความกังวลเรื่องนี้จึงไปผูกอยู่ที่มาตรฐานความน่าเชื่อถือของบริษัทผู้ผลิต 

เหลือปัญหาข้อที่สามอยู่อย่างเดียวที่น่าจะเป็นประเด็นคู่แข่งของรถไฮโดรเจนคือ ราคา 

ถ้าอย่างนั้น รถไฮโดรเจนก็คงเกิดยากสิ เพราะค่าไฟชาร์จรถไฟฟ้าถูกกว่าเยอะ รถไฟฟ้าคงกวาดเรียบหมดใช่ไหมเมื่อผ่านยุครถน้ำมันผ่านไป 

ภาพนั้นคงไม่เกิดแน่ เพราะมีโจทย์ที่ให้แก้คนละอย่าง 

ที่ว่ารถไฮโดรเจนไม่น่าจะชนกับรถไฟฟ้า เพราะรถไฟฟ้าต้องแก้ปัญหาตัวเองอยู่แล้วที่เสียเวลาชาร์จนาน และวิ่งไม่ได้ไกล ต้องวนเวียนอยู่แต่ในเมืองหรือใกล้ ๆ บ้าน 

คงเคยได้ยินข่าวบางคนมีรถสองคัน รถไฟฟ้าวิ่งแถวบ้าน รถน้ำมันวิ่งต่างจังหวัด 

เห็นได้ชัดว่า คู่ปรับตัวจริงที่จะมาแทนรถน้ำมันนั้นคือรถไฮโดรเจน รอให้น้ำมันแพงอีกหน่อยเถอะ 

ผู้ที่เตรียมการเรื่องนี้อย่างดีคือ จีน 

เราได้เห็นจีนทำปั๊มไฮโดรเจนขึ้นมาเพิ่มเติม จีนทำรถหัวลากไฮโดรเจนมากขึ้น ไฮโดรเจนเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตไม่ต่ำกว่าห้าเท่า หนึ่งกิโลกรัมไฮโดรเจนวิ่งได้ประมาณร้อยโลเมตร ส่วนแบตวิ่งได้ประมาณหกถึงเจ็ดกิโลเมตรต่อกิโลกรัมเท่านั้น พอเราต้องการรถที่วิ่งได้ไกลขึ้น เราต้องเพิ่มแบตมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้รถหนัก รถเชิงพาณิชย์เจอกฎหมายน้ำหนักบรรทุกรวมตัวรถเลยทำให้ต้องบรรทุกของได้น้อย รถไฟฟ้าเลยไม่ตอบโจทย์ตรงนี้ พอเป็นรถไฮโดรเจนมันกลับตอบโจทย์รถเชิงพาณิชย์ เพราะปั๊มไม่ต้องมีเยอะ รถเชิงพาณิชย์วิ่งได้หกร้อยกิโลเมตรค่อยแวะเติมสักปั๊มก็โอเค รถไฮโดรเจนจึงเริ่มมามีบทบาทในรถขนาดใหญ่ สิ่งที่เป็นลักษณะเด่นของรถไฮโดรเจนคือ น้ำหนักน้อย เพียงแต่อุปกรณ์มันเยอะ 

ประเทศจีน รถที่วิ่งระหว่างมณฑลนิยมใช้รถไฮโดรเจน โดยรัฐบาลจีนเป็นผู้ออก infrastructure สร้างสถานีให้หมด รถบัสไฮโดรเจนก็มี เช่น ที่เมืองลิ่วโจว 

ทำไมจีนจึงลงทุนปั๊มไฮโดรเจน 

ปัจจุบันนี้ สหรัฐอเมริกาพยายามทำให้น้ำมันถูกอยู่อย่างนี้ไปเรื่อย ๆ เลยไม่มีใครขวนขวายหาไฮโดรเจน แต่ประเทศจีนไม่ใช่ เพราะรัฐบาลสั่ง ถึงน้ำมันจะถูกก็ช่าง เอาไฮโดรเจน แพงหน่อยก็ทำไป 

แต่ตราบใดที่น้ำมันยังถูกอยู่อย่างนี้ ไฮโดรเจนเกิดยาก จะเกิดได้ก็ต่อเมื่อน้ำมันแพงหรือน้ำมันใกล้หมด

สหรัฐอเมริกากดราคาน้ำมัน ไม่ให้เกิน 80 เหรียญต่อบาเรลแต่ stock ของ อเมริกาก็ไม่ได้มีเยอะ อย่างมากอีกสิบปีข้างหน้า จะได้เห็นสถานการณ์น้ำมันเปลี่ยนอย่างมากมาย เพราะตอนนี้สหรัฐกดราคาน้ำมันด้วย stock ที่มีอยู่ เมื่อน้ำมันในสหรัฐร่อยหรอลง สหรัฐอเมริกาจะเปลี่ยนนโยบายไป ถึงตอนนั้นไฮโดรเจนมาแน่นอน

ส่วนจีน พยายามเปลี่ยน ไม่พึ่งพาน้ำมัน ลดการนำเข้า ไม่ว่าจะทำอีวี ไม่ว่าจะทำพลังงานทดแทน หรือทำไฮโดรเจนนี้ก็เพื่อใช้น้ำมันให้น้อยที่สุด เพื่อจะพึ่งตัวเองให้ได้

ไม่ว่าอเมริกาจะเล่นเกมอะไร จีนจะต้องยืนด้วยตัวเองให้ได้ 

ปัจจุบัน จีนใช้น้ำมันตัวเองแค่ 30% ที่เหลือนำเข้าหลายแหล่ง ที่ไม่ใช่สหรัฐ

ผู้ผลิตน้ำมันรายใหญ่ของโลกที่หนึ่งคือ สหรัฐอเมริกา 14 ล้านบาเรล ที่สองคือ ซาอุดีอาระเบีย ที่ส่งน้ำมันไปทั่วโลก ประมาณ 8 ล้านบาเรล สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ จีนต้องนำเข้าน้ำมันตลอดเวลา เป็นปัญหาที่ใหญ่มาก จีนต้องลดการพึ่งพิงน้ำมันให้น้อยที่สุด จึงจำเป็นต้องไปใช้พลังงานอื่น ขณะนี้จีนผลิตไฟฟ้ามากที่สุดในโลก 10 ล้าน MWh โดยเอาไฟฟ้าไปใช้กับรถอีวีได้ มีการผลิตไฮโดรเจนจากไฟฟ้า และไฟฟ้าผลิตจาก solar cells  ประเทศจีนมีแผง solar cells farm มหาศาลมาก ทุกสถานีไฮโดรเจนจะมี solar cells อยู่ข้าง ๆ ผลิตไฟฟ้าเพื่อทำไฮโดรเจน แล้วเอาไฮโดรเจนไปใส่รถ จะได้ใช้น้ำมันให้น้อยที่สุด 

รถไฟฟ้ามีพัฒนาการด้วยตัวของมันเอง มีจุดเกิดจุดดับตามวัฏจักร ส่วนรถไฮโดรเจนยังไม่บูม ถึงแม้เทคโนโลยีจะมีมานานแล้ว แต่เชิงพาณิชย์ยังไม่เกิด ถึงแม้จะมีการใช้อยู่บ้างประปราย ก็แค่เป็นการลองตลาด ปล่อยให้รถไฟฟ้านำไปก่อนในช่วงเปลี่ยนผ่าน รอเวลาแห่งการแห่งการล่มสลายอย่างแท้จริงของรถน้ำมัน ซึ่งน่าจะอีกนานเกินสิบปี เพราะถ้าน้ำมันยังไม่แพงมาก รถไฮโดรเจนจะยังไม่เกิด ในอนาคตอันยาวไกลผู้ที่จะมาครองบัลลังก์การคมนาคมขนส่งเจ้าใหม่แทนการใช้น้ำมันแชมป์เก่าก็จะเป็นรถไฮโดรเจนนั่นเอง 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-02-02 

———————————

Power bank ช่วยดู PM 

———————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ตอนนี้ถึงช่วงฤดูกาลของปีที่ PM 2.5 กลับมาสูงอย่างเคย แถมปีนี้ค่า PM ใน กทม. ท่าทางจะสูงทำลายสถิติที่เคยบันทึกไว้ 

นอกจากจะดูค่า PM ตามสื่อหรือเว็บไซด์ต่าง ๆ แล้ว มีหลายท่านที่นิยมดูแบบ real time คือวัดเดี๋ยวนั้นเลยว่า PM มีค่าเท่าไหร่โดยอุปกรณ์วัดแบบพกพา ผู้สูงอายุอาจให้ลูกหลานช่วยซื้อหามาให้ เพราะถึงวัยที่ดูค่า PM สำคัญกว่าดูเวลา 

การดูตัวเลขค่า PM จากเครื่องวัดนั้น มีหน่วยเป็นไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (μg/m3) ส่วนตัวเลขตามเว็บไซต์ต่าง ๆ มักจะบอกเป็นดัชนีคุณภาพอากาศ หรือ AQI (Air Quality Index) พร้อมโค้ดสี ซึ่งแต่ละประเทศอาจคำนวณจุดตัดแบ่งจากค่าที่วัดได้ไม่เท่ากัน 

ตัวอย่างเช่น จุดตัดแบ่งที่บ่งบอกว่าคุณภาพอากาศเริ่มแย่หรือยังคือ AQI สูงกว่า 101 (ไม่มีหน่วย) ซึ่งเริ่มมีผลต่อกลุ่มเสี่ยงหรือผู้สูงวัย อันเป็น orange zone ของสหรัฐอเมริกาโดยคำนวณจากค่า PM สูงกว่า 35.5 μg/m3 ของไทยสูงกว่า 37.6 μg/m3 เป็นโซนสีส้ม 

ส่วน AQI ต่ำกว่า 100 อันเป็นโซนที่คุณภาพอากาศพอใช้ หรือ yellow zone ของสหรัฐอเมริกาจะคำนวณจากค่า PM ที่ต่ำกว่า 35.4 μg/m3 ของไทยต่ำกว่า 37.5 μg/m3 ซึ่งเป็นโซนสีเหลือง

US . . AQI . . ไทย

Orange . . สีส้ม

35.5 = 101 = 37.6 

 35.4 = 100 = 37.5 

Yellow . . สีเหลือง 

ในเว็บไซต์นิยมบอกเป็นค่าดัชนี AQI ที่ไม่มีหน่วย พร้อมโค้ดสี ส่วนค่าจริงที่มีหน่วยเป็นไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (μg/m3) ก็อาจจะบอกบ้างไม่บอกบ้าง ข้อสังเกตคือ ค่า AQI ไม่มีจุดทศนิยม แต่ค่า μg/m3 มักจะมีทศนิยมหนึ่งตำแหน่ง 

ส่วนค่าที่อ่านจากเครื่องวัดนั้นเป็นค่าจริง ถ้าอยากรู้ว่าค่าดัชนี AQI เป็นเท่าใดต้องใช้ตัวช่วยคำนวณ เช่น เปิดดูเว็บ airnow .gov/aqi/aqi-calculator 

ถ้าหากวัดค่าจริง (real time) แล้วคำนวณค่า AQI ออกมาไม่เท่ากับค่า AQI ที่ปรากฏอยู่ตามเว็บทั่วไปนั้นก็อย่าได้แปลกใจ เพราะค่าคำนวณที่ปรากฏในเว็บนั้นมักจะเป็นค่าเฉลี่ย 24 ชั่วโมง 

นับตั้งแต่ผู้คนเริ่มตื่นตัวในเรื่องฝุ่น PM น่าจะมีหลายท่านที่ใช้งานเครื่องวัดนี้มานาน จนเครื่องเริ่มชราภาพตามคนไปด้วย เพราะเครื่องวัดก็ต้องการแหล่งพลังงานมาขับเคลื่อน ซึ่งโดยมากมักจะเป็นแบตชนิดชาร์จได้ นานไปแบตเริ่มเสื่อม วัดได้เดี๋ยวเดียวแบตเริ่มยุบลงมาแล้ว แต่ฝุ่นก็มีมาให้วัดทุกหน้าหนาว ถ้าไม่อยากซื้อเครื่องวัดใหม่พระเอกขี่ม้าขาวที่มาช่วยได้ก็คือ power bank ที่เราใช้กับมือถือนั่นเอง 

ทำไมเครื่องวัดถึงกินแบตมาก ก็ต้องไปดูการทำงานของเครื่องวัดนี้กันหน่อย 

การวัดค่าฝุ่น PM นั้น มีตั้งแต่มือสมัครเล่นด้วยการใช้เครื่องวัดที่ราคาไม่แพงอย่างที่พวกเราซื้อหามาใช้กัน ไปจนกระทั่งการวัดแบบมืออาชีพ เครื่องวัดจะมีราคาสูง อย่างที่ใช้ตามหน่วยงานต่าง ๆ 

เทคนิคการวัดก็มีหลากหลาย แต่สรุปได้สามแนวทาง (concept) คือ

1. แบบวัดตรง

2. แบบวัดเทียบ

3. แบบราคาถูก

การวัดตรงแบบเก่าจะใช้วิธีมาตรฐานเหมือนตามห้องแล็บเลย คือดูดอากาศผ่านเครื่องวัดปริมาณแล้วมาผ่านแผ่นกรองดักฝุ่น ต้องชั่งน้ำหนักแผ่นกรองสะอาดก่อนมีฝุ่น และชั่งแผ่นกรอง (ที่มีฝุ่น) หลังใช้ หักกลบลบกันเหลือเป็นปริมาณฝุ่น นำไปหารด้วยปริมาณของอากาศที่วัดได้ แน่นอนว่าเครื่องวัดแบบนี้ต้องละเอียด ที่สำคัญวัด real time ไม่ได้ ต้อง off line (คำนวณหาค่าทีหลัง) เท่านั้น และต้องอาศัยบุคลากรที่มีความรู้ในเรื่องนี้ แต่จะได้ตัวเลขเป็นมาตรฐาน 

การวัดแบบเทียบ คือไม่ได้เอาฝุ่นไปชั่ง แต่เอาผลของการเกิดฝุ่นไปใช้วัดค่า วิธีการก็คือ ใช้ม้วนเทปของแผ่นกรองหมุนวิ่งผ่านช่องที่ดูดอากาศมาเป่า ม้วนเทปแผ่นกรองที่เคยสะอาดจะมีฝุ่นจับ แล้วจะวิ่งผ่านไปที่ตัวอ่านปริมาณฝุ่น เครื่องอ่านปริมาณฝุ่นนี้ใช้วิธีวัดอนุภาคเบต้า (ก็คืออิเล็กตรอนนั่นแหละ) ที่ปล่อยจากสารกัมมันตรังสี เช่น ไอโซโทปของ promethium-147 (Pm-147) โดยแผ่นกรองพร้อมฝุ่นวิ่งผ่านขวางทาง เครื่องนี้มีขนาดใหญ่โต พกพาไม่ได้ และต้องมีการเปลี่ยนเทปแผ่นกรอง

ส่วนแบบราคาถูก พกพาได้ อย่างที่เห็นกันโดยทั่วไปนั้น ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ามาช่วย และไม่ต้องใช้แผ่นดักฝุ่นแต่อย่างใด แต่ยังมีตัวที่กินพลังงานมากอยู่คือ พัดลมตัวจิ๋ว เพื่อดูดอากาศภายนอกที่ต้องการวัดฝุ่นเข้าไปข้างใน จากนั้นจะมีการยิงแสงเลเซอร์เป็น pulse ผ่านอากาศที่มีฝุ่นเหล่านี้ เมื่อแสงกระทบฝุ่นจะมีการหักเหออกด้านข้าง ซึ่งจะมีตัวนับ (counter) คอยตรวจจับอีกที 

เครื่องอิเล็กทรอนิกส์ที่เมืองจีนได้ทำการผลิตออกมาเป็นจำนวนมาก ๆ นี้ ทำให้ราคาถูกลงมากจนชาวบ้านจับต้องได้ และมีขนาดเล็กจนถือไปถือมาสบาย เพียงแต่กินไฟหน่อย 

อนาคตคงไม่แปลกเลยถ้าจะมีผู้คิดทำอุปกรณ์ที่ผู้รักษาสุขภาพนิยมใช้ โดยใช้แบตที่ทนนาน จะได้ไม่ต้องใช้ power bank …

นั่นคือเครื่องดูค่า PM คาดติดข้อมือเหมือน Apple Watch ไงครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2025-01-26 

—————

อักขระเลข

—————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

เลข หรือการนับจำนวน เป็นพื้นฐานของศาสตร์ทุกสาขา การนับ ไม่ใช่เพียงแต่พูด ให้หูได้ยิน สำคัญไปกว่านั้นคือการเขียน ให้ตาได้อ่าน ที่สำคัญยิ่งไปกว่านั้นคือ สามารถใช้ในการคำนวณ

เลขฐานสิบ (0, 1, 2, .. 9) เป็นที่รู้จักของคนทั้งโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเลขอารบิก จนกลายเป็นอักขระสากลที่ทุกคนรู้จัก ส่วนอักขระเลขภาษาอื่นเป็นที่รู้จักเฉพาะกลุ่ม เช่น เลขไทยที่มาจากภาษาขอม ก็รู้จักเฉพาะในกลุ่มคนไทยและคนเขมร 

แต่ใช่ว่า ฐานสิบจะเป็นเลขเพียงฐานเดียวที่มีใช้ เลขฐานอื่นก็มีหรือเคยมีใช้ เช่น 

•ฐานสอง มีใช้ในคอมพิวเตอร์ แต่คนเราไม่มีใครใช้

•ฐานสี่ มีใช้ในภาษา Chumashan อันเป็นชนเผ่าหนึ่งในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ 

•ฐานห้า มีอยู่ในหลายภาษาที่เราไม่คุ้น คือ Gumati, Nunggubuyu, Kuurn Kopan Noot และ Saraveca 

•ฐานหก มีในภาษา Ndom ของปาปัวนิวกินี

•ฐานแปด มีในภาษา Yugi ในแคลิฟอร์เนีย และภาษา Pamean ในเม็กซิโก เพราะแทนที่จะนับนิ้วมือ กลับนับร่องนิ้วซึ่งมีอยู่ข้างละสี่ รวมเป็นแปด 

•ฐานสิบสอง (duodecimal หรือ dozenal) บ้านเราคงคุ้น เพราะนับเป็นโหล ในภาษาเยอรมันโบราณ (Germanic) อันเป็นรากฐานของภาษาอังกฤษก็มี ทำให้มีการนับเลยสิบไปถึงสิบสอง แถมยังมี “long hundred” คือ 120 และ “long thousand” คือ 1200 ในอังกฤษอีกด้วย นอกจากนั้น ยังมีการใช้เลขฐานสิบสองในไนจีเรีย อินเดีย และเนปาล 

•ฐานสิบห้า มีในภาษา Huli ของปาปัวนิวกินี

•ฐานยี่สิบ เคยมีใช้ในชนเผ่ามายา (Maya) ที่ปัจจุบันเป็นประเทศเม็กซิโกและประเทศใกล้เคียง (อาจมาจากการนับนิ้วทั้งมือและเท้า) 

•ฐานยี่สิบสี่ มีในภาษาไม่คุ้นหู คือ Umbu-Ungu หรือ Kaloli 

•ฐานสามสิบสอง มีในภาษา Ngiti ซึ่งเป็นรอบของเลขฐานสี่

เนื่องจากเรามีอักขระเลขฐานสิบใช้กันกว้างขวางอยู่แล้ว เลขฐานที่ต่ำกว่าสิบจึงไม่มีปัญหา สามารถดึงเอาตัวเลขที่ต้องการมาใช้ได้เลย เช่นฐานสองคอมพิวเตอร์มีเลข 0 และ 1 ส่วนฐานแปดก็มีเลข 0, 1, 2, .. 7

ที่ยุ่งหน่อยคือฐานที่สูงกว่าสิบ เช่นเลขฐานสิบหกที่มีใช้ในคอมพิวเตอร์ 

หลายคนคงรู้แล้วว่า เขาแก้ปัญหาอักขระเลขไม่พอใช้ด้วยการไปยืมอักขระภาษาอังกฤษมา 6 ตัว รวมของเดิม 10 เป็น 16 ตัวสำหรับเลขฐานสิบหก (0, 1, 2, .. 9, A, B, .. F) 

ด้วยวิธีเดียวกัน จึงไม่แปลกถ้าจะดึงเอาอักษรภาษาอังกฤษมาเพียง 2 ตัว คือ A กับ B มาใช้ในแทนสิบกับสิบเอ็ดในเลขฐานสิบสอง ซึ่งจะเห็นได้ทั่วไปในหลายตำรา 

เลขฐานสิบสอง (duodecimal หรือ dozenal) จากศูนย์ถึงสิบสอง จึงเป็น 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, 10

มีการหาอักขระอย่างอื่นเพื่อใช้แทนเลขสิบและสิบเอ็ดในเลขฐานสองอีกบ้างเหมือนกัน บางอย่างก็ดูแปลก อย่างเช่น เลขสองและเลขสามตีลังกากลับหัว แทนเลขสิบกับสิบเอ็ด ซึ่งลำบากเพราะไม่มีในแป้นคีย์บอร์ด แต่สมาคมเลขฐานสิบสองของอเมริกา (DSA : (Dozenal Societies of America) และอังกฤษ DSGB (DSGB : Dozenal Societies of Great Britain) ใช้มาตั้งแต่ปี 2015 

ในทฤษฎีดนตรี โน้ตสากลมีทั้งหมดสิบสองตัว คือ คีย์เปียโนสีขาว 7 (โด เร มี ฟา ซอล ลา ซี) สีดำ 5 (โด# เร# ฟา# ซอล# ลา# ) ทฤษฎึดนตรีจึงใช้สัญลักษณ์ให้เป็นเลขฐานสิบสองเหมือนกัน แต่ใช้ T (Ten) และ E (Eleven) แทน สิบและสิบเอ็ด 

สัญลักษณ์ที่ใกล้เคียงอีกอย่างคือการใช้ X ซึ่งเป็นเลขโรมันแทนสิบ และใช้ E (Eleven) แทนสิบเอ็ด 

ในระบบฐานสิบสอง การเรียกเลขสิบ (A, T , X หรือเลขสองหัวกลับ) ออกเสียงว่า “dek” (มาจาก deci) และเรียกเลขสิบเอ็ด (B, E หรือเลขสามหัวกลับ) ออกเสียงว่า “el” (มาจาก eleven)

คงรู้กันแล้วว่า การนับถึงสิบสองมีใช้กันมานานจนคุ้นเคยกันดี เช่น สิบสองปีหรือสิบสองนักษัตร สิบสองเดือนเป็นหนึ่งปี สมัยโบราณในยุคบาลิโลนสิบสองชั่วโมงเป็นหนึ่งวัน (ต่อมาในยุคหลังยืดเป็น 2x12 ชั่วโมง คือกลางวันกับกลางคืน) สิบสองนิ้วเป็นหนึ่งฟุต การนับจำนวนสิบสองชิ้นเป็นหนึ่งโหล (dozen) สิบสองโหลเป็นหนึ่งกุรุส (gross) 

แต่แปลกที่เรากลับไม่เคยเห็นตัว A ที่หมายถึงสิบ และ B ที่หมายถึงสิบเอ็ด บนหน้าปัดนาฬิกาแบบเข็มเลย เลขโรมันที่ใช้ X แทนสิบ และ XI แทนสิบเอ็ด บนหน้าปัดนาฬิกาโบราณ เช่น นาฬิกาบิ๊กเบนที่ลอนดอน ก็ไม่ใช่อีก เพราะโรมันเพียงแต่ใช้สัญลักษณ์ I แทนหนึ่ง V แทนห้า และ X แทนสิบ เอามาเขียนต่อกัน ตามหลังคือบวก นำหน้าคือลบ ไม่ใช่สัญลักษณ์ตัวเดียวอย่างที่ต้องการ 

บางครั้งเราจึงเห็นเลขฐานสิบ บนหน้าปัดนาฬิกาที่เป็นฐานสิบสอง คือ 10, 11 แถมด้วยเลข 12 ตรงตำแหน่งบนสุด (เที่ยงวันหรือเที่ยงคืน) ซึ่งนับว่าเป็นเลขประหลาดสุด (แต่เราเห็นจนชินตาไปแล้ว) เนื่องจากตำแหน่งนี้ควรจะเป็นเลขศูนย์ (เพลง The Twelfth of Never ของ Johnny Mathis จึงเกิด) 

มีบางคนเสนอไอเดียบรรเจิดในเรื่องเลขสัญลักษณ์นี้อีกอย่างหนึ่งซึ่งแม้จะยังไม่มีใครทำ แต่ฟังดูเข้าท่า นั่นคือ การเพิ่มสัญลักษณ์ “ลบ” เข้ามาเพิ่มเติมจากการไม่มีสัญลักษณ์ของเลข ซึ่งหมายถึงบวก เพราะเรารู้จักอยู่แล้ว เช่น -1 คือหักออกหนึ่ง ส่วน 1 คือ +1 หรือเพิ่มขึ้นหนึ่ง จึงเสนอสัญลักษณ์เลขสิบเอ็ดในระบบเลขฐานสิบสองเป็น -1 โดยเอาเครื่องหมายลบไปขีดเป็นบาร์ไว้เหนือเลขหนึ่ง ส่วนเลขสิบใช้สัญลักษณ์ -2 โดยย้ายเครื่องหมายลบไปไว้เหนือเลขสองเช่นเดียวกัน เพื่อจะให้เป็นสัญลักษณ์เลขตัวเดียว

ในเรื่องนาฬิกา เวลามีแต่เดินหน้า หรือเป็นบวกเสมอ ก็ถูก เพราะเราคุ้นกับเรื่องอดีต (time since) แต่เวลาอนาคต (time until) ก็มี ซึ่งเป็นการลบเวลา

การบอกเวลา เราอาจคุ้นจากการนับจากอดีต แต่วงการหนึ่งจะคุ้นกับการนับเวลาอนาคต นั่นคือวงการกีฬา เช่น ฟุตบอล ที่กรรมการจะคอยดูเวลาเหลือเท่าไหร่จะจบเกม 

การดูเวลาของพวกเรา บางครั้งก็ดูเวลาอนาคตเหมือนกัน ว่าเหลือเวลาเท่าไหร่จะขึ้นชั่วโมงใหม่เมื่อเลยครึ่งชั่วโมงไปแล้วเมื่อดูนาฬิกาเข็ม ส่วนนาฬิกาตัวเลข (digital clock) คงวุ่นวายหน่อยที่จะต้องคิดลบเลข 

ดังนั้น บางคนจึงคิดว่า ตัวเลขบนหน้าป้ดนั้น ใช้แค่ครึ่งเดียวก็ได้ คือฝั่งขวาเป็นบวก ฝั่งซ้ายเป็นลบ

ซ้าย | ขวา

        0

-1          1

-2          2

-3          3

-4          4

-5           5

         6

คราวนี้เลขสิบก็ไม่ต้องใช้ A แต่ใช้ -2 แทน (12-2=10) และเลขสิบเอ็ดไม่ต้องใช้ B แต่ใช้ -1 แทน (12-1=11) 

ลบที่นำหน้านั้น ก็ยกลอยขึ้นไปอยู่ข้างบนเหนือตัวอักษร เหมือนบาร์ ให้เป็นสัญลักษณ์ตัวใหม่ 

แปลกดี

ไม่ใช่แต่เพียงการบวก การฝึกลบเลข บางครั้งก็มีประโยชน์เหมือนกัน ดังเช่นการแก้ปัญหาข้างล่างนี้

เราคงรู้จักการชั่งน้ำหนักโดยใช้ตาชั่งแบบสองจานซ้ายขวา มีเข็มชี้สมดุลตรงกลาง (อย่างที่เห็นสัญลักษณ์ที่ใช้ในแวดวงตุลาการ) โดยใช้ตุ้มน้ำหนักค่าต่าง ๆ เทียบกับของที่ชั่งว่าหนักเท่าไหร่ นานมาแล้วเคยมีคำถามชวนคิดว่า ถ้าใช้ตุ้มน้ำหนักเพียงสี่ตุ้ม วัดเป็นกรัมก็แล้วกัน ใช้วัดสิ่งของตั้งแต่ 1 กรัม 2 กรัม เรื่อยไป วัดได้ทุกกรัม สูงสุดจะได้กี่กรัม? 

แน่นอนว่า ตุ้มน้ำหนักน้อยที่สุดคือ 1 กรัม แต่ตุ้มหนักสุดจะมากเกินไปไม่ได้ เพราะน้ำหนักกลาง ๆ จะวัดไม่ได้ 

คนทั่วไปจะคิดว่า ตุ้มลูกที่สองคือ 2 กรัม ตุ้ม 3 กรัม ไม่ต้องมี เพราะสองลูกรวมกันได้ 3 กรัม ข้ามไปมีตุ้มมีน้ำหนัก 4 กรัม รวมสามลูก ชั่งได้ 1+2+4 = 7 กรัม นั่นคือ ตุ้มน้ำหนักเป็นเลขยกกำลังของฐานสอง ตุ้มลูกที่สี่จึงหนักสองยกกำลังสามคือ 8 กรัม และสามารถชั่งน้ำหนักได้สูงสุด 1+2+4+8 = 16 กรัม 

แต่คำตอบที่ถูก มากกว่านั้นเยอะครับ 

ตุ้มน้ำหนักสองจาน สามารถวางตุ้มน้ำหนักฝั่งเดียวกับของที่ชั่งได้ เปรียบเสมือนกับการลบเลข 

ดังนั้น  แม้จะเริ่มด้วยตุ้ม 1 กรัมเหมือนกัน แต่ของหนัก 2 กรัม ไม่จำเป็นต้องใช้ตุ้มหนัก 2 กรัมมาชั่ง เพราะเมื่อเพิ่มตุ้ม 1 กรัมฝั่งเดียวกันกับของที่ชั่ง ก็สามารถจะเพิ่มตุ้มไปเป็นการใช้ตุ้ม 3 กรัม ได้ 

คำตอบเลขตุ้มน้ำหนักทั้งสี่ จึงเป็นเลขยกกำลังของฐานสาม คือ 1, 3, 9 และ 27 กรัม สามารถชั่งได้ทุกกรัมตั้งแต่ 1, 2, 3, … จนถึง 40 กรัม 

อย่างเช่น จะชั่งของหนัก 20 กรัม ต้องใช้ 27-9+3-1 คือเอาตุ้ม 27 กับ 3 ไว้ที่จานข้างหนึ่ง และ ตุ้ม 9 กับ 1 ไปวางจานเดียวดับของที่จะชั่ง 

ก่อนชั่งก็ต้องคิดเลขกันหน่อยละครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2025-01-19 

———————

ศาสตร์การนับ

———————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ในการขนานเครื่องโรงไฟฟ้าที่ใช้การดูซิงโครสโคปเป็นตัวช่วย เพื่อวัดความถี่ไฟฟ้าของระบบกับความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะขนานเครื่องเข้าไปว่าเท่ากันหรือยัง ถ้าเครื่องเร็วกว่านิดหน่อยเข็มชี้วัดจะหมุนไปทางขวาช้า ๆ ถ้าเข็มชี้หมุนครบรอบ กลับมาที่ตำแหน่งเที่ยงตรงพอดี (12 นาฬิกา) จะเป็นตำแหน่งที่สับสวิตซ์ขนานเครื่องเข้าระบบได้ 

แต่ไม่มีการนับว่าครบหนึ่งรอบ สองรอบ สามรอบ … เพราะไม่ได้นับเอาจำนวนรอบไปใช้ทำอะไร อาจจะถือว่า ซิงโครสโคป เป็นหน้าปัดของเลขฐานหนึ่ง ก็ย่อมได้

ถ้านับ หนึ่ง-สอง-สาม อย่างเช่นเวลาถ่ายรูป (นึง-ส่อง-ซ้ำ) เหมือนเป็นเลขฐานสาม แต่ก็หมดแค่นั้น ไม่มีการนับต่อว่าครบครั้งที่หนึ่ง ที่สอง ที่สาม จึงเหมือนเป็นการ countdown จาก สาม-สอง-หนึ่ง เหมือนหน้าปัดนาฬิกา apple watch ที่นับเมื่อเริ่มออกกำลังกาย ถ้า countdown จากสิบจะเหมือนในเทศกาลปีใหม่ที่นับถอยหลังกันตอนเที่ยงคืน ก่อนขึ้นวันใหม่

การ count up นับไปเรื่อย ๆ ฐานต่ำสุดคือฐานสอง (binary) ที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ แต่ไม่มีการเรียก ได้แต่เขียน เพราะคอมพิวเตอร์ไม่จำเป็นต้องเรียก ทว่า คนเราสื่อสารกันด้วยเสียง จำเป็นต้องมีชื่อเรียกในการนับ ต่อมาเรามีการสื่อสารกันทางตาด้วย คือการเขียนให้อ่าน จึงมีการประดิษฐ์อักขระแทนตัวเลขด้วย เลขฐานสิบที่เราคุ้นเคยเนื่องจากเรามีสิบนิ้วจึงมีอักขระเลขสิบตัวคือ 0, 1, 2, .. , 9 พร้อมกับคำเรียก “ศูนย์ หนึ่ง สอง … เก้า” แต่ละภาษาก็เรียกแตกต่างกันไป 

มิเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้วัดหน่วยไฟฟ้า (unit) หรือ kWh ก่อนที่จะเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นตัวเลข (digital) อย่างปัจจุบัน จะเป็นระบบเข็ม (analog) สี่หรือห้าหน้าปัดเรียงกัน ภายในมีฟันเฟือง เมื่อตัวขวาสุดหมุนครบรอบ ตัวซ้ายจะเลื่อนขยับไปหนึ่ง เรื่อยไปจนครบสิบ คือครบรอบ หน้าปัดตัวซ้ายถัดไปจึงขยับไปหนึ่งตัว จึงมีเลข 0, 1, 2, .. , 9 โดยตัวเลข 0 อยู่บนสุด ส่วนเลขถัดไปจะหมุนเวียนขวาสำหรับหน้าปัดขวาสุด และจะหมุนเวียนซ้ายสำหรับหน้าปัดถัดมา เนื่องจากฟันเฟืองที่ติดกันตัวหนึ่งหมุนซ้ายอีกตัวจะหมุนขวา หน้าปัดมิเตอร์ไฟฟ้าจึงเป็นเลขฐานสิบ ส่วนหน้าปัดนาฬิกาเข็มทั่วไปจะเป็นเลขฐานสิบสอง (ซึ่งควรจะมีเลขศูนย์ถึงสิบเอ็ด ไม่ใช่หนึ่งถึงสิบสอง)

สิบ เป็นคำเรียกระบบของเลขระบบฐานสิบ ไม่ใช่เรียกอักขระตัวเลข ครบรอบจึงเรียกว่าครบสิบ และเมื่อครบรอบสิบครั้งก็มีชื่อเรียกเป็นร้อย เป็นพัน หมื่น  แสน จนถึงล้าน อันเป็นคำเรียกหลักเลขสูงสุดของไทยเรา 

คำเรียกของฝรั่งจะลักลั่นหน่อยตรงหลักสิบ (ty = teen = ten) เพราะอิทธิพลของเลขฐานสิบสอง และมีคำเรียกหลักร้อย (hundred) และหลักพัน (thousand) แต่ไม่มีคำเรียกหลักหมื่น หลัก แสน กระโดดไปเรียกหลักล้านเลย (million) เพราะเน้นการนับทีละพันเป็นหลัก จึงคำเรียกมีพันล้าน (billion) จะได้มีคำเรียกเศรษฐีพันล้าน (billionaires) แต่คำว่า หมื่นล้าน แสนล้าน ไม่มีคำเรียก กระโดดไปเป็นคำว่าล้านล้าน (trillion) เพราะในทางวิชาการจะเน้นหลักพัน สังเกตได้จากการมีจุดลูกน้ำ (comma) เพื่อแบ่งเลขเมื่อครบพัน และมีชื่อเรียกกำกับ ต่อมา เมื่อเวลาผ่านไป มีคำเรียกไม่พอใช้ เพราะของใหญ่ก็มากขึ้นไปเรื่อย ๆ และของเล็กก็น้อยลงไปเรื่อย ๆ เราคงเพิ่งเคยได้ยินคำว่านาโนเมื่อไม่นานมานี้เอง ชื่อใหม่ที่ตั้งเพิ่มเพื่อใช้เรียกนำหน้า (metric prefix) หน่วยวัดมาตรฐานสากล (SI) มีดังนี้ 

ปี 2022

quecto = 10 ยกกำลัง -30 ; quetta = 10 ยกกำลัง 30

ronto = 10 ยกกำลัง -27 ; ronna = 10 ยกกำลัง 27

ปี 1991 

yocto = 10 ยกกำลัง -24 ; yotta = 10 ยกกำลัง 24 

zepto = 10 ยกกำลัง -21 ; zetta = 10 ยกกำลัง 21 

ปี 1975

atto = 10 ยกกำลัง -18 ; exa = 10 ยกกำลัง 18

femto = 10 ยกกำลัง -15 ; peta = 10 ยกกำลัง 15 

ปี 1960 

pico = 10 ยกกำลัง -12 ; terra = 10 ยกกำลัง 12

nano = 10 ยกกำลัง -9 ; giga = 10 ยกกำลัง 9 

ปี 1873 

micro = 10 ยกกำลัง -6 ; mega = 10 ยกกำลัง 6 

ปี 1795 

milli = 10 ยกกำลัง -3 ; kilo = 10 ยกกำลัง 3

centi = 10 ยกกำลัง -2 ; hecto = 10 ยกกำลัง 2

deci = 10 ยกกำลัง -1 ; deca = 10 ยกกำลัง 1

ที่ว่าฝรั่งยังเรียกลักลั่นกันอยู่ในการเรียกนับเมื่อขึ้นเลขสิบ ซึ่งถ้าเป็นวัยรุ่นจะเรียกว่าทีนเอจ (teen age) นั้น ฝรั่งหลายชาติหลายภาษาก็ยังเห็นไม่ตรงกัน คือเริ่มต้นเรียกเลขสิบกว่า ๆ (teen-numbers) ต่างกัน 

คำว่า สิบ ไทยเราเรียกคล้ายจีน ส่วนบาลีคือ ทศ คล้ายลาตินคือ dec เดือนธันวาคมคือ December จึงหมายถึงเดือนที่สิบ เพราะในสมัยโรมัน เดือนมีนาคมคือเดือนที่หนึ่ง 

Dec จึงมีคำเรียกคล้ายกันในฝรั่งหลายชาติที่หมายถึง ทศ หรือ สิบ เช่น 

สเปน เรียก diez 

โปรตุเกส เรียก dez 

อิตาเลียน เรียก dieci

ฝรั่งเศส เรียก dix 

ที่น่าสนใจคือ คำเรียกที่หมายถึงการเข้าสู่หลักสิบของฝรั่งชาติดังกล่าวนั้น เริ่มไม่ตรงกัน ไทยเราเริ่มที่ 11 ตามปกติ อังกฤษเริ่มที่ 13 สเปนและโปรตุเกสเริ่มที่ 16 อิตาเลียนและฝรั่งเศสเริ่มที่ 17

การนับ 10 ถึง 19 ของไทยเราตรงไปตรงมา มีคำว่าสิบนำตั้งแต่ 11 คือ 

สิบ สิบเอ็ด (หรือสิบหนึ่งสำหรับทหารเรือ เพื่อไม่ให้ฟังสับสนกับสิบเจ็ด) สิบสอง สิบสาม สิบสี่ สิบห้า สิบหก สิบเจ็ด สิบแปด สิบเก้า

การนับ 10 ถึง 19 ของอังกฤษ เริ่มมีคำว่า “teen” (คือ ten) ตั้งแต่ 13 

(ten eleven twelve thirteen fourteen fifteen sixteen seventeen eighteen nineteen)

การนับ 10 ถึง 19 ของสเปน เริ่มมีคำว่า “diec” (คือ diez) ตั้งแต่ 16 

(diez once doce trece catorce quince dieciseis diecisiete dieciocho diecinueve)

การนับ 10 ถึง 19 ของโปรตุเกส เริ่มมีคำว่า “dez” ตั้งแต่ 16 

(dez onze doze treze quatorze quinze dezesseis dezessete dezoito dezenove)

การนับ 10 ถึง 19 ของอิตาเลียน เริ่มมีคำว่า “dici” (คือ dieci) ตั้งแต่ 17 

(dieci undici dodici tredici quattordici quindici sedici diciassette diciotto diciannove)

การนับ 10 ถึง 19 ของฝรั่งเศส เริ่มมีคำว่า “dix” ตั้งแต่ 17

(dix onze douze treize quatorze quinze seize dix-sept dix-huit dix-neuf)

ในชีวิตประจำวัน มีการนับที่ประหลาดบ้างไหม?

มีครับ จากประเทศฝรั่งเศสต้นกำเนิดระบบเลขฐานสิบที่ใช้กันไปทั่วโลกนั่นเอง เพราะว่าเขาเรียกเลข 99 ไม่เหมือนชาวบ้าน เมืองไทยเราเรียกว่า  “เก้าสิบเก้า” และภาษาอังกฤษก็เรียกกันทั้งบ้านทั้งเมืองว่า “ninety nine” แต่ฝรั่งเศสกลับเรียกว่า “Quatre-vingt-dix-neuf” หรือ “four-twenty-ten-nine” 

นึกถึงธนบัตรสี่ใบ ใบละยี่สิบ เหรียญสิบ และเศษเหรียญอีกเก้า ขึ้นมาทีเดียว 

วัชระ นูมหันต์ 

2025-01-12 

——————

ซิงโครสโคป 

——————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

ซิงโครสโคป (synchroscope) เป็นอุปกรณ์ที่ชาวบ้านไม่ค่อยรู้จัก แต่เป็นที่คุ้นเคยของพนักงานเดินเครื่องในโรงไฟฟ้า เพราะเป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีใช้ตามบ้านแต่จะต้องมีในโรงไฟฟ้าทุกโรง 

คงไม่มีใครไม่เคยเปิดปิดสวิตช์ไฟฟ้าเมื่อต้องการจะปิดเปิดไฟ ซึ่งสามารถจะทำเมื่อไหร่ก็ได้ตามที่ต้องการโดยไม่จำเป็นต้องดูแรงดันหรือความถี่ไฟฟ้าอะไรเลย ดูแต่ผลว่าไฟติดหรือยังดับอยู่เพราะถ้าหลอดไฟดับก็แปลว่าหลอดไฟอาจเสียก็เพียงพอแล้ว เนื่องจากการเปิดสวิตช์ไฟตามปกติเป็นการปล่อยกระแสไฟเข้าไปในอุปกรณ์ไฟฟ้าซึ่งเดิมไม่มีไฟให้กลับมีไฟขึ้นมา ซึ่งสามารถทำได้ทันที 

แต่โรงไฟฟ้านั้น เหตุผลจะแตกต่างออกไป เพราะเมื่อเริ่มเดินเครื่องโรงไฟฟ้าเพิ่มเข้ามาในระบบนั้น ไฟฟ้าในระบบมีอยู่แล้วจากโรงไฟฟ้าอื่น ๆ ที่กำลังเดินเครื่องอยู่ เมื่อมีความต้องการไฟฟ้ามากขึ้น กำลังผลิตที่มีอยู่เดิมเริ่มไม่พอ ต้องเดินเครื่องใหม่เพิ่มเข้ามาในระบบ

การเพิ่มเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใหม่พ่วงเข้าไปกับเครื่องที่เดินอยู่แล้ว ไม่ง่ายเหมือนการเพิ่มถ่านไฟฉายก้อนใหม่เพราะนั่นเป็นไฟกระแสตรง แต่ไฟตามบ้านเป็นไฟกระแสสลับ 

การจะจ่ายไฟจากโรงไฟฟ้าที่เดินเพิ่มขึ้นมาเข้าสู่ระบบ จะใช้วิธีสับสวิตช์เข้าไปทันที โดยไม่ดูตาม้าตาเรือเลยนั้น ไม่ได้ ! 

ตาม้ากับตาเรือในหมากรุก ดูแค่สองอย่าง แต่โรงไฟฟ้าต้องดูถึงสามอย่าง 

สามอย่างที่ว่านั้นคือ …

หนึ่ง แรงดันไฟฟ้าต้องเท่ากัน

สอง ความถี่ต้องเท่ากัน และ …

สาม เฟสต้องไม่ต่างกัน 

เมื่อสามอย่างนี้เท่ากัน เหมือนเรือแล่นไปในทิศทางเดียวกัน ด้วยความเร็วที่เท่ากัน ขนานกันไป ก็สามารถที่จะควบคุมเรือให้ชิดติดกันได้และแล่นไปพร้อมกัน 

โรงไฟฟ้าที่เข้ามาใหม่ก็เช่นเดียวกัน สามารถเดินเครื่องให้หมุนไปในทิศทางเดียวกัน พร้อมกันกับโรงไฟฟ้าเดิม ขนานกันไปได้ เช่นเดียวกับเรือสองลำในตัวอย่างที่เปรียบเทียบนั้น ดังนั้น การนำโรงไฟฟ้าจ่ายไฟเข้าสู่ระบบจึงรู้จักกันในชื่อว่า “การขนานเครื่องโรงไฟฟ้า” 

ขยายความสิ่งที่ต้องดูสามอย่างข้างบนนั้นก็คือรูปร่างหน้าตาของแรงดันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะขนานเข้าสู่ระบบ กับแรงดันของเครือข่ายระบบไฟฟ้าในขณะนั้น ซึ่งทั้งคู่ก็มีรูปร่างเหมือนคลื่นขึ้นลงที่เรียกว่า sine curve ด้วยกันทั้งคู่ ถ้าจะถือว่าเท่ากันจะต้องทับกันสนิท ไม่ใช่ว่าจุดสูงสุดไม่เท่ากัน โวลต์มิเตอร์ที่วัดค่าแรงดันที่อ่านได้ (ค่า rms) ก็จะเห็นว่าไม่เท่ากัน ถ้าเครื่องที่จะขนานเพิ่มเข้าไปวัดแรงดันได้ต่ำกว่าระบบ ก็ต้องเพิ่มแรงดันด้วยการเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนอยู่ภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น ด้วยการปรับเพิ่มกระแสไฟตรงที่ไหลวนเวียนอยู่ที่แกนโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น 

จุดที่จะต้องดูอันที่สองคือ ความถี่ต้องเท่ากัน ปกติไฟในระบบมีความถี่ไฟฟ้าอยู่ 50 Hz คือไฟฟ้าสลับขึ้นลงเปลี่ยนขั้วบวกลบไปมา 50 ครั้งต่อวินาที ซึ่งจะตรงกับการหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีสองขั้ว (เหนือกับใต้) ที่หมุน 3000 รอบต่อนาที ถ้าโรงไฟฟ้าที่เดินเครื่องขึ้นมาใหม่มีความถี่น้อยกว่าระบบ ก็ต้องเร่งเครื่องเพิ่มจำนวนรอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นขึ้นมาจนกว่าความถี่จะเท่ากัน แต่ในทางปฏิบัติจะให้เครื่องที่จะขนานเพิ่มเข้าไปใหม่เร็วกว่านิดหนึ่ง (มากกว่าแค่ไหน อยู่ที่ประสบการณ์ ส่วนการดูอย่างไร เดี๋ยวจะได้อธิบายต่อไป) 

จุดที่สาม เฟสต้องไม่ต่างกันนั้น หมายถึงว่าคลื่น sine wave ของระบบ (running) และเครื่องที่จะขนานเพิ่มเข้าไป (incoming) จะต้องทับกันสนิท ไม่ใช่ว่าความสูงเท่ากัน (อันหมายถึงแรงดันเท่ากัน) ความถี่เท่ากัน แต่กลับกลายเป็นวิ่งตามกันไป ไม่ทับกันสนิท ไม่ถึงจุดสูงสุดพร้อมกัน อย่างนี้ก็ไม่ได้ ที่สำคัญอีกอย่างคือ ลำดับของเฟส (phase sequence) กล่าวคือ ไฟฟ้าในระบบนั้นจะมีสามเฟส เรียกง่าย ๆ ว่า เฟส A เฟส B และ เฟส C ซึ่งจะต้องเปลี่ยนแปลงไหลล้อกันไปคือ A ต่อด้วย B แล้วก็ C ถ้าอุปกรณ์หมุนกลับทางจะผิด sequence ถ้าขนานเข้าไปจะเกิดความเสียหายมาก เหมือนไฟลัดวงจร

คราวนี้มาถึงเรื่องของอุปกรณ์หรือตัวช่วยว่าจะดูสามเรื่องก่อนขนานเครื่องนั้นว่า คืออะไร

อุปกรณ์ที่ว่านี้คือ ซิงโครสโคป (synchroscope) ตามหัวเรื่องวันนี้นั่นเอง

หน้าตาของอุปกรณ์ตัวนี้จะแปลก ๆ ไม่เหมือนใคร เหมือนหน้าปัดนาฬิกากลม ๆ ที่มีเข็มเพียงเข็มเดียว และไม่มีเลขอย่างอื่นนอกจากเครื่องหมายด้านบนตรงตำแหน่งเที่ยงวัน (หรือเที่ยงคืน) ที่เรียกกันจนคุ้นว่า ตำแหน่ง 12 นาฬิกา 

จากเครื่องหมาย 12 นาฬิกานี้ มีลูกศรชี้ วนไปทางซ้าย ทวนเข็มนาฬิกา มีข้อความกำกับไว้ว่า “SLOW” ส่วนอีกด้าน มีลูกศรชี้ วนขวา ตามเข็มนาฬิกา พร้อมด้วยข้อความว่า “FAST” 

หลังจาก start-up โรงไฟฟ้าจนพร้อมที่จะขนานเครื่องเข้าใช้งาน เพิ่มความเร็วรอบจนได้ตามมาตรฐาน และเพิ่มแรงดันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจนเท่ากับแรงดันของระบบแล้ว ก็จะเปิดซิงโครสโคป (ปกติจะปิดอยู่ จะใช้เมื่อจะขนานเครื่องเท่านั้น) เข็มก็จะเริ่มหมุน

ถ้าเข็มหมุนทวนเข็มนาฬิกา (SLOW) แสดงว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะขนานเข้าระบบหมุนช้าไป ถ้าเข็มหมุนเร็วมาก แสดงว่าความถี่ต่างกันมาก ก็ต้องเพิ่มความเร็วจนความถี่ใกล้กับของระบบ เข็มก็จะหมุนช้าลง ๆ จนหยุด แปลว่าความถี่เท่ากัน 

ถ้าเพิ่มจนความถี่มากกว่าระบบ เข็มจะหมุนตามเข็มนาฬิกา (FAST) แสดงว่าหมุนเร็วไป ต้องทำกลับกัน คือลดความเร็วเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลง 

เมื่อความถี่เท่ากัน เข็มจะหยุดนิ่ง แต่มันอาจจะหยุดนิ่งตรงไหนก็ได้ ที่ไม่ใช่ 12 นาฬิกา แปลว่า ถึงความถี่จะเท่ากัน แต่ยังไม่ทับกัน คือมีการวิ่งตามหลังกันอยู่ด้วยความเร็วที่เท่ากัน (phase shift) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ยังขนานเครื่องไม่ได้ ยังมีความแตกต่างของแรงดันอยู่มาก

ตำแหน่งเป้าหมายที่จะขนานเครื่องคือ เข็มชี้ที่ 12 นาฬิกา … เที่ยงตรง 

แต่การที่จะเลี้ยงให้เข็มนิ่งอยู่ที่ 12 นาฬิกา อยู่ตลอด ไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากความถี่ในระบบไม่ได้อยู่ที่ 50 Hz เป๊ะ ตลอดเวลา แต่จะเปลี่ยนไปมาตามการใช้ไฟ 

ดังนั้น มืออาชีพจะใช้วิธีเร่งเครื่องให้เร็วกว่าระบบเล็กน้อย คือให้หมุนไปทาง “FAST” ช้า ๆ แล้วเล็งเป้าที่ 11 นาฬิกา คือก่อนถึง 12 นาฬิกานิดหน่อย พอได้จังหวะก็สับเบรกเกอร์หรือกดปุ่มขนานทันที พร้อมกับเพิ่มโหลดอย่างเร็วขึ้นไปถึงจุด minimum ของการจ่ายไฟ 

เหตุผลของการขนานทาง “FAST” และเมื่อขนานแล้วให้เพิ่มโหลดทันทีนั้น เพื่อเป็นการป้องกันการเกิด “reverse power” คืออาการที่ไฟจากระบบไหลย้อนเข้ามาในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งอาจทำให้ตัวต้นกำลังคือกังหัน ชำรุดเสียหายได้ ทำให้มีการติดตั้งระบบป้องกันอีกตัวหนึ่งขึ้นมา นั่นคือ “reverse power relay” ซึ่งจะทำการปิดระบบทุกอย่างของโรงไฟฟ้า ที่เรียกว่า “โรงไฟฟ้า trip” นั่นเอง

ภารกิจการขนานเครื่อง เป็น “ไฮไลต์” ของการเดินเครื่องโรงไฟฟ้า เช่นเดียวกับการแลนดิ้งของเครื่องบิน จะนิ่มนวลหรือไม่ขึ้นอยู่กับฝีมือของผู้ควบคุม จึงมีการทำ “ตัวช่วย” หรือระบบ “auto landing” สำหรับเครื่องบิน และ “auto synchronizing” สำหรับโรงไฟฟ้า แต่ส่วนมากมักจะใช้วิธี “manual” หรือทำเอง นัยว่ามีความมั่นอกมั่นใจและนิ่มนวลมากกว่าที่จะปล่อยให้เครื่องทำ 

ในหลวงรัชกาลที่ ๙ ของเราก็เคยทรงขนานเครื่องโรงไฟฟ้าเขื่อนภูมิพลด้วยพระองค์เอง ดังปรากฏในเว็บไซต์ของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยดังนี้ … 

“ปี พ.ศ. 2500 พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร พระราชทานพระปรมาภิไธยให้เป็นชื่อเขื่อนว่า “เขื่อนภูมิพล” และในวันที่ 17 พฤษภาคม พ.ศ. 2507 ได้เสด็จพระราชดำเนินพร้อมด้วยสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง เพื่อทรงประกอบพิธีเปิดเขื่อนและทรงกดปุ่มขนานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องที่ 1 เข้าระบบ และนับตั้งแต่วันนั้น โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนภูมิพลก็ได้ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าเพื่อความสุขของคนไทยมาโดยตลอด”

วัชระ นูมหันต์ 

2025-01-05 

———-———

เก็บถ่านชาร์จ

———-———

⭕️ ⭕️ ⭕️

ถ่านลิเทียมไอออนที่เรียกสั้น ๆ ว่า ถ่านชาร์จ จะเปรียบเสมือนกับสิ่งที่มีชีวิตอย่างหนึ่งคือการหายใจที่ต้องหายใจเข้าหายใจออก หยุดหายใจก็จบ ถ่านชาร์จก็เช่นเดียวกันที่ต้องมีการชาร์จและใช้ ถ้าหยุดชาร์จหยุดใช้นานไปก็หยุดทำงานเหมือนกัน 

ถ่านชาร์จที่วางขายตามห้าง ถูกชาร์จมาแล้วจากโรงงาน แต่จะถูกชาร์จมาไม่เต็ม ทั้งนี้เพื่อให้เก็บได้นานพอก่อนที่จะถูกขายออกไป ในใบคำแนะนำสินค้า (instruction) จึงมักจะบอกว่า ก่อนใช้ให้ชาร์จก่อน เพราะไม่รู้ว่าถ่านเหลืออยู่ตอนนั้นเท่าไร เนื่องจากธรรมชาติของถ่านชาร์จนี้ แม้จะเก็บไว้เฉย ๆ ไม่ได้ใช้ ไฟก็จะค่อย ๆ discharge ลดลงไปเองตามกาลเวลา 

อัตราการที่ไฟลดลงไปเองต่อเดือนของถ่านลิเทียม (monthly self-discharge rate of lithium battery) โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ประมาณ 6%-8% 

ดังนั้นจึงมีข้อควรจำว่า ถ้าไม่ได้ใช้งานอุปกรณ์ที่ใช้ถ่านชาร์จเป็นเวลานาน อย่าลืมเอามาชาร์จบ้าง ถ้าปล่อยให้เหลือแค่ 20% นานเกินกว่าสามเดือน พลังงานภายในคงแห้งเหือด ถ้าถ่านชาร์จหมดพลังจะไร้ประโยชน์ เพราะเอากลับมาชาร์จเพื่อใช้งานอีกไม่ได้ 

ถ้าคิดว่าจะไม่ได้ใช้งานอีกนาน ให้ชาร์จเก็บไว้ แต่ให้ทำแบบที่โรงงานเขาทำมารอขายคือ “อย่าชาร์จจนเต็ม” 

ถึงแม้ว่าเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องชาร์จแบตก่อนเก็บถ้าคิดว่าจะไม่ได้ใช้อีกนาน แต่อย่าชาร์จเต็ม เพราะแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะทำให้แบตเสื่อมเร็ว มืออาชีพแนะนำให้ชาร์จแบตอยู่ในช่วงระหว่าง 50% ถึง 90% เพื่อจะเก็บแบตไว้นาน ๆ 

ไม่ว่าเราจะเก็บแบตไว้ให้ดีเพียงใด แบตลิเทียมก็จะสูญเสียพลังไปทุกวัน ดังนั้น เราจึงต้องนำกลับมาชาร์จเป็นระยะ ๆ เพื่อว่าแบตจะได้ไม่สูญเสียพลังไปจนหมด และไม่สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก

การชาร์จทิ้งไว้ที่ 80% เสมอจนเป็นนิสัย จะช่วยได้ เพราะถ้าเผลอทิ้งไว้ก็ยังอยู่ได้นาน ก่อนใช้งานก็ชาร์จเสียหน่อย 

ของบางอย่าง เช่น โคมไฟตั้งโต๊ะที่ใช้ถ่านชาร์จ สามารถใช้ได้นานเมื่อชาร์จเต็ม แต่จะชาร์จไปใช้ไปก็ย่อมได้ เลิกใช้ก็เลิกชาร์จ ก็จะอยู่ให้เราใช้งานไปได้อีกนาน 

วัชระ นูมหันต์ 

2024-12-22

———-—

แบตบวม 

———-—

⭕️ ⭕️ ⭕️

แบตบวม ทำไงดี 

เราใช้แบตกันมานาน และคงเคยเห็นแบตบวมกันมาบ้าง แต่ความเสียหายคงเป็นเพียงอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้แบตนั้นหากมีสารเคมีรั่วไหลออกมา 

นั่นคือแบตธรรมดา แต่ถ้าเป็นแบตอีกประเภทหนึ่ง ปัญหาจะไม่เล็กน้อยแล้ว ทว่า อันตรายมากทีเดียว นั่นคือแบตลิเทียมไอออนหรือที่เรียกกันสั้น ๆ ว่า ถ่านชาร์จ 

ถ่านลิเทียมไอออนเป็นที่นิยมใช้กันมากในช่วงไม่กี่ปีมานี้ เช่นในมือถือ เครื่องมือไฟฟ้า แล็ปท็อป แท็ปเล็ต บุหรี่ไฟฟ้า สกู้ตเตอร์ไฟฟ้า และจักรยานไฟฟ้า ซึ่งกลายเป็นมาตรฐานของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ไปแล้ว 

ที่มีการใช้ถ่านชาร์จกันอย่างแพร่หลายก็เนื่องจากน้ำหนักเบา เก็บพลังงานได้มากด้วยขนาดที่กะทัดรัด ใช้งานได้นาน เก็บไฟได้นาน และชาร์จได้รวดเร็ว 

แบตลิเทียมไอออนไม่ชอบอุณหภูมิสูง หากใช้ไม่ถูกวิธีก็มีโอกาสเกิดความร้อนพุ่งกระฉูดเมื่อแบตเกิดความเครียดเช่นถูกเจาะหรือกระทบกระแทกก็อาจติดไฟและระเบิดได้ โชคดีที่อุปกรณ์ที่ใช้แบตลิเทียมไอออนมักจะมีระบบจัดการแบต (BMS : battery management system) ติดมาด้วย ซึ่งมันจะปิดตัวเองถ้าหากเจอเหตุการณ์ดังกล่าว 

อะไรเป็นสาเหตุให้แบตบวม ?

แบตบวม แม้จะไม่เกิดง่ายนัก แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิด ซึ่งเป็นผลมาจากมีกระแสมากเกินไปภายในแบต ทำให้เกิดความร้อนขึ้นและเกิดแก๊สขึ้นภายใน ปัจจัยที่ทำให้เกิดหลายอย่าง แต่ส่วนใหญ่เกิดจากความร้อนสูงเกินไป จากการผลิตจากโรงงานมาไม่ดี ใช้แบตจนเกลี้ยง หรือกระทบกระแทกจนแบตเกิดความเสียหาย 

แล้วเราจะป้องกันแบตบวมได้อย่างไร ? 

ถ้าแบตไม่ดีมาตั้งแต่แรก คือมีข้อบกพร่องมาจากโรงงาน เราคงทำอะไรไม่ได้ อย่างไรก็ตาม เราอาจจะทำอะไรได้บ้างเพื่อลดปัญหา และยืดอายุการใช้แบต กล่าวคือ …

เราไม่ควรชาร์จทิ้งแช่ไว้ แบตเต็มแล้วก็ควรดึงปลั๊กออก แบตลิเทียมไอออนต้องใช้และชาร์จเป็นรอบ ๆ เหมือนการหายใจ คือมีการหายใจเข้าและหายใจออก การแช่ชาร์จแบตทิ้งไว้ตลอดเวลา ทำให้ตัวแบตไม่ได้ exercise ความจุของตัวเอง 

พยายามใช้ที่ชาร์จ (charger) ที่ให้มากับแบต หรือที่ผู้ผลิตให้การยอมรับว่าใช้ได้ การใช้ของถูก ดูเหมือนจะดีที่ได้ประหยัดเงิน แต่ที่ชาร์จถูก ๆ นั้น อาจป้อนไฟไม่เหมือนกัน และอาจทำลายแบต หรืออุปกรณ์ก็ได้ 

หลีกเลี่ยงการเก็บ การใช้ หรือการชาร์จแบตที่อุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป 

ดูแลแบตให้ดี ๆ อย่าให้ต้องถูกทำลายด้วยการถูกบดบี้ การเจาะทะลุ หรือแช่น้ำ 

ถ้าแบตเสียหาย หรือใช้งานได้ไม่เหมือนเดิมอย่างที่ควรจะเป็น ให้เปลี่ยนใหม่ อย่าทู่ซี้ใช้ 

เก็บอุปกรณ์ที่ใช้ถ่านชาร์จในที่ที่เย็นและแห้ง การทิ้งไว้ในรถที่จอดกลางแดดร้อนและในที่ความชื้นสูง ไม่ดีต่อสุขภาพแบต 

แล้วถ้าเจอแบตบวมขึ้นมา จะทำอย่างไร 

การบวมพองขึ้นมาเกิดจากความร้อนและเกิดแก๊สขึ้น อย่าพยายามเจาะแบตเพื่อลดความบวม … อันตรายมาก เพราะอาจเกิดไฟลุกหรือระเบิดได้ ถึงแม้แบตจะยังใช้ได้อยู่ก็ต้องเลิกใช้ ให้รีบเปลี่ยนแบตใหม่ทันที อย่าฝืนใช้หรือชาร์จแบตที่บวม อันตรายมาก 

เก็บแบตที่บวมใส่ถุง แยกออกจากของอย่างอื่น (ฝรั่งเขามี Lithium-Ion Fire and Smoke Containment Bags ขายด้วย) อย่าเก็บไว้กับแบตก้อนอื่น และอย่าให้อยู่กับของที่ติดไฟได้ เก็บไว้ในที่แห้งและเย็น หรือไว้นอกบ้านได้ยิ่งดี รอเตรียมทิ้ง ถ้าเห็นมีควันขึ้น อาจเกิดเพลิงไหม้ได้

ทิ้งแบตบวมอย่างไร 

อย่าทิ้งรวมไปในขยะปกติทั่วไป รวมทั้งไม่ปนรวมไปในขยะรีไซเคิล เช่น กระดาษ แก้ว พลาสติก 

ดังนั้น เห็นแบตชาร์จเริ่มบวม (แม้จะยังชาร์จไฟเข้า เอามาใช้ได้อีก) ให้ทิ้งเลย อย่าเสียดายครับ อันตราย ไม่คุ้มกัน เพียงแต่อย่าทิ้งสุ่มสี่สุ่มห้าลงไปในถังขยะทั่วไป ให้นำไปทิ้งในที่ที่เขารับทิ้งขยะมีพิษ ใส่ถุงปิดกันรั่วได้ยิ่งดี ช่วยกันรักษาสิ่งแวดล้อมครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-12-15

————————

ประสิทธิภาพแอร์

————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

ประสิทธิภาพแอร์เป็นประสิทธิภาพที่อาจดูประหลาด เพราะมีค่าเกินร้อยเปอร์เซนต์ซึ่งดูไม่น่าจะเป็นไปได้ที่พลังงานที่ออกมาจะมากกว่าพลังงานที่ใส่เข้าไป ทำให้ผิดกฎการอนุรักษ์ของพลังงาน 

กฎการอนุรักษ์พลังงาน (law of conservation of energy) กล่าวว่า พลังงานไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ และไม่สามารถทำให้สูญหายได้ แต่สามารถเปลี่ยนรูปได้

เนื่องจากพลังงานที่ออกมา (output) ควรจะน้อยกว่าพลังงานที่ใส่เข้าไป (input) เพราะระบบต้องมีการสูญเสีย (loss) 

แอร์ที่ติด nameplate มาอย่างละเอียด จะเห็นความประหลาดอย่างนี้ชัดเจน เช่น … 

ขนาดทำความเย็น (cooling capacity) 5100 วัตต์ 

กำลังไฟฟ้ามาตรฐาน (standard input power) 1360 วัตต์ 

ประสิทธิภาพ (EER) 3.76 วัตต์/วัตต์ 

เห็นประสิทธิภาพไหมครับ … 376% เกินร้อย! เป็นไปได้อย่างไร

เป็นไปได้ครับ เพราะมันไม่ใช่เรื่องประสิทธิภาพตามธรรมดาอย่างที่เราเข้าใจกันโดยทั่วไป

ก่อนอื่น มาดูตัวย่อคำว่า EER  ที่หมายถึงประสิทธิภาพของแอร์นี้ก่อน ซึ่งย่อมาจากคำว่า “energy-efficiency ratio” โดยเป็นอัตราส่วนระหว่างบีทียู (เรียกจนคุ้นเคยกันย่อจากคำเต็มบีทียูต่อขั่วโมง) กับกำลังไฟฟ้า 

EER นิยมจับเอาพลังงานมาหารกันตรง ๆ โดยไม่ต้องไปคูณ 100 ให้เป็นเปอร์เซนต์ จึงเหมือนกับว่าได้พลังงานออกมาเป็นกี่เท่าของพลังงานที่ใส่เข้าไป ตัวอย่างที่ยกมาข้างบนนั้นจึงดูเหมือนพลังงานที่ถูกดึงออกมานอกห้องนั้นเกือบสี่เท่าของพลังงานไฟฟ้าที่ใส่

การที่ใส่พลังงานเข้าไปน้อย แต่ได้พลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่ใส่เข้าไปเป็นเรื่องปกติของการเคลื่อนย้ายพลังงาน (heat pump) 

พลังงานที่จะเคลื่อนย้ายนั้นมันมีอยู่แล้ว และถูกย้ายออกไปกลายเป็น output ไม่ได้มาจากพลังงานที่มาจาก input ซึ่งใช้ในการเคลื่อนย้าย 

บังเอิญพลังงานสามารถคิดเป็นหน่วยเดียวกันได้ จึงอาจทำให้นึกว่าเป็นตัวเดียวกัน

ถ้าจะเปรียบเทียบการเคลื่อนย้ายพลังงาน (heat pump) อาจเทียบได้คล้ายกับรถขนส่งน้ำมัน รถบรรทุกที่ลากถังน้ำมันไปนั้นก็ใช้น้ำมันในเครื่องยนต์ ซึ่งไม่เกี่ยวกับน้ำมันในถังที่ถูกลาก จะบอกว่า input คือพลังงานจากน้ำมันที่สิ้นเปลืองไปในการขับรถขนซึ่งน้อยนิดเดียว ได้ output คือพลังงานจากน้ำมันที่อยู่ในถังที่ถูกลากไปนั้นซึ่งมากกว่าเยอะแยะ ได้ประสิทธิภาพเกินร้อยนั่น —ไม่ใช่แน่! เพราะน้ำมันในถังที่ถูกขนกับน้ำมันรถยนต์ที่ใช้ขับนั้น คนละส่วนกัน 

น้ำมัน output ในถังที่ลากไปถูกเติมมาจากคลังน้ำมัน ไม่ได้มาจากน้ำมัน input ที่เติมเพื่อใช้ขับรถบรรทุก 

เช่นเดียวกับแอร์ที่พลังงานความร้อนที่เอาไปทิ้งนอกห้องเพื่อให้ห้องเย็นลงนั้น ไม่ได้มาจากพลังงานไฟฟ้า แต่เกิดจากความร้อนภายนอกที่ทำให้ห้องร้อนขึ้น พลังงานไฟฟ้ามีหน้าที่เพียงขนความร้อนด้วยน้ำยาแอร์ผ่านท่อออกไปทิ้งความร้อนนอกห้อง คือจะทำหน้าที่เหมือนรถบรรทุกน้ำมันเท่านั้น 

นึกถึงหนังสือขายหัวเราะขึ้นมาทีเดียว ที่มีภาพการ์ตูนคนขับรถลงมาเดินหิ้วถังน้ำมันสำรองไปเติมที่ปั๊มเพราะรถน้ำมันหมด … 

รถคันนั้นเป็นรถขนน้ำมันครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-12-08

———-—————

แอร์กินไฟกี่แอมป์ 

——————-——

⭕️ ⭕️ ⭕️

เครื่องใช้ไฟฟ้ากินไฟกี่แอมป์เรามักไม่ค่อยได้สนใจ แต่ตอนจ่ายค่าไฟสิ้นเดือนเป็นเงินเท่าไหร่จะสนใจมากกว่า 

ทว่า ตอนติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ภายในบ้านก็คงต้องคิดเหมือนกันว่า จะติดตั้งอุปกรณ์ตัดตอน (breaker) ขนาดเท่าไหร่ดี อย่างน้อยก็ต้องให้ช่างไฟช่วยดูให้ หรือจะคิดเองก็คงไม่เหลือบ่ากว่าแรงสักเท่าไหร่ 

เราคงได้เรียนรู้กันมาตั้งแต่สมัยมัธยมปลายแล้วว่า กระแสไฟเท่ากับกำลังไฟของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่บอกมาเป็นวัตต์หารด้วยแรงดันไฟฟ้าที่วัดเป็นโวลต์ 

แรงดันไฟตามบ้านนั้นรู้กันอยู่แล้วว่าเท่ากับ 220 โวลต์ แต่เครื่องปรับอากาศหรือแอร์ บางทีก็ไม่ได้บอกขนาดมาเป็นวัตต์

เครื่องปรับอากาศ ฝรั่งชอบบอกขนาดให้มึนงงว่าเป็น “ตัน” เลยนึกไปถึงน้ำหนักเป็นพันกิโลกรัม ส่วนบ้านเรามักจะบอกกันเป็นบีทียู 

บีทียู เป็นหน่วยวัดความร้อนของอังกฤษ (British Thermal Unit) มีนิยามว่า เป็นความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 ปอนด์ (0.45 กก) ร้อนขึ้น 1 °F (0.55 °C)

เป็นที่รู้กันว่า แอร์ขนาดหนึ่งตัน ก็คือขนาด 12,000 บีทียู ซึ่งใช้กับห้องขนาดกลางโดยทั่วไป

คำถามคือ แอร์ขนาดนี้จะกินไฟสักกี่แอมป์ 

ก่อนอื่น ขอตอบคำถามคนช่างสงสัยกันก่อนว่า ทำไมแอร์หรือเครื่องทำความเย็นถึงพูดกันเป็นตัน อันเป็นเรื่องของน้ำหนัก และทำไมจึงเท่ากับ 12,000 บีทียู ซึ่งเป็นเรื่องของความร้อน และตัวเลขนี้มาจากไหน 

ยุคของการปฏิวัติอุตสาหกรรมนั้น มีการเปลี่ยนแปลงมากมาย แต่การเปลี่ยนแปลงก็มักจะอ้างอิงของเก่าเพื่อให้คนคุ้นเคย เราจึงมีรถยนต์ที่วัดความแรงของเครื่องเป็นกำลังม้า เพื่อมาแทนที่รถม้า เรามีหลอดไฟที่ให้ความสว่างเป็นกี่เท่าของเทียนไขเรียกว่าเป็นแรงเทียน เรื่องความเย็นนี่ก็เหมือนกัน ทั้ง ๆ ที่เราก็รู้กันอยู่ว่าความเย็นนั้นไม่มี มีแต่ความร้อนที่ลดลง อุตสาหกรรมการทำน้ำแข็งในยุคแรกคือการดึงความร้อนแฝงออกมาจากน้ำ หรือในทางกลับกัน น้ำแข็งได้รับความร้อนก็จะละลาย 

เครื่องทำความเย็นขนาดหนึ่งตัน ซึ่งเป็นหน่วยวัดน้ำหนักนั้น ไม่ใช่น้ำหนักตัวเครื่อง แต่เป็นน้ำหนักของ “น้ำแข็ง” โดยนิยามว่า เป็นความร้อนที่ละลายน้ำแข็งหนักหนึ่งตันได้ภายในหนึ่งวัน

น้ำแข็งมีค่าความร้อนแฝงจำเพาะ 334 จูลต่อกรัม น้ำแข็งหนึ่งตันหน่วยอังกฤษคือ 2000 ปอนด์ หรือ 907 กิโลกรัม จึงต้องใช้ความร้อนเพื่อละลายน้ำแข็งนี้ 334x907,000 จูล แล้วแปลงหน่วยจูลเป็นบีทียูโดยการหารด้วย 1055 ได้ 287,145 บีทียู

หนึ่งวันมี 24 ชั่วโมง ค่าความร้อนต่อชั่วโมงที่จะละลายน้ำแข็งให้หมดในหนึ่งวันจึงเป็น 287,145/24 = 11,964 บีทียูต่อชั่วโมง ปัดตัวกลม ๆ เป็น 12,000 บีทียูต่อชั่วโมง แต่มักจะเรียกสั้น ๆ ว่า บีทียูเฉย ๆ 

เครื่องปรับอากาศขนาดหนึ่งตัน จึงเปรียบเสมือนการดึงความร้อนออกจากห้อง 12,000 บีทียูต่อชั่วโมง ซึ่งเป็นความร้อนที่สามารถละลายน้ำแข็งขนาดหนึ่งตันได้หมดภายในหนึ่งวัน 

ส่วนการกินไฟของเครื่องแอร์ บางคนเขาก็เขียนคร่าว ๆ แบ่งเป็นสามกลุ่ม ดังนี้คือ

1. เครื่องขนาดเล็ก 5,000-8,000 บีทียู กินไฟประมาณ 5-10 แอมป์ 

2. เครื่องขนาดกลาง 8,000-12,000 บีทียู กินไฟประมาณ 10-15 แอมป์ 

3. เครื่องขนาดใหญ่ ประมาณ 12,000-18,000 บีทียู กินไฟ 15-20 แอมป์ หรือมากกว่า 

แต่เพื่อความง่าย อาจใช้ตัวเลขโดยประมาณว่า แอร์หนึ่งตัน หรือ 12,000 บีทียู กินไฟ 16 แอมป์ 

ย้ำอีกทีว่า พลังงานความร้อนวัดเป็นบีทียู ถ้าในหนึ่งชั่วโมงแอร์ดึงความร้อนออกไปนอกห้องได้ 12,000 บีทียูเรียกว่าแอร์ขนาด 1 ตัน 

แอร์ตัวนี้กินไฟ คือพลังงานไฟฟ้า ไฟตามบ้านปกติเฟสเดียว มีแรงดัน 220 โวลต์ เมื่อคูณกับกระแสที่วัดเป็นแอมป์จะได้ผลลัพท์เป็น โวลต์-แอมป์ เรียกสั้น ๆ ว่า วัตต์ เป็นหน่วยวัดกำลังไฟฟ้า

ถ้าเอาวัตต์คูณกับเวลาที่ผ่านไปว่าใช้งานนานแค่ไหน วัดเป็นวินาที จะเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป 

ค่าไฟหนึ่งหน่วยที่การไฟฟ้าฯ เรียกเก็บคือ 1000 วัตต์ หรือกิโลวัตต์ นานหนึ่งชั่วโมง (3600 วินาที) เรียกว่า กิโลวัตต์ชั่วโมง 

แต่ถ้าไฟ 1000 วัตต์ ใช้งานเพียงวินาทีเดียว พลังงานนี้เรียกว่า 1 กิโลวัตต์วินาที 

พลังงานไฟฟ้าวัดเป็นกิโลวัตต์วินาที จะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนที่วัดเป็นบีทียูได้เท่าไหร่ต้องเทียบกับหน่วยวัดพลังงานมาตรฐานที่วัดเป็นจูล 

พลังงานไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์วินาที = 1000 จูล 

พลังงานความร้อน 1 บีทียู = 1055 จูล 

ดังนั้น พลังงานความร้อน 1 บีทียู จึง = 1.055 กิโลวัตต์วินาที 

ถ้าคิดคร่าว ๆ โดยประมาณ แบบไม่ต้องคิดละเอียดมาก จะถือว่าเท่ากันก็ได้

ดังนั้นแอร์ขนาด 1 ตัน หรือ 12,000 บีทียู ที่เราเรียกหน่วยแบบสั้น ย่อจากชื่อหน่วยเต็มคือบีทียูต่อชั่วโมงนี้ สามารถแปลงหน่วยพลังงานเป็นกิโลวัตต์วินาทีได้ เพราะ 1 ชั่วโมง = 3600 วินาที (60x60)

ดังนั้น ขนาดของแอร์หนึ่งตัน 12,000 บีทียู/ชั่วโมง จึงเท่ากับ 12,000 กิโลวัตต์วินาที/3600 วินาที = 120/36 กิโลวัตต์ = 10/3 กิโลวัตต์ หรือ 10,000/3 วัตต์ (ประมาณ 3.5 กิโลวัตต์)

วัตต์หรือโวลต์แอมป์ คือแรงดันคูณกระแส

บ้านเราใช้ไฟ 220 โวลต์ เอาไปหารวัตต์ ก็จะได้กระแส 10,000/660 แอมป์ จะได้ประมาณ 15 แอมป์ เพราะเราคิดคร่าว ๆ ถ้าจะคิดละเอียด ต้องเอา 1.055 คูณเข้าไปอีกที ก็จะได้ประมาณ 16 แอมป์

ดังนั้น ถ้าวัดกระแสได้กี่แอมป์ ก็คูณด้วย 3/4 จะได้เป็นพันบีทียู เช่นวัดได้ 12 แอมป์ คือ 9,000 บีทียู 

เรื่องกระแสไฟกี่แอมป์นี้ ชาวบ้านอาจคิดว่า จะรู้ไปทำไม ไม่รู้บ้างก็ได้ แต่พวกช่างไฟจำเป็นต้องรู้ เพราะถ้าผิดไปจากนี้จะได้รู้ถึงความผิดปกติแต่เนิ่น ๆ นั่นเอง

วัชระ นูมหันต์ 

2024-12-01

—————

ชาร์จแบต 

—————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

หลายคนคงมีประสบการณ์ใช้แบตมือถือจนมันค่อย ๆ เสื่อมคามือ คือชาร์จแบตเดียวเต็มและใช้เดี๋ยวเดียวหมด บางเครื่องสามารถดูได้ด้วยว่าสภาพแบตนั้นเหลือกี่เปอร์เซนต์เมื่อเทียบกับแบตใหม่ สมควรจะเสียเงินเปลี่ยนแบตหรือยัง 

แบตลิเทียมไอออนที่เราใช้กันอยู่ในมือถือนั้น มันจะอยู่กับกับไปได้นานหรือไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการชาร์จ การใช้ และอุณหภูมิ 

ทิปห้าข้อในการใช้แบตชาร์จมีดังนี้

ทิปข้อที่หนึ่ง : ต้องเข้าใจแบต 

แบตลิเทียมไออนมีสองขั้ว บวกกับลบ เมื่อเราชาร์จและใช้แบต อิเล็กตรอนจะวิ่งอยู่นอกแบตผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้า ส่วนไอออนจะวิ่งอยู่ภายในแบต เหมือนกับแบตหายใจ เข้า-ออก เพื่อแลกเปลี่ยนไอออน 

เมื่อใช้งานแบต อิเล็กตรอนวิ่งอยู่นอกแบตจากขั้วลบไปขั้วบวก เมื่อเราชาร์จแบต กระแสไฟฟ้าจะกลับทิศ อิเล็กตรอนจะวิ่งกลับขั้วลบ ไอออนจะวิ่งกลับไปเสียบเข้าที่เดิม (re-intercalate) ที่ขั้วบวก เพิ่มความจุของแบต (capacity) ขึ้นมาใหม่ รวมครบรอบการชาร์จและใช้เข้าด้วยกันเรียกว่ารอบการใช้ (cycle) จำนวนรอบการใช้ขึ้นอยู่กับการผลิตจากโรงงาน วัตถุดิบหรือสารเคมีที่ใช้ และการใช้งานจริง 

ความจุของแบตวัดเป็น Ah เช่น แบตมีความจุ 5.6 Ah หมายถึงว่ามันวามารถจ่ายกระแสไฟ 5.6 แอมป์ ได้นานหนึ่งชั่วโมง ที่ 25 °C เรียกว่าหนึ่ง cycle 

Capacity นี้ มีผลจาก : 

1. เรทการชาร์จและใช้ เรียกว่า “C rate” 

C หมายถึงการ ชาร์จ/ใช้ หนึ่งชั่วโมง

C/2 หมายถึงการ ชาร์จ/ใช้ สองชั่วโมง 

2C หมายถึงการ ชาร์จ/ใช้ ครึ่งชั่วโมง หรือ 30 นาที 

ดังนั้น ถ้าแบต C rate 5.6 แอมป์  C/2 จะชาร์จที่ 2.8 แอมป์ ใช้เวลาชาร์จประมาณ 2 ชั่วโมง 

2. ระดับแรงดัน สะท้อนถึงระดับการชาร์จ 

แบตก้อนที่ยกตัวอย่างข้างบนนั้น แรงดัน 4.2 โวลต์ หมายถึงแบตเต็ม เหลือ 2.7 โวลต์ หมายถึงแบตหมด 

3. ความจุของแบต ขึ้นอยู่กับการ ชาร์จ/ใช้ และอุณหภูมิ 

4. ความจุจะค่อย ๆ ลดลงตามกาลเวลาเรื่องจากการ ชาร์จ/ใช้ หลายครั้ง การเสื่อมของสารที่ขั้ว (electrode) และสารคั่นกลาง (electrolyte) 

การบริหารจัดการว่าจะชาร์จแค่ไหนจึงพอ และใช้ไปแต่ไหนจึงควรชาร์จใหม่ (DoD : depth of discharge) จะช่วยขยาย cycle ทำให้อายุขัยการใช้งานของแบตเพิ่มขึ้นได้ 

ทิปข้อที่สอง : ต้องเชื่อใจในระบบการชาร์จแบบ CC/CV 

CC คือการชาร์จแบบกระแสคงที่ (constant current) 

CV คือการชาร์จแบบแรงดันคงที่ (constant voltage) 

ที่ชาร์จ (charger) ที่ดีนั้น จะเริ่มด้วยกระแสคงที่ (CC) และแรงดันเพิ่มขึ้นไปเรื่อย ๆ เหมือนเราเหยียบคันเร่งคงที่ให้รถเร็วขึ้น จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นขั้นที่สองคือให้แรงดันคงที่ (CV) เหมือนกับลดคันเร่งรถยนต์แค่เลี้ยงความเร็วให้คงที่ แต่เราไม่จำเป็นต้องเร่งอยู่ที่ความเร็วสูงสุดของรถ

แบตก็เหมือนกัน เช่นแบต 4.2 โวลต์ เราอาจจะรักษาไว้แค่ 4.1 โวล์ต์ก็ได้ และใช้กระแสเพียง 100 มิลลิแอมป์ 

Capacity ของแบต ขึ้นอยู่กับว่าจะเพิ่มแรงดันไปถึงไหนด้วย (end-of-charge voltage) ก็ต้องแลกกัน เลือกหาจุดที่พอดีว่า ควรจะชาร์จแค่ไหนถึงจะเหมาะ แต่การชาร์จแช่ทิ้งไว้นั้นไม่ควร 

ทิปข้อที่สาม : BMS 

BMS คือ batterey management system พวกเราที่ใช้มือถือกันก็แค่รู้ไว้ เพราะมันมากับเครื่องอยู่แล้ว แต่พวกที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์เป็นสิ่งจำเป็น เพราะมันจะช่วยป้องกันแรงดันสูงหรือต่ำเกินไป BMS จะช่วยตัดวงจรเมื่ออุณภูมิสูงเกินไป 

ทิปข้อที่สี่ : ลด C rate 

คือชาร์จช้า ๆ นั่นเอง (C/2 หรือ C/5 หรือน้อยกว่านี้ยิ่งดี ยิ่งชาร์จเร็ว ลิเทียมไอออนอาจไม่ได้เสียบเข้าที่กลับที่เดิมได้พอเหมาะพอดี แบตจะเสื่อมไปเรื่อย ๆ 

พวกรถยนต์ไฟฟ้าเขาอาจเพิ่มความเร็วการชาร์จ (fast charge) เช่น 4C หรือแม้แต่ 10C แต่การสร้างขั้วแบตไม่เหมือนกัน และแน่นอนว่า อายุการใช้งานย่อมสั้นลง

ก็ต้องแลกกัน (trade off) การชาร์จช้าอย่าง C/50 นั้นดีต่อแบต แต่การชาร์จนานขึ้นถึง 50 ชั่วโมงคงไม่เหมาะแน่ ส่วน 2C ชาร์จแค่ครึ่งชั่วโมง แลกกับอายุแบตที่สั้นลง ดังนั้น แค่ C หรือช้ากว่านี้ก็น่าจะดีกว่า 

ทิปข้อที่ห้า : ควบคุมอุณหภูมิขณะชาร์จ 

เพราะว่า ร้อนเกินไปก็ไม่ดี เย็นเกินไปก็ไม่ดีเช่นกัน แต่บ้านเราเมืองร้อน ไม่มีปัญหา

สรุปว่า หากถนอมใช้แบตอย่างไม่หักโหม รักษาให้แบตอยู่ในช่วงกลาง ๆ ราว 80% มันก็จะอยู่กับเราอีกนานครับ 

วัชระ นูมหันต์ 

2024-11-24

———————

ใช้อีวีเมื่อไหร่ดี

———————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

ท่ามกลางกระแสรถอีวี (electric vehicle) ที่มาแรง หนึ่งในคำถามที่อาจอยู่ในใจของคนที่ไม่ใช่เด็กรุ่นใหม่ว่า จะเปลี่ยนไปใช้รถอีวีเมื่อไหร่ดี เพราะใช้รถน้ำมันมาตลอด 

เมื่อมีเทคโนโลยีใหม่เข้ามาในวิถีชีวิต จะมีกลุ่มคนที่ตอบสนองเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ไม่เหมือนกัน ไม่ใช่ว่าทุกคนจะปฏิเสธทันที หรือรับทันที ในทางการตลาดจะมีการแยกแยะกลุ่มคนออกเป็นสามกลุ่มคือ กลุ่มที่ชอบของใหม่ ยอมรับอย่างไวแทบจะในทันที กลุ่มกลาง ๆ ซึ่งเป็นกลุ่มใหญ่ และกลุ่มที่ดื้อแพ่ง เปลี่ยนแปลงช้ามาก พยายามจะใช้ของเก่า จนเมื่อถึงเวลา ที่จะใช้จริง ๆ ก็อาจจะตกยุคไปแล้วด้วยซ้ำ 

ใครที่คุ้นเคยกับการกระจายแบบรูประฆัง (bell curve) ในวิชาสถิติ ที่ตอนแรกเรียกว่า Gaussian distribution เพื่อให้เกียรติ Carl Friedrich Gauss ผู้ที่เป็นคนคิดค้น แต่ต่อมารู้จักกันดีในชื่อสั้น ๆ ว่า normal distribution หรือ normal curve เพราะให้ความหมายที่ชัดเจนดีว่า โดยปกติ (normal) ของคนส่วนใหญ่จะกระจายตัวกันอยู่ตรงกลาง ๆ ส่วนน้อยจะอยู่ริม ๆ ซึ่งมักจะเป็นพวกสุดโต่ง คือ เร็วสุด ช้าสุด 

พอจับเรื่องสถิติก็จะคุ้นเคยกับตัวเลข กล่าวคือ พวกที่อยู่ตรงกลางนี้จะมากถึง 68% โดยแบ่งครึ่งเป็นสองพวกคือ พวกมากที่ตัดสินใจเร็วหน่อย (early majority) 34% กับพวกมากที่ตัดสินใจที่ตัดสินใจช้าหน่อย (late majority) อีก 34% 

ส่วนที่เหลือ 32% เป็นชนกลุ่มน้อย อยู่ปลายของรูประฆังทั้งสองด้าน คือพวกชอบลองของ ขอใช้ก่อนใคร (early adopters) 16% กับพวกตัดสินใจช้าจนเขาจะเลิกใช้กันแล้ว (laggards) อีก 16% 

แต่ไม่ว่าจะอยู่กลุ่มไหน ตัวเทคโนโลยีเองมันก็มีอายุของมัน กล่าวคือ ไม่ว่าจะตัดสินใจช้าขนาดไหน สุดท้ายปลายโต่งในปี 2050 คาดว่าจะไม่มีรถน้ำมันเหลืออยู่บนถนน 

ในหลาย ๆ ประเทศ จะมีรถอีวีขายในท้องตลาดมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งแต่ละแห่งก็จะมีกำหนดเวลาเลิกใช้ (dead line) แตกต่างกันไป อย่างเช่นในอังกฤษ อาจจะมีรถอีวีขาย 30-40% ในปี 2035 ในขณะที่นอร์เวย์อาจจะเร็วหน่อย ปี 2025 รถใหม่ที่ขายอาจจะเป็นอีวีมากถึง 90% ในขณะที่รถที่วิ่งในท้องถนนจะเป็นอีวีราว 35% อัตราการเพิ่มเป็นรถอีวีมากถึง 6-7% ต่อปี 

จีน และประเทศในยุโรปอื่น ๆ รวมทั้งเยอรมนีอาจจะตามหลังนอร์เวย์ถึงสี่ปี

อเมริกา อิตาลี และสเปน อาจจะตามหลังนอร์เวย์ 6-8 ปี

แม้แต่ตัวรถเอง ต่อให้ดูแลบำรุงรักษาอย่างดีก็ยังมีช่วงอายุการใช้งาน ในอเมริกาจะเฉลี่ยประมาณ 12 ปี และในยุโรปประมาณ 17 ปี หลังจากนั้นก็จะกลายเป็นซากรถทิ้งไป ยกตัวอย่างที่นอร์เวย์ที่คาดว่าจะถึงเส้นชัยก่อนใครสำหรับรถใช้น้ำมันจำนวน 65% ถ้าอยู่ได้ 17 ปีโดยเฉลี่ย ดังนั้นครึ่งหนึ่งของรถจำนวนนี้จะวิ่งไปได้อีกไม่เกิน 8.5 ปี ก่อนที่จะไปยังสุสานรถ ส่วนอีกครึ่งหนึ่งอาจจะวิ่งต่อไปได้อีกหลายปี จากนั้น ในปี 2032 นอร์เวย์ก็จะเปลี่ยนรถจำนวน 32.5% ไปเป็นอีวี พอถึงปี 2040 ขบวนการเปลี่ยนนี้ก็จะเสร็จสิ้นสมบูรณ์ แปลว่าไม่เหลือรถน้ำมันวิ่งในนอร์เวย์อีกแล้ว

ส่วนประเทศอื่น ๆ ก็จะนานกว่านี้หน่อย 

เรื่องอย่างนี้ไม่มีใครไปบังคับให้เกิด แต่มันจะเกิดเองตามเหตุปัจจัย

ในความเป็นจริงก็คือ ขณะนี้ช่วงเวลาของ “early adopters” ได้หมดลง และเริ่มเข้าสู่ระยะของ “early majority” 

ส่วน “late majority” ก็อาจจะเกิดในช่วง deadline ราว ๆ ปี 2030-2035 ตามมาด้วยพวก “laggards” หลังจากนั้นก็เริ่มไม่มีรถน้ำมันใช้  

ถ้ามองย้อนกลับไป ระยะหลังนี้โลกเปลี่ยนแปลงรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ … 

ถอยหลังไปเมื่อห้าหมื่นปีมาแล้ว - มนุษย์เรารู้วิธีจุดไฟ 

ห้าพันปี - เริ่มมียานล้อเลื่อน 

สี่พันปี - เริ่มใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง 

ห้าร้อยปี - ปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์

254 ปี - มีรถจักรไอน้ำ 

224 ปี - มีแบตเตอรี่ 

208 ปี - มีจักรยานเมื่อ 

137 ปี - มีรถใช้น้ำมัน 

และ รถยนต์แทนที่รถม้าเมื่อ 96 ปีมาแล้ว

เราได้เห็นทีวีสีมาแทนทีวีขาวดำ ได้เห็นทีวีจอแบนน้ำหนักเบามาแทนทีวีที่ใช้หลอด CRT (cathode ray tube) ที่หนักอึ้ง และไม่ได้คิดว่าจะเปลี่ยนไปดูทีวีรุ่นใหม่เมื่อไหร่ เราจึงไม่แปลกใจที่เมื่อถึงเวลารถไฟฟ้าก็จะมาแทนรถน้ำมันในยุคของพวกเรานี้เอง 

แต่ถ้ายังผูกพัน อยากจะซ่อมใช้รถน้ำมันคันเก่าต่อไป บำรุงรักษาให้ดี ก็คงมีน้ำมันให้เติมไปได้เรื่อย ๆ ยังไม่หายไปไหนง่าย ๆ แน่นอน เพียงแต่ว่า ถ้าคิดจะซื้อรถเปลี่ยนใหม่จะให้เป็นรถน้ำมันเหมือนเดิมก็อย่าได้คาดหวัง …

เพราะมันจะไม่มีขายครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-11-17

———-——————

รถไฮโดรเจนเทสลา

——————-———

⭕️ ⭕️ ⭕️

เมื่อไม่นานมานี้ มีข่าว shock วงการรถไฟฟ้าว่า อีกสองปี (2026) เทสลาจะออกรถใหม่คือTesla model H …

เป็นรถไฮโดรเจนครับ ! 

อันที่จริง เทคโนโลยีรถไฮโดรเจนไม่ใช่เรื่องใหม่ โตโยต้าก็ออกรถไฮโดรเจนรุ่น Mirai มาตั้งนานแล้ว 

แต่ที่เป็นข่าว เพราะอยู่ดี ๆ เทสลาผู้นำรถไฟฟ้าที่ใช้แบต (BEV : battery electric vehicle) จะกลับลำมาเป็นรถไฮโดรเจนผลิตไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง (HFC : hydrogen fuel cells) ไม่ใช่เรื่องธรรมดา 

คงจำกันได้ว่า ในเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา Shell ในรัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ได้ประกาศปิดสถานีบริการเติมไฮโดรเจน (HRS : hydrogen refueling station) หกในเจ็ดแห่ง อันแสดงถึงสถานการณ์ของรถไฮโดรเจน (FCEV : fuel cell electric vehicle) ในปัจจุบันที่ยังไม่สดใสนัก 

ในขณะที่รถไฟฟ้าที่ใช้แบต (BEV : battery electric vehicle) ถ้าจะไม่รอชาร์จที่สถานี จะชาร์จเองที่บ้านก็ได้ เพียงแต่ว่าช้าหน่อย 

เวลานี่เองที่เป็นตัวถ่วง กั้นไม่ให้รถแบต ชนะรถไฮโดรเจนขาดลอยไปได้ 

ไม่ใช่เพียงแค่เวลาในการเติมพลังงาน ระยะทางที่ขับไปได้ไกลแค่ไหนเมื่อเติมเต็ม (range) ก็เป็นตัวหน่วงอีกอย่างที่ทำให้รถแบตมีใช้กันแต่ในตัวเมือง ถ้าคิดจะท่องเที่ยวไปไหนไกล ๆ ก็ต้องคิดหลายตลบหน่อยว่ามีที่ชาร์จระหว่างทางหรือเปล่า จนมีคนที่ชอบท่องเที่ยวเดินทางบางคนมีรถสองคันคือ รถแบตใช้แถวบ้านและที่ทำงาน และรถน้ำมันซึ่งปัจจุบันยังมีใช้สำหรับขับไปที่ไกล ๆ 

จุดนี้เองจึงอาจเป็นอนาคตของรถไฮโดรเจนที่เติมได้เร็วและวิ่งได้ไกล เหมือนรถน้ำมัน เรียกว่าถ้าสถานีบริการเติมไฮโดรเจนขยายตัว รถไฮโดรเจนก็จะโตตาม 

แต่มันก็เหมือนไก่กับไข่ ที่ไม่รู้ว่าอะไรเกิดก่อน รถมากขึ้นเมื่อสถานีมากขึ้น หรือสถานีขยายตัวเมื่อขายรถได้มากขึ้น 

คนผลิตรถขายก็ไม่ใช่เจ้าของสถานีเติมพลังงาน คนที่ทำสถานีเติมก็ไม่ได้ทำรถขาย

ต่างคนต่างรอกัน ไม่กล้าลงทุนไปมากก่อนจะถึงเวลาอันควร

ดังนั้นจึงต้องมีคนเริ่มต้นที่กล้าเสี่ยง และชี้นำตลาดได้ … เช่น อีลอน มัสก์ เจ้าของเทสลา 

รถแบตนั้น มีมานานเป็นร้อยปีแล้ว ไม่ใช่เพิ่งมี แต่มีปัญหาเรื่องแบตมาตลอด จนถูกรถน้ำมันตีตกเวทีไป แบตจึงเป็นได้แค่ตัวสำรองเอาไว้สตาร์ทเครื่องเท่านั้น เพิ่งจะมาทำคะแนนตีตื้นขึ้นเมื่อมีแบตชาร์จได้สะดวกในระยะหลังนี่เอง จนเมื่อถึงคราวที่รถน้ำมันจะต้องลงจากเวทีอันเนื่องมาจากภาวะโลกร้อน รถแบตจึงค่อย ๆ โผล่โฉมหน้าขึ้น 

แต่ใช่ว่าหนทางจะสะดวกสำหรับรถแบต เมื่อรถไฮโดรเจนเข้ามาท้าชิงด้วยความสามารถที่เติมได้เร็วและวิ่งได้ไกลเหมือนรถน้ำมัน และแก้ปัญหาภาวะโลกร้อนได้ ติดขัดอยู่อย่างเดียวในตอนนี้ที่สถานีเติมยังน้อย 

ที่สำคัญ ผู้นำด้านรถแบตคือ อีลอน มัสก์ หัวหอกสำคัญที่ชอบทำงานยาก ๆ เช่นโครงการจรวดไปดาวอังคาร ผู้ที่มองว่า เอาไฮโดรเจนใส่จรวดยิงไปในอวกาศดีกว่าเอามาใส่รถ 

เมื่อผู้นำกลับลำ ชาวบ้านก็เลยงงหน่อย

แต่ถ้า อีลอน มัสก์  เอาจริง ตลาดอาจพลิกโฉมได้ เพราะเมื่อเขาลุยรถแบต เขาก็ทำแท่นชาร์จเทสล่าขยายตามไปด้วย 

ถ้าเขาไปจับมือกับผู้ผลิตไฮโดรเจนขยายสถานีเติมไฮโดรเจนขึ้นมาใหม่พร้อมกับการขายรถไฮโดรเจนไปด้วย … น่าจับตา 

ผู้ที่ชื่นชอบรถแบตก็ไม่ต้องกังวลไป เพราะรถแบตตอนนี้เริ่มติดลมบน อนาคตไกล ๆ ยังไม่ต้องไปคิดมาก ค่อย ๆ ชาร์จไปใช้ไป ก็ยังพอไหว 

อย่างที่บอกกันว่า ไม่มีอะไรที่ดีสมบูรณ์แบบ 100% ขึ้นอยู่กับว่าเราจะใช้งานแบบไหน ไม่มีรถอย่างหนึ่งจะดีกว่าอีกอย่างหนึ่งอย่างขาดลอย เหมือนกับไปถามคนขับรถแท็กซี่ กับคนขับรถบรรทุกว่า รถอะไรดีที่สุด ไม่มีทางที่จะได้คำตอบที่เหมือนกัน 

ว่ากันตามจริงแล้ว ทั้งรถไฮโดรเจน และรถแบต ก็เป็นรถไฟฟ้าทั้งคู่ คือใช้มอเตอร์เหมือนกัน อิเล็กตรอนวิ่งจากขั้วลบ ถ่ายพลังงานให้มอเตอร์แล้ววิ่งกลับไปที่ขั้วบวกเหมือนกัน ต่างกันแค่ตรงแหล่งเก็บพลังงานที่รถแบตเก็บอยู่ในแบตเตอรี่ซึ่งเป็นของแข็งและหนัก ส่วนรถไฮโดรเจนเก็บอยู่ในถังเป็นก๊าซที่เบากว่า เวลาจะใช้งานก็ปล่อยไฮโดรเจนออกมาที่ขั้วลบ ผ่านสารเร่งปฏิกิริยา (catalyst) เพื่อแยกอิเล็กตรอนประจุลบออกจากโปรตอนประจุบวก ขั้วลบกับขั้วบวกจะมีแผ่นเมมเบรนกั้นอยู่ อิเล็กตรอนผ่านเมมเบรนไม่ได้ จะวิ่งอ้อมออกไปคายพลังงานให้มอเตอร์ แล้วค่อยวิ่งกลับมาที่ขั้วบวก ส่วนโปรตอนผ่านทะลุเมมเบรนได้ ตรงไปที่ขั้วบวก ที่มีออกซิเจนจากอากาศรออยู่ เมื่ออิเล็กตรอนกลับมาก็จะรวมกันทั้งหมดกลายเป็นน้ำ ไร้มลภาวะโดยสิ้นเชิง 

ได้ข่าวว่า โตโยต้าเองที่บุกเบิกเรื่องรถไฮโดรเจนมานานก็สู้ไม่ถอยเหมือนกัน หลังจากที่เริ่มด้วยรถ Mirai มาตั้งแต่ปี 2014 ได้ข่าวว่ากำลังปล่อย Mirai Gen 2 ออกมาแล้วที่สามารถวิ่งได้ไกลกว่าเดิม พร้อมทั้งระบบช่วยเพียบ เช่น เรด้าร์ และระบบหยุดอัตโนมัติ

บริษัทผลิตรถยนต์ค่ายไหนจะใช้เทคโนโลยีอะไรก็เป็นเรื่องปกติ แต่เทสลาผู้นำรถไฟฟ้ากลับจะทำรถไฮโดรเจน เป็นเรื่องที่ดังขึ้นมา เพราะเจ้าของคือ อีลอน มัสก์ เคยให้สัมภาษณ์พูดเกทับรถไฮโดรเจนที่ใช้ hydrogen fuel cells ไว้อย่างรุนแรง โดยพูดเล่นคำที่เสียงภาษาอังกฤษคล้ายกันว่า …

“hydrogen fool sells” 

พอกลับคำจะทำรถไฮโดรเจนบ้าง ผู้คนก็เลยงงกันไปทั้งเมืองน่ะสิครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-11-10

———-———

ตั้งแอร์กี่องศา

———-———

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

จากเสียงสะท้อนว่า เขียนเริ่องที่ยาวยากและหนัก วันนี้จึงขอสลับฉากเป็นเรื่องที่สั้นง่ายและเบาว่า ควรจะตั้งอุณหภูมิแอร์หรือเครื่องปรับอากาศกี่องศาดี 

เรื่องนี้ ถึงแม้จะไม่มีสูตรตายตัว เพราะเป็นความชอบส่วนบุคคล แต่จะขอนำเสนอข้อมูลอีกอย่างที่เป็นวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่ใช้แต่ความรู้สึกอย่างเดียว เพราะเป็นข้อมูลที่ใช้กันเป็นมาตรฐานในหลายประเทศ นั่นคือ การคำนวณค่าดัชนีความร้อน หรือ H (Heat Index) หน่วยเป็น °C 

สูตรคำนวณคือ

H = c1+c2•T+c3•R+c4•TR+c5•TT+c6•RR+c7•TTR+c8•TRR+c9•TTRR

โดย …

T = อุณหภูมิอากาศ (Temp °C)

R = ความชื้นสัมพัทธ์ (Relative humidity %)

ค่าสัมประสิทธิ์คงที่ (coefficient) ทั้ง 9 คือ

c1 = -8.78469475556

c2 = 1.61139411

c3 = 2.33854883889

c4 = -0.14611605

c5 = -0.012308094

c6 = -0.0164248277778

c7 = 0.002211732

c8 = 0.00072546

c9 = -0.000003582 

ถ้าเอาสูตรนี้มาใส่ใน spread sheeet เช่น numbers หรือ excel ช่วยคำนวณก็ง่ายหน่อย แค่ใส่ค่าอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์เข้าไปก็คำนวณค่าดัชนีความร้อนมาได้แล้ว อันหมายถึงอุณหภูมิที่เรารู้สึกร้อนขึ้นเมื่อมีความชื้นในอากาศอยู่ด้วย เนื่องจากเหงื่อเราระเหยยากขึ้น

แล้วมันเกี่ยวอะไรกับการตั้งอุณหภูมิของแอร์ ?

อย่างนี้ครับ เราเอาสูตรการคำนวณดังกล่าวมาทำเป็นตาราง หาดูว่า ณ ที่อุณหภูมิใดอุณหภูมิหนึ่ง เราใส่ค่าความชื้นสัมพัทธ์ลงไปเท่าไหร่ ค่าดัชนีความร้อนจึงเท่าอุณหภูมิจริงขณะนั้นพอดี ถ้าดัชนีความร้อนมันยังสูงกว่าอุณหภูมิจริงอยู่ แสดงว่าความชื้นสัมพัทธ์ยังสูงอยู่ เราก็ลองใส่ค่าใหม่ให้ลดลง พอได้อุณหภูมิเท่ากันแล้วแสดงว่าเราไม่รู้สึกร้อนขึ้นจากความชื้นในอากาศที่ค่าดังกล่าวอีก จากนั้นก็เลื่อนไปหาค่าความชื้นสัมพัทธ์ที่ทำให้อุณหภูมิจริงเท่ากับค่าดัชนีความร้อนที่อุณหภูมิอื่น ๆ ต่อไป 

เพื่อเป็นการประหยัดเวลาของผู้อ่าน ลองดูตารางที่ทำเสร็จแล้วดังต่อไปนี้ … 

°C    %

————

45   17 

44   18 

43   20 

42   21 

41   23 

40   24 

39   26 

38   28 

37   30 

36   33 

35   35 

34   38 

33   40 

32   43 

31   46 

30   49  

29   52  

28   55 

27   58 

26   61 

เริ่มที่ 45 °C โดยเอามาจากค่าอุณหภูมิสูงสุดในเมืองไทยที่เคยทำสถิติไว้คือ 45.4 °C ที่จังหวัดตากเมื่อวันที่ 14 เมษายน 2023 คำนวณค่าความชื้นสัมพัทธ์ที่ยังคงรู้สึกว่าร้อนเท่านี้อยู่คือ 17% ถ้าความชื้นสูงกว่านี้ก็จะรู้สึกร้อนขึ้นอีก 

คือถ้าใส่ตัวเลข T = 45 °C, R = 17% จะได้ H = 45 °C เท่ากับ T 

แต่พอเพิ่ม R = 18% โดยที่ T = 45 °C เท่าเดิม จะทำให้ H = 46 °C สูงกว่า T คือรู้สึกร้อนเพิ่มขึ้น

แต่เมื่ออุณหภูมิลดลง T = 44 °C โดย R = 18% เท่าเดิม จะได้ H = 44 °C เท่ากับ T 

ไล่ลงมาเรื่อย ๆ โดยลดอุณหภูมิ T ลง เพิ่มความชื้นสัมพัทธ์ R ขึ้น เพื่อรักษาค่า H ให้เท่ากับ T ตลอด 

จะเห็นว่า เมื่ออุณหภูมิลดลงเหลือ 26 °C ความชื้นสัมพัทธ์จะต้องไม่เกิน 61% มิฉะนั้นจะรู้สึกร้อนขึ้น เพราะค่าดัชนีความร้อนจะสูงกว่าอุณหภูมิจริง

ที่น่าสนใจก็คือ ถ้าอุณหภูมิลดลงเหลือ 25 °C ค่าดัชนีความร้อนจะยังคงอยู่ที่ 25 °C ไม่ว่าความชื้นจะเพิ่มขึ้นไปเป็นเท่าไหร่ก็ตาม ตารางที่ทำมาข้างบนนั้นจึงหมดแค่นี้ 

และนี่เป็นเหตุผลที่ทำให้การไฟฟ้าฯ เขารณรงค์ว่า ตั้งแอร์ไม่จำเป็นต้องตั้งให้ต่ำกว่า 25 °C เปลืองไฟเปล่า ๆ อยากจะให้รู้สึกเย็นขึ้นอีกก็ใช้พัดลมเป่าเพิ่มเอาก็ได้ เพราะของความรู้สึกร้อนขึ้นอันเนื่องมาจากความชื้นไม่มีผลอีกแล้ว เป้าประสงค์ของแอร์คือเพื่อลดความชื้นในอากาศลงจะได้สบายตัว 

นึกถึงรูปขำ ๆ ที่ติดตั้งแอร์เอียงขึ้นไปทำมุมกับแนวราบ 25° เลยทีเดียวละครับ 

วัชระ นูมหันต์

2024-11-03

——-

V2G 

——-

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

รถไฟฟ้า หรือยานที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า (electric vehicle) ที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า อีวี หากไม่ได้ใช้ไฮโดรเจนมาผลิตไฟฟ้าซึ่งมักจะเรียกแยกให้ชัดเจนไปว่ารถไฮโดรเจน ก็จะมีแบตเตอรี่เก็บไฟไว้ใช้ โดยชาร์จจากไฟบ้านหรือสถานีชาร์จ ซึ่งมาจากระบบเครือข่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้าที่เรียกว่า grid การชาร์จไฟปกติจึงเป็นการชาร์จจากระบบไฟฟ้ามาที่รถ หรือ G2V (grid-to-vehicle) อันเป็นการชาร์จทางเดียว (uni-directional charging) โดยการแปลงไฟกระแสสลับของระบบเป็นกระแสตรงของแบต เรียกว่า converter ซึ่งอาจจะมีมาพร้อมกับรถ หรือติดตั้งไว้ในสถานีชาร์จ 

แบตในรถไฟฟ้ามีพัฒนาการดีขึ้นมาก ความจุมากขึ้นทำให้รถวิ่งได้ไกลขึ้น และเหลือเฟือพอที่จะทำประโยชน์อย่างอื่นได้ด้วยเช่นการต่อไฟสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างอื่นที่ติดรถไปด้วย ซึ่งสามารถใช้ไฟกระแสตรงได้เลย ไม่ต้องมีอุปกรณ์อะไรเพิ่ม เรียกว่า V2L (vehicles-to-load) 

แต่ถ้าเกิดเหตุขัดข้องจนไม่มีไฟฟ้าใช้ในบ้าน จะเอาไฟจากแบตรถไฟฟ้ามาใช้ชั่วคราว เรียกว่า V2H (vehicle-to-home) อันนี้ต้องคิดใหม่ทำใหม่ เพราะไฟบ้านเป็นไฟกระแสสลับ หรือไฟ AC (alternating current) ในขณะที่แบตเป็นไฟกระแสตรง หรือไฟ DC (direct current) จึงต้องมีอุปกรณ์เพิ่ม เริ่มเกิดธุรกิจใหม่ในการผลิตเครื่องแปลงกระแสตรงจากแบตเป็นกระแสสลับสำหรับบ้าน หรือ inverter ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วในแผงโซลาร์เซลล์ที่แปลงไฟจากกระแสตรงเป็นกระแสสลับเหมือนกัน

ความต่างก็คือ การชาร์จไฟเข้าแบตรถไฟฟ้าและสามารถนำไฟฟ้าจากแบตรถมาใช้ในบ้านได้ด้วยนั้น ต้องเป็นระบบชาร์จแบบสองทาง (bi-directional charging) คือแปลงไฟ AC เป็น DC เมื่อชาร์จเข้าแบตรถ และเปลี่ยนจาก DC เป็น AC เมื่อจะใช้ไฟจากแบตรถเข้าบ้าน (V2H) 

และถ้าการใช้ไฟจากแบตต่อเข้าบ้านนั้น เป็นการต่อโดยไฟบ้านยังเชื่อมต่อเข้ากับระบบไฟฟ้าของการไฟฟ้าอยู่ตามปกติ ก็สามารถจ่ายไฟเข้าสู่ระบบ (grid) คือขายไฟกลับคืนให้การไฟฟ้าได้ (ถ้าการไฟฟ้ายอมซื้อ) และแน่นอนว่า ความถี่และแรงดันจะต้องได้ตามมาตรฐาน อันเป็นที่มาของคำว่า V2G (vehicle-to-grid) 

จาก V2L มาเป็น V2H บางคนแถม V2B (vehicle-to-building) และชาร์จรถคันอื่นคือ V2V (vehicle-to-vehicle) จนมาถึง V2G เลยมีคำหนึ่งที่บริษัท Fermata Energy ใช้โฆษณาว่า เขาเป็นผู้นำในเรื่อง V2X (vehicle-to-everything)

Fermata Energy คือบริษัทที่ผลิต bi-directional charger รุ่น FE-15 ให้กับรถไฟฟ้า Nissan Leaf 

(ศูนย์สันทนาการที่เมือง Boulder รัฐ Colorado สหรัฐอเมริกา ก็ได้ Fermata Energy ไปช่วยให้จ่ายค่าไฟฟ้าลดลง $270 ต่อเดือน) 

Nissan Leaf ที่บุกตลาด UK เป็นเจ้าแรก ไม่ได้เป็นแบรนด์เดียวที่มีอุปกรณ์ bi-directional charger ที่ทำให้สามารถใช้ V2L ได้ ยังมีแบรนด์อื่นอีกมากมาย เช่น …

Ford F-150 Lightning, 

Genesis, Hyundai & Kia — trio จากเกาหลีใต้ ก็ออกมาหลายรุ่น

Kia EV6, EV9 และ NiroEV

Genesis G60, และ G80/GV70

Hyundai Ioniq5 และ Ioniq6 

ของอเมริกาก็มี …

Jeep Wrangler 4 XE

General Motors ก็ออกมาหลายรุ่น เช่น 

Chevrolet blazer EV, Equinox EV และ Silverado EV ที่ใช้ไฟได้ 21 วัน!

GMC ก็มี Sierra EV, Cadillac EV Lyriq 

Lucid Air รถไฟฟ้าที่มีระยะทางขับได้ไกล มีไฟเหลือชาร์จให้ได้ 9.6 kW

มิตซูบิชิ Outlander PHEV 

Tesla Cybertruck 9.6 kW 

Volkswagen ID.4 77 kWh ใช้ได้ถึง 48 ชั่วโมง

เยอะทีเดียว 

ไม่แน่นะ อีกสองสามปีระบบการชาร์จแบบไปกลับได้ (bi-directional charging) อาจจะเป็นมาตรฐานใหม่ของการชาร์จรถไฟฟ้าก็เป็นได้

ทั้งนี้เพราะ แบตของรถไฟฟ้าโดยเฉลี่ยจะมีขนาด 69.5 กิโลวัตต์ชั่วโมง ใช้กับไฟฟ้าในบ้านได้สองวันสบาย ๆ ยิ่งถ้ารถไฟฟ้าที่เป็นรถบัสหรือรถบรรทุกขนาดใหญ่ ๆ แบตก็ใหญ่ตาม อย่างเช่น Proterra ของอเมริกัน มีขนาดความจุพลังงานมากถึง 675 กิโลวัตต์ชั่วโมง 

ลองนึกภาพว่า ถ้าเกิดไฟดับ (blackout) และมีรถที่เป็น V2G หรือ V2L อยู่เต็มเมือง ทั้งรถบ้าน รถบัส และรถบรรทุก ชาวบ้านก็มีไฟใช้ในบ้านตัวเอง หรือถ้าหากพื้นที่ไหนบริเวณไหนไฟดับหรือภัยพิบัติ เทศบาลหรือหน่วยงานขนส่งอาจจะส่งขบวนรถที่จ่ายไฟได้ไปช่วยที่ศูนย์พักพิงได้ จนกว่าไฟจะมา 

การที่จะทำเช่นนี้ได้ หัวใจก็คือ ที่ชาร์จไฟแบบสองทาง (bi-directional charger)

เมื่อกลางปีที่แล้ว (June 2023) บริษัท dcbel จากเมือง Montreal ประเทศแคนาดา ได้ออกแถลงข่าวว่า Home Energy Station รุ่น r16 ของบริษัทนี้ เป็นที่ชาร์จรถอีวีจากไฟบ้านที่เป็นแบบสองทางเป็นเจ้าแรกที่ได้ใบรับรองในสหรัฐอเมริกา (the first bi-directional EV charger certified for residential use in the US) 

คู่แข่งอีกเจ้าหนึ่งก็คือ Wallbox ซึ่งเสนอที่ชาร์จแบบสองทางรุ่น Quasar 2 สำหรับรถ Kia EV9 เมื่อต้นปีนี้เอง มีขนาด 11.5 กิโลวัตต์ แบตของรถ Kia จะประมาณ 76~100 กิโลวัตต์ชั่วโมง พอที่จะนำกลับมาใช้ในบ้านได้นานถึงสี่วัน

มีเรื่องที่น่าสนใจในอเมริกาอยู่เรื่องหนึ่งก็คือ ขณะที่คุณ Nancy Skinner กำลังดูเกมอเมริกันฟุตบอลทางทีวีอยู่ บางช่วงก็ตัดไปที่โฆษณา มีโฆษณาอยู่ชิ้นหนึ่ง เป็นรถบรรทุกฟอร์ด F-150 ขับขึ้นไปบนภูเขา ถึงกระท่อมเขาก็เสียบสายชาร์จ … ไม่ได้ชาร์จรถ แต่ทำให้กระท่อมมีไฟใช้ 

รถฟอร์ด F-150 Lightning มีแบตขนาด 98 กิโลวัตต์ชั่วโมง สามารถนำมาเป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าในบ้านได้ถึงสามวัน คุณ Skinner ซึ่งเป็นวุฒิสมาชิกรัฐแคลิฟอร์เนียด้วยเลยปิ๊งไอเดียว่า เรื่องนี้มีประโยชน์อย่างมากต่อรัฐแคลิฟอร์เนียซึ่งมีไฟดับรวมแล้วร้อยครั้งในรอบห้าปีที่ผ่านมา สูงมากกว่ารัฐอื่น ๆ จะเป็นรองก็แต่รัฐเท็กซัสเท่านั้น ช่วงสิบวันระหว่างเดือนกันยายน ในปี 2022 ก็เคยเกิดคลื่นความร้อน (heat wave) ทำให้อากาศร้อนจัด ผู้คนใช้ไฟกันจนทะลุ 52,000 เมกกะวัตต์ จนเกือบจะทำให้ระบบไฟฟ้าล่ม คุณ Skinner จึงนำเสนอร่างกฎหมายวุฒิสภา “Senate Bill 233” ให้รถไฟฟ้าทุกคัน ทั้งรถเก๋ง รถบรรทุกเล็ก รถบัสโรงเรียน ที่ขายในรัฐแคลิฟอร์เนีย จะต้องมีระบบชาร์จสองทาง (bi-directional charging) ภายในปี 2030 คือห้าปีก่อนที่จะห้ามขายรถที่ใช้น้ำมัน คุณ Skinner กล่าวว่า “การบังคับนี้ก็เพื่อป้องกันไม่ให้มีการเพิ่มราคารถเมื่อลูกค้าต้องการติดตั้งระบบนี้” แต่นี่เป็นเพียงร่างกฎหมาย อาจตกม้าตาย ไม่มีผลบังคับใช้ก็ได้

ปัจจุบัน ผู้นำในแถบอเมริกาเหนือในเรื่องที่ชาร์จแบบสองทางนี้คือ ฟอร์ด F-150 และนิสสัน Leaf แต่ไม่นานนักก็มีผู้ผลิตรถยนต์หลายเจ้าตอบรับ เช่น GM และ Tesla 

ไอเดียในการนำแบตในรถมาใช้ประโยชน์นี้มาจากสถิติที่ไม่น่าเชื่อว่า เวลาที่รถจอดเฉย ๆ อยู่นั้น ประมาณ 95%! 

แต่ไอเดียของการขายไฟกลับไปให้การไฟฟ้าในช่วง peak นั้น  ก็ต้องได้รับการเห็นชอบจากการไฟฟ้าด้วย 

ที่เมือง Burrillville, Rhode Island รถนิสสัน Leaf จอดอยู่ที่โรงบำบัดน้ำเสีย ผ่านหน้าร้อนมาสองช่วง โดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าระบบในช่วง peak ทำเงินได้ $9,000.-!

ทำไมรถนิสสัน Leaf ถึงมีประสบการณ์เรื่องนี้ … คำตอบก็คือ เพราะทำมานานนั่นเอง เมื่อตอนเกิดสึนามิที่ฟูกูชิมะ ไฟฟ้าขาดแคลน นิสสันได้ส่งขบวนรถ Leaf 66 คัน ลงพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบ จนกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะติดตั้งเสร็จ เพื่อให้พลังงานและชาร์จมือถือรวมทั้งเป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์

บริษัทเขายังคงมีนโยบายช่วยเหลือยามเกิดภัยพิบัติธรรมชาติ อย่างเช่นเมื่อเกิดพายุไต้ฝุ่น Faxai ถล่มเมื่อเดือนกันยายน 2019 มีผลกนะทบต่อผู้คนนับล้านรอบกรุงโตเกียว Nissan Leaf ก็ยังคงออกไปช่วยเหมือนอย่างเคยเพื่อช่วยให้พลังงานกับพัดลม แอร์และตู้เย็น สู้กับอุณหภูมิและความชื้นที่สูง 

ถึงแม้การใช้ไฟจากแบตรถไฟฟ้า (V2H) จะมีมานานแล้ว หมอที่คลินิกในเท็กซัสเคยทำผ่าตัดเล็กโดยใช้ไฟฟ้าจากแบตรถขณะเกิดไฟดับในเมือง แต่กรณีการขายไฟกลับสู่ระบบที่เรียกว่า V2G ยังอยู่ในขั้นเตาะแตะ ถือว่าเป็นเรื่องใหม่มาก ขณะที่การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ขายไฟเข้าระบบยังเห็นได้มากกว่า ถ้าเกิดว่ามีรถเป็นล้านคัน พร้อมที่จะขายไฟเข้าระบบบ้างเหมือนกัน จะเกิดอะไรขึ้น การไฟฟ้าเองก็ต้องมานั่งคิดว่า จะจ่ายเท่าไหร่ แต่โครงการนำร่องก็มีอยู่บ้างจากประเทศต่าง ๆ 

เมื่อปีที่แล้ว มีกรณีศึกษาที่น่าสนใจที่ Utrecht เมืองที่ใหญ่เป็นอันดับสี่ของประเทศเนเธอร์แลนด์ คือโครงการขับรถอีวีด้วยพลังแสงอาทิตย์ 

ไม่ได้หมายความว่าเอาโซลาร์เซลล์มาติดบนหลังคารถ แต่เป็นโซลาร์เซลล์ที่ติดบนหลังคาบริษัทประกัน โดยติดไว้มากมายเป็นพัน ๆ แผง และนำรถ Hyundai Ioniq 5 SUV จำนวน 25 คัน มาจอดชาร์จในตอนกลางวัน พอถึงกลางคืนก็จ่ายไฟกลับเข้าอาคาร

คุณ Robin Berg ผู้ก่อตั้งบริษัทที่ทำโครงการนี้กะจะขยายจำนวนรถขึ้นมาเป็น 500 คันในปีหน้า และเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อย ๆ คาดว่าภายในปี 2028 จะมีรถที่มีการชาร์จสองทางนี้มากถึง 10,000 คัน แม้จะไม่ถึง 10% ของจำนวนรถทั้งเมือง แต่ก็น่าจะสมดุลกับพลังทดแทน (renewable) ได้ตามการวิจัยของมหาวิทยาลัยแห่ง Utrecht 

คุณ Berg บอกว่า ประเทศเนเธอร์แลนด์จะห้ามใช้รถน้ำมันในปี 2030 

เนเธอร์แลนด์ต้องใช้เวลา 10 ถึง 20 ปี ในการปรับปรุงระบบไฟฟ้าให้ใช้พลังงานทดแทน ช่วงนี้การใช้ระบบชาร์จแบบสองทางจะช่วยได้ 

โครงการ V2G นี้จะใช้ software ควบคุมแบตรถไม่ให้ต่ำกว่า 25~30% รวมทั้งโปรแกรมว่ารถคันไหนจะใช้เมื่อไหร่ 

โครงการอย่างนี้ อาจทำได้ไม่ยากนักเมื่อได้ความร่วมมือและการตอบรับที่ดีจากเทศบาลเมือง จากการไฟฟ้า และจากบริษัทผลิตรถยนต์รวมทั้งจากรัฐบาลเนเธอร์แลนด์ แต่อาจทำได้ไม่ง่ายนักในประเทศใหญ่ ๆ อย่างสหรัฐอเมริกา 

วัชระ นูมหันต์ 

2024-10-27

——————

รถไฮโดรเจน 

——————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

เมื่อรถไฟฟ้ามาแรง ข่าวการพัฒนารถยนต์จากแหล่งพลังงานต่าง ๆ จึงทะยอยเข้ามาเป็นระยะ ๆ 

รถไฟฟ้าเสนอจุดขายว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ช่วยลดโลกร้อนเพราะไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) อันเป็นก๊าซเรือนกระจก รถไฮโดรเจน (H2) จึงตามขบวนแห่เสนอจุดขายเดียวกันนี้ตามไปด้วย 

แต่หากมองภาพรวมย้อนขึ้นไปถึงการผลิตไฟฟ้า การผลิตด้วยพลังงานหมุนเวียนคือแสงแดด แรงลม และกระแสน้ำ ยังมีอัตราส่วนที่น้อยและไม่เสถียร หากไม่คิดพึ่งไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ก็จำต้องพึ่งเชื้อเพลิงฟอสซิลอยู่ดี 

ส่วนพลังไฮโดรเจนก็หนีไม่รอด พูดยังไม่ได้เต็มปากว่า clean หรือ green hydrogen หรือไฮโดรเจนสีเขียว แต่เป็นไฮโดรเจนสีเทามากกว่า (gray hydrogen) เนื่องจากการผลิตไฮโดรเจนเชิงอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ส่วนใหญ่เป็นการแยกไฮโดรเจนออกจากก๊าซมีเทน (CH4) ด้วยไอน้ำ (SMR : steam-methane reforming) ซึ่งจะเหลือพลังงานไปใช้ประมาณ 74% เมื่อเทียบกับพลังงานที่อยู่ในก๊าซธรรมชาติซึ่งมีก๊าซมีเทนอยู่มาก อันเนื่องมาจากพลังงานส่วนหนึ่งได้สูญเสียไปเป็นพลังงานความร้อนในขบวนการผลิต โดยทั่วไป การผลิตไฮโดรเจนด้วยขบวนการ SMR นี้จะปล่อยก๊าซ CO2 ออกมา ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก จึงเรียกว่า ไฮโดรเจนสีเทา ถ้ากักเก็บ CO2 เอาไว้ ไม่ปล่อยออกไป ก็จะเรียกว่า ไฮโดรเจนสีฟ้า (blue hydrogen) 

SMR เป็นขบวนการผลิต H2 จากก๊าซธรรมชาติ (NG : natural gas) รถที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง (NGV : natural gas vehicle) ยังมีการปล่อย CO2 เพราะยังมีคาร์บอน (C) อยู่ใน NG ดังนั้นรถไฮโดรเจนจึงไม่ปล่อยมลภาวะ เพราะคาร์บอนถูกดึงออกไปก่อนหน้านั้นแล้ว 

อาจกล่าวได้ว่า ประมาณครึ่งหนึ่งของการผลิตไฮโดรเจนทั่วโลกผลิตจากก๊าซธรรมชาติ เพราะเป็นแหล่งวัตถุดิบที่ถูกที่สุด 

ในขบวนการผลิตจะเป็นการเพิ่มความร้อนก๊าซธรรมชาติให้สูงถึง 700–1,100 °C แล้วผ่านไอน้ำเข้าไปโดยมีนิเกิลเป็นสารเร่งปฏิกิริยา (nickel catalyst) เกิดปฏิกิริยาเคมีออกมาเป็น คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และโมเลกุลไฮโดรเจน (H2) 

CH4 + H2O → CO + 3 H2 

ในขบวนการต่อไป CO จะทำปฏิกิริยาต่อไปกับไอน้ำในอุณหภูมิที่ต่ำลง (360 °C) โดยมีสารเร่งปฏิกิริยาตัวอื่น เช่น iron oxide ก็จะได้ไฮโดรเจนออกมาเพิ่มมากขึ้นโดยมีสารเหลือ (by-product) เป็น CO2 โดยการผลิตไฮโดรเจนหนึ่งตัน จะได้ CO2 ออกมา 9 ถึง 12 ตัน ซึ่งก๊าซเรือนกระจกนี้บางทีก็อาจจะถูกกักเก็บไว้

CO + H2O → CO2 + H2 

อะตอมออกซิเจนที่ใช้เติม CO ให้เป็น CO2 ได้มาจากการดึงออกมาจากน้ำ (ไอน้ำ) และต้องมีความร้อนเพิ่มเติมเพื่อขับเคลื่อนขบวนการให้ปฏิกิริยาเคมีดำเนินต่อไปซึ่งได้จากการนำมีเทนบางส่วนมาเป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้นั่นเอง

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนออกมานั้นมีน้อย ส่วนใหญ่ผลิตจากก๊าซมีเทนอันเป็นสารไฮโดรคาร์บอน ซึ่งเป็นสารองค์ประกอบส่วนใหญ่ในก๊าซธรรมชาติ ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนหนึ่งตันจึงได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาด้วย 9-12 ตัน ถ้าปรับปรุงขบวนการผลิตให้ดีขึ้นมาหน่อย โดยกักเก็บคาร์บอนบางส่วนเอาไว้บ้าง ก็จะเรียกไฮโดรเจนอย่างนี้ว่า blue hydrogen คือยังไม่ใช่ green hydrogen แต่ก็ยังดีกว่า gray hydrogen เพราะ green hydrogen นั้น เป็นที่เข้าใจกันว่า ผลิตโดยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนที่สะอาด (renewable electricity) ซึ่งแพงและประสิทธิภาพต่ำ 

ปัจจุบัน (นับถึงปี 2023) การผลิตไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำ (green + blue) มีไม่ถึง 1% 

ในปี 2020 ประมาณการกันว่า ทั่วโลกผลิตไฮโดรเจนขึ้นมาเพื่อใช้ในงานต่าง ๆ รวมกันคร่าว ๆ ประมาณ 87 ล้านตัน เพื่อใช้ในงานต่าง ๆ เช่น ใช้ในโรงกลั่นน้ำมัน, ผลิตแอมโมเนีย และ เมทานอล 

ในปี 2022 มูลค่าของธุรกิจการผลิตไฮโดรเจนทั่วโลกประมาณ 155,000 ล้านเหรียญ และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นปีละ 9.3% ไปจนถึงปี 2030  

แต่การนำไฮโดรเจนมาใช้ในรถกลับไม่บูมเท่าไหร่ เพราะอย่างนี้กระมังจึงมีข่าวว่า สถานีไฮโดรเจนสำหรับรถเริ่มปิดตัวในอเมริกา !? 

แต่ญี่ปุ่นต่างออกไป เพราะเป็นประเทศที่ต้องนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศเป็นหลัก รวมทั้งไฮโดรเจนที่ผูกพันทำสัญญาระยะยาวกับประเทศแถบตะวันออกกลางไว้  โตโยต้าซึ่งเป็นผู้นำการผลิตรถจึงคิดต่าง สวนกระแสการผลิตรถส่วนใหญ่ที่เบนเข็มมาทำรถไฟฟ้ากันหมด โดยโตโยต้าพัฒนารถไฮบริดที่ใช้ได้ทั้งไฟฟ้าและน้ำมัน แล้วพุ่งเป้าอนาคตไปที่รถไฮโดรเจน 

ญี่ปุ่นอาจจะมองจุดแข็งของตนเองว่า ถ้าเป็นรถไฟฟ้าก็จะเริ่มเส้นสตาร์ตจุดเดียวกันหมด  แต่ถ้าอิงเครื่องยนต์กลไกไว้บ้าง ตนเองจะได้เปรียบ เพราะอยู่ในกลุ่มผู้นำการผลิตมานาน การใช้ไฮโดรเจนจึงมีข้อได้เปรียบตรงนี้ ที่สามารถผลิตไฟฟ้าขับมอเตอร์รถได้โดยใช้ fuel cell หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงเผาไหม้ในเครื่องสันดาปภายในที่ตนเองชำนาญอยู่แล้วก็ได้โดยไม่มีการปล่อย CO2 ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก เพราะปล่อยทิ้งแต่ไอน้ำออกมาเท่านั้น 

ข่าวการสวนกระแสของโตโยต้าที่มีการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายในใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง (HICE : hydrogen internal combustion engine) จึงค่อนข้างจะทำความแปลกใจให้บรรดาผู้ที่ชื่นชอบรถยนต์อยู่พอสมควร แต่อย่างน้อย ความเป็นไปได้ก็ยังดูจะมากกว่าข่าวของการเติมสารสองชนิดลงไปในรถไฟฟ้าแล้ววิ่งได้มากกว่า 2000 กิโลเมตร ที่ฮือฮากันเมื่อเดือนที่ผ่านมา เพราะบริษัทที่คิดทำนั้นเป็นบริษัทวิจัย เทียบไม่ได้กับโตโยต้าที่เป็นบริษัทผลิต

คงต้องดูกันต่อไป เวลาก็ยังคงทำหน้าที่กรรมการได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นเดิม ที่สำคัญ ถังเก็บก๊าซต้องออกแบบให้ดีมีความปลอดภัยวางอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องเหมาะสม อย่าให้เกิดโศกนาฏกรรมซ้ำรอยเหมือนอย่างกรณีรถบัสไฟไหม้คร่าหลายชีวิตเด็กน้อยจนเป็นข่าวใหญ่ไปเมื่อเร็ว ๆ นี้เลยนะครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-10-06

———-————

รถไฟฟ้าไร้แบต

———-————

⭕️ ⭕️ ⭕️ 

ยุคสมัยเปลี่ยนไป รถไฟฟ้าซึ่งใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนที่เงียบหายไปนาน เพราะแบตเตอรี่ในสมัยก่อนไม่สามารถตอบโจทย์ของการใช้รถในชีวิตประจำวันได้เนื่องจากเสียเวลาในการชาร์จนาน ครั้นจะใช้วิธีเปลี่ยนแบตก็ไม่สะดวก ทว่า ปัจจุบันนี้รถไฟฟ้าได้หวนกลับมาดังใหม่ และทำท่าจะเบียดแซงรถใช้น้ำมันไปเรื่อย ๆ อันเนื่องมาจากพัฒนาการของแบตเตอรี่ แถมเป็นการใช้พลังงานสะอาด และสถานีชาร์จก็มีเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ 

แต่ถึงแม้จะดีขึ้น ก็ยังช้ากว่าการเติมน้ำมันอยู่ดี จะมีวิธีใดที่ทำให้เร็วเท่ากับการเติมน้ำมันไหม 

หากจะรีบใช้รถไฟฟ้าโดยชาร์จสักครู่หนึ่งแล้วรีบเอามาใช้ ก็ขับไปได้ไม่ถึงไหน ได้ระยะทางนิดเดียว 

ดังนั้น รถไฟฟ้าที่ไม่เสียเวลาชาร์จ แต่วิ่งไปได้ไกล ๆ น่าจะเป็นรถในฝัน 

เมื่อเร็ว ๆนี้ มีข่าวว่า มีรถที่เติมเชื้อเพลิงใช้เวลาแป๊บเดียว แล้ววิ่งโลดไปถึง 2,000 กิโลเมตร 

ไม่ใช่รถน้ำมันที่ทำถังให้ใหญ่เป็นพิเศษ แต่เป็นรถไฟฟ้า … รถร่วมสมัยเสียด้วย

และเพื่อที่จะไม่ต้องเสียเวลาชาร์จแบต ก็ไม่ต้องมีแบตมันเสียเลยดีไหม รถเบาลงเยอะเลยด้วย

แล้วจะเอาแหล่งพลังงานมาจากไหน ไม่ใช่รถไฟฟ้าระบบรางอย่าง BTS นี่ครับที่แหล่งจ่ายไฟขนานไปกับราง 

ถ้าในรถไม่มีแบตชาร์จได้ ที่เก็บไฟฟ้าไว้ใช้ หรือนอกรถไม่มีแหล่งไฟฟ้าให้แตะเอามาใช้ได้ … ก็ผลิตไฟฟ้าเองสิครับ 

พูดแค่นี้ หลายคนคงนึกถึงรถไฮโดรเจน ที่โตโยต้าเป็นหัวหอกนำทีมวิจัย ทำรถที่มีถังเก็บก็าซไฮโดรเจนไว้ในรถ เวลาจะเติมเชื้อเพลิงก็ไปเติมที่สถานีไฮโดรเจนเพื่อเอามาเป็นแหล่งพลังงาน โดยมีสารเคมีอีกตัวที่เป็นของฟรี มีอยู่ทั่วไปในอากาศ นั่นคือก๊าซออกซิเจน 

ไฮโดรเจนรวมกับออกซิเจนกลายเป็นน้ำและคายพลังงานออกมา ที่เข้าใจได้ง่ายคือการเผาไหม้เช่นที่ใช้ในจรวดที่ยิงไปในอวกาศ 

ที่ซับซ้อนหน่อย ไม่มีการเผาไหม้ มีแต่การแลกประจุผ่านสารอิเล็กโตรไลท์ที่ยอมให้ประจุบวกไหลผ่าน แต่ไม่ยอมให้ประจุลบหรืออิเล็กตรอนผ่าน อิเล็กตรอนเลยต้องวิ่งออกไปตามสายไฟข้างนอก กลายเป็นกระแสไฟฟ้า 

อุปกรณ์นี้เรียกว่า hydrogen fuel cell 

หลักการคือ เมื่อไฮโดรเจนมาเจอสารเร่งปฏิกิริยา (catalyst) เช่นแพลตินัมที่ขั้วลบ (anode) มันจะแตกตัวออกเป็นไฮโดรเจนประจุบวก (H+) และอิเล็กตรอนประจุลบ (e-) อิเล็กตรอนจะวิ่งออกไปข้างนอก ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าเช่นไปหมุนมอเตอร์แล้ววิ่งกลับมาที่ขั้วบวก (cathode) ซึ่งมีสารเร่งปฏิกิริยา (catalyst) เช่นนิเกิล จะรวมกับไฮโดรเจนประจุบวกที่วิ่งผ่านสารอิเล็กโตรไลท์มาได้และรวมกับออกซิเจนในอากาศกลายเป็นน้ำแล้วปล่อยทิ้งไป 

ข้อจำกัดของ hydrogen fuel cell นี้ มีอยู่เรื่องเดียว แต่เป็นเรื่องสำคัญเสียด้วย คือมันเป็นก๊าซ แถมแรงดันสูงเสียด้วย จะปล่อยให้เจอกับอากาศภายนอกก็ไม่ได้ เดี๋ยวระเบิดเอาง่าย ๆ 

ดังนั้น ต้องหาสารเคมีอย่างอื่นที่มีกระบวนการแลกประจุ (redox = reduction + oxidation) ให้ได้อิเล็กตรอนออกมาวิ่งเพ่นพ่านคือเป็นการผลิตไฟฟ้าแบบนี้เหมือนกัน แต่ไม่ใช่ก๊าซ ขอให้เป็นของเหลวเหมือนน้ำมันที่ใช้เติมรถยนต์ทั่วไป น่าจะทำได้ เพราะเคมีเป็นเรื่องของการเล่นแร่แปรธาตุอยู่แล้ว 

และเพื่อจะไม่ให้สับสนกับ fuel cell ซึ่งมักจะใช้เรียกเมื่อใช้กับไฮโดรเจนและออกซิเจนซึ่งเป็นก๊าซทั้งคู่ โดยเรียกเสียใหม่ว่า “flow cell” เพราะใช้สารซึ่งเป็นของเหลวทั้งคู่ 

ของเหลวทั้งคู่นี้ บางทีก็เป็นสารอย่างเดียวกัน แต่ประจุต่างกัน ถังหนึ่งมีประจุบวก อีกถังหนึ่งมีประจุลบ (positive and negative ions) อย่างเช่น vanadium polyamide, vanadium hydrogen bromine, และ bromine polysulfide 

การทำงานของ flow cell จึงคล้าย ๆ แบต เพียงแต่สถานะ (phase) สลับกัน กล่าวคือ ทั้ง flow cell และแบต ต่างก็มีของจำเป็นสามอย่างเหมือนกันคือ ขั้วบวก (cathode) ขั้วลบ (anode) และสารคั่นกลาง (electrolyte) โดยแบตมักจะมีขั้วบวกและขั้วลบที่มีสถานะเป็นของแข็ง ส่วนสารคั่นกลางมักจะเป็นของเหลวหรือกึ่งเหลว แต่ flow cell จะกลับกัน กล่าวคือ สารที่ขั้วบวกและขั้วลบเป็นของเหลวที่ไหลเข้ามาตลอด จึงใช้ชื่อว่า “flow” ส่วนสารคั่นกลางมักจะเป็นของแข็ง (membrane) 

เทคโนโลยี flow cell นี้ไม่ใช่ของใหม่ที่เพิ่งจะมี อย่าว่าแต่ขนาดย่อมอย่างรถเลย ขนาดใหญ่อย่างโรงไฟฟ้าก็ทำมาแล้ว 

เมื่อหกปีที่แล้ว (2018) ประเทศจีนได้ทำโครงการ vanadium energy storage project ใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดมหึมา จ่ายไฟได้ถึง 200 ล้านวัตต์ (200 MW) ได้นานถึงสี่ชั่วโมง (800 MWh) ถ้าใช้ไฟน้อยกว่านี้ก็ใช้ได้นานขึ้น ช่วยให้กลุ่มโรงงานอุตสาหกรรมใน Hubei Pingfan ใช้ไฟได้ถูกลง เพราะช่วงอัตราค่าไฟแพงก็ใช้ของตัวเอง พอช่วงค่าไฟถูกก็ใช้ของระบบ และเอาไปชาร์จไฟไว้ให้เต็ม

ดังนั้น ขนาดที่ย่อมลงมาเพื่อใช้กับรถยนต์จึงทำได้สบายมาก เอาถังเก็บสารเคมีสองถังไว้ในรถ การเติมก็ใช้เวลาพอ ๆ กับน้ำมัน โดยหัวจ่ายที่ใช้เติมจะมีสองหัวคู่ เสียบพร้อมกัน เติมสองถังพร้อมกัน ถังหนึ่งมีประจุบวก อีกถังมีประจุลบ ไม่นานก็เต็มถัง ใช้วิ่งไปได้ระยะทางยาว ๆ 

รถยี่ห้อหนึ่งที่ใช้ระบบนี้คือรถ Quantino 25 nanoFlow cell ของสวิสเซอร์แลนด์ 

คุณ Nunzio La Vacchia (NLV) หลังจากจบการศึกษาด้าน quantum mechanic และ quantum physics ได้เริ่มงานวิจัยทางด้านเทคโนโลยีพลังงานทางเลือก และได้ตั้งบริษัท JUNO Technology Product AG ต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็น nanoFlowcell AG ในปี 2013 

ทางด้านบริษัทผู้ถือหุ้น ที่ตั้งชื่อตามเขาว่า NLV Holding AG ได้เปลี่ยนชื่อเป็น  nanoFlowcell Management AG ในปี 2016 

ย้อนไปในปี 2008 บริษัทเขาประกาศที่จะสร้างรถไฟฟ้าแบบสปอร์ต ที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางเป็นพิเศษ ผสมผสานกับเทคโนโลยี flow cell และได้โชว์ตัวรถต้นแบบในงานมอเตอร์โชว์ที่เจนีวาในปี 2009 

ในปี 2010 คุณ La Vaccia ได้ประสบความสำเร็จในการคิดค้นสารคั่นกลาง (electrolyte) ที่เขาเรียกชื่อจดทะเบียนว่า “Bi-ION” ซึ่งเป็นแบบที่ชาร์จไม่ได้ แต่ให้กำลังมากกว่า และเริ่มนำ Bi-ION นี้มาใช้กับรถไฟฟ้า 

ในปี 2014 รถสปอร์ต QUANT E ได้ออกในงานมอเตอร์โชว์ที่เจนีวา 

ในปี 2021 บริษัทของเขาได้เข้าสู่ตลาดหลักทรัพย์ ในชื่อบริษัท nanoFlow cell holding PLC 

หลังจากนั้น รถซีรี่ย์ QUANT รุ่นใหม่ก็ทะยอยออกมาสู่ตลาดทุกปี 

ใครที่คุ้นชินกับรถน้ำมัน แวะปั๊มเติมแป๊บเดียวแล้วขับต่อไปได้เลย ไม่อยากจิบกาแฟรอชาร์จแบตรถไฟฟ้าทั่วไป แต่อนาคตรถน้ำมันไม่สดใสเพราะเป็นขาลง อนาคตรถไฟฟ้าคงเข้ามาแทน ถ้ามีทางเลือกรถไฟฟ้าที่เติมเชื้อเพลิงแป๊บเดียวแบบน้ำมันคงชอบใจ ติดอยู่อย่างเดียวที่ทำให้ระบบนี้ยังไม่บูม นั่นคือ …

เชื้อเพลิงที่ใช้เติมรถไฟฟ้าอย่างที่ว่านั้นมันยังแพงโลดอยู่น่ะสิครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-09-29

สำนักงานพัฒนาฝีมือแรงงานลำพูน นายสมเกียรติ เจษฎารมย์ ตำแหน่ง ผู้อำนวยการ สำนักงานพัฒนาฝีมือแรงงานลำพูน พร้อมด้วย พลอากาศตรีเพียร โตท่าโรง กรรมการที่ปรึกษา สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย ผู้แทน นายกสมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย ได้ร่วมลงนามบันทึกข้อตกลงความร่วมมือ (MOU)ด้านการพัฒนาฝีมือแรงงาน  เมื่อวันที่ 2 สิงหาคม 2567 

www.facebook.com/share/v/JZeHWH4B1ApMNZYv/ 

 ———-————

ห้าเลขผู้ยิ่งใหญ่ 

———-————

⭕️ ⭕️ ⭕️

อักขระตัวเลข เป็นภาษาสากลที่เข้าใจกันได้ทั่วโลก (ยกเว้นอักขระเลขไทยที่ใช้กันแค่สองประเทศคือ ไทยกับกัมพูชา เพราะเอามาจากอักษรขอมเหมือนกัน) แต่มีอักขระตัวเลขบางตัวที่โดดเด่นเหนือตัวอื่น 

ตัวแรกคือ "1" ไม่ใช่ "0" เพราะเลขศูนย์เกิดขึ้นทีหลัง เนื่องจากเลขหนึ่งเกิดจากการนับที่เริ่มด้วยหนึ่งเสมอ เช่น พูดว่าข้อแรก หมายถึงข้อหนึ่ง ยกเว้นกฎเทอร์โมไดนามิกที่พิลึกหน่อย มีกฎข้อที่ศูนย์ถึงข้อที่สาม แทนที่จะเป็นกฎข้อที่หนึ่งถึงข้อที่สี่ (กฎข้อที่ศูนย์ ถ้าพลังงานระบบที่หนึ่งเท่ากับระบบที่สาม และระบบที่สองเท่ากับระบบที่สาม แล้วระบบที่หนึ่งกับระบบที่สองจะเท่ากัน อันเป็นที่มาของการสร้างเทอร์โมมิเตอร์ กฎข้อที่หนึ่งพลังงานย่อมไม่เกิดขึ้นใหม่หรือสูญหายไป เครื่องจักรกลจึงไม่มีทางที่จะทำให้เดินได้เองตลอดเวลาไปตลอดกาลได้ กฎข้อที่สองพลังงานสูงกว่าย่อมไหลไปสู่พลังงานที่ต่ำกว่า รถไฟฟ้าจึงใช้การชะลอรถมาชาร์จไฟเข้าแบตได้ สุดท้ายกฎข้อที่สาม ทุกสิ่งทุกอย่างจะหยุดนิ่งที่ศูนย์องศาสัมบูรณ์ จึงไม่มีทางที่จะทำให้เกิดศูนย์องศาสัมบูรณ์ได้) ส่วนเลขอื่น ๆ นั้นเกิดตามมาเมื่อมีการนับ 

เลขที่เกิดตามมาหลังสุดในประเทศอินเดียคือ "0" ซึ่งมาจากคำว่า "สูญญ" ซึ่งหมายถึง "ไม่มี" ตอนหลังจึงเข้าคู่กับ "1"  ซึ่งหมายถึง "มี" ในเลขระบบไบนารีของคอมพิวเตอร์ กลายเป็นคู่ตัวเลขที่ทรงอิทธิพลมากที่สุด 

ส่วนเลขเก่าแก่ที่เกี่ยวเนื่องกับเรื่องวงกลมคือ "พาย" ซึ่งมีประวัติมายาวนาน ผู้ที่เรื่มใช้สัญลักษณ์ "π" อันเป็นอักษรกรีกตัวเล็ก แทนสัดส่วนระหว่างเส้นรอบวงกับเส้นผ่าศูนย์กลางของวงกลมในปี 1706 คือ William Jones นักคณิตศาสตร์ชาว Welsh 

เลขยุคใหม่ที่เกิดขึ้นมาภายหลังคือ e และ i ผู้ที่เริ่มใช้สัญลักษณ์สองตัวนี้คือ Leonhard Euler (1707-1783) นักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวสวิสที่ไปอยู่ในรัสเซีย 

e เป็นค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์ มีค่าประมาณ 2.71828… ใช้เป็นฐานในเรื่อง natural log และฟังก์ชั่น exponential 

i เป็นรากของสมการ x•x+1 = 0 ที่เรียกว่าค่า imaginary เพราะเป็น square root ของค่าติดลบ (√-1) ถึงแม้มันจะไม่ใช่ค่า real คือจับต้องไม่ได้ แต่มันก็มีประโยชน์ที่ใช้คำนวณสิ่งที่จับต้องไม่ได้

ของใกล้ตัวเราอย่างหนึ่งที่เราจับต้องไม่ได้ มองไม่เห็น คือไฟฟ้าตามบ้านเรือน ที่มีค่าแรงดันและกระแสขึ้นลงเป็น sine wave เมื่อมันจับต้องไม่ได้ ก็ลองเปรียบเทียบกับสิ่งที่จับต้องได้ก็แล้วกัน อย่างเช่น สปริง 

ทุกคนคงเคยเห็นสปริงที่ทำจากโลหะ ยืดหดได้ ขดเป็นวงกลมทรงกระบอกยาว ที่ใกล้ตัวที่สุดคือ ที่ปลายปากกาลูกลื่นแบบกด  ถ้าเราเอาสปริงนั้นมายืดให้ยาว เราจะมองเห็นด้านข้างขึ้นลงเป็นลูกคลื่น เหมือน sine wave อันเป็นลักษณะเดียวกันกับไฟฟ้ากระแสสลับตามบ้านเรือน ไม่ว่าจะเป็นแรงดันหรือกระแสไฟฟ้า ถ้าเอาเครื่องวัดแบบ oscilloscope มาวัด ก็จะเห็นคลื่นขึ้นลงแบบนี้เหมือนกัน 

เมื่อเราหันสปริง มองตรงรูเข้าไป เราก็จะเห็นสปริงเป็นรูปวงกลม ถ้าเราเอานิ้วแตะขอบสปริง จากขวาสุด เลื่อนนิ้วทวนเข็มนาฬิกา ตามเส้นสปริงขึ้นข้างบน ลงมาด้านซ้าย จนถึงข้างล่าง แล้วขึ้นทางขวา กลับมาใกล้ที่เดิม 

การเลื่อนนิ้วดังกล่าว ถ้าหันมาดูด้านข้าง จะเห็นนิ้วเคลื่อนที่ขึ้นลงตามลูกคลื่น sine wave ครบรอบได้พอดีเช่นเดียวกัน

ตำแหน่งขวาสุดคือ 0 องศา เมื่อเลื่อนขึ้นไปเรื่อย ๆ จนถึงบนสุดของวงกลม คือ 90 องศาจากพื้น ถ้าคิดมุมเป็นเรเดียน จะได้ π/2 และเป็นจุดสูงสุดของ sine wave ด้วย ถ้าเลยลงมาทางซ้าย จนถึงแนวราบ คือ 180 องศา หรือ π เรเดียน sine wave จะกลับลงมาเป็นศูนย์ใหม่ เป็นการเคลื่อนที่ครึ่งวงกลมด้านบนของสปริง หรือมองด้านข้างเป็น sine wave ครึ่งแรกที่อยู่ด้านบน เมื่อต่อครึ่งล่างก็จะครบเป็นวงกลม 

ตำแหน่งต่าง ๆ บนวงกลม สามารถระบุได้สองวิธีคือ ห่างจากแกนทั้งสองเท่าไหร่ หรือ ทำมุมกับแกนเท่าไหร่ 

นักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่แห่งยุค คือ Leonhard Euler เจ้าของสูตร “Euler’s formula”  ที่ทำให้การคำนวณ complex number ง่ายขึ้นเยอะ นั่นคือ 

e^ix = cos(x) + i•sin (x) 

ให้นึกภาพ e^ix (อียกกำลัง ix) เหมือนเข็มนาฬิกาที่หมุนทวน โดยมีความยาวเข็ม e^ix เริ่มจากศูนย์ที่ขวาสุด หมุนไปหนึ่งในสี่รอบจะไปอยู่บนสุด (π/2 เรเดียน) หมุนเลยไปอีกจนไปอยู่ซ้ายสุดคือ ครึ่งรอบ (π) 

จุดนี้แหละครับที่น่าสนใจ

เพราะจาก “Euler’s formula” จะได้ว่า … 

e^iπ = cos(π) + i•sin (π) 

และเนื่องจาก cos (π) หรือ cos 180° จะมีค่า -1 ส่วน  i•sin (π) จะมีค่าเป็นศูนย์ เนื่องจาก sin (π) หรือ sin 180° มีค่าเป็นศูนย์ 

จะได้ว่า …

e^iπ = -1 

เขียนเสียใหม่ให้สวย ๆ …

e^iπ + 1 = 0 

ความสัมพันธ์นี้ เรียกว่า “Euler’s identity” (บางคนเรียก “Euler’s equation”) ซึ่งเป็นที่โด่งดังมาก เนื่องจากเป็นการรวมเลขผู้ยิ่งใหญ่ทั้งห้าเข้ามาไว้ด้วยกันคือ 0, 1, e, π และ i เข้ามาไว้ในความสัมพันธ์อันเดียวคือ 

• 0 เป็น additive identity (เลขใดบวกกับ 0 จะได้กลับไปเป็นเลขนั้น)

• 1 เป็น multiplicative identity (เลขใดคูณกับ 1 จะได้กลับไปเป็นเลขนั้น)

• e (2.718…) หรือ Euler's number อันเป็นฐานของ natural log ในการคำนวณเรื่องการยกกำลัง 

• π (3.1415…) อัตราส่วนของเส้นรอบวงต่อเส้นผ่าศูนย์กลาง การคำนวณอะไรที่เกี่ยวข้องกับวงกลมจะต้องมี π 

• i (i•i = -1) เป็น imaginary unit

Euler’s identity มักจะถูกยกขึ้นมาเป็นตัวอย่างเสมอเวลาที่มีการพูดถึงความสวยงามทางคณิตศาสตร์ (mathematical beauty) 

มาดูมุมของผู้อ่านโดยทั่วไปกันบ้าง ในปี 1990 โพลที่สำรวจโดย The Mathematical Intelligencer ยกให้ Euler’s identity นี้เป็น "ทฤษฎีคณิตศาสตร์ที่สวยงามที่สุด" 

และในปี 2004 โพลที่สำรวจโดย Physics World ก็ยกให้ทั้ง Euler's identity และ Maxwell’s equation (ในเรื่องแม่เหล็กไฟฟ้า) ทัดเทียมกันเป็น "สมการที่ยิ่งใหญ่ตลอดกาล" 

ไม่ธรรมดา!

วัชระ นูมหันต์ 

2024-09-22

 —

e

—

⭕️ ⭕️ ⭕️

วันนี้น่าจะตั้งชื่อเรื่องได้สั้นที่สุด 

“e” ในที่นี้ เป็นเลขคงที่ (mathematical constant) มีค่าประมาณ 2.71828… 

อี (e) เป็นเลขพวกเดียวกับพาย (π) หมายความว่า เป็นเลขพวกที่แทนด้วยเลขเศษส่วนไม่ได้ หรืออตรรกยะ (irrational) และไม่ใช่รากของสมการด้วย (transcendental) ที่เดี๋ยวนี้มีการบัญญัติศัพท์ภาษาไทยที่ไม่ค่อยคุ้นหูว่า “อดิศัย” 

ไม่น่าเชื่อว่า “e” ที่มีอิทธิพลสูงมากในการคำนวณต่าง ๆ รวมทั้งเรื่องไฟฟ้าด้วยนี้ จะมีที่มาจากเศรษฐีเงินกู้ โดยการคำนวณดอกเบี้ย อันเป็นการคำนวณที่เราคุ้นเคย 

ในปี 1683 Jacob Bernoulli ได้ค้นพบค่าคงที่ในทางคณิตศาสตร์ตัวนี้ ขณะที่เขากำลังศึกษาแก้ปัญหาในเรื่องดอกเบี้ย โจทย์มีอยู่ว่า …

“เงินต้น $1.00 จ่ายดอกเบี้ยร้อยละ 100 ต่อปี ถ้าคิดดอกเบี้ยแค่ครั้งเดียวตอนสิ้นปี เงินรวมจะเป็น $2.00 แต่ถ้าระหว่างปีมีการคำนวณดอกเบี้ยหลายครั้ง จะเป็นอย่างไร? “ 

ถ้าคิดดอกเบี้ยปีละสองครั้ง ครั้งละ 50% คือ $1 x 1.5 สองครั้ง ($1.00 × 1.5^2) เป็น $2.25 

ถ้าคิดดอกเบี้ยสี่ครั้ง ดอกเบี้ยครั้งละ 100/4 = 25% สิ้นปีรวมเป็น $1.00 × 1.25^4 = $2.44140625 

ถ้าคิดทุกเดือน รวมสิ้นปี $1.00 × (1 + 1/12)12 = $2.613035…

นั่นคือถ้าซอยเป็น n ช่วง ดอกเบี้ยแต่ละช่วงคือ 100%/n รวมสิ้นปีจะเป็น $1.00 × (1 + 1/n)^n ซึ่งจะเข้าใกล้ $2.71828… เมื่อ n มีค่ามากขึ้นเรื่อย ๆ จนเข้าใกล้อนันต์ (infinity)

ค่าคงที่ 2.71828… นี้ ตอนนั้นยังไม่มีชื่อเรียก ต่อมาจึงเรียกว่าค่าอี (e) ซึ่งผู้ที่ใช้คนแรกคือ Euler นักคณิตศาสตร์คนดังชาวสวิส ซึ่งก็ยังไม่มีใครรู้ที่ไปที่มาว่าทำไมจึงเลือกใช้ตัวอี (e) เพราะก่อนหน้านี้ก็มีบางคนใช้ตัวบี (b) และซี (c) แต่ต่อมาก็ใช้ตัวอี (e) กันจนเป็นมาตรฐานไปแล้ว ถ้าหากจะคิดว่ามาจากชื่อของ Euler เอง เพราะคนอื่นจะยกย่องเขาจึงตั้งแทนชื่อ โดยมีการใช้ในภายหลัง ก็แล้วไป แต่นี่เขาเป็นคนแรกที่ใช้ จะชูตัวเองก็ชอบกล 

อย่างไรก็ตาม คนทั่วไปในภายหลังก็ยังถือว่าตัวอี (e) นี้ตั้งชื่อตาม Leonhard Euler ผู้ให้กำเนิดตัวอี ผู้ซึ่งวิเคราะห์ค่าคงที่ตัวนี้ไว้อย่างมากมาย ทั้งที่มันถูกค้นพบโดยคนอื่น แต่ยังไม่มีชื่อ

ตัวอย่างเช่น Euler เป็นผู้พิสูจน์ว่า e เท่ากับผลบวกของอนุกรมอนันต์ (1/n!) คือ

e = 1/0! + 1/1! + 1/2! + 1/3! + 1/4! … 

และในวิชาแคลคูลัส ฟังก์ชั่นของอี เช่น อียกกำลังเอ็กซ์ (e^x) ก็จะโดดเด่นมากเพราะความเอียง (slope) จะเท่ากับค่าของตัวมันพอดี (de^x/dx = e^x) 

ฟังก์ชั่นนี้มีความพิเศษเรียกว่า exponential function แอปที่ใช้คำนวณ (เช่น excel) จึงต้องมีฟังก์ชั่นนี้ นั่นคือ 

e^x = EXP(x) 

และเมื่อรวมกับ i ที่หมายถึง √-1 ซึ่งเป็น complex number นั้น ก็จะมีสูตรที่โด่งดังที่ช่างไฟฟ้าต้องรู้จัก โดยรวมฟังก์ชั่นทางตรีโกณเข้ามาด้วย เรียกว่า “Euler’s formula” นั่นคือ 

e^ix = cos(x) + i•sin (x) 

“สูตรของ Euler” นี้ ใช้กันอย่างกว้างขวางทั่วไปทุกหนทุกแห่ง ทั้งในคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี และวิศวกรรม ถึงขนาดที่ว่า Richard Feynman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1965 ที่ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในเจ็ดของนักฟิสิกส์ผู้โด่งดัง ยังได้กล่าวสดุดี “สูตรของ Euler” นี้ว่า เป็น "our jewel" หรือมณีรัตน์ของพวกเรา และเป็นสุดยอดของสูตรในวิชาคณิตศาสตร์ (the most remarkable formula in mathematics)

พูดถึงจำนวนทศนิยม ยุคแรก ๆ ที่คิดคำนวณด้วยมือ ได้จำนวนทศนิยมของค่าอี (e) ไม่มากนัก พอต่อมาใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ คราวนี้คิดได้มากมาย จำนวนทศนิยมจึงมีประโยชน์ตรงที่ใช้เปรียบเทียบความสามารถของเครื่องคอมพิวเตอร์นั้น ๆ ได้ ดังนี้ 

เริ่มด้วยทศนิยมตัวเดียว คำนวณโดย Jacob Bernoulli ได้ในปี 1690 โดยยังไม่รู้เลยว่า ตัวนี้คือตัวอี (e) 

ทศนิยมเป็นสิบ Roger Cotes คำนวณได้ 13 ตัว ในปี 1714, Leonhard Euler ผู้ให้กำเนิดชื่อว่าตัวอี (e) คำนวณได้ทศนิยม 23 ตัว ในปี 1748

ทศนิยมเป็นร้อย William Shanks คำนวณได้ 137 ตัวในปี 1853 และ 205 ตัวในปี 1871 จำนวนทศนิยมคำนวณด้วยมือที่มากที่สุดคือ 346 ตัว ในปี 1884 โดย J. Marcus Boorman 

ทศนิยมเป็นพันตัว ต้องใช้คอมพิวเตอร์ช่วยแล้ว โดยในปี 1949 John bon Neumann ทำได้ 2,010 ตัว 

เมื่อคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่าว่าแต่เป็นพันหรือหมื่น เป็นแสนก็ทำได้ ในปี 1961 Daniel Shanks และ John Wrench ช่วยกันทำได้ 100,265 ตัว, ปี 1978 Steve Wozniak ทำได้  116,000 โดยใช้คอมพิวเตอร์ Apple II 

ตั้งแต่ปี 2010  เป็นต้นมา คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะความเร็วสูง สามารถคำนวณจำนวนทศนิยมของอี (e) ได้เป็นล้านล้านตัว (trillions) โดยใช้เวลาไม่นานนัก มีการบันทึกไว้ว่า ในวันที่ 5 ธันวาคม 2020 สามารถคำนวณทศนิยมของอี (e) ได้มากถึง 31,415,926,535,897 ตำแหน่ง หรือประมาณพายคูณสิบยกกำลังสิบสาม (π×10^13) ทีเดียว (ไปยุ่งกับค่าพายอีกแล้ว) 

เมื่อเทียบกับพาย (π) ที่มีค่าประมาณ 3.14… เลขสามตัวต้นดังกล่าวทำให้มีวันพาย (Pi Day) ในวันที่ 14 มีนาคม ของทุกปี แถมยังเป็นวันคล้ายวันเกิดของนักวิทยาศาสตร์ชื่อก้องโลกนามว่า อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) อีกด้วย ส่วนอี (e) ที่มีค่าประมาณ 2.7… กลับไม่มีใครคิดตั้งวันอีในวันที่ 7 กุมภาพันธ์ บ้างนะ ทั้ง ๆ ที่ศักดิ์ศรีของการมีทศนิยมมากมายมหาศาลพอ ๆ กัน 

ก็ดีเหมือนกัน ไม่งั้นต้องมีการแข่งกันจำทศนิยมกันอีก เหมือนกับที่จัดแข่งกันทุกปีในวันพายจนกลายเป็นประเพณี ผู้ที่ท่องจำทศนิยมของพายมากที่สุดที่ Guinness World Record บันทึกไว้คือ รัชเวียร์ มีนา (Rajveer Meena) แห่งมหาวิทยาลัยวีไอที เมืองเวลลอร์ ประเทศอินเดีย เมื่อวันที่ 21 มีนาคม 2015 บันทึกไว้หลังวันพายหนึ่งสัปดาห์ 

หลังจากปิดตาใช้เวลาท่องสิบชั่วโมง จำนวนทศนิยมที่จำได้คือ … 70,000 ตัว!

วัชระ นูมหันต์ 

2024-09-15

—————————-

โลกของคนถนัดขวา

—————————-

⭕️ ⭕️ ⭕️

เรื่องมอเตอร์และเจนเนอเรเตอร์ที่ใช้กฎมือซ้ายและมือขวาของเฟลมมิ่งนั้น มีบางคนสรุปมาว่า เราอยู่ในโลกของคนถนัดขวา เพราะคนถนัดซ้ายมีเพียงร้อยละเจ็ดถึงสิบเท่านั้น ดังนั้น กฎที่คิดกันขึ้นมาส่วนใหญ่จึงเป็นกฎมือขวา กรณีกฎมือซ้ายจึงเป็นกรณีเฉพาะ มีการระบุให้ชัดว่า เป็นกฎมือซ้ายของเฟลมมิ่ง “สำหรับมอเตอร์เท่านั้น” เนื่องจากมันกลับกับเจนเนอเรเตอร์ 

กฎมือขวา มีหลายอย่าง พื้นฐานเริ่มจากการคูณกัน (cross) แบบมีทิศทาง (vector) ที่เป็นสามมิติ ต้องใช้กฎมือขวาเพื่อหาทิศทางของผลคูณ การคูณที่คุ้นเคยกัน (dot) คิดแต่ปริมาณอย่างเดียว ไม่คิดทิศทาง  (scalar)

ถ้ามือขวากางนิ้วโป้ง นิ้วชี้ และนิ้วกลาง ตั้งฉากกัน โดย … 

นิ้วชี้ อยู่ในแนวแกน x เป็น vector “a”

นิ้วกลาง อยู่ในแนวแกน y เป็น vector “b”

นิ้วโป้ง จะชี้ทิศทางของผลคูณ (cross) ในแนวแกน z เป็น vector “a x b” 

กฎมือขวาในทางคณิตศาสตร์ข้อนี้จึงถูกนำมาใช้ในเรื่องไฟฟ้าเมื่อมีการคิดประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นมา เพราะแรงในวิชาแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเอาแท่งตัวนำมาตัดสนามแม่เหล็กเพื่อให้เกิดไฟฟ้านั้น มีสูตรอยู่ว่า 

F = v x B

โดย F เป็น vector ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force)

v เป็น vector ความเร็ว (velocity) ของประจุ (charge particle) 

B เป็น vector ของความเข้มของสนามแม่เหล็ก (flux density)

กฎมือขวานี้คิดขึ้นมาโดย John Fleming เขียนไว้ในหนังสือของเขาที่ชื่อว่า “Magnets and Electric Currents” โดยคุณเฟลมมิ่งสลับที่เปลี่ยนนิ้วที่ใช้แทนเสียใหม่ ให้นิ้วกลางแทนผลคูณทาง vector ของนิ้วโป้งกับนิ้วชี้ โดยเขากล่าวว่า 

"ถ้าแท่งตัวนำที่แทนด้วยนิ้วกลาง เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ที่มีทิศทางตามนิ้วชี้ เคลื่อนไปตามทิศทางของนิ้วโป้งแล้ว แรงขับแม่เหล็กไฟฟ้า (electromotive force) จะชี้ไปตามนิ้วกลาง"

นั่นคือ v หรือความเร็ว แทนด้วยนิ้วโป้ง คูณ (cross) กับ B หรือสนามแม่เหล็ก ที่แทนด้วยนิ้วชี้ ผลกลายเป็น v x B หรือ F ที่แทนด้วยนิ้วกลาง 

F หรือ force ในที่นี้ อย่าสับสนกับแรงบิด (mechanical force) ที่แกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านะ เพราะมันเป็น แรงขับแม่เหล็กไฟฟ้า (electromotive force) ตามที่คุณเฟลมมิ่งได้กล่าวไว้ เพื่อขับเคลื่อนให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลภายในแท่งตัวนำนั่นเอง 

กฎมือขวา ที่ใช้กันอีกอย่าง โดยการกำหรืองอนิ้วทั้งสี่เข้ามา แล้วให้นิ้วโป้งชี้ขึ้นไป เหมือนสัญลักษณ์มือเวลาชมเชยใครว่าเยี่ยมยอดนั้น เป็นการใช้ เป็นการหาทิศทางหรือ vector ของการหมุน ที่เรียกว่า เวคเตอร์เทียม (pseudo vector) ซึ่งชี้ไปตามแกนของการหมุน กล่าวคือ เมื่อ งอให้นิ้วทั้งสี่ชี้ไปในทิศทางของการหมุน นิ้วโป้งจะชี้ขึ้นไปในทิศทางที่เป็น vector (เทียม) ของแกน 

ตัวอย่างเช่น ถ้ามีมือขวายักษ์จับลูกโลก ให้นิ้วทั้งสี่ชี้ไปในทิศทางการหมุนของโลก คือ จากทิศตะวันตกไปตะวันออก หัวแม่โป้งก็จะชี้ขึ้นขั้วโลกเหนือ หรือดาวเหนือ 

การหมุนอีกอย่างเราคุ้นเคยคือ การหมุนของสกรูที่เราใช้หมุนด้วยไขควง ถ้าเราหมุนตามเข็มนาฬิกา สกรูจะถูกกวดเข้าไป เหมือนกับว่าถ้าเราใช้มือขวาคว่ำมือกำสกรู สี่นิ้วชี้ทิศทางหมุนตามเข็มนาฬิกา นิ้วโป้งจะชี้ทิศทางที่สกรูวิ่งเข้าไป 

หรือกรณีคลายสกรูออกมา โดยใช้ไขควงหมุนทวนเข็มนาฬิกา ก็เหมือนกับการใช้มือขวากำสกรู นิ้วทั้งสี่ชี้ทิศทางการหมุนทวนเข็มนาฬิกา หัวแม่โป้งจะชี้ขึ้น อันเป็นทิศทางที่สกรูถอนขึ้นมา 

หรือจะนึกถึงการหมุนปิดเปิดฝาเกลียวของขวดก็ได้

ส่วนในเรื่องของแม่เหล็กไฟฟ้า ในสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าไหล จะเกิดสนามแม่เหล็กอยู่รอบ ๆ สายไฟนั้น โดยมีทิศทางตามกฎมือขวาอีกเช่นกัน คือ ถ้ากำมือขวารอบสายไฟแล้วเหยียดหัวแม่โป้งไปตามสายไฟ ชี้ไปทิศทางเดียวกับกระแสที่ไหลในสายไฟ นิ้วทั้งสี่ที่กำสายไฟอยู่จะชี้ทิศทางของสนามแม่เหล็กรอบสายไฟนั้น ทดลองเอาเข็มทิศวางทาบกับนิ้วดูได้เลย จะเห็นว่า ปลายเข็มสีแดงที่ใช้ชี้ทิศเหนือจะชี้ไปทางเดียวกับปลายนิ้วทั้งสี่ของเรา 

เนื่องจากแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดรอบสายไฟนั้นค่อนข้างอ่อน ถ้าเอาสายไฟนั้นมาขด พันเป็นเกลียวหลาย ๆ รอบ ก็จะเป็นการเสริมให้มีสนามแม่เหล็กตรงกลางที่เป็นช่องเป็นรูนั้นแรงมากขึ้นเรื่อย ๆ และทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในช่องหรือรูนั้นก็เป็นไปตามกฎมือขวาอีกเช่นกัน กล่าวคือ ถ้าเอามือขวามากำตามเกลียวของขดสายไฟ โดยให้ทิศทางของนิ้วทั้งสี่ชี้ไปในทิศทางเดียวกันกับทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ไหล นิ้วโป้งจะชี้ไปทางเดียวกับสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในช่องตรงกลาง ถ้าในช่องนี้เป็นแท่งเหล็ก หมายความว่า เอาสายไฟพันแท่งเหล็ก เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหล แท่งเหล็กก็จะกลายเป็นแม่เหล็ก โดยมีขั้วเหนืออยู่ทางด้านหัวแม่มือขวาชี้ไป

แม่เหล็กไฟฟ้านี้ใช้กันมากในปั้นจั่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnet lifting) ที่ใช้กันตามโรงแยกขยะเพื่อแยกเหล็กออกมารีไซเคิล หรือใช้ตามโรงงานผลิตเหล็กในการย้ายแผ่นเหล็ก เพราะสะดวกในการยกและปล่อย เพียงแค่เปิดปิดสวิตช์ให้กระแสไฟไหลหรือไม่ไหลเท่านั้น 

กฎมือขวามือเดียว จึงใช้ได้ทั้งการหาทิศของสนามแม่เหล็กเมื่อพันสายไฟรอบแกนเหล็ก และรู้ทิศทางการวิ่งวนของสนามแม่เหล็ก รอบสายไฟเมื่อรู้ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าด้วย 

มีแรงอีกอย่างที่ ชื่ออาจไม่คุ้นหูของคนทั่วไปนักคือ Lorentz force ซึ่งเป็นการรวมแรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าทั้งบวกและลบซึ่งเกิดจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเข้าด้วยกัน เช่น การยิงอิเล็กตรอนไปที่จอทีวีรุ่นโบราณ ที่เรียกว่าจอ CRT (cathode ray tube) อิเล็กตรอนจะเป๋ไปทางไหนก็คำนวณได้ 

ในปี 1865 James Clerk Maxwell ได้เริ่มเขียนทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ขึ้นมาก่อน ต่อมาในปี 1894 Oliver Heaviside บอกว่า มันใช้อธิบายเรื่องแรงแม่เหล็กได้  ปีถัดมา 1895 Hendrik Lorentz ได้รวมแรงไฟฟ้าเข้ามาด้วย โดยกล่าวว่า …

“แรงแม่เหล็กไฟฟ้า F ที่กระทำต่อประจุ q ที่วิ่งด้วยความเร็ว v ในสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก B จะเป็นฟังก์ชั่น F = q(E + v x B) “

 ใช้กฎมือขวาอีกแล้ว 

ยังดีที่ไม่มีใครคิดกฎมือซ้ายของอิเล็กตรอนมาให้งงกันตรงนี้อีก บอกแต่เพียงว่า สูตรนี้ใช้เมื่อ q เป็นประจุบวก ถ้า q เป็นประจุลบ เช่นอิเล็กตรอน ทิศทางของ F จะเป็นตรงกันข้าม 

การที่มีแต่กฎมือขวาเป็นส่วนใหญ่ คนถนัดซ้ายอาจชอบก็ได้ เพราะเมื่อเข้าห้องสอบทำโจทย์เรื่องนี้ สามารถใช้มือขวายกขึ้นมาเป็นรูปที่ทำตามกฎมือขวา และเขียนตอบข้อสอบด้วยมือซ้ายที่ถนัดได้ … สบายกว่ากันเยอะเลย 

ความที่คนถนัดขวากันแทบทั้งโลก วันถนัดขวาจึงไม่มี  มีแต่วันถนัดซ้าย โดยคนถนัดซ้ายเขาเพิ่งฉลองกันไปเมื่อไม่กี่วันที่ผ่านมานี่เองครับ (August 13 : International Left Handers Day)

วัชระ นูมหันต์

2024-09-01

 ————————

กฎมือซ้ายมือขวา

————————

⭕️ ⭕️ ⭕️

เรื่องราวของมอเตอร์ ที่มีทิศทางของสนามแม่เหล็กแบบตามแกนหมุน  และแบบตั้งฉากกับแกนหมุน เป็นสิ่งที่ชาวบ้านอาจไม่ได้ยุ่งเกี่ยวด้วย ยกเว้นจะมากระทบกับเงินในกระเป๋า แต่ถ้าเป็นช่างด้วยกันก็จะสนใจหน่อย  ยังมีอีกอย่างที่คนทั่วไปอาจไม่สนใจ แต่ช่างจะต้องรู้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นช่างไฟฟ้า นั่นคือ มอเตอร์จะหมุนทางไหน 

อุปกรณ์ไฟฟ้าอีกอย่างที่คู่กันมากับมอเตอร์ แต่ชาวบ้านอาจไม่ค่อยคุ้นนักคือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ที่ช่างลูกทุ่งอาจจะเรียกว่า เครื่องปั่นไฟ ถ้าติดมากับรถยนต์อาจจะเรียกว่า ไดชาร์จ เพราะเป็นไดนาโมที่ชาร์จไฟเข้าแบต หรือจะเรียกทับศัพท์ว่า เจนเนอเรเตอร์ ก็ได้ 

ถามช่างดูจะรู้ว่า มอเตอร์กับเจนเนอเรเตอร์สองอย่างนี้ จะรู้ทิศทางการหมุนได้จากมือทั้งสองของเรานี่แหละ 

ที่ต้องใช้ทั้งสองมือ เพราะมือข้างหนึ่งสำหรับมอเตอร์ อีกข้างหนึ่งสำหรับเจนเนอเรเตอร์

และที่ต้องแยกมือ ก็เพราะว่า มันเป็นเรื่องของ “ต้นเหตุและผลที่ได้” (cause and effect) 

มอเตอร์ไฟฟ้านั้น ใช้กระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (causes) เกิดแรงบิดทำให้เกิดการหมุน (effect) 

ส่วนเจนเนอเรเตอร์ ใช้แรงบิดในสนามแม่เหล็ก (causes) เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า (effect) 

เพื่อให้เห็นภาพ มีรถไฟฟ้าอีวีบางแบบที่ใช้อุปกรณ์ที่เป็นได้ทั้งมอเตอร์และเจนเนอเรเตอร์ในตัวเดียวกัน สามารถเร่งเครื่องให้ความเร็วสูงขึ้นจากแบตที่ชาร์จไว้ได้ มันจึงทำหน้าที่เป็นมอเตอร์ แต่เมื่อถอนคันเร่งไม่มีไฟเข้ามา มันเปลี่ยนหน้าที่กลายเป็นเจนเนอเรเตอร์ เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ป้อนไฟย้อนกลับไปชาร์จแบตแทน 

เนื่องจากทิศทางการหมุนและทิศทางของสนามแม่เหล็กในตัวมอเตอร์/เจนเนอเรเตอร์ทั้งสองทิศทางนั้น ไม่เปลี่ยนแปลง จึงมีเพียงทิศทางของกระแสไฟฟ้าเท่านั้นที่ไหลกลับทาง อันเป็นไปตามหลักข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกที่ว่า พลังงานย่อมไหลจากที่สูงกว่ามาสู่ที่ต่ำกว่าเสมอ ดังนั้น กระแสไฟของเจนเนอเรเตอร์สามารถเอาชนะกระแสไฟของมอเตอร์ที่ไหลในทิศทางตรงข้ามกันได้ เพื่อให้แหล่งพลังงานที่มากกว่าไหลไปสู่แหล่งพลังงานที่น้อยกว่า 

ฟาราเดย์ (Michael Faraday) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้พบว่า แท่งตัวนำ เช่น สายไฟ เมื่อนำมาตัดผ่านเส้นแรงแม่เหล็ก จะเกิดกระแสไฟไหลในสายไฟนั้น ซึ่งเป็นความรู้พื้นฐานของช่างไฟฟ้า

เพียงแต่ว่าเรื่องนี้ต้องจินตนาการในเรื่องทิศทางกันหน่อยคือ … 

แกนนอนไปทางขวา เรียกว่า แกน x 

แกนชี้ไปข้างหน้า ตั้งฉากกับแกน x เรียกว่า แกน y 

และแกนชี้ขึ้นบน ตั้งฉากกับทั้งแกน x และ y เรียกว่า แกน z 

ตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมา เพื่อให้รู้ว่า มอเตอร์หรือเจนเนอเรเตอร์จะหมุนทางไหน คุณเฟลมมิ่ง (John Ambrose Fleming) นักฟิสิกส์และวิศวกรไฟฟ้าชาวอังกฤษ ได้หาวิธีใช้มือช่วยจำง่าย ๆ ที่ช่างไฟฟ้าทุกคนรู้ดีดังนี้ 

ให้กางนิ้วชี้ นิ้วกลาง และนิ้วโป้ง ให้ตั้งฉากกัน เหมือนทำท่ายิงปืน 

นิ้วโป้ง ชี้ขึ้น ตามแนวแกน z 

นิ้วชี้ ชี้ไปข้างหน้า ตามแนวแกน y

นิ้วกลาง … จะชี้ไปทางขวาง ตามแนวแกน x 

ถ้าใช้มือซ้าย นิ้วกลางจะชี้ไปทางขวา คือ +x 

ถ้าใช้มือขวา นิ้วกลางจะชี้ไปทางซ้าย คือ -x 

ทิศทางทั้งสามนี้ แทนทิศทางของสามสิ่งคือ …

ทิศทางการเคลื่อนที่ของสายไฟ แทนด้วยนิ้วโป้ง 

ทิศทางของสนามแม่เหล็ก แทนด้วยนิ้วชี้

และทิศทางของกระแสไฟฟ้า แทนด้วยนิ้วกลาง 

การเคลื่อนที่ของสายไฟ เป็นของจริง เห็นได้จริง ๆ ว่าเคลื่อนไปทางไหน 

แต่มีสิ่งสมมุติอีกสองอย่าง เพราะเห็นไม่ได้ ต้องสมมุติให้ตรงกันทั่วโลก จะได้คุยภาษาเดียวกันได้ นั่นคือ ทิศทางของสนามแม่เหล็ก กับทิศทางของกระแสไฟฟ้า 

ทิศทางของสนามแม่เหล็กนั้น เราสมมุติกันว่ามันวิ่งจากแม่เหล็กขั้วเหนือไปหาแม่เหล็กขั้วใต้ 

ขั้วเหนือ คือด้านของแท่งแม่เหล็กที่ชี้ไปทางทิศเหนือ เมื่อเอาแท่งแม่เหล็กนั้นมาทำเข็มทิศ

โลกจึงเสมือนว่ามีแท่งแม่เหล็กอยู่ภายใน โดยแม่เหล็กขั้วใต้อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ และแม่เหล็กขั้วเหนืออยู่ที่ขั้วโลกใต้ เส้นแรงแม่เหล็กโลกจึงวิ่งจากทิศใต้ไปหาทิศเหนือ

ส่วนกระแสไฟฟ้านั้น เราสมมุติกันว่า วิ่งออกจากขั้วบวก (ของแบตเตอรี่) ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าอะไรก็แล้วแต่ แล้วกลับมาหาขั้วลบ ถึงแม้ว่าในความเป็นจริง ตัววิ่งจริงคือ อิเล็กตรอน จะวิ่ง “สวนกระแส” จากขั้วลบไปหาขั้วบวกก็ตาม

ในเรื่องการใช้นิ้วไหนแทนอะไรนั้น ฝรั่งที่เขาใช้ภาษาอังกฤษ ก็เอาภาษามาเป็นตัวช่วยจำ เช่น … 

•หัวแม่มือ หรือ “thuMb” ใช้แทน “Motion” หรือทิศทางการเคลื่อนไหวของสายไฟ

•นิ้วชี้ หรือ “Fore finger” ใช้แทน “magnetic Field” หรือทิศทางของสนามแม่เหล็ก

•นิ้วกลาง หรือ “Centre finger” ใช้แทน “Current” หรือทิศทางของกระแสไฟฟ้า 

และที่จำง่ายอีกอย่างคือ เอาชื่อย่อของหน่วยสอบสวนกลางของประเทศสหรัฐอเมริกามาใช้ คือ เอฟบีไอ (FBI : Federal Bureau of Investigation) แทนหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลาง

•หัวแม่มือ ใช้แทน F ซึ่งใช้เป็นสัญลักษณ์แทน “Force” หรือทิศทางของแรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ในวิชาฟิสิกส์อยู่แล้ว 

•นิ้วชี้ ใช้แทน B ซึ่งใช้เป็นสัญลักษณ์แทนสนามแม่เหล็กกันอยู่แล้วในวิชาแม่เหล็กไฟฟ้า

•นิ้วกลาง ใช้แทน I ซึ่งใช้เป็นสัญลักษณ์แทนกระแสในวิชาไฟฟ้าอยู่แล้ว 

ส่วนบางคนคงเห็นทำมือเป็นรูปปืนอยู่แล้ว เลยทำเรื่องช่วยจำด้วยการยิงปืนเสียเลย คือ …

•"Fire the field" เล็งยิงสนามไฟฟ้า ตามแนวนิ้วชี้

•"Feel the force" รู้สึกถึงแรงถีบของปืนขึ้นบน ตามแนวนิ้วโป้ง

•"kill the current" ฆ่ากระแสด้วยไกปืน โดยกระดิกนิ้วกลาง

ถนัดจำอย่างไหนก็เอาอย่างนั้นเลยครับ

และแล้วก็มาถึงเรื่อง งง ที่ไม่น่า งง คือ … แล้วกฎมือซ้ายมือขวานี่น่ะ ข้างไหนสำหรับมอเตอร์ และข้างไหนสำหรับเจนเนอเรเตอร์ 

ถ้าเปิดดูตำราปุ๊บ จะรู้ปั๊บว่า มือซ้ายสำหรับมอเตอร์ ส่วนมือขวา สำหรับเจนเนอเรเตอร์ 

แต่ถ้าไม่ได้ใช้งานนาน ๆ บางทีมันก็ลืมได้ครับ

พยายามหาตัวช่วย นึกถึงยี่ห้อรถยนต์ MG จะได้จำได้ว่า Motor อยู่ด้านซ้าย สำหรับมือซ้าย Generator อยู่ด้านขวา สำหรับมือขวา แต่นึกขึ้นได้ว่า รถยี่ห้อ GM ก็มี ถ้าจำวิธีนี้ก็จะสับสนเหมือนเดิม

ค้นหาคำตอบจากอากู๋ (Google) อยู่นานพอสมควร ไปพบคำแนะนำที่เข้าท่ามาก จาก Dr. Rama Kant Sharma (Ph.D. in Physics Awadhesh Pratap Singh University) จำง่ายเลย 

สำหรับมอเตอร์ เขาให้นึกถึงการขับรถครับ เหมือนบ้านเราก็มีมอเตอร์เวย์ เราต้องขับชิดซ้าย เช่นเดียวกับอังกฤษเหมือนกัน ดังนั้น มอเตอร์จึงใช้กฎมือซ้าย

สำหรับเจนเนอเรเตอร์ มีตัว “r” เหมือนกัน และยิ่งชัดเจนขึ้นเมื่อออกเสียงเป็นสำเนียงคนออสเตรเลีย (jinna-right-er) เจนเนอเรเตอร์จึงต้องใช้กฎมือขวา

แต่ที่เข้าท่ากว่าอีก เพราะฝรั่งมักจะเรียกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าย่อให้สั้นว่า “เจน” ซึ่งจะจำได้ว่าใช้กฎมือขวา เพราะวลีที่จำง่ายว่า "Jenny is always right"

ไม่รู้ว่า ภรรยาเขาชื่อเจนนี่หรือเปล่านะครับ

วัชระ นูมหันต์ 

2024-08-25

——————

Geo Battery 

แบตใต้พิภพ

——————

⭕️ ⭕️ ⭕️

เมื่อปลายเดือนที่ผ่านมา มีข่าวหนึ่งที่ออกทางสื่อใหญ่ของโลก แต่บ้านเราไม่ค่อยฮือฮาเท่าไหร่  เป็นข่าวที่อาจสะดุดความคิดนักวิทยาศาสตร์บางคน ที่ใคร่ครวญคำนึงถึงอดีตที่ย้อนไปไกลโพ้น นั่นคือ … กำเนิดของสิ่งที่มีชีวิต 

ผลพวงในเรื่องนี้เกิดขึ้นมาจากการสำรวจทะเลลึก นั่นอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เรื่องนี้ไม่เป็นที่สนใจในบ้านเรา เนื่องจากไทยเราไม่ได้เข้าไปยุ่งเรื่องนี้ด้วยเลย ปล่อยให้บริษัทยักษ์ใหญ่ข้ามชาติเขาทำกันไป เพราะเป็นเรื่องที่ต้องลงทุนอย่างมหาศาล และแน่นอนว่า หากมีผลประโยชน์ที่เก็บเกี่ยวได้ ก็จะมากมายมหาศาลด้วยเช่นกัน ดังนั้น การสำรวจและวิจัยเพียงเพื่อผลทางการศึกษาอย่างเดียว คงทำไม่ได้ เพราะมีงบไม่มากมายอะไร 

และเมื่อต้องอิงกับผลประโยชน์ทางธุรกิจ ผลงานการวิจัยนี้จึงต้องมาปะติดปะต่อเป็นช่วง ๆ ตามจังหวะที่ได้ทำ เพราะเจ้าของกระเป๋าเงินที่จ่ายหนักนี้เขากะจะทำธุรกิจชนิดที่ผู้อื่นร่วมแข่งขันด้วยได้ยาก เนื่องจากต้องใช้เงินทุนมหาศาล เพราะเป็นการทำเหมืองแร่ใต้ทะเลลึก เช่น แร่ที่จะใช้ทำแบตเตอรี่ของรถไฟฟ้า (กำลังบูมด้วย) เช่น นิเกิล แมงกานีส และโคบอลต์ หากราคาสินแร่ในท้องตลาด ถ้าราคาตกมาก ไม่คุ้มที่จะทำ การสำรวจนั้นก็หยุดไป การวิจัยที่เป็นผลพลอยได้ก็ต้องหยุดไปด้วย 

สิ่งที่ทำ ๆ หยุด ๆ มานานเป็นสิบปี จึงเพิ่งจะมาเป็นข่าวเมื่อไม่นานมานี้เอง 

ข่าวที่ว่า ก็คือ การค้นพบ “ออกซิเจนมืด” (dark oxygen) ใต้ท้องทะเลลึก 13,000 ฟุต! โดยศาสตราจารย์ Andrew Sweetman แห่งสถาบัน Scottish Association for Marine Science (SAMS) ผู้นำทีมวิจัยนิเวศวิทยาพื้นทะเลและชีวเคมี 

ของที่ “dark” (ที่ไม่ใช่ dark chocolate) น่าจะเป็นของที่ลึกลับ มองไม่เห็น เช่น dark matter ที่เข้าใจกันว่ามีมากที่สุดในจักรวาล 

ทว่า dark oxygen นี่ เป็นคนละความหมาย เพราะหมายถึงออกซิเจนที่เกิดขึ้นในที่มืด ก็คือ ก้นมหาสมุทรที่แสงส่องลงไปไม่ถึงนั่นเอง 

ปัจจุบัน เราทราบกันอยู่แล้วว่า ออกซิเจนในอากาศที่เราได้ใช้หายใจเพื่อดำรงชีพอยู่ทุกวันนี้ มาจากการสังเคราะห์แสงของพืช 

สมมุติฐานที่เป็นที่เข้าใจกันมาตลอดคือ ออกซิเจนเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นมาในภายหลัง

กำเนิดโลกที่เปรียบเสมือน ดิน-น้ำ-ลม-ไฟ นี้ เกิดไม่พร้อมกัน แต่เกิดเรียงตามลำดับ 

4540 ล้านปีก่อน “ดิน” เริ่มเกิด

4400 ล้านปีก่อน “น้ำ” เริ่มเกิด

4000 ล้านปีก่อน เกิดสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

3500 ล้านปีก่อน “ลม” หรือออกซิเจนเริ่มเกิด เมื่อมีแบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงได้ (cyanobacteria)

1000 ล้านปีก่อน เกิดพืชมากพอที่จะเป็นเชื้อเพลิงหรือ “ไฟ” ได้

574 ล้านปีก่อน เพิ่งจะมีสัตว์บนโลก และมีวิวัฒนาการตามมาเกิดเป็นคนรุ่นใหม่ทุกวันนี้ (homo sapiens) เมื่อสองแสนถึงสามแสนปีมานี่เอง

สมมุติฐานที่ว่า ออกซิเจนเกิดภายหลังสิ่งที่มีชีวิตนี่แหละ ที่ทำให้เกิดการงุนงงในหมู่ทีมงานกับการค้นพบออกซิเจนก้นมหาสมุทร ที่เรียกกันว่า ออกซิเจนในที่มืด หรือออกซิเจนมืด (dark oxygen) เพราะมันไม่มีแสงที่จะทำให้เกิดการสังเคราะห์แสงได้ 

ไม่ได้หมายความว่า น้ำก้นมหาสมุทรจะไม่มีออกซิเจนเลย เพราะถ้าไม่อย่างนั้นสัตว์ใต้ทะเลลึกจะอยู่ได้อย่างไร  ธรรมชาติของน้ำทะเลบนผิวโลกของเรา ไม่ได้อยู่นิ่ง ๆ แต่จะค่อย ๆ ไหลวนเวียนไปทั่วโลก ขับเคลื่อนด้วยปั๊มธรรมชาติขนาดยักษ์ที่ขั้วโลกเหนือ เมื่อน้ำเย็นลง ความหนาแน่นมากขึ้น ประกอบกับน้ำทะเลบางส่วนกลายเป็นน้ำแข็ง ทำให้เค็มมากขึ้น เพราะเกลือที่ละลายอยู่ไม่ได้เป็นน้ำแข็งไปด้วย ความหนาแน่นของน้ำทะเลจึงยิ่งเพิ่มขึ้นไปอีก และจมลงสู่ก้นทะเล พาเอาออกซิเจนจากพืชสังเคราะห์แสงบนผิวน้ำลงก้นทะเลไปด้วย 

การพบว่า มีค่าออกซิเจนก้นทะเล จึงเข้าใจได้ แต่สิ่งที่ทีมงานวิจัยไม่เข้าใจคือ มันค่อย ๆ เพิ่มขึ้น! 

สิ่งแรกที่คิดกันก็คือ เครื่องวัดอาจจะไม่ค่อยดี ก็เลยไม่สนใจ หันไปทำเรื่องอื่น

หลายปีผ่านไป เมื่อหยุดไปนาน ได้รับการว่าจ้างใหม่ กลับมาทำใหม่ คราวนี้ปรับจูนเครื่องมือเครื่องวัดต่าง ๆ อย่างเต็มที่ ผลการวัดออกมา … มันค่อย ๆ เพิ่มขึ้นเหมือนเดิม! 

สรุปว่ามันไม่ใช่ความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์แล้ว แต่ออกซิเจนมันเกิดขึ้นจริง ๆ 

ทีมงานจึงทำการเก็บตัวอย่างสินแร่ก้นสมุทรดังกล่าว กลับไปวิเคราะห์ที่ห้องแล็ป

คงไม่ง่ายที่ใครจะทำก็ได้ เพราะบริเวณดังกล่าวอยู่ก้นมหาสมุทรแปซิฟิก ระหว่างฮาวายกับเม็กซิโก (seafloor of the Pacific Ocean’s Clarion-Clipperton Zone : CCZ) ความลึกก็ราว ๆ ครึ่งหนึ่งของภูเขาเอเวอเรตต์ มีพื้นที่ราว 4.5 ล้านตารางกิโลเมตร ซึ่งมีสินแร่คล้ายถ่านหินเรียกว่า polymetallic nodules ประกอบด้วยแมงกานีส และเหล็ก เป็นส่วนใหญ่ 

ลองมานึกกันดูก่อนว่า ออกซิเจนที่ธรรมชาติสร้างนั้น มีวิธีที่รู้กันดีคือ การสังเคราะห์แสง ส่วนออกซิเจนที่มนุษย์สร้าง ทำได้ด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ที่เด็กมัธยมปลายหลายคนก็อาจได้เคยทดลอง 

นั่นคือ น้ำที่ประกอบด้วยออกซิเจนกับไฮโดรเจนเกาะกันอยู่ ต้องการพลังงานจากภายนอกเข้าไปเพื่อแยกตัวออกซิเจนออกมาจากการเกาะกับไฮโดรเจน ในพืชต้องการพลังงานจากแสงแดด ส่วนคนเราใช้วิธีใส่พลังงานไฟฟ้าเข้าไป 

ถ้าเราหย่อนถ่านไฟฉายเล็ก ๆ เช่นขนาด AA ลงไปในน้ำ ไม่ช้าเราอาจได้เห็นฟองน้ำปุดออกมาจากขั้วถ่าน นั่นคือการเกิดการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าออกมาเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน 

หรือว่าสินแร่ใต้มหาสมุทรที่มีนิเกิล แมงกานีส และโคบอลต์นั้น จะทำตัวเหมือนแบตเตอรี่ ทำให้เกิดออกซิเจนขึ้นมา 

ทีมงานได้ทำการวัดแรงดันไฟฟ้าที่สินแร่ที่เก็บขึ้นมาได้ พบว่ามันมีแรงดันอ่อน ๆ ไม่ถึงหนึ่งโวลต์ (0.95 V) แต่ก็เยอะอยู่ มันเหมือนกับถ่าน AA กองเกลื่อนอยู่ก้นมหาสมุทร นี่น่าจะเป็นต้นเหตุของการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าโดยธรรมชาติ บางคนจึงเรียกว่า “geo battery” ที่ขอใช้คำไทยสั้น ๆ ว่า “แบตใต้พิภพ” 

ดังนั้น สมมุติฐานที่ว่า บนโลกเรามีออกซิเจนเกิดขึ้นหลังการเกิดของสิ่งที่มีชีวิต ก็ชักจะไม่แน่แล้ว อาจจะเกิดก่อนบ้างก็ได้ 

เรื่องนี้ คงยังใหม่อยู่ มีข้อมูลให้ค้นให้คว้าได้ไม่มากนัก เพราะเมื่อพิมพ์คำว่า “geo battery” เพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติม  กลายเป็นว่า สิ่งที่ขึ้นมาเพียบเลยคือ … วีดีโอเกมครับ!

วัชระ นูมหันต์ 

2024-08-18

—————

Axial-flux

—————

⭕️ ⭕️ ⭕️

Axial-flux คืออะไร ? 

เชื่อว่าหลายคนเมื่อเห็นชื่อเรื่องคงมีคำถามในใจอย่างนั้น เพราะอาจไม่เคยเห็นคำนี้มาก่อน

คำที่คู่กับ axial-flux ก็คือ radial-flux

คำที่มาคู่กันนี้ต่างกันตรงคำนำหน้าคือ axial กับ radial ส่วนคำหลังคือ flux คนทั่วไปอาจจะยังไม่ค่อยคุ้น นึกถึงตัวที่คุ้นมากกว่าคือ flow ก็ได้ คนเมืองจะคุ้นกับการ flow ของลม คือ พัดลม ลมที่ถูกพัดไหลไปตามแนวแกนการหมุน (axial-flow) คือพัดลมตั้งโต๊ะ ส่วนลมที่ไหลเหวี่ยงออกไปจากแกนหมุน (radial-flow) คือพัดลมเครื่องปรับอากาศ ส่วนคนชนบทก็ต้องนึกถึงใบพัดเรือที่การไหลของน้ำไปตามแนวแกน กับระหัดวิดน้ำที่การไหลของน้ำถูกเหวี่ยงออกไปจากแกน

“flow” หรือการไหล ง่ายหน่อยเพราะเราสัมผัสได้ แต่ “flux” ต้องอาศัยจินตนาการพอควร เพราะเราสัมผัสตรงไม่ได้  ส่วน flux ที่จะพูดถึงในวันนี้คือ สนามแม่เหล็ก (magnetic flux) 

มอเตอร์ไฟฟ้าที่เราคุ้นชิน ใช้งานกันมานาน เป็นเทคโนโลยีเก่าแก่ออกแบบใช้กันมาเป็นร้อยปีแล้ว (ตลก เด๋อ-ดู๋-ดี๋ เคยร้องล้อเป็นกลอนคล้องจองว่า “เอาแม่เหล็กทองแดงหมุนแข่งกัน ช่วยกันผลักช่วยกันดันทำยังงั้นทำยังงี้”) แต่ไม่ว่าจะเป็นกระแสตรงหรือกระแสสลับ มีหรือไม่มีแปรงถ่าน synchronous หรือ induction ต่างก็วางระบบแม่เหล็กเป็นชนิด radial-flux ทั้งสิ้น คือทิศทางของสนามแม่เหล็กจะพุ่งออกไป (หรือพุ่งเข้า) จากแนวแกนการหมุนของมอเตอร์

การมาของรถไฟฟ้า แม้เสียงจะไม่กระหึ่มเร้าใจเหมือนรถใช้น้ำมัน เพราะมันจะเงียบมาก แต่อัตราเร่งสามารถทำได้ไม่แพ้กันเลยทีเดียว

ที่เป็นข่าวตอนนี้ก็คือ มอเตอร์ของ Mercedes-Benz & YASA ที่แม้แต่ super car อย่างเช่น เฟอรารี่ ลัมเบอกินี และแมคลาเรนก็นำไปใช้ 

ด้วยขนาดเล็กและเบาลงถึง 200 กิโลกรัม ทำให้วิ่งได้ไกลมากขึ้น และเมื่อนำไปติดตั้งกับล้อทั้งสี่ ยิ่งทำให้มีพื้นที่ในรถมากขึ้น

ในปี 2000 Tim Woomer นักศึกษาปริญญาเอกที่ Oxford ประเทศอังกฤษ ได้คิดทำมอเตอร์ที่ไม่เหมือนใคร รูปร่างขดลวดทองแดงภายในคล้ายแพนเค้ก ข้างในเป็นสเตเตอร์ (stator) ข้างนอกเป็นโรเตอร์ (rotor) ที่อยู่แนบชิดกันมาก มีระยะห่างกันเพียงหนึ่งมิลลิเมตร เท่านั้น 

มอเตอร์ชนิดนี้เรียกว่ามอเตอร์ axial-flux เพราะทิศทางของสนามแม่เหล็กขนานไปกับแนวแกนหมุน

มอเตอร์โดยทั่วไป ปกติจะเป็นแบบ radial-flux ที่สนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกับแนวแกนหมุน คือพุ่งออกจากแกน หรือพุ่งเข้าไปหาแกน

มอเตอร์ axial-flux มีความกว้างเพียงหนึ่งในสาม เมื่อเทียบกับ radial-flux จึงเบากว่า มีน้ำหนักเพียง 12 กิโลกรัม หรือประมาณหนึ่งในสี่ของ radial-flux เท่านั้น

นอกจากนั้น axial-flux ยังจิ๋วแต่แจ๋ว เพราะให้กำลังถึง 250 แรงม้า ส่งกำลังไฟฟ้าได้มากกว่า 30% ประสิทธิภาพดีกว่า 5-10% เมื่อเทียบกับ radial-flux

เมื่อวัดแรงบิดต่อปริมาตร (volumetric torque density) ที่หน่วยวัดเป็นนิวตันเมตรต่อลิตร (Nm/L) และกำลังม้าในการเบรก (break horse power : bhp) ก็กินขาด 

Axial-flux 400 Nm/L 480 bhp 

Radial-flux 40 Nm/L 250 bhp

มอเตอร์ axial-flux มีการระบายความร้อนที่ใช้ได้ เพราะไม่จำเป็นต้องมีโครงมอเตอร์ที่เรียกว่า โย้ก (yoke)

นอกจากนี้ ยังใช้ขดลวดทองแดงน้อยกว่า ไม่ต้องใช้ทองแดงพันไปรอบ ๆ มอเตอร์ แต่ขดอยู่ภายใน

แรงบิดเกิดจากรัศมี ไม่ได้อยู่ที่ความหนา ทำให้มอเตอร์บางลง ใช้เหล็กน้อยลง 80% ทำให้มอเตอร์เบาลง

ลวดทองแดงขดเป็นรูปสามเหลี่ยมต่อกันอยู่ภายในเหมือนผลส้ม เรียกว่า “Woomer’s coil” ทำให้ใช้งานต่อเนื่องได้ 90%  ในขณะที่ขดลวดธรรมดาได้แค่ 70% 

Tim Woomer ได้ก่อตั้งบริษัท YASA (ย่อมาจาก “Yokeless And Segmented Armature”) ในปี 2009 ก่อนที่เขาจะจบปริญญาเอกเสียอีก

เขาได้จดสิทธิบัตรกว่า 150 ฉบับ ที่เกี่ยวเนื่องกับมอเตอร์ axial-flux

ต่อมาในปี 2019 รถเฟอรารี่ SF90 เป็นซูเปอร์คาร์รุ่นแรกที่ใช้มอเตอร์ของ YASA ติดตั้งที่ล้อคู่หลัง เป็นรถชนิดปลั๊กอินไฮบริด คือใช้ทั้งน้ำมันและไฟฟ้า และยังมีใช้มอเตอร์นี้ในรุ่น 296GTB ด้วย

ลัมเบอกินี่ใช้ในรุ่น โรเวลโท ที่เป็นปลั๊กอินไฮบริดรุ่นแรก (รถไฟฟ้ายุคเปลี่ยนผ่าน มักจะเป็นไฮบริด) แมคลาเรนก็มีใช้ในรุ่นอาทูล่า

เมอร์เซเดสเบนซ์คงเล็งมานาน เพื่อจะเอาไปใช้ในรุ่น AMG EA จึงไปเจรจากับ YASA โดยต้องการมอเตอร์ axial-flux นี้หนึ่งแสนตัว ซึ่งเกินกำลังของ YASA เลยทำไม่ได้ ในปี 2021 เบนซ์จึงเจรจาซื้อ YASA เสียเลย รุ่นแรกที่เบนซ์นำมาติดตั้งคือ C111

ไม่น่าเชื่อว่า เทคโนโลยีนี้ไม่ได้เพิ่งเกิด อาจจะยังทำกันไม่ได้ หรือทำได้แต่ยังไม่ดี เพราะเทคโนโลยีนี้ถูกคิดค้นขึ้นมาโดย Michael Faraday ตั้งแต่ปี 1821 แต่ถูกพับเก็บไปนานกว่า 200 ปี!

วัชระ นูมหันต์

2024-08-04

———

3GPP

———

⭕️ ⭕️ ⭕️

ในหลักสูตรการเรียน MBA (Master of Business Administration หรือปริญญาบริหารธุรกิจมหาบัณฑิต เป็นหลักสูตรที่ครอบคลุมทั้งการเงิน การตลาด เศรษฐศาสตร์ เทคโนโลยี และความเป็นผู้นำ โดยจะเน้นไปที่การพัฒนาทักษะในเรื่องธุรกิจและการจัดการ) มีกรณีศึกษาที่มักจะถูกนำมาวิเคราะห์กันบ่อยคือเทคโนโลยีการอัดภาพและเสียงลงบนเทปที่เคยมีสองมาตรฐานหลักคือ Beta format และ VHS format ที่หลายคนคงยังจำกันได้ แม้ว่าเทปจะกลายเป็นเทคโนโลยีที่เข้าพิพิธภัณฑ์ไปแล้วก็ตาม 

เทป Beta เป็นเทคโนโลยีที่บริษัท Sony พัฒนาขึ้นมา มีขนาดเทปกว้างกว่า คุณภาพของภาพและเสียงดีกว่า โดย Sony ไม่ยอมให้ใครร่วมใช้ระบบ Beta นี้ ยักษ์ใหญ่ Sony หวังที่จะครองตลาดเทปคุณภาพสูงแต่เพียงเจ้าเดียว

สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ บริษัทเทปค่ายอื่นได้รวมตัวกันตั้งมาตรฐานเทปขึ้นมาใหม่โดยทุกบริษัทใช้เทคโนโลยีนี้ร่วมกันได้คือเทป VHS

ถึงแม้คุณภาพของภาพและเสียงของเทป VHS จะด้อยกว่า บริษัทผู้ผลิตทั้งตลับเทปและเครื่องเล่นที่เป็นบริษัทเล็กกว่า แต่เมื่อรายเล็กรวมตัวกันก็ใหญ่ขึ้นมาพอที่จะสู้กับยักษ์ได้จนตลาด VHS ใหญ่ขึ้นทุกที กระทั่งธุรกิจให้เช่าม้วนเทปซึ่งเป็นสื่อหลักของความบันเทิงในสมัยนั้นมีแต่เทป VHS เสียเป็นส่วนใหญ่ พลอยทำให้ผู้ที่จะซื้อเครื่องเล่นเทปรุ่นต่อมาซื้อแต่เครื่องเล่น VHS

ในที่สุด ของคุณภาพสูงอย่างเทป Beta ก็พังพาบเป็นยักษ์ล้มจากนโยบายการตลาดที่พลาดไปเพราะหวังจะเป็นผู้ครองตลาดแต่เพียงเจ้าเดียว

บทเรียนราคาแพงนี้นำมาซึ่งการร่วมมือกันตั้งมาตรฐานการสื่อสารของโลกมือถือที่เปิดโอกาสให้ทุกรายที่ทำได้ตามมาตรฐานสามารถเข้ามาร่วมในสมรภูมิการแข่งขันนี้ได้โดยเริ่มตั้งแต่ยุคก่อนที่จะมี 3G เป็นต้นมา 

เนื่องจากการเริ่มโครงการมาตรฐานเครือข่ายสื่อสารนี้อยู่ในยุคดิจิตอลคือ 2G จึงมีการตั้งมาตรฐาน 2G สำหรับโทรศัพท์มือถือที่ใช้กันอยู่ในขณะนั้นเสียด้วยเลย คือ GSM (Global System for Mobile Communications) ซึ่งเริ่มผลักดันโดยสถาบันโทรคมนาคมของยุโรป หรือ ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

จากนั้น มาตรฐานสำหรับระบบมือถือก็ได้ทะยอยออกมาเป็นระลอก ได้แก่

•GSM สำหรับมาตรฐาน 2G รวมทั้ง GPRS (General Packet Radio Service ซึ่งบางทีเรียกว่า 2.5G ความเร็ว40 kbit/s) และ EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution บางทีเรียกว่า 2.75G ความเร็ว 384 kbit/s)

•UMTS (Universal Mobile Telecommunications System 42 Mbit/s) และมาตรฐาน 3G รวมทั้ง HSPA และ HSPA+ (High Speed Packet Access and Evolved High Speed Packet Access) อันเป็นการรวม 2 protocol เข้าด้วยกันคือ downlink (337 Mbit/s) กับ uplink (34 Mbit/s)

•LTE (Long-Term Evolution) และมาตรฐาน 4G (lot แรกที่ออกมายังไม่ได้มาตรฐาน 4G เสียทีเดียว จึงเรียกว่า 3.95G แต่ในทางการตลาดก็คงเรียก 4G) รวมทั้ง LTE Advanced และ LTE Advanced Pro 

•5G NR (New Radio) และมาตรฐาน 5G รวมทั้ง 5G Advanced

เรื่องพวกนี้ทำแต่ผู้เดียวไม่ได้ เดี๋ยวตกม้าตายแบบ Sony จึงมีการรวมตัวกันเกือบทั่วโลก แต่มีผู้นำมาจากเจ็ดหน่วยงาน (เจ็ดอรหันต์) จากสมาคมโทรคมนาคมของประเทศที่ทำธุรกิจเรื่องนี้ เรียงตามอักษรย่อคือ

ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) ประเทศญี่ปุ่น

ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) ประเทศสหรัฐอเมริกา

CCSA (China Communications Standards Association) ประเทศจีน

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ยุโรป

TSDSI (Telecommunications Standards Development Society) ประเทศอินเดีย 

TTA (Telecommunications Technology Association) ประเทศเกาหลีใต้ 

TTC (Telecommunication Technology Committee) ประเทศญี่ปุ่น

ประเทศญี่ปุ่นแยกธุรกิจวิทยุกับโทรคมนาคมเป็นสองสมาคม เลยมาร่วมทั้งคู่

รู้กันแล้วนะครับว่า ใครคือผู้อยู่เบื้องหลังมาตรฐานมือถือตั้งแต่ยุค 3G ในอดีต 5G ในปัจจุบัน และ 7G ในอนาคต ก็คือบริษัททั้งหลายที่ทำธุรกิจด้านวิทยุและโทรคมนาคมได้รวมตัวกันก่อตั้งเป็นสมาคมในแต่ละประเทศ แล้วเจ็ดสมาคมจากห้าประเทศหนึ่งทวีปก็มารวมตัวกันเป็น partner ทำโครงการมาตรฐานการสื่อสารของโทรศัพท์มือถือที่มีชื่อว่า 3GPP มีสำนักงานอยู่ที่ประเทศฝรั่งเศส 

โครงการนี้ตั้งขึ้นในเดือนธันวาคมปี 1998 โดยมีเป้าหมายที่จะพัฒนา specification สำหรับโทรศัพท์มือถือรุ่น 3G จากพื้นฐานของระบบ 2G GSM ในตอนนั้น ภายใต้ scope ของ International Telecommunication Union's International Mobile Telecommunications-2000 จึงเป็นที่มาของชื่อ “3GPP”

3GPP ย่อมาจาก 3rd Generation Partnership Project นั่นเอง

วัชระ นูมหันต์

2024-07-28

7G

⭕️ ⭕️ ⭕️

ได้พูดถึงเรื่องเครือข่ายโทรศัพท์มือถือจากอดีตมาจนถึงปัจจุบันคือ 5G มาแล้ว ขอต่อจากปัจจุบันไปยังอนาคต เพื่อให้ครบ

เข้าใจมานานว่าเป็น 6G ที่หลายค่ายกำลังทุ่มทุนทำกันอยู่ ผมเข้าใจผิดครับ เพราะเขาคิดไปถึง 7G กันแล้ว

ย้อนดูระบบมือถือไร้สายที่ได้พัฒนามาเป็นขั้นเป็นตอนจนถึงปัจจุบัน

1G - เป็นระบบ analog 

2G - เป็นระบบ digital 

3G - ส่งข้อมูลและภาพนิ่งได้

4G - ดูวีดีโอภาพเคลื่อนไหวได้

และจากปัจจุบันไปอนาคตก็ได้วาดฝันว่า …

5G - Internet of Things (IoT)

6G - Internet of Everything (IoE)

7G - ยังไม่ชัดเจน อาจมี quantum computing และ block chain 

เมื่อสามปีที่แล้ว (2021) Ericsson ได้จัด presentation เรื่อง “5G in Thailand” ซึ่งถือเป็นเรื่องใหม่มากในตอนนั้น คุณ Alexander Simon ผู้ก่อตั้งบริษัท Simon GesmbH ของเยอรมันที่ไปร่วมงานได้ถ่ายทอดเรื่องราวให้ฟังว่า 5G ถือว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในตอนนั้น ทว่า บางช่วงบางเวลายังมีการพูดพาดพิงถึง 6G ด้วย ผู้ร่วมงานถึงกับอึ้งไปเลยเพราะไม่เคยได้ยินมาก่อน

ทีมงานวิศวกรได้วางแผนงานล่วงหน้าไปเรียบร้อยแล้วครับ

การนำ 5G มาใช้งานยังทำไม่ได้เต็มที่ ข้อด้อยในทางเทคนิคประการหนึ่งก็คือ มันส่งสัญญาณไปได้ไม่ไกล ดังนั้น เขาจึงใช้เฉพาะในบางพื้นที่ จะไม่ส่งกระจายไปทั่วประเทศ

ปัญหาบางอย่างที่มีอยู่จึงเตรียมไว้เพื่อจะให้ได้รับการแก้ไขในเจนเนอเรชั่นถัดไปคือ 6G 

Roadmap ที่เตรียมไว้จึงมี 6G รวมทั้งเจนเนอเรชั่นถัดไปด้วย 

เป็นเรื่องธรรมดาในเชิงวิศวกรรม (ทั้ง hardware และ software) ที่จะต้องทำ roadmap ในการพัฒนาระบบล่วงหน้านาน 5 ถึง 10 ปี หรือบางทีอาจจะไกลกว่านั้นด้วยซ้ำ

สิ่งเหล่านี้เกิดจากข้อจำกัดดังนี้คือ

•เทคนิคบางอย่างยังทำไม่ได้ หรือยังไม่ได้ทำวิจัย อย่างเช่นจะใช้ quantum computing (ซึ่งในท้องตลาดยังไม่มี) อย่างไรก็ตาม เขาก็จะมีสมมุติฐานในเชิงบวกว่า เมื่อถึงคราวจำเป็นต้องใช้ก็จะมีเทคโนโลยีให้ใช้จนได้

•ทรัพยากรมีจำกัด ทรัพยากรในที่นี้หมายถึงเงินและคน ดังนั้นจะให้เกิดมีทุกสิ่งทุกอย่างในทันทีเหมือนเนรมิตนั้นไม่ได้

•เป้าหมายที่จะบรรลุในเชิงเศรษฐศาสตร์ พูดให้ง่ายก็คือ หาเงินหากำไรจาก 5G เสียก่อนเพื่อที่จะเอาไปพัฒนา 6G 

Timeline ที่ออกโดยผู้ที่กำหนดมาตรฐาน 3G เป็นต้นมา (3rd Generation Partnership Project : 3GPP) คือ

3G : 1999-2019

4G : 2009-2029

5G : 2019…

6G : 2029…

แต่ในความเป็นจริงมีการพัฒนาระบบสื่อสารขึ้นมาเร็วกว่า timeline มากทีเดียว 

6G ที่มีใน timeline ตั้งแต่ปี 2029 เป็นต้นไปก็มีการพัฒนากันแล้ว มีผู้จดลิขสิทธิ์เทคโนโลยีมากมายทั้งในจีนและอเมริกา

7G ที่คาดว่าจะเกิดหลัง 6G ประมาณ 10 ปีนั้น เมื่อสามปีที่แล้วอยู่ในห้องทดลอง ยังไม่มีที่ไหนในโลก เคยคาดกันว่าจะมีใช้ในช่วงปี 2035-2045 ทว่าในปัจจุบันก็มีบ้างในบางประเทศ

ประเทศที่มีระบบ internet ความเร็วสูงเทียบได้กับ 7G มีหลายประเทศเช่น นอร์เวย์ เนเธอร์แลนด์ เกาหลีใต้ ญี่ปุ่น ฮ่องกงของจีน และสวีเดน 

เทคโนโลยีไปเร็วจนบางคนบอกว่า หาเงินไม่ทันเลยเพื่อจะซื้อมือถือใหม่ 

ที่น่าทึ่งก็คือการฝันเฟื่องของนักคิดนักฝัน ที่โลกอนาคตไปไกลไปเร็วจนของทุกสิ่งทุกอย่างจะสามารถคุยกันเองได้แล้ว (Internet of Everything: IoE) ต่อไปสิ่งของเหล่านั้น คงหันมาคุยกับมนุษย์ โดยการเชื่อมต่อสมองของคนเราอย่างที่ Elon Musk วาดฝัน คราวนี้คงสนุกกันละ แค่นึกว่าอยากกินกาแฟสักแก้ว …

แก้วกาแฟหอมกรุ่นมาตั้งรอที่โต๊ะแล้ว !

วัชระ นูมหันต์

2024-07-21

5G

⭕️ ⭕️ ⭕️

5G เป็นชื่อย่อของระบบเครือข่ายสื่อสารที่ใช้สำหรับโทรศัพท์มือถือที่กำลังจะมาถึงในอนาคตอันใกล้ 

หลายคนคงเคยได้ยินคำว่า 5G นี้มาบ้างเมื่อช่างจากค่ายมือถือมาปรับเปลี่ยนเครื่อง router ให้ส่งสัญญาณ WiFi ภายในบ้านสำหรับเชื่อมต่อ internet ซึ่งมีทั้ง 2G และ 5G ปล่อยคู่กันออกมา 

WiFi 2G ช้ากว่า แต่ส่งได้ไกลกว่า ทะลุทะลวงสิ่งกีดขวางได้ดีกว่า เนื่องจากใช้ความถี่ต่ำกว่า  2G ยังต้องมีอยู่ เนื่องจากยังมีอุปกรณ์รุ่นเก่าบางตัวที่ใช้กับระบบ 5G ไม่ได้

ส่วนระบบเครือข่ายของโทรศัพท์มือถือ ปัจจุบันเราใช้ 4G กันเป็นส่วนใหญ่ อาจมีบางพื้นที่ที่ยังใช้ระบบ 3G อยู่ 

วิวัฒนาการของระบบเครือข่ายของโทรศัพท์มือถือมีมาตลอดตั้งแต่ทศวรรษ 1980 และมีการปรับเปลี่ยนในช่วงเวลาประมาณทุกสิบปี

ทศวรรษ 1980 - เริ่มมี 1G ระบบเสียงเป็นแบบ analog 

ทศวรรษ 1990 - 2G เริ่มปรับเปลี่ยนแปลงสัญญาณเสียงจาก analog เป็น digital 

ทศวรรษ 2000 - 3G เพิ่มการส่งข้อมูลผ่านมือถือ (mobile data)

ทศวรรษ 2010 - 4G ยุคปัจจุบันที่ไม่ใช่แค่โทรศัพท์พกพา แต่เป็นการออกอากาศผ่านมือถือ ดูข้อมูล มากกว่าการใช้พูดคุยเสียอีก

5G ที่กำลังมา จะเป็นอะไรที่มากยิ่งกว่าการดูข้อมูล เพราะจะเป็นการติดต่อกับอุปกรณ์รอบตัวเราซึ่งตอนนี้เริ่มมีใช้กันบ้างแล้ว การสั่งเปิดไฟปิดไฟในบ้านผ่านมือถือจะกลายเป็นเรื่องที่เล็กน้อยมาก ถ้าเทียบกับรถที่ขับได้เอง

5G ที่กำลังมา จะกระทบทุกอุตสาหกรรม ทำให้การเดินทางปลอดภัยยิ่งขึ้น สามารถทำการรักษาพยาบาลและดูแลสุขภาพทางไกลได้ (remote healthcare) ทำการเกษตรอย่างมีประสิทธิภาพ การขนส่งควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ (digitized logistics) และอีกมากมาย 

เทคโนโลยี 5G คืออะไร ?

เทคโนโลยี 5G คือเทคโนโลยีของระบบสื่อสารไร้สายเจนเนอเรชั่นที่ห้า โดยข้อมูลจะถูกแชร์และส่งต่อได้อย่างรวดเร็วกว่าที่เคยเป็นมา 

5G ยังเปิดโอกาสให้มีคลื่นลูกใหม่ของการเชื่อมต่ออุปกรณ์ หรือ Internet of Things (IoT) รวมทั้งอุปกรณ์ร่วมสมัยอย่างเช่น Virtual Reality (VR) ที่แปลแล้วฟังชอบกลว่า “ความเป็นจริงเสมือน”

และแน่นอนว่า 5G ย่อมทำในสิ่งที่เจนเนอเรชั่นก่อนทำได้อยู่แล้วคือ ใช้สำหรับการสื่อสารติดต่อกันระหว่างผู้คนผ่าน internet และเครือข่ายโทรศัพท์ ไม่ว่าระยะทางจะใกล้ไกลเพียงใด

แล้ว 5G ดีกว่า 4G อย่างไร ?

จะเปลี่ยนใหม่ทั้งทีก็ต้องดีกว่าเก่า ข้อดีก็คือ มันเพิ่มความสามารถ ดีกว่าเก่า ส่งข้อมูลได้เร็วกว่า สามารถติดต่อสื่อสารกันระหว่างรถได้ ไม่ได้หมายความว่าคนที่อยู่ในรถแต่ละคันติดต่อกัน แต่หมายถึงตัวรถติดต่อกันเอง รวมทั้งการติดต่อกันระหว่างอุปกรณ์ที่หลากหลาย ความสามารถในการติดต่อก็มีหลายระดับ อะไรต่อมิอะไรก็ติดต่อกันได้ อย่างเช่น รถติดต่อกับบ้าน หรือร้านกาแฟ

5G เร็วกว่า 4G ใช่ไหม ?

เป็นคำถามที่ตอบง่ายมาก เหมือนจะรู้กันอยู่แล้ว เพราะมันจะต้องเร็วกว่าเจนเนอเรชั่นก่อนหน้าเสมอคือ 4G เร็วกว่า 3G และ 5G ย่อมเร็วกว่า 4G แถมยังเพิ่มการต่อกับอุปกรณ์อีกหลากหลายได้ด้วย

5G ทำงานอย่างไร ?

มีหลายทางที่ 5G ติดต่อกับพวกเรา

โทรศัพท์มือถือติดต่อสถานี 5G แบบไร้สาย ผ่านความถี่เช่นเดียวกับคลื่นวิทยุ แต่เป็นช่องทางคลื่นความถี่ที่ยังไม่มีการเปิดให้ใช้มาก่อน ในอเมริกามีการประมูลช่องความถี่นี้มาตั้งแต่ปี 2011 ความถี่นี้เรียกว่า “mid-band frequencies.” ความถี่ช่วงนี้นี่แหละที่เป็นตัวเปลี่ยนเกม เพราะว่า 3G และ 4G ไม่มีโอกาสได้ใช้มาก่อน ความถี่ช่วงที่ว่านี้ทำให้สามารถส่งผ่านข้อมูลได้รวดเร็วยิ่งขึ้น เพียงพอสำหรับการดู VDO หรือ VR ผ่านมือถือโดยการเชื่อมต่อไม่มีการสะดุด เรียกว่าทำให้เทคโนโลยี่ 4G ตกชั้นไปเลย

เราได้ยินคำว่าไมโครเวฟจนชิน แต่คลื่น 5G อยู่ในช่วงพิเศษเรียกว่าคลื่นมิลลิเมตร (millimeter wave) ที่ส่งผ่านข้อมูลได้อย่างรวดเร็วนับเป็นกิกะบิตต่อวินาที (gigabits per second) พอกันกับความเร็วของการส่งข้อมูลใน CD กับ DVD 

อย่างไรก็ตาม ข้อด้อยของคลื่นมิลลิเมตรนี้มันก็มีอยู่บ้าง นั่นก็คือ มันส่งไปได้ไม่ไกล

5G ทำอะไรได้บ้าง ? 

ต้องถามกลับก่อนว่า ใครเคยได้ยินคำว่า “smart city” บ้าง 

ถ้า smart phone แปลว่ามือถืออัจฉริยะ เราก็อาจเรียก smart city ว่า “เมืองอัจฉริยะ”

และเมืองอัจฉริยะนี่แหละที่ต้องใช้ 5G เพื่อมาใช้ติดต่อกันหมดไม่ว่าจะเป็นบ้าน ที่ทำงาน รถราในท้องถนนหนทาง ดีไม่ดีไฟจราจรตามสี่แยกอาจไม่ต้องมีด้วยซ้ำ รถไร้คนขับจะติดต่อกันเองให้คันหนึ่งเร่งความเร็ว อีกคันรถลดความเร็ว และขับผ่านแยกนั้นไปได้โดยไม่จำเป็นต้องหยุด

และเมื่อเรากลับถึงบ้านก็แทบไม่ต้องแตะปุ่มเปิดไฟเปิดแอร์ปรับอุณหภูมิอะไรเลย เมืองอัจฉริยะก็จะมีอาคารอัจฉริยะ (smart building) ทุกอย่างปรับเองโดยอัตโนมัติ

5G ดีสำหรับอะไร มีปัญหาอะไรที่ต้องแก้ด้วยการใช้ 5G ? 

5G เหมาะกับข้อมูลที่ต้องมีการประมวลผล (processing data) หรือข้อมูลเกี่ยวกับการวัดค่า (sensor information) ข้อมูลทางกายภาพรอบตัวเรา รวมการประมวลผลทุกสิ่งทุกอย่างแล้วส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์ที่ต้องการ

5G จะช่วยแก้ปัญหาการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็วไร้รอยสะดุด อย่างเช่นการดูวีดีโอต่อเนื่อง (streaming video) VR (virtual reality) หรือ AR (augmented reality) บนมือถือ

5G สามารถนำไปใช้ได้ในหลายวงการ เช่นการศึกษา การค้า การเดินทาง การทหาร สุขอนามัย และบันเทิง 

พูดถึงแต่ข้อดี แล้วข้อด้อยของ 5G มีไหม ?

ก็มีเรื่องความถี่นี่แหละที่อุตสาหกรรมการบินส่งเสียงเตือนมาว่า เสาส่งสัญญาณ 5G ที่อยู่ใกล้สนามบิน อาจจะก่อกวนระบบการนำร่องของเครื่องบินได้

5G เพิ่งจะเริ่มมายังไม่ทันไร การสื่อสารระบบถัดไปในอนาคตเริ่มก่อหวอดแล้ว คราวนี้ระบบเครือข่ายของอุปกรณ์หรือ IoT (Internet of Things) ก็จะกลายเป็น IoE (Internet of Everything) หรือระบบเครือข่ายของทุกสิ่งทุกอย่าง … คือ 6G ครับ

โลกหมุนเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ !

วัชระ นูมหันต์

2024-07-14

รสไฟฟ้า

⭕️ ⭕️ ⭕️

สะกดไม่ผิดหรอกครับ เรื่องที่จะพูดคุยกันวันนี้ไม่ใช่รถไฟฟ้า (electric vehicle) แต่เป็นรสไฟฟ้า (electric taste) 

 มีคำถามที่ฝรั่งไม่อยู่สุข ซอกแซกถามกันว่า ไฟฟ้ามีรสชาติอย่างไร ไม่ได้หมายถึงถูกไฟฟ้าดูดแล้วรู้สึกอย่างไร แต่หมายถึงใช้ลิ้นแตะเลยทีเดียว 

เรื่องราวของรสไฟฟ้า กระตุ้นความอยากรู้ของผู้คนเกี่ยวเนื่องจากเรื่องช้อนไฟฟ้าที่บริษัท Kirin ของญี่ปุ่นทำออกมาขายเมื่อเดือนที่แล้ว 

บางคนยังงง ๆ กับกระแสไฟฟ้าทำให้ปุ่มรับรสสัมผัสถึงความเค็ม หวาน เปรี้ยว หรือรสต่าง ๆ กัน  ว่าทำได้อย่างไร 

ถึงแม้จะยังไม่รู้ซึ้งถึงรายละเอียดกัน แต่อย่างน้อยมีสองรสที่พอจะรู้ที่มา คือรสเค็ม ทางช่องทางการรับประจุโซเดียม (sodium channel) และรสเปรี้ยว ทางช่องทางการรับประจุไฮโดรเจน (hydrogen channel) แต่ที่ยังมึนกันอยู่คือรสหวาน อันเป็นรสที่โปรดปรานของหลาย ๆ คน รู้แต่ว่าถ้าเติมเกลือนิดหน่อยลงไป รสหวานกลับโดดเด่นขึ้นมา 

สามรสหลักเมื่อรวมกับอีกสองรสคือ รสไม่อร่อย หรือขม (bitter) กับรสอร่อย หรืออูมามิ (umami) อันเป็นจุดขายของผงชูรส ก็จะกลายเป็นห้ารสที่ลิ้นเราสัมผัสแล้วส่งสัญญาณไปสู่สมอง ที่สมัยโบราณบอกกล่าวกันต่อ ๆ กันมา ตั้งแต่ปี 1901 ที่ David P Hänig นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเขียนเรื่องราวนี้ขึ้นมาเผยแพร่ จนมีผู้คนเชื่อกันไปมากมายว่าลิ้นแต่ละส่วนรับรสต่างกัน ปลายลิ้นรับรสหวาน ข้างลิ้นรับรสเปรี้ยวเค็ม และโคนลิ้นรับรสขม

ที่จริงต่อมรับรสก็กระจายอยู่ทั่วลิ้น ไม่ได้แยกโซนอย่างที่เชื่อกันมา

คนเราเป็นมนุษย์ไฟฟ้าโดยธรรมชาติ เพราะการสื่อสารของเส้นประสาทต่าง ๆ นั้นเป็นสัญญาณทางไฟฟ้าทั้งหมด เพียงแต่มีแรงดันต่ำมาก ในระดับไมโครโวลต์ หรือหนึ่งในล้านโวลต์ 

เรื่องไฟฟ้า เราจะคุ้นเคยในเรื่องแรงดัน กระแส และความต้านทาน แต่การรับรสนี้เป็นเรื่องของประจุมากกว่า เช่นกรณีรสเค็มของเกลือนั้น เกลือแกง (NaCl) เมื่อไปถูกน้ำลายในปาก จะแตกตัวเป็นประจุบวกของ Na+ และประจุลบของ Cl- ความพิเศษของเซลล์ที่เป็นต่อมรับรส (taste bud) จะมีช่องรับประจุบวก Na+ (sodium channel) แล้วส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังระบบประสาทเข้าสู่สมองให้รู้สึกว่าเค็ม

การรับประจุบวกแล้วรู้สึกเค็มนี้ แม้จะไม่ใช้โซเดียม แต่ใช้ประจุโปแตสเซียมหรือลิเทียม ก็รู้สึกเค็มเช่นกัน

นั่นจึงทำให้เกิดแนวความคิดทดลองในเรื่องของการใช้ประจุไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยไปกระตุ้นต่อมรับรส 

การที่ญี่ปุ่นเพิ่งจะมีช้อนไฟฟ้าออกมาขาย ไม่ได้หมายความว่าเรื่องนี้เป็นเรื่องใหม่ ทว่า มีการศึกษาวิจัยเรื่องนี้กันมานานแล้ว 

ช้อนไฟฟ้า เพิ่งทำออกมาขายเดือนที่แล้ว ตะเกียบไฟฟ้าเพิ่งได้รางวัลอิ๊กโนเบลเมื่อปีที่แล้ว แต่เรื่องที่นักวิจัยญี่ปุ่นสองท่าน (Hiromi Nakamura และ Homei Miyashita) ทำการวิจัยและเขียน paper จนได้รางวัลนี้ เขียนขึ้นเมื่อ 13 ปีมาแล้วครับ !

เรื่องที่นักวิจัยทั้งสองท่านร่วมกันทำวิจัยก็คือ “เพิ่มความกระปรี้กระเปร่าโดยใช้ไฟฟ้า” (Augmented gustation using electricity)

เรื่องนี้เผยแพร่ลงใน “International Conference on Adaptive Hypermedia and Adaptive Web-Based Systems” เมื่อวันที่ 13 มีนาคม 2011 เพียงสองวันหลังจากเกิดเหตุสึนามิใหญ่ถล่มโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมาในญี่ปุ่น (11 มีนาคม 2011) จึงถูกข่าวใหญ่นี้กลบหมด

Paper ฉบับนี้เสนอวิธีเพิ่มความกระปรี้กระเปร่า (อร่อยนั่นแหละ) เพิ่มรสชาติของอาหารและเครื่องดื่มโดยใช้ไฟฟ้า และศึกษาวิจัยโดยใช้เครื่องวัดต่าง ๆ

Abstract ของงานวิจัยนี้ (แปลโดยเอไอ) สรุปไว้ว่า …

“ในบทความนี้ เราขอเสนอวิธีการเพิ่มความกระปรี้กระเปร่าและเพิ่มจำนวนรสชาติที่รับรู้ได้ ลิ้มรสไฟฟ้าเป็นความรู้สึกที่เกิดจากการกระตุ้นลิ้นด้วยกระแสไฟฟ้า เราใช้ปรากฏการณ์นี้เพื่อถ่ายทอดข้อมูลที่มนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยลิ้นของพวกเขา วิธีของเราเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรสชาติของอาหารและเครื่องดื่มโดยใช้รสไฟฟ้า ประการแรก เราขอเสนอระบบเครื่องดื่มโดยใช้หลอดที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า ประการที่สอง เราขอเสนอระบบการรับประทานอาหารโดยใช้ส้อมหรือตะเกียบที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า ท้ายที่สุด เราจะหารือเกี่ยวกับการกระเพื่อมที่เพิ่มขึ้นโดยใช้เซ็นเซอร์ต่าง ๆ”

ผู้ที่สนใจสามารถซื้อผลวิจัยทั้งหมดได้โดยจ่ายเพียง $15.-

ใครอยากรู้รสไฟฟ้า อย่าได้หาเรื่องชิมจากไฟฟ้าตามบ้าน แรงดันตั้ง 220 โวลต์เชียวนะครับ ถึงแม้ตัวแรงดันอย่างเดียวจะทำอันตรายไม่ได้ แต่แรงดันที่สูงจะมีโอกาสทำให้เกิดกระแสไฟไหลอย่างมากมายถ้าความต้านทานไฟฟ้าต่ำ (I=V/R) และเราก็จะเกิดอันตรายจากกระแสสูงนั้น 

มีผู้พูดกันว่า ลองเอาลิ้นแตะขั้วถ่าน 9 โวลต์ดูจะได้ไหม แรงดันจะได้ต่ำหน่อย และขั้วบวกลบมันอยู่ใกล้กัน … 

อยู่ดีไม่ว่าดี - ความพิเรนทร์ของคนเรานี่ไร้ขอบเขตจริง ๆ 

วัชระ นูมหันต์

2024-07-07

 ช้อนไฟฟ้า

⭕️ ⭕️ ⭕️

เมื่อเดือนที่แล้วมีข่าวเล็ก ๆ แต่เป็นที่ฮือฮาเพราะสื่อหลักของโลกก็เล่นข่าวนี้ด้วยคือบีบีซีและรอยเตอร์ที่กล่าวถึงอุปกรณ์อย่างใหม่สำหรับผู้คน … “ช้อนไฟฟ้า”

เรามีอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อความสะดวกสบายมากมายหลายอย่าง บางคนอาจจะดูเป็นของเล่น เช่นแปรงสีฟันไฟฟ้าที่เด็กขี้เกียจแปรงฟันเอง เอาแปรงสีฟันไฟฟ้าใส่ปาก จับถือไว้ให้แปรงมันสั่นแปรงให้เอง เด็กอาจจะชอบ แต่ผู้ใหญ่อาจจะบอกว่า แปรงเองก็ได้

ที่สั่น ๆ อีกอย่างที่คุณผู้ชายใช้กันคือที่โกนหนวดไฟฟ้า แต่แบบที่ใช้มอเตอร์หมุนก็มี

ยางลบดินสอที่เด็กจำเป็นต้องใช้เมื่อเขียนผิด ที่ญี่ปุ่นทำอุปกรณ์เครื่องเขียนน่าใช้คือยางลบไฟฟ้าเอามาให้เด็กฮือฮากัน แต่ก็ดูจะเกินความจำเป็นไปหน่อย และนี่ก็เป็นมอเตอร์หมุน

มอเตอร์หมุนอีกอย่างหนึ่งคือ คัตเตอร์ไฟฟ้าสำหรับตัดขอบซองจดหมายซึ่งดูจะเป็นของเล่นในสำนักงานไป แต่ก็ใช้การได้ดี 

ร่มไฟฟ้าก็เคยเห็น เป็นร่มที่มีพัดลมหมุนอยู่ข้างบน พัดพาเอาลมเป่าลงมาให้เย็น โดยใส่ถ่านที่ด้ามจับ

แล้ว “ช้อนไฟฟ้า” นี่มันสั่น, หมุน, ช่วยในการตักอาหาร หรือเอามาทำยังไง เป็นของเล่นใช่ไหม

ไม่ใช่ครับ ไม่ใช่ของเล่น ไม่สั่นไม่หมุน ไม่มีมอเตอร์มาขยับเขยื้อนกลไกอะไรทั้งสิ้น ดูเหมือนช้อนธรรมดามาก แต่ต้องใส่ถ่านด้วยแน่นอน ด้ามช้อนจึงอาจดูโตหน่อย โดยที่เราใช้ “ช้อนไฟฟ้า” นี้ตักอาหารกินตามธรรมดานี่แหละ

แถมยังมีประโยชน์ด้วย ไม่ใช่เป็นเพียงแค่ความสะดวกสบาย

“ช้อนไฟฟ้า” มีประโยชน์คือ … เป็น “ช้อนเพื่อสุขภาพ” ครับ

เรื่องนี้เกิดในญี่ปุ่น ซึ่งมีปัญหาเรื่องสุขภาพอย่างหนึ่งก็คือ การบริโภคเกลือมากเกินไป กระทรวงสาธารณสุขญี่ปุ่นให้ข้อมูลว่า ผู้ที่มีอายุ 20 ปีขึ้นไปบริโภคเกลือเฉลี่ยมากกว่า 10 กรัมต่อวัน เกินกว่ามาตรฐานขององค์การอนามัยโลก (World Health Organization) ที่กำหนดเพียง 5 กรัมต่อวัน ถึงสองเท่า 

คำถามตามมาก็คือ … แล้วมันเกี่ยวอะไรกับช้อน ? ตักเกลือมากเกินไปรึไง ? แล้วไฟฟ้ามายุ่งอะไรด้วย ?

มันเริ่มที่ตะเกียบก่อนครับ เพราะญี่ปุ่นใช้ตะเกียบมากกว่าช้อน จึงมี ”ตะเกียบไฟฟ้า” เกิดขึ้นมาก่อน “ช้อนไฟฟ้า”

ไปกันใหญ่ … ตะเกียบคีบเกลือไม่ได้ด้วย แล้วเอาไฟฟ้ามาทำอะไรให้ตะเกียบ

คำเฉลยก็คือ เรารู้สึกเค็มที่ลิ้นนั้นมาจากเกลือไปสัมผัสตุ่มรับรสที่ลิ้น ถ้าเรากระตุ้นตุ่มรับรสนั้นโดยไม่ต้องใช้เกลือ เราก็จะรู้สึกเค็มได้เหมือนกัน ทำให้สามารถบริโภคเกลือได้น้อยลง ดีต่อสุขภาพ โดยยังรู้สึกอร่อยได้เหมือนเดิม ไม่จืดชืด 

เมื่อปี 2021 บริษัท Kirin ของญี่ปุ่น เคยทำ survey พบว่า ผู้คนที่พยายามจำกัดปริมาณการบริโภคเกลือมักจะ complain ว่า อาหารจืดชืด ไม่อร่อย ไร้รสชาติ 

ศาสตราจารย์ Homei Miyashita แห่งมหาวิทยาลัย Meiji กับนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น จึงได้ร่วมกันทำวิจัยงานเล็ก ๆ ที่แปลก ๆ อย่างหนึ่งจนได้รับรางวัล Ig Nobel Nutrition prize เมื่อปีที่แล้ว (2023)

อิกโนเบล (Ig Nobel) เป็นรางวัลงานวิจัยสเกลเล็ก ๆ ที่บางครั้งนักวิจัยที่เครียดกับงานใหญ่หางานวิจัยอะไรเล็ก ๆ น้อย ๆ ทำเล่นหลังเลิกงาน จึงมักจะออกมาในแนวฮา แต่บางครั้งก็มีประโยชน์อย่างคาดไม่ถึง 

งานวิจัยที่ได้รางวัลในคราวนี้ของอาจารย์ Miyashita และทีมงานคืออุปกรณ์คล้ายตะเกียบที่ปรับเปลี่ยนการรับรสด้วยไฟฟ้า (chopsticks-like device to alter taste perceptions using an electric current)

ประเทศที่มีการใช้ตะเกียบ มีเพียงจีน (ตะเกียบไม้หรือพลาสติกยาวปลายทู่) เกาหลี (ตะเกียบโลหะ) และญี่ปุ่น (ตะเกียบไม้หรือพลาสติกสั้นปลายแหลมเรียว) อุปกรณ์การกินที่แพร่หลายไปทั่วโลกมากกว่าคือ ช้อน แถมยังสามารถทำด้ามให้ใหญ่ใส่แบตเตอรี่ได้ จึงมีการพัฒนาต่อยอดจากตะเกียบไฟฟ้าไปเป็นช้อนไฟฟ้า

ห้ารสชาติที่ลิ้นรับรู้ได้ทันทีที่ปลายลิ้นและข้างลิ้นคือ หวาน เค็ม เปรี้ยว ขม และเผ็ด แต่รสที่บ่งบอกถึงความอร่อยคือเค็ม แม้แต่ขนมหวาน ถ้าเจือเกลือลงไปเล็กน้อย ความหวานจะโดดเด่นขึ้นมาทันที

ช้อนไฟฟ้าที่ให้ความรู้สึกเค็มขึ้นโดยไม่ต้องเติมเกลือนี้จึงใช้ชื่อเรียกว่า "Electric Salt Spoon" บริษัทที่เป็นผู้ผลิตวางขายในญี่ปุ่นในราคา 19,800 yen ($126) คือ Kirin Holdings Co. วางขายตั้งแต่เดือนพฤษภาคมเป็นต้นมา แต่ยังขายภายในประเทศญี่ปุ่นก่อน ส่วนที่ต่างประเทศคงต้องรอปีหน้า

ใครที่อยากลองใช้เลยโดยไม่ต้องรอ อาจใช้วิธีสั่งซื้อ แต่ไม่ใช่ของญี่ปุ่น และไม่ใช่ของจีน แต่เป็นของอเมริกา

SpoonTEK เป็นแบรนด์เนมของช้อนไฟฟ้าที่ทำขายอยู่ที่นิวยอร์ก โดยใช้ ”ion sensory technology” เช่นเดียวกัน คือเป็นอุปกรณ์การกินที่รวมการใช้ไฟฟ้ากระตุ้น (electric stimulation) กับการใช้ลิ้นสัมผัส (tongue sensory) เข้าด้วยกัน

หมายความว่า SpoonTEK จะผลิตกระแสไฟฟ้าเพียงนิดหน่อยเพื่อกระตุ้นลิ้นและเปลี่ยนแปลงการรับรสให้ดีขึ้น

เราเพียงถือ SpoonTEK เพื่อตักอาหารกินตามปกติ นิ้วก็จะสัมผัสกับ electrode ที่ด้ามช้อน ส่วนอาหารก็จะสัมผัสกับ electrode ภายในช้อน เมื่อตักอาหารกิน ไฟ LED ที่ด้ามช้อนก็จะติด บ่งบอกว่า ระบบของ SpoonTEK กำลังทำงานเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างอ่อนผ่านเข้าไปในอาหารที่กำลังกิน เราอาจจะไม่รู้สึกอะไร แต่ตุ่มรับรสที่ลิ้นจะรู้ถึงความอร่อยที่เพิ่มขึ้นทันที

SpoonTEK จะดูแบบบางเหมือนช้อนธรรมดา เทียบกับของญี่ปุ่นมีด้ามช้อนซึ่งเป็นที่เก็บแบต ใหญ่กว่ามาก

บริษัท Kirin ที่ผลิตช้อนไฟฟ้าในญี่ปุ่น มีชื่อเสียงในด้านการผลิตเบียร์และเครื่องดื่ม ส่วน SpoonTEK ผลิตโดยตระกูล Davidov เถ้าแก่นักธุรกิจในนิวยอร์ก คือ Cameron Davidov ลูกของ Ken Davidov ผู้พ่อซึ่งเป็นนักประดิษฐ์มานานกว่า 35 ปี มีผลิตภัณฑ์กว่า 1 พันชนิด … ไม่ธรรมดา

เรามีเครื่องใช้ไม้สอยแบบธรรมดา แต่เมื่อเติมฟังก์ชั่นทางไฟฟ้าเข้าไปก็ดูน่าใช้มากยิ่งขึ้น ตั้งแต่ของเล็ก ๆ เช่นช้อนไฟฟ้าที่กำลังมีในตอนนี้ ตะเกียบไฟฟ้าที่ได้รางวัลอิ๊กโนเบลเมื่อปีที่แล้ว แปรงสีฟันไฟฟ้า ยางลบไฟฟ้า คัตเตอร์ไฟฟ้าสำหรับตัดขอบซองจดหมายอย่างสะดวกสบาย ที่โกนหนวดไฟฟ้า ปัตตาเลี่ยนไฟฟ้าสำหรับช่างตัดผม เครื่องนวดไฟฟ้า โซฟาไฟฟ้าปรับเอนนอนได้ จักรยานไฟฟ้าที่ดีกว่ามอเตอร์ไซค์เพราะปั่นได้ด้วย และขยายใหญ่ขึ้นไปจนถึงรถไฟฟ้าที่กำลังบูมจนอาจแทนที่รถน้ำมันได้ในอนาคต

แต่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าอยู่อย่างเดียว ที่ไม่มีใครต้องการแน่นอน …

เก้าอี้ไฟฟ้า !

วัชระ นูมหันต์

2024-06-30

วิธีออกแบบวงจร

⭕️ ⭕️ ⭕️

เรื่องราวที่กล่าวถึงการแสดงตัวเลขที่ประกอบด้วยขีดทั้งเจ็ดในสัปดาห์ที่แล้ว มีเรื่องราวเบื้องหลังที่น่าทึ่งอยู่ไม่น้อย

คงจะยังจำกันได้ว่า การที่จะแสดงผลเป็นตัวเลขซึ่งประกอบด้วยขีดทั้งเจ็ด คือขีดนอนสามขีด บน-กลาง-ล่าง และขีดตั้งสี่ขีด บนซ้าย-บนขวา-ล่างซ้าย-ล่างขวา จำเป็นต้องมีการออกแบบวงจรตรรกะ (logic circuit) มาใช้งาน เพื่อให้ตัวเลขไบนารี่หรือเลขฐานสองในเครื่องแสดงค่าออกมาเป็นตัวเลขฐานสิบบนจอให้เราเห็นและเข้าใจได้ในทันที

ถ้าบอกว่าวงจรดังกล่าวใช้เปลี่ยนสี่สัญญาณต้นทาง (A B C D) ที่แทนเลข 0 ถึง 9 ออกมาเป็นเจ็ดสัญญาณปลายทาง (a b c d e f g) วงจรนั้นคือ

a = A+C+BD+B’D’

b = B’+C’D’+CD

c = B+C’+D

d = B’D’+CD’+BC’D+B’C+A

e = B’D’+CD’

f = A+C’D’+BC’+BD’

g = A+BC’+B’C+CD’

คงจะงงกันบ้างละว่า คิดมาได้ยังไง … มีรายละเอียดดังต่อไปนี้ครับ

ไฟฟ้าชอบเลขฐานสองคือ 0 กับ 1 หรือไบนารี่ เพราะเข้ากับธรรมชาติของมันคือปิดกับเปิด คณิตศาสตร์ที่ใช้แค่เลขสองตัวนี้เป็นพีชคณิตเลขฐานสองที่เรียกว่า “Boolean algebra” 

การรวมเลขไบนารี่สองจำนวนเข้าด้วยกัน ถ้าบวกกันจะเรียกว่า “OR” เพราะมีตัวใดตัวหนึ่งเป็น 1 ก็ใช้ได้แล้ว คือได้ผลลัพธ์เป็น 1 ส่วนถ้าคูณกันจะเรียกว่า “AND” คือต้องเป็น 1 ทั้งคู่ ผลลัพธ์จึงจะเป็น 1

ปลายทางตรงข้ามกับต้นทาง จะเรียกว่า “NOT” คือ ต้นทางเป็น 0 ปลายทางจะเป็น 1

ไฟฟ้ามีไฟกับไม่มีไฟ เหมือนสวิตช์เปิดปิด แทนด้วยเลข 1 กับ 0 เป็นตรรกะ (logic) ว่า จริงหรือเท็จ พีชคณิตเลขฐานสองจึงมีสิ่งที่ใช้กันมากคือ “ตารางเห่งความจริง” (truth table)

จึงมีการสร้างวงจรตรรกะ (logic circuit) เรียกว่า ลอจิกเกต (logic gate) ซึ่งมักจะใช้ทรานซิสเตอร์ให้ทำงานได้ตามต้องการ (ถ้าแปลยาว ๆ ว่า “ประตูสัญญาณตรรกะ” คงไม่มีใครเรียก)

ลอจิกเกตมีสามอย่างหลักคือ AND gate, OR gate และ NOT gate

AND หรือคูณ ใช้สัญลักษณ์ “x” หรือ “•” หรือเขียนติดกัน

OR หรือบวก ใช้สัญลักษณ์ “+” 

NOT หรือตรงข้าม ไฟฟ้ามีขั้วที่ตรงข้ามกับขั้วบวกคือขั้วลบ “-“ และเขาใช้ขีดลบไปไว้ข้างบนอักษร แต่แป้นพิมพ์มาตรฐานที่ใช้พิมพ์บทความนี้ไม่มีอักษรที่มี bar หรือขีดข้างบน จึงใช้ (‘) แทน

ถ้าต้นทางมี A กับ B ส่วนปลายทางผ่าน AND gate, OR gate หรือ NOT gate จะมี truth table เป็นดังนี้

A B | AB (AND gate)

————

0 0 |  0

0 1  |  0

1 0  |  0

1  1  |  1

A B | A+B (OR gate)

—————

0 0 |  0

0 1  |  1

1 0  |  1

1  1  |  1

A | A’ (NOT gate)

———

0  |  1

1   |  0

ต้นทาง ตัวเลข 0 ถึง 9 แปลงเป็นเลขฐานสอง ใช้สัญญาณ on (1) off (0) แค่สี่สัญญาณ (A B C D) เรียงตามลำดับดังนี้

A B C D 

—————

0 0 0 0 = 0 

0 0 0 1 = 1 

0 0 1 0 = 2 

0 0 1 1 = 3 

0 1 0 0 = 4

0 1 0 1 = 5

0 1 1 0 = 6

0 1 1 1 = 7

1 0 0 0 = 8

1 0 0 1 = 9

ส่วนที่เหลือไม่ได้ใช้ (ฝรั่งเรียก “don’t care” ) คือ

1 0 1 0 = X

1 0 1 1 = X 

1 1 0 0 = X 

1 1 0 1 = X 

1 1 1 0 = X 

1 1 1 1 = X 

ปลายทาง มีสวิตช์ 7 ตัว ปิดเปิด (0, 1) ตำแหน่งทั้งเจ็ดของขีดดังนี้

a : ขีดนอนบน

b : ขีดตั้งบนขวา

c : ขีดตั้งล่างขวา

d : ขีดนอนล่าง

e : ขีดตั้งล่างซ้าย

f : ขีดตั้งบนซ้าย

g : ขีดนอนกลาง

การแสดงผลให้อ่านเป็นเลข 0 ถึง 9 จึงต้องเปิดปิดสวิตซ์ทั้งเจ็ดดังนี้

เลข = a b c d e f g

—————————

0  =  1 1 1 1 1 1 0

1  =  0 1 1 0 0 0 0

2  = 1 1 0 1 1 0 1 

3  =  1 1 1 1 0 0 1

4  =  0 1 1 0 0 1 1 

5  =  1 0 1 1 0 1 1 

6  =  1 0 1 1 1 1 1 

7  =  1 1 1 0 0 0 0 

8  =  1 1 1 1 1 1 1 

9  =  1 1 1 1 0 1 1 

เมื่อรวมต้นทางปลายทางเข้าด้วยกันเป็น truth table ดังนี้

A B C D = a b c d e f g

———————————

0 0 0 0 = 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 1 = 0 1 1 0 0 0 0

0 0 1 0 = 1 1 0 1 1 0 1

0 0 1 1 = 1 1 1 1 0 0 1

0 1 0 0 = 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 = 1 0 1 1 0 1 1

0 1 1 0 = 1 0 1 1 1 1 1

0 1 1 1 = 1 1 1 0 0 0 0

1 0 0 0 = 1 1 1 1 1 1 1 

1 0 0 1 = 1 1 1 1 0 1 1 

นี่คือโจทย์ชวนปวดหัว ที่จะต้องหา logic gate ตรงกลาง เพื่อให้ค่าต้นทาง (A B C D) ที่ค่าต่าง ๆ (0000 ถึง 1001) เมื่อผ่านวงจรนี้แล้วจะได้ค่าปลายทาง (a b c d e f g) เป็นไปตาม truth table ข้างบนนั้น

ตัวอย่างเช่นบรรทัดแรก เมื่อสัญญาณต้นทาง (A B C D) เป็น 0 หมด (0000) อันหมายถึงเลขศูนย์ สัญญาณปลายทาง (a b c d e f g) จะต้องเป็น 1 หมดยกเว้น g ที่เป็น 0 อยู่ตัวเดียว เราจะได้เห็นการแสดงผลเป็นเลขศูนย์ เพราะขีดกลาง (g) ไม่ติด

ขณะเดียวกัน เมื่อไล่เรียงลงมาในแนวตั้ง ตัว c จะเป็น 1 หมดตั้งแต่ 0 (0000) ถึง 9 (1001) ยกเว้น 2 (0010) คือเลข 2 ไฟของขีดตัว c จะดับ ส่วนเลขอื่นไฟของขีดตัว c จะติดตลอด

การหาผลปลายทางเมื่อรู้ logic อันนี้ง่าย แต่การออกแบบ logic เพื่อให้ได้ผลตามที่ต้องการ อันนี้ไม่ง่าย

ตัวช่วยตัวหนึ่งคือ “Karnaugh map” 

Karnaugh map คิดขึ้นมาตั้งแต่ปี 1953 โดย Maurice Karnaugh ชาวอเมริกัน ผู้เป็นทั้งนักฟิสิกส์ นักคณิตศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ด้านคอมพิวเตอร์ และนักประดิษฐ์ (เพิ่งเสียชีวิตไปเมื่อ วันที่ 8 พฤศจิกายน 2022 นี่เอง อายุตั้ง 98 ปี) เพื่อใช้ออกแบบวงจรตัดต่อ (switching circuits) โดยการพัฒนาเอาความสามารถในการจดจำรูปแบบ (pattern-recognition) ของมนุษย์เรา ทำให้ลดการคำนวณอันยุ่งยากลงไปได้มาก 

Karnaugh map จะใช้ผลของพีชคณิตเลขฐานสอง (Boolean) จาก truth table เอามา ”เขียนเรียงลำดับใหม่” ลงในตาราง 4x4 

ความพิเศษก็คือการ “เรียงลำดับใหม่” นี่แหละ เพราะมันจะเปลี่ยนจาก binary code ธรรมดา เป็น binary Gray code

Binary ธรรมดาตัวที่อยู่ติดกันอาจจะมีการเปลี่ยนแปลงมากกว่าหนึ่งตัว เช่น 1 คือ 01 และ 2 คือ 10 คือเปลี่ยนถึงสองตัว

แต่ Gray code ตัวที่อยู่ติดกันจะเปลี่ยนแค่ตัวเดียว

การเรียงแบบไบนารี่ 

00 = 0

01 = 1

10 = 2

11 = 3

จะกลายเป็นการเรียงแบบ Gray code

00 = 0

01 = 1

11 = 3

10 = 2

เมื่อนำ input (A B C D) แยกเป็น 2 กลุ่ม AB กับ CD เป็นแกนตั้งกับแกนนอน (สองตัวแรกเป็น AB สองตัวหลังเป็น CD)

0000  0001  0011  0010

0100  0101  0111  0110

1100  1101  1111  1110

1000  1001 1011  1010

จะเหมือนกับ

0  1  3  2

4  5  7  6

X  X  X  X

8  9  X  X

การทำเช่นนี้จะเห็นว่า …

A เป็น 1 สองแนวนอนล่าง 

A’ เป็น 1 สองแนวนอนบน เพราะ A เป็น 0

B เป็น 1 สองแนวนอนกลาง

B’ เป็น 1 แนวนอนบนสุดกับล่างสุด เพราะ B เป็น 0

C เป็น 1 สองแนวตั้งขวา

C’ เป็น 1 สองแนวตั้งซ้าย เพราะ C เป็น 0

D เป็น 1 สองแนวตั้งกลาง

D’ เป็น 1 สองแนวตั้งริมซ้ายสุดกับขวาสุด เพราะ D เป็น 0

คราวนี้ก็ไล่เรียงไปทีละอัน เริ่มที่ a … ดูว่า a มีค่าเท่าไหร่ เมื่อ A B C D เปลี่ยนไป โดยดูจาก truth table ข้างบน นำมาเขียนใหม่เป็น ABxCD แบบตาราง 4x4 เหมือนกัน คือ …

1 0 1 1

0 1 1 1

X X X X

1 1 X X

ต่อไปก็เป็นการรวมพวกเพื่อให้ได้ 1 ครบทั้งหมดและไม่มี 0 ส่วน X จะมีในกลุ่มหรือไม่มีก็ได้ (don’t care) และการรวมพวกนี้ จะรวมเป็นคู่ คือ 1x2 ได้ 1x4 ได้ และ 2x2 ได้ 

ไม่มีการรวมพวกเป็นสาม คือ 1x3 หรือ 3x3 ไม่ได้

จะเห็นว่าสองแนวนอนล่างคือ

X X X X

1 1 X X

ได้พวกหนึ่งแล้ว นั่นคือ A

อีกพวกหนึ่งคือ สองแนวตั้งขวา

1 1

1 1

X X

X X

นั่นคือ C

อีกกลุ่มหนึ่งอยู่ตรงกลาง ถึงแม้จะมีบางตัวซ้ำที่ที่ถูกเลือกไปแล้วก็ไม่เป็นไร คือ

1 1

X X

กลุ่มนี้เกิดจากการตัดกันของสองแนวนอนกลาง (B) กับสองแนวตั้งกลาง (D) เราจึงได้มาอีกตัว คือ BD

ยังเหลือ 1 ที่ยังไม่ได้ถูกรวมพวกอีกตัวหนึ่งคือมุมบนซ้าย ซึ่งเป็นจุดตัดของ B’ กับ D’ จึงต้องเพิ่ม B’D’ มาอีกตัว เบ็ดเสร็จ logic gate ของ a ก็คือ

a = A+C+BD+B’D’

ตัวต่อไปคือ b ซึ่งเขียน ACxBD ใหม่ เป็น 4x4 ได้ดังนี้คือ

1 1 1 1

1 0 1 0

X X X X

1 1 X X

จะเห็นได้ว่า กลุ่มใหญ่ของ “1” ที่จะรวมพวกได้ก็คือ แนวนอนบนสุดกับล่างสุด หรือ B’ นั่นเอง 

ยังเหลือ 1 อีกสองตัว รวมกันไม่ได้เพราะมี 0 คั่นกลาง จึงต้องเป็นสองพวก ตัวซ้ายเกิดที่แถวร่วมของสองแนวตั้งซ้าย คือ C’ กับแนวตั้งริม คือ D’ ได้เป็น C’D’

ยังเหลืออีกตัวที่อยู่ทางขวา คือแนวร่วมระหว่างแนวตั้งขวา คือ C กับแนวตั้งกลาง คือ D จึงได้ CD มาอีกตัว

Logic gate ของ b จึงเป็น

b = B’+C’D’+CD

มาถึงตัว c ตัวง่ายสุดกันบ้าง เพราะ c เป็น 1 หมดทุกเลข ยกเว้นเลขสอง (0010) หน้าตาของ c ที่เกิดจาก ABxCD โดยเขียนเป็นตาราง 4x4 ก็คือ

1 1 1 0

1 1 1 1

X X X X

1 1 X X

การรวมพวกโดยหลบ 0 ที่อยู่มุมบนขวา จะได้สามกลุ่มง่าย ๆ คือ …

กลุ่มสองแนวนอนกลาง หรือ B

กลุ่มสองแนวตั้งซ้าย หรือ C’

และกลุ่มสองแนวตั้งกลาง หรือ D 

Logic gate ของ C จึงเป็น …

c = B+C’+D

ในทำนองเดียวกัน d ซึ่งมี truth table เป็น …

1 0 1 1

0 1 0 1

X X X X

1 1 X X

ถ้าทำเป็นแล้ว truth table ของ d นี้ก็จะมี logic gate เป็น …

d = B’D’+CD’+BC’D+B’C+A

Truth table ของ e คือ

1 0 0 1

0 0 0 1

X X X X

1 0 X X

Lgic gate ของ e คือ

e = B’D’+CD’

ส่วน f มี truth table และ logic gate คือ

1 0 0 0

1 1 0 1

X X X X

1 1 X X

f = A+C’D’+BC’+BD’

และสุดท้ายของ g

0 0 1 1

1 1 0 1

X X X X

1 1 X X

g = A+BC’+B’C+CD’

การออกแบบวงจรต้องอาศัยทักษะและความรู้ความเข้าใจพอสมควร ดังนั้น จะหาอุปกรณ์ไฟฟ้าอะไรมาใช้ก็ต้องเสียเงินซื้อกันบ้าง …

เป็นค่าวิชา เพราะเขาอุตส่าห์คิดอยู่ตั้งนานนี่ครับ

วัชระ นูมหันต์

2024-06-16

ข่าวประชาสัมพันธ์สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย

แบตโซลิดสเตท

⭕️ ⭕️ ⭕️

สมัยนี้ วิทยาการก้าวหน้ารวดเร็ว จนคำเทคนิคบางคำต้องใช้ทับศัพท์จึงจะเข้าใจกัน

เช่นคำว่า “solid-state battery” นี้ ให้เอไอแปล จะได้คำที่แปร่งหูว่า “แบตเตอรี่สถานะแข็ง”

แต่พอพูดว่า “แบตโซลิดสเตท” หลายคนก็เข้าใจได้ทันที และเรียกทับศัพท์กันไป โดยไม่ต้องพยายามจะแปลให้สับสนอีก

เช่นเดียวกับคำว่า “computer” ที่ในอดีตพยายามหาคำไทยมาเรียก ในเมื่อ “compute” แปลว่า “คำนวณ” ดังนั้น “computer” ก็ต้องแปลว่า “เครื่องคำนวณ” แต่ถ้าลองให้เอไอหาคำแปล “เครื่องคำนวณ” เอไอแปลว่า “calculator” ทว่า ลองให้เอไอแปล “calculator” กลับเป็นไทย จะได้คำแปลว่า “เครื่องคิดเลข” สับสนดี ปัจจุบัน ราชบัณฑิตยสถาน ได้บัญญัติศัพท์ คำว่า “Computer” เป็นภาษาไทยว่า “คณิตกรณ์” หรือใช้ทับศัพท์ว่า “คอมพิวเตอร์” พวกเราจึงนิยมทับศัพท์คำว่า “computer” เป็น “คอมพิวเตอร์” อย่างที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ 

เรื่อง “แบตโซลิดสเตท” นี่ก็เหมือนกัน ที่เรียกทับศัพท์ ถ้าเรียกว่า “แบตสถานะแข็ง” หรือ “แบตแข็ง” คงจะงงกันว่า แบตอะไรกันที่ต้องบอกด้วยว่ามีสถานะแข็ง เราหยิบแบตขึ้นมาสักก้อน มันก็แข็งอยู่แล้วนี่

แบตทั่วไปมันแข็งแต่เปลือกหรือภาชนะบรรจุ กับขั้วบวกขั้วลบ ครับ ส่วนสิ่งที่คั่นกลางระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบมักจะเป็นของเหลว บางทีก็มีลักษณะนิ่ม ๆ หยุ่น ๆ เหมือน เจล

สารคั่นกลางดังกล่าว เรียกว่า “อิเล็กโทรไลต์” (electrolyte) ซึ่งมีคุณลักษณะพิเศษที่สำคัญทำให้เกิดเป็นแบตเตอรี่ได้คือ ยอมให้ไอออนประจุบวกผ่านได้ แต่ไม่ยอมให้อิเล็กตรอนประจุลบผ่าน

สารสามอย่าง ที่ประกอบขึ้นเป็นแบตเตอรี่ คือ ขั้วบวก-อิเล็กโทรไลต์-ขั้วลบ ที่มีส่วนผสมของธาตุลิเทียมกันเป็นส่วนใหญ่อย่างที่รู้กัน

เมื่อเวลานำแบตไปใช้งาน ทั้งอิเล็กตรอนประจุลบ และไอออนประจุบวก ต่างก็วิ่งออกจากจุดสตาร์ทที่ขั้วลบเหมือนกัน และกลับไปเจอกันที่ขั้วบวกเหมือนกัน แต่ไปคนละเส้นทาง 

อิเล็กตรอนวิ่งข้างนอกแบต ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆที่ต้องการจะให้ทำงาน เช่นหลอดไฟ หรือมอเตอร์ ส่วนไอออนจะวิ่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ภายในแบต

เวลาชาร์จแบตก็กลับกัน คือวิ่งจากขั้วบวกกลับมาขั้วลบ แต่เส้นทางยังเหมือนเดิม คือ อิเล็กตรอนวิ่งอยู่นอกแบต และไอออนวิ่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ภายในแบต

อิเล็กโทรไลต์ นี่เองที่มาคิดกันว่า จะเป็น “ของแข็ง” ได้ไหม แทนที่จะเป็นของเหลวเหมือนอย่างที่ทำกันทั่วไป เพื่อแก้ปัญหาเก่า ๆ เช่น การติดไฟได้ แรงดันจำกัด รอบการชาร์จไม่มากพอ หรือความแข็งแรงทนทาน เป็นต้น

แบตโซลิดสเตทนี้เพิ่งจะเริ่มเป็นที่สนใจเมื่อไม่นานมานี้เอง เมื่อรถไฟฟ้าเริ่มมาแรง และค่ายรถยักษ์ใหญ่ของญี่ปุ่นอย่างเช่นโตโยต้าหันมาสนใจเรื่องนี้อย่างจริงจัง ทั้ง ๆ ที่ ไมเคิล ฟาราเดย์ ค้นพบ อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตท มาตั้งนานแล้ว (ปี 1834) คือ เงินซัลไฟด์ (Ag2S) และตะกั่วฟลูออไรด์ (PbF2) โดยเขาพบว่า ถ้าเขาทำให้มันร้อน ไอออนจะวิ่งผ่านได้ จึงมีการเรียกอาการนี้ว่า “Faraday transition”

ในช่วงปี 1970s-80s ได้ค้นพบกันว่า โครงสร้างที่เล็กจิ๋วระดับ นาโน (nanostructure) อาจมีผลต่อสภาพนำการไหลของไอออน (ionic conductivity) เลยมีการศึกษาเรื่องใหม่กันขึ้นมา เรียกว่า “nanoionics” และในปี 1973 มีรายงานว่า สภาพนำการไหลของไอออนในผลึกลิเทียมไอโอไดด์ (LiI) สามารถเพิ่มขึ้นถึง 50 เท่า ถ้าเติมผงละเอียด “alumina” เข้าไป (Ag- and Tl-halides doped with alumina nanoparticles) LiI จึงถูกนำไปใช้ในแบตเตอรี่สำหรับเครื่องกระตุ้นหัวใจเทียม (artificial pacemaker) กันอย่างแพร่หลาย

การค้นพบสารเพิ่มสถาพนำการไหลของไอออน (fast ionic conduction β -alumina) ในปี 1967 ทำให้มีบริษัทที่เข้ามาพัฒนาเรื่องนี้ในทันที คือ บริษัทฟอร์ด ในสหรัฐ และ NHK ในญี่ปุ่น

ในช่วงปี 1990s ห้องทดลอง Oak Ridge Natoonal Lab ได้พัฒนา อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตท ที่ใช้สาร lithium–phosphorus oxynitride (LiPON) ซึ่งสามารถนำไปทำแบตลิเทียมไอออนชนิดบางเฉียบได้ แต่ราคายังสูงอยู่

ปี 2012 ทั้งโตโยต้าและโฟล์คสวาเก้น ต่างก็เข้ามาพัฒนาแบตโซลิดสเตทนี้ ในเวลาไล่เลี่ยกัน

ปี 2013 นักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัย Colorado Boulder ได้พัฒนาแบตลิเทียมไอออนโซลิดสเตท โดยใช้ เหล็ก-กำมะถัน ที่ขั้วบวก เพื่อเพิ่มพลังงาน

ปี 2017 John Goodenough ผู้ร่วมประดิษฐ์แบตลิเทียมไอออน ได้เผยโฉมแบตโซลิดสเตทโดยใช้แก้วเป็นอิเล็กโทรไลต์ และใช้ ลิเทียม โซเดียม หรือโปแตสเซียม ที่ขั้วลบ

ปลายปี 2017 นี้เองที่ โตโยต้า ได้ขยายความเป็นหุ้นส่วนสิบปี กับบริษัทพานาโซนิค เพื่อที่จะร่วมมือกันในเรื่องการทำแบตโซลิดสเตท ที่โตโยต้าถือสิทธิบัตรในเรื่องนี้ไว้มากที่สุด ตามมาด้วย บีเอ็ม ฮอนด้า ฮุนได และนิสสัน

ในปึ 2018 ซัมซุงและฮุนได ได้สนับสนุนเงินทุน $20 ล้าน ในการเริ่มต้นตั้งสายการผลิตแบตลิเทียมโซลิดสเตท กำลังผลิต 10 เมกะวัตต์ชั่วโมงต่อปี ให้กับบริษัท Solid Power ซึ่งผันตัวออกมาจากมหาวิทยาลัย Colorado Boulder

ในปีเดียวกันนี้ (2018) บริษัท ซิงเต่า (Qing Tao) ก็เป็นบริษัทแรกของจีนที่เริ่มผลิต แบตโซลิดสเตท เช่นกัน

ต่อมาในปี 2020 QuantumSpace บริษัท startup ที่ผันตัวออกมาจากมหาวิทยาลัย Stanford เตรียมผลิตแบตลิเทียมโซลิดสเตท ขนาด 5 amp-hour ให้กับรถโฟล์คสวาเก้น

ฟอร์ด และ บีเอ็ม ไม่น้อยหน้า โดยได้เพิ่มการลงทุนให้บริษัท startup “Solid Power” จาก $130 ล้าน เป็น $540 ล้าน ในปี 2022

ในเดือนกันยายน 2021 โตโยต้าประกาศแผน จะใช้แบตโซลิดสเตทสำหรับรถไฮบริดในปี 2025

เดือนมกราคม 2022 บริษัท ProLogium ได้ลงนามในความร่วมมือทางเทคนิคกับบริษัท เมอร์ซีเดส-เบนซ์ สำหรับการพัฒนาและผลิตแบตโซลิดสเตท

เดือนกันยายน 2023 พานาโซนิคเปิดตัวแบตโซลิดสเตทสำหรับโดรน สามารถชาร์จจาก 10% ถึง 80% ได้ภายในสามนาที และรอบการชาร์จ หมื่นถึงแสนรอบ ที่ 25 °C คาดว่าจะออกสู่ตลาดได้ในราวปลายทศวรรษนี้ 

เดือนตุลาคม 2023 โตโยต้าประกาศความร่วมมือกับ Idemitsu Kosan ในการผลิตแบตโซลิดสเดท สำหรับรถอีวีในปี 2028

เดือนพฤศจิกายน 2023 บริษัท Guangzhou Automobile Group ในจีน ประกาศที่จะใช้แบตโซลิดสเตทสำหรับรถในปี 2025 ซึ่งเป็นแบตที่เก็บพลังงานได้ถึง 400 วัตต์ชั่วโมงต่อน้ำหนักหนึ่งกิโลกรัม

เดือนธันวาคม 2023 ฮุนไดได้ประกาศสิทธิบัตรของแบตโซลิดสเตทที่ควบคุมแรงกดดันได้คงที่เสมอไม่ว่าจะเป็นการชาร์จหรือใช้ (charging and discharging) รวมทั้งอุณหภูมิที่คงที่ด้วย

เดือนมกราคม 2024 เดือนที่แล้วนี่เอง โฟล์คสวาเก้นได้ประกาศผลการทดสอบแบตโซลิดสเตทต้นแบบ (prototype) ที่สามารถรักษาความจุได้ถึง 95% แม้จะใช้งานไป 500,000 กิโลเมตรแล้วก็ตาม

เรียกว่า มีพัฒนาการเดือนต่อเดือนกันเลยทีเดียว

สรุปโดยรวมแล้ว รถอีวีที่จะใช้แบตโซลิดสเตทนั้น ค่ายญี่ปุ่นน่าจะมาก่อนใคร โดยฮอนด้าจะเริ่มในปี 2024 โตโยต้า ปี 2027 และนิสสัน ปี 2028

แบตเตอรี่ มีพัฒนาการไปเรื่อยๆ ถ้าใครคิดจะรอให้แบตพัฒนาไปจนถึงจุดสูงสุดก่อนแล้วค่อยใช้รถไฟฟ้า คงจะรอกันอีกนาน ดังนั้น ถ้าต้องการใช้รถที่มีเทคโนโลยีใหม่ตลอดเวลา … เช่าขับ น่าจะเป็นทางเลือกอีกทางหนึ่งที่ดี !

วัชระ นูมหันต์

2024-02-18

ไฟฟ้าสถิต

⭕️ ⭕️ ⭕️

ไฟฟ้าสถิตคือ ความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าภายในหรือบนผิวของวัสดุ ประจุนี้จะยังคงอยู่จนกว่ามันจะออกไปได้โดยกระแสไฟฟ้าหรือการคายประจุ เราใช้คำว่า “ไฟฟ้าสถิต” (static electricity) ให้แตกต่างไปจาก “ไฟฟ้ากระแส” (current electricity) ที่ประจุไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำไฟฟ้า

ไฟฟ้าสถิตเกิดได้จากวัสดุสองสิ่งเสียดสีกันแล้วแยกออก ผู้คนส่วนมากจะคุ้นเคยกับผลของไฟฟ้าสถิตจากความรู้สึก หรือได้ยินเสียง บางครั้งอาจเห็นแสงได้ด้วยเมื่อเกิดการคายประจุ

วัตถุทั้งหลายประกอบไปด้วยอะตอมซึ่งปกติจะมีประจุเป็นกลางเพราะจำนวนประจุบวก (โปรตอน ที่ใจกลางอะตอม) และประจุลบ (อิเล็กตรอน ที่หุ้มอยู่โดยรอบ) มีจำนวนเท่ากัน เมื่อวัตถุสองอย่างสัมผัสกัน อิเล็กตรอนอาจจะเคลื่อนจากวัตถุหนึ่งไปอยู่กับอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุแรกมีประจุบวกและวัตถุหลังมีประจุลบในจำนวนที่เท่ากัน

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “triboelectric effect” (tribo- เป็นภาษากรีก แปลว่า rub หรือถู)

ในสมัยโบราณ ก่อนหน้าที่มีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ว่าเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบ มีคำเรียกชื่อแตกต่างกันไปมากมาย เนื่องจากไม่รู้ว่า มันคืออะไร บางครั้งมีการเข้าใจว่าเป็นเรื่องเร้นลับไปเสียด้วยซ้ำเมื่อสวมเสื้อคลุมบางตัวแล้วเกิดประกายไฟขึ้นมา

ผู้ที่เริ่มใช้คำอธิบายในเรื่องประจุบวกลบก็คือ เบนจามิน แฟรงคลิน ในราวปี 1747

ผลของไฟฟ้าจากการขัดถูนี้คาดการณ์ยาก เพราะไม่ได้ควบคุมรายละเอียดอีกหลายอย่าง นานหลายปีที่มีปรากฏการณ์ที่ไม่มีคำอธิบายให้เข้าใจได้ง่าย อย่างเช่นในปี 1910 Jaimeson สังเกตเห็นแท่งเซลลูโลสที่เอามาถูนั้นจะมีประจุบวกหรือลบ ขึ้นอยู่กับว่ามันถูกงอเข้า หรืองอออก ขณะที่ถู 

ในปี 1920 Richards ได้ชี้อีกประเด็นหนึ่งว่า ไม่ใช่เพียงแค่ใช้วัสดุอะไรในการนำมาถู แต่ความเร็วและมวลก็มีผล

มันดูว่าจะง่าย แต่มีความไม่แน่นอนสูงมาก สมมุติว่ามีวัตถุสามอย่าง เอ บี และซี เอามาถูกันแบบสามเส้าคือ เอเกิดประจุบวกเมื่อถูกับบี, บีเกิดประจุบวกเมื่อถูกับซี และแล้วซีก็เกิดประจุบวกเมื่อกลับมาถูกับเอ อธิบายกันไม่ถูก ใช้อนุกรมเชิงเส้น ((linear series) หรืออนุกรมวิธาน (cyclic series) ก็อธิบายไม่ได้

แถมบางครั้งบางกรณี ไม่ได้มีวัสดุต่างชนิดมาเสียดสีกันเลย แต่เป็นวัสดุอย่างเดียวกันมาแตะกันก็เกิดประจุได้ อันเป็นผลจากการหักงอในตัว บางคนจึงเรียกสนามไฟฟ้าชื่อประหลาดนี้ว่า ไฟฟ้าหักงอ (flexoelectricity)

วัสดุทุกอย่างมีประจุบวกที่แกนอะตอม มีการถ่วงดุลบางส่วนด้วยประจุลบจากกลุ่มก้อนของอิเล็กตรอนที่ห่อหุ้มอยู่ บางคนเรียกว่า “ทะเลอิเล็กตรอน” (sea of electrons) ดังนั้น วัสดุจึงมีประจุเฉลี่ยเหลือกลายเป็นบวกนิดหน่อย เรียกชื่อเป็นทางการว่า “mean inner potential” (MIP)

วัสดุแต่ละชนิดจะมีค่า MIP แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอม และขึ้นอยู่กับว่ามันอยู่ชิดหรือห่างกันแค่ไหน และที่ผิวนอกสุด อิเล็กตรอนก็อาจจะกระเด็นหลุดออกไปอีกบ้าง ทำให้ผิวสัมผัสของวัตถุกลายเป็นสารที่มีคุณสมบัติสองขั้ว (dipole) การเกิดภาวะสองขั้วและค่าเฉลี่ยที่เป็นบวกนี่เอง ที่เป็นรั้วกั้น (potential barrier) รักษาอิเล็กตรอนไว้ เรียกว่า “work function”

Work function นี้ก็มีมากน้อยไม่เท่ากัน หลักการของไฟฟ้าสถิตก็คือ อิเล็กตรอนจะออกไปจากวัตถุที่ work function น้อยกว่า ไปอยู่ที่ work function ที่มากกว่า และค่าความต่างศักย์ของสองวัตถุนี้ เรียกว่า “Volta potential”

คุณ Alicki และคุณ Jenkins ได้อธิบายอีกอย่างหนึ่งว่า อิเล็กตรอนในวัสดุสองชิ้นที่ขัดสีกัน จะมีความเร็วต่างกัน และกลศาสตร์ควันตัมทำให้อิเล็กตรอนจากวัตถุหนึ่งไปสู่อีกวัตถุหนึ่ง

ความชื้นก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ลดการชาร์จของประจุลงเป็นสิบเท่าทีเดียวแม้ความชื้นจะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยก็ตาม เพราะความชื้นอาจทำให้เกิด “สะพานน้ำ” (water bridge) ระหว่างวัสดุทั้งสอง ทำให้ไอออนมีการถ่ายเทได้

กรณีของเหลวและก๊าซ จะเกิดต่างจากของแข็งไปบ้าง เช่นกรณีที่เกิดฟ้าแลบฟ้าผ่า จะเกิดการแยกไฮโดรเจนไอออนที่เป็นประจุบวก กับไฮดรอกไซด์ไอออนที่เป็นประจุลบ ออกจากโมเลกุลน้ำ กล่าวคือ จะเป็นการถ่ายประจุไอออน แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน และความต่างศักย์ของประจุอาจจะสูงถึงหนึ่งหมื่นโวลต์ต่อเซนติเมตร (10 kV/cm)

การเสียดสีของวัตถุเกิดขึ้นทุกหนทุกแห่ง แม้แต่ในชีวิตประจำวันหากมีการเสียดสีกันของวัตถุสองอย่าง เช่นการเสียดสีกันระหว่างรองเท้ากับพื้นพรม และไม่ได้จำเพาะเจาะจงว่าจะต้องเป็นของแข็งกับของแข็งเท่านั้น แม้แต่ของเหลวหรือก๊าซก็เกิดได้ เช่นของเหลวที่ไหลในท่อ หรือเครื่องบินที่บินในอากาศ

อากาศที่เสียดสีเครื่องบินอาจทำให้เกิดประจุไฟฟ้าบนลำตัวที่อาจรบกวนระบบสื่อสารได้ บางทีจึงมีอุปกรณ์ถ่ายประจุทิ้งที่ปลายปีก (Static wicks, บางทีก็เรียก static dischargers หรือ static discharge wicks) เช่นเดียวกับใบพัดของเครื่องเฮลิคอปเตอร์ที่อาจมีไฟฟ้าสถิตสูงถึง 200 กิโลโวลต์

ของแข็งที่เล็กจนเป็นฝุ่น (powder) และไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าก็อาจสร้างประจุไฟฟ้าขึ้นอย่างมากมายได้หากมีการเลื่อนไหลผ่านท่อ ถ้าไม่ควบคุมให้ดีอาจเกิดอุบัติเหตุได้จากการคายประจุทันที อย่างเช่นการระเบิดในโรงงานในประเทศฝรั่งเศส แคนาดา สหรัฐอเมริกา รวมทั้งโรงงานที่ผลิตสีในเมืองไทยเราด้วย

น้ำมันเป็นของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ต่ำ เมื่อไหลผ่านท่ออย่างรวดเร็วอาจเกิดประจุขึ้นได้เช่นกัน ในการถ่ายเปลี่ยนน้ำมันหม้อแปลงตามโรงไฟฟ้าจึงต้องทำอย่างระมัดระวัง ไม่ให้เร็วเกินไป

สิ่งที่สำคัญอย่างหนึ่งเกี่ยวกับของไหลที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าคือ “static relaxation time” จึงต้องพยายามรักษาอัตราการไหลให้ช้าลง

มาตรฐานอังกฤษในการควบคุมความเร็วการไหลภายในท่อของสารไฮโดรคาร์บอนเช่นน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิต (The British standard BS PD CLC/TR 50404:2003 Code of Practice for Control of Undesirable Static Electricity prescribes pipe flow velocity limits) คือ ความเร็วในการไหลไม่ควรเกิน 1 เมตรต่อวินาที

แน่นอนว่า การเติมน้ำมันตามปั๊มก็ย่อมจะมีการเกิดไฟฟ้าสถิตขึ้นบ้างเช่นกัน

ปกติบ้านเราอากาศชื้น จะไม่ค่อยเกิด แต่ในห้องแอร์อย่างตามห้าง หรือแม้แต่ในรถ ย่อมมีโอกาสที่ร่างกายจะสะสมประจุไฟฟ้า เพราะเสื้อผ้าที่เป็นใยสังเคราะห์เสียดสีอยู่กับเบาะเป็นเวลานาน บางคนถึงกับสะดุ้งเมื่อจะเปิดประตูรถ

ในด้านความปลอดภัย กรณีที่รุนแรงมากบ้านเรายังไม่เคยได้ยิน แต่เคยเห็นคลิป ที่ต่างประเทศ ที่อากาศแห้งมากจนเกิด spark และไฟลุกขณะเติมน้ำมันจึงมีคำเตือนตอนเติมน้ำมันว่า เมื่อออกมาจากรถแล้ว ร่างกายคายประจุแล้ว ไม่ควรกลับเข้าไปนั่งในรถอีกขณะที่ยังเติมน้ำมันไม่เสร็จ เพราะจะเป็นการเข้าไปรับประจุใหม่ เมื่อออกมาจับหัวจ่ายจึงเกิดการ spark … ถึงจะไม่เคยเกิดในบ้านเรา แต่ระวังไว้หน่อยก็ดีครับ

วัชระ นูมหันต์

2024-02-25

ไฟฟ้าจากแสงแดด

⭕️ ⭕️ ⭕️

กำลังเป็นที่ฮือฮาในเรื่อง ไฟฟ้าจากแสงแดด ที่หลายคนเริ่มติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาบ้านเพื่อผลิตไฟฟ้าใช้เองแบบไม่ง้อการไฟฟ้าฯ

คนที่ติดตั้ง คงรู้ว่า ผู้ร่วมแนวคิดเดียวกันมีไม่ใช่น้อย จากสถิติพลังงานทดแทนที่ติดตั้งในปี 2020 เพิ่มขึ้น 1.3% ต่อปี คือ 12,005 MW เป็นพลังแสงอาทิตย์ ถึงหนึ่งในสี่ คือ 2,979.4 MW

แต่เรายังห่างไกล 5 ประเทศใหญ่ที่ติดตั้งโซลาร์เซลล์มากที่สุด นั่นคือ …

อันดับห้า อินเดีย 39,211 MW

อันดับสี่ เยอรมนี 53,783 MW

อันดับสาม ญี่ปุ่น 67,000 MW

อันดับสอง สหรัฐฯ 75,572 MW

อันดับ หนึ่ง จีน 254,355 MW

รวมทั่วโลกมีการติดตั้งโซลาร์เซลล์ประมาณ 714,000 MW เมื่อสิ้นปี 2020

ไทยเราอยู่ในช่วงเพิ่งเริ่มต้นใช้โซลาร์เซลล์ ประกอบกับแผงโซลาร์เซลล์มีอายุการใช้งานเฉลี่ยนานถึงประมาณ 20 ปี กฎหมายบางอย่างจึงยังไม่ครอบคลุมถึง เช่น ร่างพระราชบัญญัติ (พ.ร.บ.) การจัดการซากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ของกรมควบคุมมลพิษ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างมาตรา เช่น …

- มาตรา 29 ห้ามมิให้ผู้ใดทิ้งหรือทำลายซากผลิตภัณฑ์ในที่สาธารณะที่รกร้างว่างเปล่าหรือทิ้งปนอยู่กับสิ่งปฏิกูลและมูลฝอยโดยต้องนำไปคืนที่ศูนย์รับคืนซากผลิตภัณฑ์

- มาตรา 32 การจัดตั้งศูนย์รับคืนซากผลิตภัณฑ์ให้ดำเนินการโดยราชการส่วนท้องถิ่น เอกชน ผู้ผลิต หรือผู้ผลิตร่วมกับผู้ผลิตรายอื่น หรือผู้จัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ร่างกฎหมายดังกล่าวจะครอบคลุมแค่ผลิตภัณฑ์ 5 ประเภท ได้แก่ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์/โทรศัพท์มือถือ เครื่องปรับอากาศ โทรทัศน์ และตู้เย็น แต่ในอนาคตอาจครอบคลุมถึงผลิตภัณฑ์แผงโซลาร์เซลล์ด้วย ซึ่งจะทำให้เกิดการจัดการแผงโซลาร์เซลล์ที่หมดอายุการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ

ต่อไป ไทยเราคงจะเอาจริงเรื่อง ไฟฟ้าจากแสงแดด

เมื่อพูดถึงไฟฟ้าจากแสงแดด ส่วนใหญ่เราจะนึกถึงแค่แผงโซลาร์เซลล์ ความจริง พลังงานในแสงแดดที่เราคุ้นมาแต่เล็กแต่น้อย คือความร้อน โดยในสมัยโบราณ ใช้แผงรับความร้อนจากแสงแดดบนหลังคา เพื่อทำน้ำอุ่นใช้อาบ

ลำพังความร้อนใช้แค่อาบน้ำนั้น ไม่เท่าไหร่ แต่ถ้าจะเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าเหมือนอย่างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปนั้น ต้องมากพอที่จะต้มน้ำให้เดือดเป็นไอได้ แล้วค่อยเอาไอน้ำนั้นมาปั่นกังหันไอน้ำอีกทีหนึ่ง

แสงแดดที่ส่องมาตามธรรมดา ได้แค่ทำให้น้ำอุ่น ไม่พอต้มน้ำให้เดือดได้แน่ ต้องใช้วิธีรวมแสง จากแผ่นสะท้อนแสงเต็มลานกว้าง ให้เข้ามาอยู่ในจุดเดียว ซึ่งบางทีจะทำเป็นหอสูง บางทีก็ทำเป็นรางพาราโบล่ายาวๆในแนวราบ โดยให้ท่อรับความร้อนอยู่ตรงจุด focal point พอดี อย่างนี้จะได้ความร้อนมากพอต้มน้ำปั่นไฟได้

และเนื่องจากแสงแดดไม่มีในตอนกลางคืน ต้องใช้สารรับความร้อนอย่างอื่นที่เก็บความร้อนได้สูงกว่าน้ำ แล้วค่อยมาถ่ายความร้อนต้มน้ำให้เดือดอีกที โรงไฟฟ้าประเภทนี้จึงจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดทั้งวันทั้งคืนโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงอะไรเลย

โรงไฟฟ้าประเภทนี้เรียกว่า concentrated solar power ซึ่งยังมีอยู่ไม่มากนัก เนื่องจากต้องลงทุนสูง (นับถึงปี 2019 โรงไฟฟ้าพลังแสงแดด 97% ใช้แต่แผงโซลาร์เซลล์)

ไฟฟ้า เป็นเรื่องของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ถ้ามันวิ่งสะเปะสะปะ ไร้ทิศทาง เหมือนตอนเกิด ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า อันนั้นใช้ทำประโยชน์อะไรไม่ได้ แต่ถ้าให้มันวิ่งเป็นที่เป็นทางในลวดตัวนำ ก็จะใช้ประโยชน์ได้ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องแสงสว่าง หรือมอเตอร์ขับเคลื่อนสิ่งต่างๆ

และการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั้น มีอย่างเดียวที่จะขับเคลื่อนมันได้ คือ แม่เหล็ก

แม่เหล็ก กับ ไฟฟ้า จึงเป็นของคู่กัน

เราใช้ไฟฟ้าสร้างแม่เหล็กได้ ขณะเดียวกันเราก็ใช้แม่เหล็กสร้างไฟฟ้าได้

เราเคยเรียนกันมาว่า อิเล็กตรอนที่อยู่ในลวดตัวนำ เมื่อเคลื่อนที่ตัดเส้นแรงแม่เหล็ก อิเล็กตรอนในตัวนำนั้นจะถูกดันไปข้างๆ กลายเป็นกระแสไหลในตัวนำนั้น อันเป็นหลักการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไป

แล้วโซลาร์เซลล์ มันสร้างไฟฟ้าได้อย่างไร ไม่เห็นสนามแม่เหล็กที่ไหนเลย

แสงแดดไงครับ ที่หลายคนคงทราบแล้วว่า มันคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) ที่มีความถี่หลากหลายผสมกันมา ความถี่ยิ่งสูงยิ่งมีพลังงานสูง ทำให้อิเล็กตรอนวงรอบนอกได้รับพลังงานสูงขึ้นจนกระเด็นหลุดออกไป กลายเป็นไฟฟ้า

ลงทุนหน่อย แต่ใช้ได้นาน ผู้คนจึงเริ่มหันมาสนใจ จนทำให้การติดตั้งไฟฟ้าพลังแสงแดดมากขึ้นเป็นทวีคูณ (exponential) ประมาณการว่าเพิ่มเท่าตัวทุกๆสามปีเลยทีเดียว

ในปี 2022 ที่ผ่านมา การใช้ไฟฟ้าทั่วโลก เป็นไฟฟ้าจากแสงแดดมากถึง 4.5% เทียบกับ 1% ในปี 2015 ที่มีการลงนามสนธิสัญญากรุงปารีสเพื่อสะกัดภาวะโลกร้อน

ครึ่งหนึ่งของการติดตั้งไฟฟ้าจากแสงแดดในปี 2022 ดังกล่าว เป็นการติดตั้งบนหลังคา (rooftop) เนื่องจากไฟฟ้าจากแสงแดดต้องการใช้พื้นที่มาก ดังนั้นหลังคาจะเหมาะที่สุด

พื้นที่กว้างใหญ่ ที่ไม่ได้ใช้ทำอะไร เหมาะที่จะทำไฟฟ้าจากแสงแดดอีกอย่าง คือ พื้นที่อ่างเก็บน้ำ 

การไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ (กฟผ.) ก็ได้นำรูปแบบนี้มาใช้ในการผลิตไฟฟ้าจากแสงแดดบนทุ่นลอยน้ำ เป็นการผสมผสานการผลิตไฟฟ้าพลังสะอาดระหว่างพลังแสงอาทิตย์กับพลังน้ำ (Hydro-floating Solar Hybrid) จำนวน 16 โครงการทั่วประเทศ รวม 2,725 MW นำร่องโดยเขื่อนสิรินธร จังหวัดอุบลราชธานี ที่กลายเป็นโซลาร์เซลล์ลอยน้ำไฮบริดพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก เมื่อวันที่ 31 ตุลาคม 2564

นับถึงปีที่แล้ว (2565) กว่า 90% ของโซลาร์เซลล์ที่ขายกันอยู่ในท้องตลาด เป็นชนิดผลึกซิลิคอน (crystalline silicon) แต่นั่นเป็นเพียงหนึ่งในเทคโนโลยีหลากหลายราว 25 เทคโนโลยีของเซลล์แสงอาทิตย์ที่พยายามคิดค้นกันอยู่ในปัจจุบัน (เช่น Cadmium telluride, Copper indium gallium selenide, Gallium arsenide germanium, และ Perovskite เป็นต้น)

กำลังไฟฟ้าที่ได้จากแผงโซลาร์เซลล์จะขึ้นลงแปรปรวนไปตามความแรงของแสงอาทิตย์ และเป็นไฟกระแสตรง (DC) เพื่อความสะดวกในการใช้งานตามปกติจึงมักมีการแปลงไฟเป็นกระแสสลับ (AC) โดยใช้ inverter เพื่อปรับให้ได้แรงดัน ความถี่ และเฟส ตามต้องการ และทำให้สามารถต่อกับระบบไฟฟ้าของการไฟฟ้าฯตามปกติได้ด้วย ในการใช้งานพิเศษบางอย่างที่จำเป็นต้องใช้งานแม้เมื่อแสงแดดหมดไปแล้วก็มักจะใช้แบตเตอรี่ต่อพ่วงเพิ่มเข้ามา เช่น ดาวเทียม ประภาคาร หรือบริเวณที่ไม่มีไฟฟ้าใช้

แบตเตอรี่ที่ต่อพ่วงเข้ามา ปัจจุบันมีทั้งที่เป็น นิเกิล-แคดเมียม, ตะกั่วกรด, นิเกิลเมทัลไฮไดรด์ และ ลิเทียมไอออน ซึ่งคุ้นเคยกันดี คาดเดากันว่า แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคงจะเข้ามาแทนที่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดในเวลาอีกไม่นานเนื่องจากราคาถูกลงเรื่อยๆ อันเนื่องมาจากการผลิตในปริมาณมากๆ (economy of scale) อย่างเช่น Gigafactory ในรัฐเนวาดา ที่ผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสำหรับรถไฟฟ้าเทสลาของ อีลอน มัสก์

ในทางกลับกัน รถไฟฟ้าที่ใช้ไฟบ้านในการชาร์จนี้ อาจจะเป็นแหล่งแบตเตอรี่ให้กับบ้านก็ได้ (vehicle-to-grid)

ดังนั้น บ้านที่มีแผงโซลาร์เซลล์ มีรถไฟฟ้าใช้ และยังไม่ได้ขับรถไปไหน กลางวันใช้ไฟฟ้าพลังแสงแดดเข้ามาในบ้านและชาร์จรถไฟฟ้า กลางคืนหากใช้ไฟจากรถไฟฟ้าเข้ามาในบ้าน ก็จะใช้ประโยชน์จากแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ในรถไฟฟ้าได้เต็มที่

ว่ากันตามจริง ดูเหมือนว่า เราได้พลังงานไฟฟ้ามาจากดวงอาทิตย์ทั้งนั้น ไม่ทางตรงก็ทางอ้อม ไล่เรียงดูจะเห็นว่า …

โดยตรงก็คือ โซลาร์เซลล์ใช้พลังงานจากแสงแดด และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแสงอาทิตย์ ใช้แสงอาทิตย์จากแผ่นสะท้อนแสงหลายๆแผ่นส่องรวมกันมาที่จุดๆเดียวเกิดเป็นความร้อนไปต้มน้ำกลายเป็นไอน้ำมาปั่นกังหันไอน้ำ

โดยอ้อมก็คือ ต้นไม้กลายเป็นเชื้อเพลิงโดยการที่แสงอาทิตย์ส่องมาโดนคลอโรฟิลล์ในใบไม้ รวมกับไฮโดรเจนจากน้ำในดินและคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศกลายเป็นสารไฮโดรคาร์บอนซึ่งก็คือกิ่งก้านสาขาของต้นไม้ที่เจริญเติบโตขึ้น รวมกันมากๆเข้าเป็น เป็นเชื้อเพลิงให้โรงไฟฟ้าไบโอแมส ถ้าอ้อมไกลหน่อย ก็คือสัตว์มากินพืช แล้วทั้งซากพืชซากสัตว์ตายลง เมื่อทับถมกันนาน กลายเป็นฟอสซิล ทำให้เกิดถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติใต้ดินให้คนขุดขึ้นมาเผาเป็นเชื้อเพลิงโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

แม้แต่โรงไฟฟ้าพลังน้ำและพลังลม (renewable) ที่เป็นพลังงานที่ใช้กันไม่หมดตราบใดที่ยังมีแสงอาทิตย์ ก็เป็นพลังงานทางอ้อมจากดวงอาทิตย์เหมือนกัน เพราะถ้าปราศจากดวงอาทิตย์ ฝนก็คงไม่ตก ลมก็คงไม่พัด

แต่มีพลังงานไฟฟ้าอยู่สองอย่าง ที่ไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์ เพราะเป็นของโลกเราเอง เนื่องจากโลกเราไม่ใช่ชิ้นส่วนที่หลุดกระเด็นมาจากดวงอาทิตย์ แต่เป็นซากดาวจากการระเบิดของซูเปอร์โนวาในอดีต พกพาเอาความร้อนและโลหะหนักติดมาด้วย จนมาเจอดวงอาทิตย์ ที่เป็นดาวฤกษ์เกิดใหม่ โลกจึงกลายมาเป็นดาวบริวารของดวงอาทิตย์

โรงไฟฟ้าที่ไม่ได้อาศัยพลังงานจากดวงอาทิตย์ สองอย่างนั้นก็คือ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (geothermal) และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่ใช้แร่ยูเรเนียมภายในโลกของเรา นั่นเอง

วัชระ นูมหันต์

2023-12-17

 ทำเนียบคณะกรรมการสมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทยชุดปัจจุบัน ปี 2566 - 2568

 ดาวโหลดได้ที่นี้ ใบสมัครและใบต่ออายุสมาชิก สมท_.pdf