วิทยาศาสตร์เพื่อพัฒนาทักษะชีวิต

บทท่ี 1 กระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คอื วิธีการและขนั้ ตอนท่ีใชด้ าเนินการคน้ ควา้ หาความรู้ ทางวทิ ยาศาสตร์ อยา่ งมีระบบและมีประสิทธิภาพ แบง่ ออกเป็น 3 ประเภท คอื วธิ ีการทางวทิ ยาศาสตร์ ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ และจติ วทิ ยาศาสตร์ 1.1 วิธกี ารทางวทิ ยาศาสตร์ วิธกี ารทางวทิ ยาศาสตร์ เป็นวธิ ีการท่นี กั วทิ ยาศาสตรใ์ ชใ้ นการแสวงหาความรู้ หรอื หาความจรงิ หรอื ใชใ้ นการแกป้ ัญหาตา่ ง ๆ ดงั นนั้ การแสวงหาความรู้ ความเขา้ ใจท่ี ถกู ตอ้ งและน่าเช่ือถือในทกุ ๆ ศาสตร์ จะตอ้ งอาศยั วธิ ีการทางวิทยาศาสตรเ์ พ่ือตอบ คาถาม และเพ่ือแกป้ ัญหา ปัจจบุ นั มนี กั วทิ ยาศาสตรห์ ลายทา่ นไดจ้ าแนกวิธีการทางวทิ ยาศาสตรไ์ วแ้ ตกตา่ งกนั ในท่ีนีข้ อนาเสนอวิธีการทางวิทยาศาสตร์ 5 ขนั้ ตอน ประกอบดว้ ย ขั้นที่ 1 ตัง้ ปัญหา ขั้นท่ี 2 เกบ็ รวบรวมข้อมูล หรือข้อเทจ็ จริง ขั้นท่ี 3 สร้างสมมตฐิ าน ขัน้ ที่ 4 ทดลองพสิ ูจน์ ขั้นที่ 5 สรุปผล กระบวนการเรยี นการสอนวทิ ยาศาสตรใ์ นโลกยคุ ใหม่ จะตอ้ งสนบั สนนุ ใหน้ กั ศกึ ษาได้ เรยี นรูจ้ ากประสบการณท์ ่ไี ดป้ ฏบิ ตั จิ รงิ สมั ผสั จรงิ มีกระบวนการสารวจ ทดลอง ตรวจสอบดว้ ยเคร่อื งมือ แลกเปล่ียนความเห็น ทางานรว่ มกนั มีความรบั ผดิ ชอบ กลา้ คิด กลา้ แสดงออก ใชว้ ิธีการและทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์

1.2 ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ หมายถึง ความชานาญและความสามารถในการ ใช้ การคิด และกระบวนการคดิ เพ่อื คน้ หาความรู้ รวมทงั้ การแกป้ ัญหาตา่ ง ๆ กระบวนการคดิ และเรยี นรู้ รวมทงั้ การจินตนาการ เป็นผลของการคดิ เฉพาะดา้ นและ รว่ มกนั ของสมองทงั้ ซกี ซา้ ยและซีกขวา ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตรเ์ ป็นหวั ใจ ท่สี าคญั ของกระบวนการศกึ ษาทางดา้ นวทิ ยาศาสตร์ ซง่ึ แบง่ ออกเป็น 13 ทกั ษะ ดว้ ยกนั สมาคมความกา้ วหนา้ ทางวทิ ยาศาสตรข์ องสหรฐั อเมรกิ า (American Association for the Advancement of Science-AAAS) กาหนดจดุ มงุ่ หมายของการใช้ กระบวนการทางวทิ ยาศาสตรเ์ ป็นเครอ่ื งมอื ในการแสวงหาความรูท้ งั้ สนิ้ 13 ทกั ษะ โดยความหมายท่ีเก่ียวขอ้ งในแตล่ ะทกั ษะมดี งั นี้ ทกั ษะกระบวนการทางวิทยาศาสตรข์ ัน้ พนื้ ฐาน มี 8 ทกั ษะ ประกอบดว้ ย 1.ทกั ษะการสังเกต (Observation) หมายถงึ ความสามารถในการใชป้ ระสาทสมั ผสั อยา่ งใดอยา่ งหนง่ึ หรอื หลายอยา่ งรวมกนั ไดแ้ ก่ ตา หู จมกู ลนิ้ และผวิ กาย เขา้ ไป สมั ผสั โดยตรงกบั วตั ถหุ รอื ปรากฏการณต์ า่ งๆ โดยไมล่ งความเห็นของผสู้ งั เกต เป็น วธิ ีการพืน้ ฐานท่ีจะไดข้ อ้ มลู มาตามความตอ้ งการ

การสงั เกตท่ีดคี วรหลีกเล่ยี งการใสค่ วามคดิ เห็นสว่ นตวั ของผสู้ งั เกต เพ่อื ใหเ้ กิดความ แมน่ ยาของขอ้ มลู 2.ทกั ษะการวัด (Measurement) หมายถงึ ความสามารถในการใชเ้ ครอ่ื งมือวดั หา ปรมิ าณของสิ่งตา่ งๆ ไดอ้ ยา่ งถกู ตอ้ งแมน่ ยา ความสามารถในการเลือกใชเ้ คร่อื งมือ อยา่ งเหมาะสม และความสามารถในการอา่ นค่าท่ีไดจ้ ากการวดั ไดถ้ กู ตอ้ งและ ใกลเ้ คียงกบั ความจรงิ พรอ้ มทงั้ มีหนว่ ยกากบั เสมอ 3.ทกั ษะการคานวณ (Using numbers) หมายถงึ ความสามารถในการบวก ลบ คณู หาร หรอื จดั กระทากบั ตวั เลขท่แี สดงคา่ ปรมิ าณของสงิ่ ใดส่งิ หนง่ึ ซง่ึ ไดจ้ ากการสงั เกต การวดั การทดลองโดยตรง หรอื จากแหลง่ อ่ืน ตวั เลขท่ีคานวณนนั้ ตอ้ งแสดงคา่ ปรมิ าณในหนว่ ยเดียวกนั ตวั เลขใหมท่ ่ไี ดจ้ ากการคานวณจะช่วยใหส้ อื่ ความหมายได้ ตรงตามท่ีตอ้ งการและชดั เจนย่งิ ขนึ้

ภาพตวั อยา่ งการใชท้ กั ษะการจาแนกประเภทในการจดั หมวดหมขู่ องสิง่ มีชีวติ ขอบคณุ ภาพจาก Encyclopedia Britannica 4.ทกั ษะการจาแนกประเภท (Classification) หมายถึง ความสามารถในการจดั จาแนกหรอื เรยี งลาดบั วตั ถุ หรอื ส่งิ ท่ีอยใู่ นปรากฏการณต์ า่ งๆ ออกเป็นหมวดหมโู่ ดยมี เกณฑใ์ นการจดั จาแนก เกณฑด์ งั กลา่ วอาจใช้ ความเหมือน ความแตกตา่ ง หรอื ความสมั พนั ธอ์ ย่างใดอย่างหน่งึ ก็ได้ โดยจดั สิ่งท่ีมีสมบตั ิบางประการรว่ มกนั ใหอ้ ยใู่ น กลมุ่ เดียวกนั 5.ทกั ษะการหาความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งสเปซกบั สเปซ และสเปซกบั เวลา (Space/space Relationship and Space/Time Relationship) สเปซ (Space) ของ วตั ถุ หมายถึง ท่ีวา่ งบรเิ วณท่ีวตั ถนุ นั้ ครอบครองอยู่ ซง่ึ จะมรี ูปรา่ งและลกั ษณะ เช่นเดียวกบั วตั ถนุ นั้ โดยท่วั ไป สเปซ ของวตั ถปุ ระกอบดว้ ยมี 3 มิติ (Dimensions) ไดแ้ ก่ ความกวา้ ง ความยาว ความสงู หรอื ความหนาของวตั ถุ ทกั ษะการหา ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งสเปซกบั สเปซ และสเปซกบั เวลา หมายถงึ ความสามารถใน การระบคุ วามสมั พนั ธร์ ะหวา่ งสง่ิ ตอ่ ไปนี้ คือ

1) ความสมั พนั ธร์ ะหว่าง 2 มติ ิ กบั 3 มิติ 2) สง่ิ ท่อี ยหู่ นา้ กระจกเงากบั ภาพท่ีปรากฏจะเป็นซา้ ยขวาของกนั และกนั อย่างไร 3) ตาแหน่งท่อี ยขู่ องวตั ถหุ นง่ึ กบั อีกวตั ถหุ น่งึ 4) การเปลี่ยนแปลงตาแหน่งท่ีอยขู่ องวตั ถกุ บั เวลาหรอื สเปสของวตั ถุ ท่เี ปล่ยี นแปลง ไปกบั เวลา ทกั ษะการหาความสมั พนั ธ์ เป็นหนง่ึ ในทกั ษะท่ีตอ้ งใชส้ าหรบั การสรา้ งจินตภาพ (Shape หมายถงึ รูปรา่ ง, Form หมายถงึ รูปทรง) 6.ทกั ษะการจัดกระทาและสือ่ ความหมายข้อมูล (Organizing data and communication) หมายถึง ความสามารถในการนาขอ้ มลู ท่ไี ดจ้ ากการสงั เกต การวดั การทดลอง และจากแหลง่ อ่ืนมาจดั กระทาใหมโ่ ดยวิธีการตา่ งๆ เช่น การจดั เรยี งลาดบั การแยกประเภท หรอื คานวณหาคา่ ใหม่ เพ่อื ใหผ้ อู้ ่ืนเขา้ ใจมากขนึ้ อาจ นาเสนอในรูปของตาราง แผนภมู ิ แผนภาพ กราฟ สมการ เป็นตน้ 7.ทกั ษะการลงความเหน็ จากข้อมูล (Inferring) หมายถึง ความสามารถในการ อธิบายขอ้ มลู ท่มี ีอยอู่ ย่างมีเหตผุ ล โดยอาศยั ความรูห้ รอื ประสบการณเ์ ดมิ มาชว่ ย ขอ้ มลู ท่มี อี ยอู่ าจไดม้ าจากการสงั เกต การวดั การทดลอง คาอธิบายนนั้ ได้ มาจาก

ความรูห้ รอื ประสบการณเ์ ดมิ ของผสู้ งั เกตท่ีพยายามโยงบางสว่ นท่เี ป็นความรูห้ รอื ประสบการณเ์ ดมิ ใหม้ าสมั พนั ธก์ บั ขอ้ มลู ท่ีตนเองมอี ยู่ 8.ทกั ษะการพยากรณ์ (Prediction) หมายถงึ ความสามารถในการทานายหรอื คาดคะเนสง่ิ ท่ีจะเกิดขนึ้ ลว่ งหนา้ โดยอาศยั การสงั เกตปรากฏการณท์ ่เี กิดขนึ้ ซา้ ๆ หรอื ความรูท้ ่เี ป็นหลกั การ กฎ หรอื ทฤษฎีในเรอ่ื งนนั้ มาช่วยในการทานาย การทานายอาจ ทาไดภ้ ายในขอบเขตขอ้ มลู และภายนอกขอบเขตขอ้ มลู การสรา้ งสมมติฐานเปรยี บเหมอื นการกาหนดเปา้ หมายและทศิ ทางของวิธีการหา คาตอบของกระบวนการนนั้ ๆ ภาพถ่าย: PeopleImages / iStock / Getty Images Plus ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตรข์ ัน้ บูรณาการ มี 5 ทกั ษะ ประกอบดว้ ย 1.ทกั ษะการตงั้ สมมตฐิ าน ( Formulating hypothesis) หมายถงึ ความสามารถใน การใหค้ าอธิบายซง่ึ เป็นคาตอบลว่ งหนา้ อยา่ งมีเหตมุ ผี ล ก่อนท่ีจะดาเนินการทดลอง เพ่ือตรวจสอบความถกู ตอ้ งเป็นจรงิ ในเรอ่ื งนนั้ ๆ ตอ่ ไป สมมตฐิ านเป็นขอ้ ความท่ี

แสดงการคาดคะเน ซง่ึ อาจเป็นคาอธิบายของสงิ่ ท่ไี มส่ ามารถตรวจสอบโดยการ สงั เกตได้ หรอื อาจเป็นขอ้ ความท่แี สดงความสมั พนั ธท์ ่คี าดคะเนวา่ จะเกิดขนึ้ ระหวา่ ง ตวั แปรตน้ กบั ตวั แปรตาม ขอ้ ความของสมมตฐิ านนีส้ รา้ งขนึ้ โดยอาศยั การสงั เกต ความรู้ ประสบการณเ์ ดิมเป็นพืน้ ฐาน การคาดคะเนคาตอบท่คี ดิ ลว่ งหนา้ นีย้ งั ไมท่ ราบ หรอื ยงั ไมเ่ ป็นหลกั การ กฎ หรอื ทฤษฎีมากอ่ น ขอ้ ความของสมมติฐานตอ้ งสามารถทา การตรวจสอบโดยการทดลองและแกไ้ ขเม่ือมีความรูใ้ หมไ่ ด้ 2.ทกั ษะการกาหนดนิยามเชิงปฏิบัตกิ าร (Defining operationally) หมายถงึ ความสามารถในการกาหนดความหมายและขอบเขตของคา หรอื ตวั แปรตา่ งๆ ให้ เขา้ ใจตรงกนั และสามารถสงั เกตและวดั ได้ คานิยามเชิงปฏิบตั ิการ เป็นความหมาย ของคาศพั ทเ์ ฉพาะ เป็นภาษาง่ายๆ ชดั เจน ไมก่ ากวม ระบสุ ิ่งท่สี งั เกตได้ และระบกุ าร กระทาซง่ึ อาจเป็น การวดั การทดสอบ การทดลองไวด้ ว้ ย 3.ทกั ษะการกาหนดและควบคุมตัวแปร (Identifying and controlling variables) หมายถงึ การชีบ้ ง่ ตวั แปรตน้ ตวั แปรตาม และตวั แปรท่ีตอ้ งควบคมุ ใน สมมตฐิ านหนึง่ การควบคมุ ตวั แปรนนั้ เป็นการควบคมุ สงิ่ อ่ืนๆ นอกเหนือจากตวั แปร ตน้ ท่ีจะทาใหผ้ ลการทดลองคลาดเคล่อื น ถา้ หากวา่ ไมค่ วบคมุ ใหเ้ หมอื นกนั 4.ทกั ษะการทดลอง (Experimenting) หมายถงึ กระบวนการปฏิบตั ิการเพ่ือหา คาตอบหรอื ทดสอบสมมตฐิ านท่ตี งั้ ไว้ ในการทดลองจะประกอบดว้ ยกิจกรรม 3 ขนั้ ตอน คอื – การออกแบบการทดลอง หมายถงึ การวางแผนการทดลองกอ่ นลงมอื ทดลองจรงิ เพ่ือกาหนดวิธีการดาเนินการทดลองซง่ึ เก่ียวกบั การกาหนดวธิ ีดาเนินการทดลองซง่ึ เก่ียวกบั การกาหนดและควบคมุ ตวั แปร และวสั ดอุ ปุ กรณท์ ่ตี อ้ งการใชใ้ นการทดลอง – การปฏบิ ตั ิการทดลอง หมายถึง การลงมอื ปฏบิ ตั กิ ารทดลองจรงิ

– การบนั ทกึ ผลการทดลอง หมายถงึ การจดบนั ทกึ ขอ้ มลู ท่ไี ดจ้ ากการทดลอง ซง่ึ อาจ เป็นผลของการสงั เกต การวดั และอ่ืนๆ ทกั ษะทการทดลองเป็นกระบวนการตรวจสอบสมมติฐานท่ีตงั้ ไว้ อาจเป็นไปตาม สมมตฐิ าน หรอื ไมเ่ ป็นไปตามสมมติฐาน ก็ได้ 5.ทกั ษะการตคี วามหมายข้อมูลและลงข้อสรุป (Interpreting data and conclusion) หมายถึง ความสามารถในการบอกความหมายของขอ้ มลู ท่ีไดจ้ ดั กระทา และอยใู่ นรูปแบบท่ใี ชใ้ นการส่ือความหมายแลว้ ซง่ึ อาจอยใู่ นรูปตาราง กราฟ แผนภมู ิ หรอื รูปภาพต่างๆ รวมทงั้ ความสามารถในการบอกความหมายขอ้ มลู ในเชิงสถิตดิ ว้ ย และสามารถลงขอ้ สรุปโดยการเอาความหมายของขอ้ มลู ท่ีไดท้ งั้ หมด สรุปใหเ้ ห็น ความสมั พนั ธข์ องขอ้ มลู ท่เี ก่ียวขอ้ งกบั ตวั แปรท่ตี อ้ งการศกึ ษาภายในขอบเขตของการ ทดลองนนั้ ๆ 1.3 จติ วทิ ยาศาสตรห์ รอื เจตคตทิ างวิทยาศาสตร์

หมายถงึ คณุ ลกั ษณะหรอื ลกั ษณะนิสยั ของบคุ คลท่ีเกิดขนึ้ จากการศกึ ษาหาความรู้ โดยใช้ กระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ เรยี กวา่ เจตคตทิ างวทิ ยาศาสตร์ เจตคตทิ างวิทยาศาสตรป์ ระกอบดว้ ยคณุ ลกั ษณะตา่ ง ๆ ไดแ้ ก่ ความสนใจใฝ่รู้ ความ มงุ่ ม่นั ความขยนั อดทน รอบคอบ มีวนิ ยั ความรบั ผดิ ชอบ ความซ่อื สตั ยส์ จุ รติ ประหยดั การรว่ มแสดงความคิดเห็น และยอมรบั ฟังความคดิ เห็นของผอู้ ่ืน ความมี เหตผุ ล การทางานรว่ มกบั ผอู้ ่ืนไดอ้ ย่างสรา้ งสรรค์ การทางานของนกั วทิ ยาศาสตรท์ กุ คนจะประสบความสาเรจ็ ไดน้ นั้ จะตอ้ งเร่มิ ตน้ ดว้ ย ความอยากรู้ อยากเห็น ชอบสงสยั ชอบตงั้ คาถาม มีความกระตือรอื รน้ มีความ รบั ผิดชอบ และมีเจตคตทิ ่ดี ตี อ่ วิทยาศาสตร์ กลา่ วคอื เป็นผทู้ ่มี ีคณุ ธรรม จรยิ ธรรม รอบรู้ ไฝ่รูไ้ ฝ่เรยี น ซ่อื สตั ยส์ จุ รติ ไมล่ าเอียง 1.4 โครงงานวทิ ยาศาสตร์ ความหมายของโครงงานวทิ ยาศาสตร์ โครงงานวทิ ยาศาสตร์ หมายถงึ การศกึ ษาเพ่ือพบขอ้ ความรูใ้ หม่ สิ่งประดิษฐ์ ใหม่ ๆทางวิทยาศาสตรด์ ว้ ยตวั ของผเู้ รยี นเอง โดยใชว้ ิธีการทางวิทยาศาสตรใ์ นการ แกป้ ัญหาโดยมคี รูอาจารยแ์ ละผเู้ ช่ียวชาญเป็นผใู้ หค้ าปรกึ ษา ประเภทของโครงงานวิทยาศาสตร์ 1. โครงงานประเภทการทดลอง 2. โครงงานประเภทการสารวจรวบรวมขอ้ มลู 3. โครงงานประเภทการสรา้ งส่งิ ประดิษฐ์ 4. โครงงานประเภทการสรา้ งทฤษฎีและหลกั การ

1. โครงงานประเภทการทดลอง เป็นโครงงานท่มี ีการออกแบบการทดลองเพ่ือศกึ ษาผลของตวั แปรอสิ ระท่ีมี ตอ่ ตวั แปรตาม โดยควบคมุ ตวั แปรอ่ืน ๆ ท่ีจะมีผลตอ่ การทดลอง ตวั อยา่ งโครงงานประเภทการทดลอง กระเจีย๊ บผง Herbal Yogurt for the Better Life Catechin In Green Tea ลดความอว้ น ก๊าซคารบ์ อนไดออกไซดจ์ ากเปลือกไข่ชะลอการสกุ ของผลไม้ Wallpaper จากเศษวสั ดธุ รรมชาตชิ ว่ ยลดความรอ้ นภายในบา้ น 2. โครงงานประเภทการสารวจรวบรวมขอ้ มลู เป็นโครงงานท่ีมกี ารสารวจรวบรวมขอ้ มลู แลว้ นามาจาแนกเป็นหมวดหมู่ นาเสนอใน แบบตา่ ง ๆ เพ่ือใหเ้ หน็ ลกั ษณะ หรอื ความสมั พนั ธข์ องเร่อื งท่ีศกึ ษาได้ ชดั เจนขนึ้

ตวั อยา่ งโครงงานประเภทการสารวจรวบรวมขอ้ มลู การศกึ ษาลกั ษณะพืชอาหารของแมลงแคง การศกึ ษาพฤติกรรมระหวา่ งมดกบั หนอนชอนเปลือกตน้ ลองกอง ศกึ ษาความสวา่ งของแสงภายในหอ้ งเรยี นของโรงเรยี นปัญญาวรคณุ การสารวจความหลากหลายของแมลงกลางคนื ในทอ้ งท่ีอาเภอสคี ิว้ จงั หวดั นครราชสีมา การสารวจหอยโข่งท่ีมีพยาธิแองจิโอสตรองไวรสั บรเิ วณแหลง่ นา้ ชมุ ชน อ.เมือง จ. มหาสารคาม 3. โครงงานประเภทการสรา้ งสิ่งประดษิ ฐ์ เป็นโครงงานท่เี ก่ียวกบั การประยกุ ตท์ ฤษฎี หรอื หลกั การทางวิทยาศาสตร์ มาประดิษฐเ์ ครอ่ื งมือเครอ่ื งใช้ หรอื อปุ กรณเ์ พ่ือประโยชนใ์ ชส้ อยตา่ ง ๆ อาจคิด ประดษิ ฐข์ องใหม่ หรอื ปรบั ปรุง ดดั แปลงของเดิมท่มี อี ยแู่ ลว้ ใหม้ ปี ระสิทธิภาพสงู ขนึ้ ตวั อยา่ งโครงงานประเภทการสรา้ งสง่ิ ประดิษฐ์

Digital Counter เครอ่ื งขจดั คราบนา้ มนั เครอ่ื งตรวจ(pH)ดนิ เพ่ือปลกู ผกั เคร่อื งกาจดั ฝ่นุ ละอองในโรงงานโมห่ นิ กลอ่ งดกั จบั แมลงวนั ไฮเทค (จากพฤติกรรมการบินของแมลงวนั ) 4. โครงงานประเภทการสรา้ งทฤษฎี เป็นโครงงานท่ีไดเ้ สนอทฤษฎี หลกั การ หรอื แนวความคดิ ใหม่ ๆ ซง่ึ อาจอยู่ ในรูปของสตู ร สมการ หรอื คาอธิบายกไ็ ด้ โดยผเู้ สนอไดต้ งั้ กตกิ า หรอื ขอ้ ตกลงนนั้ หรอื อาจใชก้ ตกิ าและขอ้ ตกลงเดิมมาอธิบายปรากฏการณต์ า่ ง ๆ ในแนวใหม่ อาจ เสนอหลกั การ แนวความคดิ หรอื จินตนาการท่ียงั ไมม่ ีใครคดิ มากอ่ น อาจเป็นการ ขดั แยง้ หรอื ขยายทฤษฎเี ดิม แตจ่ ะตอ้ งมขี อ้ มลู หรอื ทฤษฎีอ่ืนมาสนบั สนนุ อา้ งอิง ตวั อยา่ งโครงงานประเภทการสรา้ งทฤษฎี เน่ืองจากโครงงานประเภทนี้ ผทู้ าโครงงานจะตอ้ งมีพืน้ ฐานความรูท้ าง วิทยาศาสตรเ์ ป็นอยา่ งดี และตอ้ งทาการศกึ ษาคน้ ควา้ เร่อื งราวท่ีเก่ียวขอ้ งเป็นอย่าง มาก จนมคี วามรูอ้ ยา่ งกวา้ งขวาง และลกึ ซงึ้ ในเรอ่ื งท่ีเก่ียวขอ้ ง ดงั นนั้ จงึ ยงั

ไมเ่ คยมีผทู้ าโครงงานวิทยาศาสตรป์ ระเภทนีส้ ง่ เขา้ ประกวดกบั สมาคมวทิ ยาศาสตร์ และเทคโนโลยีศกึ ษาไทยเลย ตวั อยา่ งโครงงานตอ่ ไปนีจ้ งึ มไิ ดเ้ ป็นโครงงานท่นี กั เรยี นระดบั มธั ยมศกึ ษาเป็นผทู้ าไว้ ทฤษฎีสมั พนั ธภาพ (E = mc2) การอธิบายอวกาศแนวใหม่ กาเนิดของทวีปและมหาสมทุ ร การกาเนิดของแผ่นดินไหวในประเทศไทย การอธิบายเรอ่ื งราวการดารงชีวิตในอวกาศของมนษุ ย์ บทที่ 2 หน่วยและการวัด หน่วยและการวดั การกาหนดมาตรฐานเพ่อื เป็นหน่วยกลางทางวทิ ยาศาสตร์ เรยี กวา่ หน่วยระหวา่ ง ชาติ ( International System of Units หรอื System - International d' Unites ) และกาหนดใหใ้ ชอ้ กั ษรยอ่ แทนช่ือระบบนีว้ า่ \"SI\" หรอื หนว่ ยเอสไอ ( SI unit ) เพ่ือ ใชใ้ นการวดั ทางวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ระบบหน่วยระหวา่ งชาติ หรอื เอสไอ ประกอบดว้ ย หน่วยฐาน หนว่ ยเสรมิ หนว่ ยอนุ พทั ธ์ และคาอปุ สรรค ซง่ึ มีรายละเอยี ดดงั นี้ 1. หน่วยฐาน (Base Units) เป็นหน่วยหลกั ของเอสไอ ทงั้ หมด 7 หน่วย ดงั ตาราง ตารางช่ือและสญั ลกั ษณข์ องหน่วยฐาน ปรมิ าณ ช่ือหนว่ ย สญั ลกั ษณ์

ความยาว (Length) เมตร m kg มวล (Mass) กิโลกรมั s A เวลา (Time) วนิ าที K กระแสไฟฟ้า (Electric current) แอมแปร์ mol อณุ หภมู อิ ณุ หพลวตั ิ เคลวนิ cd (Thermodynamic temperature) ปรมิ าณของสาร (Amount of โมล Substance) ความเขม้ ของการสอ่ งสวา่ ง แคนเดลา (Luminous intensity) 2. หน่วยเสริม (Supplementary Units) หน่วยเสรมิ ของระบบ SI มี 2 หนว่ ย คอื 1. เรเดียน (Radian : rad) เป็นหนว่ ยวดั มมุ ในระนาบ กาหนดให้ r คือ รศั มีของวงกลม

q คือ มมุ ในระนาบท่ีจดุ ศนู ยก์ ลางของวงกลม s คือ ความยาวสว่ นโคง้ ของวงกลมท่ีรองรบั ในระนาบ q โดย q มหี นว่ ยเป็นเรเดียน ( rad ) มมุ 1 เรเดียน คือ มมุ q ท่รี องรบั ความยาวโคง้ s ท่มี ีความยาวเทา่ กบั รศั มีของวงกลม 2. สตเี รเดียน (Steradian: sr) เป็นหน่วยวดั มมุ ตนั กาหนดให้ P คือ จดุ ศนู ยก์ ลางของทรงกลม R คือ รศั มีของทรงกลม q คือ มมุ ตนั มีรูปรา่ งเป็นวงกลมท่ีจดุ ศนู ยก์ ลางของทรงกลม A คือ พนื้ ท่ผี วิ ของทรงกลมท่รี องรบั มมุ ตนั q โดย q มีหน่วยเป็นสตเี รเดียน (sr)

มมุ 1 สตีเรเดียน คือ มมุ q ท่รี องรบั พืน้ ท่ีผวิ ของทรงกลม A ท่มี ขี นาดเท่ากบั ขนาดของรศั มีของทรงกลมกาลงั สอง 3. หน่วยอนุพันธ์ (Derived Units) เป็นหนว่ ยซง่ึ มหี นว่ ยฐานหลายหนว่ ยมาเก่ียวขอ้ งกนั เช่น หนว่ ยของความเรว็ เป็น เมตร/วินาที ซง่ึ มเี มตรและวินาทเี ป็นหนว่ ยฐาน หน่วยนีม้ ีอยหู่ ลายหน่วยและบาง หน่วยกใ็ ชช้ ่ือและสญั ลกั ษณเ์ ป็นพิเศษ เช่น ความเรว็ มีหนว่ ยเป็น เมตรตอ่ วนิ าที ( m/s ) แรง มีหน่วยเป็น กิโลกรมั เมตรต่อวนิ าทีกาลงั สอง ( kg.m/s2 ) หรอื นิวตนั ( N ) กาลงั มีหนว่ ยเป็น จลู ตอ่ วนิ าที( J/s ) หรอื วตั ต์ ( w ) ตวั พหคุ ูณและคาอุปสรรค ตวั พหุคณู คือ 10n เป็นการเขียนเพ่ือลดรูปปรมิ าณท่ีใหญ่มาก ๆ หรอื เล็กมาก ๆ เชน่ 40000000000 m = 4 x 1010 m 0.04 m = 4/100 = 4 x 10-2 m คาอุปสรรค คือ สญั ลกั ษณแ์ ทนคา่ ตวั พหคุ ณู บางคา่ เช่น k (กิโล) = 103 m (ไมโคร) = 10-6 ตาราง ตัวพหคุ ณู และคาอุปสรรค ตวั พหคุ ณู คาอปุ สรรค สญั ลกั ษณ์

1012 เทระ ( tera ) T 109 จิกะ ( giga ) G 106 เมกะ ( mega ) M 103 กิโล ( kilo ) K 102 เฮกโต ( hecto ) h 101 เดคา ( deca ) da 10-1 เดซิ ( deci ) d 10-2 เซนติ ( cente ) c 10-3 มิลลิ ( milli ) m 10-6 ไมโคร( micro ) m 10-9 นาโน ( nano ) n 10-12 พิโก ( pico ) p การใชป้ ระโยชนจ์ ากตาราง หนว่ ยต่างๆท่ีอยใู่ นตารางคอื หน่วยท่คี วรจา ได้ นอกเหนือจากนนั้ ควรหาคา่ ความสมั พนั ธโ์ ดยใชห้ นว่ ยท่ีมีอยใู่ นตารางหาคา่ ความสมั พนั ธ์ จงึ จะทาใหต้ ารางนี้ วดั ความยาวระบบเมตริก วดั ความยาวระบบ วดั ความยาวในมาตรา อังกฤษ ไทย

11 12 ซม. = 10 มิลลิเ ฟตุ = 12 นวิ้ = 1 คืบ มตร นวิ้ 2 คืบ = 1 ศ 1 เมตร = 100 ซม. 3 อก 1 กม. = 1,000 เมตร ฟตุ = 1 หลา 4 ศอก = 1 ว 1 า ไมล์ = 1,760 หลา 20 วา = 1 เสน้ กาหนดเทยี บ 1 นวิ้ = 2 400 .54 ซม. (คา่ ประมาณ) เสน้ = 1 โยชน์ 1 ไมล์ = 1.6093 กิโลเมตร, 1 วา = 2 เมตร 1 เฮกตาร์ = 10,000 ตารางเมตร มาตราไทย 1 ไร่ = 4 งาน, 1 งาน = 100 ตารางวา, 1 เอเคอร์ = 2 .529 ไร(่ คา่ ประมาณ) 1 ถงั = 20 ลิตร = 15 กก., 1 เกวียน = 100 ถงั , 1 กระสอบ = 100 กิโลกรมั หน่วยวัดปริมาตรระบบเมตริกทคี่ วรรู้ 1 ลิตร = 1,000 มิลลลิ ิตร, 1 มิลลิลติ ร = 1 ลกู บาศกเ์ ซนตเิ มตร

หน่วยวัดปริมาตรในระบบอังกฤษทค่ี วรรู้ 3 ชอ้ นชา = 1 ชอ้ นโต๊ะ, 16 ชอ้ น โต๊ะ = 1 ถว้ ยตวง 1 ถว้ ยตวง = 8 ออนซ์ เทยี บ 1 ชอ้ นชา = 5 ลกู บาศกเ์ ซนติเมตร หน่วยวดั นา้ หนัก 1 กิโลกรมั = 1,000 กรมั , 1 กรมั = 1,000 มิลลิกรมั , 1 ตนั = 1,000 กิโลกรมั หน่วยเทยี บเมตริกกบั ระบบอังกฤษ 1 ปอนด์ = 0.4536 กิโลกรมั หน่วยเวลา 1 วนั = 24 ชม. , 1 ชม. = 60 นาที, 1 นาที = 60 วินาที, 1 ปี = 365 วนั หรอื 366 วนั , 1 ทศวรรษ = 10 ปี, 1 มิลเลเนียม = 1,000 ปี บทที่ 3 แรงและการเคล่ือนทขี่ องวตั ถุ ความหมายของงาน งาน หมายถงึ การออกแรงกระทากบั วตั ถเุ พ่ือใหว้ ตั ถนุ นั้ เคล่อื นท่ไี ปทศิ ทางเดียวกบั แรงท่ีกระทากบั วตั ถนุ นั้ แรง แรง คือ อานาจอย่างหน่งึ ท่ีทาใหว้ ตั ถเุ ปล่ยี นแปลงสภาพการเคล่อื นท่ีวตั ถอุ นั หน่งึ อาจมีแรงหลายแรงมากระทา เรยี กวา่ แรงยอ่ ย ผลรวมของแรงยอ่ ย เรยี กวา่ แรง ลพั ธ์

การหาแรงลพั ธห์ าได้จาก 1) โดยวธิ ีการสรา้ งรูป 2) โดยวิธีการคานวณ ปริมาณทางวทิ ยาศาสตร์ ปรมิ าณในความหมายทางวทิ ยาศาสตรแ์ บง่ เป็น 2 ชนิด คือ 1) ปรมิ าณสเกลาร์ คือ ปรมิ าณบอกเฉพาะขนาด เช่น มวล เวลา ปรมิ าตร ความ หนาแนน่ อณุ หภมู ิ 2) ปรมิ าณเวกเตอร์ คือ ปรมิ าณบอกขนาดและทิศทาง เช่น ความเรว็ แรง การกระจดั นา้ หนกั ความเรง่ การบวกและการลบปริมาณเวกเตอร์ เวกเตอรล์ บ หมายถงึ เวกเตอรท์ ่ีมีทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั ทิศท่ีกาหนดใหเ้ ป็นบวก การเทา่ กันของเวกเตอร์ หมายถงึ ปรมิ าณเวกเตอรท์ ่ีมีทงั้ ขนาดเทา่ กนั และทิศทาง เดยี วกนั 1) การบวกเวกเตอร์ หรอื การรวมเวกเตอรม์ วี ิธีการ คือ การสรา้ งรูป 2) การลบเวกเตอร์ ทาเช่นเดียวกบั การบวก แตต่ อ้ งกลบั ทิศทางเวกเตอรก์ อ่ น แลว้ จงึ นาเวกเตอรม์ าตอ่ กนั 3) การบวกเวกเตอรโ์ ดยการหาผลบวกขององคป์ ระกอบเวกเตอร์ กาลัง กาลงั คือ อตั ราการทางาน หรอื งานท่ีเกิดขนึ้ ในหนง่ึ หน่วยเวลา

ประสทิ ธภิ าพ ประสทิ ธิภาพ คอื การบอกวา่ เคร่อื งจกั รกลใดจะทางานไดด้ มี ากนอ้ ยเพียงใด หรอื การ บอกเป็นเปอรเ์ ซน็ ต์ พลังงาน พลงั งาน เป็นสิ่งท่แี ฝงอยใู่ นวตั ถหุ รอื สารตา่ ง ๆ ไมม่ ตี วั ตน แตม่ อี านาจใหส้ ารตา่ ง ๆ เกิดการเปลยี่ นแปลง เชน่ เกิดการเคล่อื นท่ี ทาใหร้ อ้ นขนึ้ ทาใหเ้ ปล่ยี นสถานะ ดงั นนั้ พลงั งานก็คอื ความสามารถในการทางานของวตั ถุ พลงั งานมีหลายรูปแบบ เชน่ พลงั งานกล พลงั งานความรอ้ น พลงั งานไฟฟา้ พลงั งานนวิ เคลียร์ พลงั งาน แสงอาทติ ย์ พลงั งานความรอ้ นใตพ้ ิภพ พลงั งานนา้ ขนึ้ นา้ ลง พลงั งานฟอสซิล พลังงานกล พลงั งานกล เป็นพลงั งานท่ีแสดงออกมาในรูปของการทาใหว้ ตั ถเุ กิดการเคล่ือนท่โี ดย สะสมอยใู่ นวตั ถุ แบง่ ได้ 2 ประเภท คอื 1) พลงั งานจลน์ 2) พลงั งานศกั ย์ พลงั งานศกั ยแ์ บง่ ได้ 2 ประเภท ไดแ้ ก่ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง และพลงั งานศกั ยย์ ืดหยนุ่ กฎการอนรุ กั ษพ์ ลงั งาน วตั ถทุ ่มี พี ลงั งานศกั ยห์ รอื พลงั งานจลนส์ ามารถเปล่ียนแปลงสภาพพลงั งาน ได้ โดยเฉพาะพลงั งานศกั ยส์ ามารถเปล่ยี นมาเป็นพลงั งานจลนไ์ ด้ และในทางกลบั กนั พลงั งานจลนส์ ามารถเปลย่ี นเป็นพลงั งานศกั ยไ์ ด้ สาหรบั ผลรวมของพลงั งานศกั ยแ์ ละ พลงั งานจลนข์ องวตั ถเุ รยี กวา่ พลงั งานกลรวมวตั ถุ

กฎการเคลือ่ นทขี่ องนิวตัน กฎการเคลื่อนท่ขี องนิวตนั มี 3 ขอ้ คอื กฎข้อที่ 1 วตั ถจุ ะมคี วามเฉ่ือยมากหรอื นอ้ ยขนึ้ อยกู่ บั มวลของวตั ถนุ นั้ กฎข้อที่ 2 แรงท่ีกระทาตอ่ วตั ถอุ าจมแี รงเดยี วหรอื หลายแรงก็ได้ แรงเสียดทาน แรงเสียดทาน หมายถงึ แรงท่เี กิดขนึ้ ระหวา่ งผิวสมั ผสั ของวตั ถุ 2 ชนิด เป็นแรง พยายามตา้ นไมใ่ หผ้ ิวสมั ผสั ทงั้ 2 ขยบั เคล่ือนจากกนั ชนิดของแรงเสยี ดทาน - แรงเสียดทานสถิต - แรงเสยี ดทานจลน์ มวลและนา้ หนัก มวล หมายถึง เนือ้ สาร นา้ หนัก หมายถงึ แรงท่โี ลกกระทาตอ่ วตั ถุ ลักษณะการเคลอ่ื นทข่ี องวตั ถุ ปรมิ าณท่ีเก่ียวขอ้ งกบั การเคล่ือนท่ี คือ ระยะทาง การกระจดั เวลา อตั ราเรว็ ความเรว็ ความเรง่ การเคลื่อนทแี่ บบต่าง ๆ 1) การเคลื่อนท่แี บบวงกลม ปรมิ าณท่ีเก่ียวขอ้ ง คอื คาบ (T) และความถ่ี (f)

การนาการเคล่ือนทแ่ี บบวงกลมไปใช้ในชีวิตประจาวนั เช่น เคร่อื งเลน่ รถไฟเหาะ ตีลงั กา การเคลอื่ นท่ีของดาวเทียม 2) การเคล่ือนท่แี บบโพรเจกไทล์ คือ การเคลื่อนท่ใี นแนวโคง้ การนาการเคลอ่ื นทแ่ี บบโพรเจกไทลไ์ ปใช้ในชวี ิตประจาวัน เชน่ การยงิ ปืนใน สนามแขง่ ขนั การทิง้ ระเบดิ จากเครอ่ื งบนิ 3) การเคล่ือนท่แี บบฮารม์ อนกิ อยา่ งงา่ ย เป็นการเคล่ือนท่แี บบกลบั ไปกลบั มาซา้ รอย เดิม ไดแ้ ก่ การแกวง่ ของวตั ถุ การส่นั ของวตั ถุ และการเคล่ือนท่ีแบบคล่นื บทท่ี 4 ไฟฟ้าในชีวิตประจาวนั ประจุไฟฟ้า การผลติ กระแสไฟฟา้ ในชีวิตประจาวนั เราใชพ้ ลงั งานหรอื กระแสไฟฟา้ จาก แหลง่ กาเนิดตา่ ง ๆ ไมว่ า่ จะเป็นกระแสไฟฟา้ จากสถานีไฟฟา้ ท่ีสง่ มาตามสายไฟ เขา้ สู่ อาคารบา้ นเรอื น หรอื จากเซลลไ์ ฟฟา้ เคมี ซง่ึ ในสภาวการณป์ ัจจบุ นั ท่ปี รมิ าณการใช้ พลงั งานไฟฟา้ ทวีมากขนึ้ เรอ่ื ย ๆ จงึ มีกาคดิ คน้ วิธีการตา่ ง ๆ ท่ีจะนาไปใชผ้ ลติ กระแสไฟฟ้าใหเ้ พียงพอกบั ความตอ้ งการและมีตน้ ทนุ ต่า อะตอมของธาตแุ ตล่ ะชนิดจะประกอบดว้ ยโปรตอนท่ีเป็นประจไุ ฟฟา้ บวกและ อเิ ล็กตรอนท่เี ป็นประจฟุ ้าลบในจานวนท่เี ทา่ กนั ซง่ึ ทาใหธ้ าตชุ นิดนนั้ มีสภาพเป็น กลางทางไฟฟา้ วตั ถทุ กุ ชนิดเม่ืออยสู่ ภาพเป็นกลางทางไฟฟา้ จะไมแ่ สดงอานาจ ประจาไฟฟา้ ออกมา

สญั ลกั ษณข์ องประจไุ ฟฟ้าบวก สญั ลกั ษณข์ องประจไุ ฟฟา้ ลบ การนาวตั ถุ 2 ชนิดมาเสยี ดสีกนั (ถกู นั ) จะเกิดการถ่ายเทประจไุ ฟฟา้ ทาให้ วตั ถุ 2 ชนิด แสดงอานาจไฟฟ้าออกมาได้ เช่น การนาแทง่ พลาสติกกบั ผา้ ขนสตั ว์ อเิ ล็กตรอนจากผา้ ขนสตั วจ์ ะถา่ ยเทไปยงั แทง่ พลาสตกิ ทาใหแ้ ทง่ พลาสตกิ มจี านวน อิเลก็ ตรอนมากกวา่ จานวนโปรตอน จงึ แสดงอานาจไฟฟา้ ลบ (ประจไุ ฟฟา้ ลบ) สว่ น ผา้ ขนสตั วท์ ่สี ญู เสียอิเลก็ ตรอนจะมีจานวนโปรตอนมากกวา่ อิเลก็ ตรอน จงึ แสดง อานาจไฟฟา้ บวก เซลลไ์ ฟฟ้าเคมี เซลลไ์ ฟฟา้ เคมี เป็นแหลง่ กาเนิดไฟฟา้ ชนดิ หน่งึ ท่ีเปล่ยี นพลงั งานเคมีเป็นพลงั งาน ไฟฟา้ แบง่ ออกเป็น 2 ประเภท 1. เซลลไ์ ฟฟ้าปฐมภมู ิ เป็นเซลลไ์ ฟฟา้ ท่ีใชแ้ ลว้ ไมส่ ามารถนามาประจไุ ฟฟา้ (ชารจ์ ไฟ) ใหมไ่ ด้ เช่น ถ่านไฟฉาย ถ่านใสน่ าฬกิ าขอ้ มือ 2. เซลลไ์ ฟฟ้าทตุ ยิ ภมู ิ เป็นเซลลไ์ ฟฟา้ ท่ีใชแ้ ลว้ สามารถนามาประจไุ ฟฟา้ (ชารจ์ ไฟ) ใหมไ่ ด้ เช่น แบตเตอร่รี ถยนต์ แบตเตอร่ใี นโทรศพั ทม์ ือถือ

จากรูป สงั กะสีจะแตกตวั เป็นอิออนและใหอ้ ิเล็กตรอนมากกวา่ ทองแดง ทาใหเ้ กิดการ เคล่อื นท่ขี องอิเลก็ ตรอนจากสงั กะสีไปสทู่ องแดง ขณะเดยี วกนั ก็จะเกิดการเคล่ือนท่ี ของกระแสไฟฟา้ ทศิ ทางตรงกนั ขา้ มกบั การไหลของอเิ ล็กตรอนจากทองแดงไปสู่ สงั กะสจี นกระท่งั ขวั้ ไฟฟา้ ทงั้ สองขวั้ มีประจไุ ฟฟา้ เทา่ กนั จงึ หยดุ การเคล่อื นท่ี ตวั อยา่ ง เซลลไ์ ฟฟา้ เคมี ไดแ้ ก่ ถา่ นไฟฉาย ถ่านใสน่ าฬกิ า ถ่านลิเทียม แบตเตอร่เี ป็นตน้ ถา่ นไฟฉาย (Dry cell) เป็นเซลลไ์ ฟฟ้าเคมี ท่ีมลี กั ษณะเป็นกอ้ น เม่ือใชไ้ ปเร่อื ย ๆ กระแสไฟฟ้าจะลดลง จนกระท่งั หมดกระแสไฟฟา้ (ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ ระหวา่ งขวั้ เป็นศนู ย)์ ในท่ีสดุ ถ่านไฟฉายมีทงั้ ประเภทใชแ้ ลว้ ทิง้ และประเภทท่นี ามาประจุ หรอื ชารจ์ ไฟฟ้าไดใ้ หม่ ถ่านอัลคาไลน์ (Alkaline cell) มีรูปลกั ษณะคลา้ ยกบั ถ่านไฟฉาย ม่อี ายกุ ารใชง้ าน ยาวนานกวา่ ถ่านไฟฉายธรรมดาและมีราคาแพงกว่า ถา่ นลเิ ทยี ม (Lithium Cell) สว่ นใหญ่จะมีขนาดเลก็ คลา้ ยกบั เม็ดกระดมุ มกั ใชก้ บั อปุ กรณไ์ ฟฟา้ ท่ีมีขนาดเลก็ คลา้ ยกบั เม็ดกระดมุ มกั ใชก้ บั อปุ กรณไ์ ฟฟ้าท่ีมีขนาดเล็ก เชน่ เครอ่ื งคดิ เลข นาฬกิ าขอ้ มือ โทรศพั ทม์ อื ถือ เป็นตน้ ขอ้ ดขี องถ่านลเิ ทยี มกค็ ือ สามารถรกั ษาระดบั พลงั งานไฟฟ้าในเซลลใ์ หม้ คี า่ คงท่ีตลอดอายกุ ารใชง้ าน

แบตเตอรี่ (Battery) เป็นการนาเซลลไ์ ฟฟา้ เคมตี งั้ แต่ 2 เซลลข์ นึ้ ไปมาตอ่ พว่ งเขา้ ดว้ ยกนั เพ่อื ใหม้ ีพลงั งานไฟฟา้ มากขนึ้ แบตเตอรท่ี ่ใี ชป้ ัจจบุ นั สามารถประจไุ ฟฟา้ (ชารจ์ ไฟ) ใหมไ่ ดป้ ระมาณ 700 ครงั้ จงึ มีราคาแพงแตอ่ ายกุ ารใชง้ านท่ียาวนานเช่น แบตเตอรพ่ี าหนะ แบตเตอรโ่ี ทรศพั ทม์ อื ถือ เป็นตน้ สาหรบั แบตเตอรท่ี ่ใี ชก้ บั ยานพาหนะจะมีคณุ ลกั ษณะพิเศษ คอื สามารถประจไุ ฟฟา้ (ชารจ์ ไฟ) สะสมไวอ้ ยา่ ง ตอ่ เน่ือง เม่ือเคร่อื งยนตท์ างานโดยจะตอ่ สายพานเคร่อื งยนตไ์ ปเช่ือมกบั ไดนาโม ทางานสามารถผลติ กระแสไฟฟ้าสแู่ บตเตอร่ไี ด้ ไดนาโม ไดนาโม (Dynamo) เป็นเคร่อื งผลิตกระแสไฟฟา้ โดยอาศยั หลกั การเหน่ียวนา แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า เปล่ยี นลงั งานกลเป็นพลงั งานไฟฟา้ หลกั การทางานของไดนาโมก็คอื การหมนุ ขดลวดตดั สนามแมเ่ หลก็ หรอื เคล่ือนแทง่ แมเ่ หลก็ ผา่ นขดลวดอย่างรวดเรว็ ฟลกั แมเ่ หลก็ จะเปลีย่ นแปลงและเหน่ียวนาทาใหเ้ กิดกระแสไฟฟา้ เรยี กว่า กระแสไฟฟา้ เหน่ียวนา ไดนาโม มีสว่ นประกอบท่สี าคญั คือ ขวั้ แมเ่ หลก็ 2 ขวั้ (ขวั้ N และS ) สาหรบั ทาให้ เกิดสนามแมเ่ หลก็ ขดลวดไฟฟ้าพนั รอบแกนเหลก็ ออ่ นสาหรบั หมนุ ตดั กบั เสน้ แรง แมเ่ หลก็ วงแหวนจะเช่ือมอยทู่ ่ปี ลายขดลวดเพ่อื หมนุ แปรงขดลวดแปรงจะครูดกบั วง แหวนซง่ึ จะนากระแสไฟฟา้ ท่ีผลิตขนึ้ ไดใ้ หไ้ หลออกไปใชป้ ระโยชน์

อันตรายของไฟฟ้าต่อร่างกายมนุษย์ รา่ งกายมนษุ ยเ์ ป็นตวั นาไฟฟา้ เชน่ เดียวกบั ตวั นาตา่ งๆ ไฟฟ้าสามารถผ่านรา่ งกายไป ไดอ้ ยา่ งสะดวก ดงั นนั้ จงึ ควรระมดั ระวงั ไมใ่ หร้ า่ งกายทกุ สว่ นสมั ผสั ถกู ตวั นาไฟฟา้ ท่ี ตอ่ อยกู่ บั แหลง่ กาเนดิ ไฟฟา้ หรือขณะท่ีมีกระแสผา่ นตวั นาไฟฟา้ นนั้ โดยเฉพาะขณะท่ี สว่ นหน่งึ สว่ นใดของรา่ งกายสมั ผสั อยกู่ บั พนื้ นา้ พืน้ ดิน พืน้ ปนู หรอื โลหะท่ีตอ่ ถงึ พืน้ ดิน หรอื พืน้ นา้ ซง่ึ จะทาใหก้ ระแสไฟฟ้าสามารถไหลผา่ นรา่ งกายลงสพู่ ืน้ นา้ หรอื พืน้ ดนิ ได้ สะดวก ในกรณีท่ีรา่ งกายสมั ผสั ถกู สายไฟฟา้ พรอ้ มกนั มากกวา่ หน่ึงเสน้ รา่ งกาย มนษุ ยจ์ ะกลายเป็นโหลด (load) ไฟฟา้ แทนอปุ กรณไ์ ฟฟา้ ทาใหเ้ กิดกระแสไหลผา่ น รา่ งกาย เรยี กการเกิดลกั ษณะนีว้ า่ ไฟฟ้าดดู หรอื ไฟฟา้ ชอ็ ต อนั ตรายของไฟฟา้ ตอ่ รา่ งกายมนษุ ยค์ ือ อาจทาใหเ้ กิดการบาดเจบ็ ของอวยั วะตา่ งๆ หรอื อาจถึงขนั้ เสียชีวติ ไดอ้ นั ตรายท่ีเกิดขนึ้ อาจจะมากหรอื นอ้ ยขนึ้ อยกู่ บั ขนาดของ กระแสไฟฟา้ ท่ีไหลผา่ นรา่ งกายไป กระแสไฟฟ้าปกติมีหนว่ ยเป็นแอมแปร์ (A) หรอื หน่วยเลก็ ลงมาเป็นมลิ ลแิ อมแปร์ (mA) และไมโครแอมแปร์ (μA) โดยท่ีแรงดนั ไฟฟา้ จะเป็นเทา่ ไหรก่ ็ได(้ ปกตแิ รงดนั ไฟสลบั ใชต้ ามบา้ นเรอื น มี คา่ 220 โวลต)์ กระแสไฟฟา้ จานวนนอ้ ยเป็นอนั ตรายนอ้ ย กระแสไฟฟา้ จานวนมาก เป็นอนั ตรายมาก และระยะเวลาของกระแสไฟฟา้ ท่ีไหลผา่ นมากก็จะเป็นอนั ตราย มาก เม่อื มีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นรา่ งกายมนษุ ยจ์ ะสง่ ผลใหเ้ กิดอาการเกรง็ ของ กลา้ มเนือ้ ทาใหไ้ ม่สามารถเคล่ือนไหวหรอื ดนิ้ ใหห้ ลดุ พน้ จากการถกู ไฟฟ้าดดู ได้ สว่ นประกอบอ่นื ๆ ท่ีมีผลตอ่ ความรุนแรงท่ีเกิดขนึ้ คอื ตาแหน่งท่สี มั ผสั และสภาพของ ผิวหนงั ตรงจดุ สมั ผสั กลา่ วคือถา้ กระแสไฟฟา้ ผา่ นรา่ งกายตรงบรเิ วณอวยั วะท่ีสาคญั เช่น บรเิ วณทรวงอกหรอื ศีรษะจะไดร้ บั อนั ตรายจากกระแสไฟฟา้ มากกวา่ บรเิ วณสว่ น อ่ืนๆ ของรา่ งกาย สว่ นของผวิ หนงั ท่ีสมั ผสั กบั ไฟฟา้ ก็จะไดร้ บั ความรุนแรงท่ีแตกตา่ ง

กนั ผวิ หนงั ท่ีแหง้ มีความตา้ นทานตอ่ กระแสไฟฟา้ สงู กระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นไดน้ อ้ ยเกิด อนั ตรายนอ้ ย ผวิ หนงั ท่ีมีความเปียกชืน้ สงู เช่น เปียกนา้ เปียกเหง่ือ กระแสไฟฟา้ ไหล ผา่ นไดส้ ะดวก เกิดอนั ตรายมากขนึ้ บทท่ี 5 โครงสร้างอะตอมและตารางธาตุ แบบจาลองอะตอม แนวคิดในการพฒั นาแบบจาลองอะตอม ในสมยั โบราณมีนกั ปราชญช์ าวกรกี ช่ือ ดิโครติ สุ (Democritus) เช่ือวา่ เม่ือยอ่ ย สารลงเรอ่ื ย ๆ จะไดส้ ว่ นท่ีเล็กท่ีสดุ ซง่ึ ไมส่ ามารถทาใหเ้ ล็กลงกวา่ เดิมไดอ้ ีก และเรยี ก อนภุ าคขนาดเลก็ ท่ีสดุ วา่ อะตอม ซง่ึ คาวา่ \"อะตอม\"(atom) เป็นคาซง่ึ มาจากภาษากรี กวา่ (atomas) แปลวา่ แบง่ แยกอีกไมไ่ ด้ สสารทงั้ หลายประกอบดว้ ยอนภุ าคท่เี ล็กท่ีสดุ จะไมส่ ามารถมองเหน็ ไดแ้ ละจะ ไมส่ ามารถแบง่ แยกใหเ้ ล็กลงกว่านนั้ ไดอ้ ีก แตใ่ นสมยั นนั้ ก็ยงั ไมม่ กี ารทดลอง เพ่ือ พสิ จู นแ์ ละสนบั สนนุ แนวความคดิ ดงั กลา่ ว แบบจาลองอะตอม (Atomic model) เป็นภาพทางความคดิ ท่ีแสดงใหเ้ ห็น รายละเอียดของโครงสรา้ งอะตอมท่ีสอดคลอ้ ง กบั ผลการทดลองและใชอ้ ธิบาย ปรากฏการณ์ ของอะตอมได้ แบบจาลองอะตอมของดอลตัน อะตอมมีลกั ษณะทรงกลม และเป็นอนภุ าคท่มี ขี นาดเล็กท่ีสดุ ซง่ึ แบง่ แยกไมไ่ ด้ และ ไมส่ ามารถสรา้ งขนึ้ ใหมห่ รอื ทาใหส้ ญู หายได้ จอหน์ ดอลตนั นกั วิทยาศาสตรช์ าวองั กฤษ เป็นนกั เคมคี นแรกท่ีเสนอแนวคดิ เก่ียวกบั อะตอม ซง่ึ มีสาระสาคญั ดงั นี้

ธาตปุ ระกอบดว้ ยอนภุ าคเล็ก ๆ หลายอนภุ าค อนภุ าคเหลา่ นีเ้ รยี กวา่ อะตอม ซง่ึ แบง่ แยกและทาใหส้ ญู หายหรอื สรา้ งขนึ้ ใหมไ่ มไ่ ด้ อะตอมของธาตชุ นิดเดยี วกนั ย่อมมีสมบตั เิ หมือนกนั มีมวลเทา่ ๆ กนั แตม่ สี มบตั ิ แตกตา่ งจากอะตอมของธาตอุ ่ืน ๆ สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตมุ ากกวา่ 1 ชนิด ทาปฏกิ ิรยิ ากนั ในอตั ราสว่ นท่ี เป็นเลขลงตวั อยา่ งงา่ ย แบบจาลองอะตอมของทอมสัน อะตอม ประกอบดว้ ย อนภุ าคโปรตอนและอเิ ลก็ ตรอนกระจายอยทู่ ่วั ไปอย่าง สม่าเสมอ อะตอมในสภาพท่ีเป็นกลางทางไฟฟ้าจะมจี านวนประจบุ วกเทา่ กบั ประจุ ลบ

เซอรโ์ จเซฟ จอหน์ ทอมสนั นกั วทิ ยาศาสตรช์ าวองั กฤษ ไดท้ าการศกึ ษาและทดลอง เก่ียวกบั การนาไฟฟา้ ของก๊าซโดยใชห้ ลอดรงั สีแคโทด หลอดรงั สแี คโทด เป็นเคร่อื งท่ีใช่ทดลองเก่ียวกบั การนาไฟฟา้ โดยหลอดรงั สีแคโทดจะมคี วามดนั ต่า มาก และความตา่ งศกั ยส์ งู มาก วลิ เลียม ครูกสไ์ ดส้ รา้ งหลอดรงั สแี คโทดขนึ้ มาโดยใช้ แผ่นโลหะ 2 แผ่นเป็นขวั้ ไฟฟา้ โดยตอ่ ขวั้ ไฟฟา้ ลบกบั ขวั้ ลบของเคร่อื งกาเนิดไฟฟา้ เรยี กวา่ แคโทด และตอ่ ขวั้ ไฟฟา้ บวกเขา้ กบั ขวั้ บวกของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟา้ เรยี กวา่ แอโนด การคน้ พบอิเลก็ ตรอน เซอรโ์ จเซฟ จอหน์ ทอมสนั ดดั แปลงหลอดรงั สีใหม่ ดงั รูป

รงั สีพงุ่ จากดา้ แคโทดไปยงั ดา้ นแอโนด และจะมรี งั สีสว่ นหนง่ึ ทะลอุ อกไปกระทบกบั ฉากเรอื งแสง หลงั จากนนั้ ทอมสนั ไดเ้ พ่มิ ขวั้ ไฟฟา้ เขา้ ไปในหลอดรงั สแี คโทดดงั รูป ปรากฎวา่ รงั สนี ีจ้ ะเบ่ียงเบนเขา้ หาขวั้ บวก แสดงวา่ รงั สีนีต้ อ้ งเป็นประจลุ บ แต่ไม่ ทราบวา่ เกิดจากก๊าซในหลอดรงั สีแคโทด หรอื เกิดจากขวั้ ไฟฟา้ ทอมสนั จงึ ทาการ ทดลองเก่ียวกบั การนาไฟฟ้าของก๊าซในหลอดรงั สแี คโทด พบวา่ ไมว่ า่ จะใชก้ ๊าซใด บรรจใุ นหลอดหรอื ใชโ้ ลหะใดเป็นแคโทด จะไดผ้ ลการทดลองเหมือนเดมิ จงึ สรุปได้ วา่ อะตอมทกุ ชนิดมอี นภุ าคท่มี ีประจลุ บเป็นองคป์ ระกอบ เรยี กวา่ \"อิเล็กตรอน\" การคน้ พบโปรตอน

เน่ืองจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟา้ และการท่ีพบวา่ อะตอมของธาตทุ กุ ชนิด ประกอบดว้ ยอิเลก็ ตรอนซง่ึ มีประจไุ ฟฟา้ เป็นลบ ทาใหน้ กั วทิ ยาศาสตรเ์ ช่ือวา่ องคป์ ระกอบอีกสว่ นหนง่ึ ของอะตอม จะตอ้ งมปี ระจบุ วกดว้ ย ออยแกน โกลดส์ ไตน์ (Eugen Goldstein) นกั วทิ ยาศาสตรช์ าวเยอรมนั ไดท้ ดลองเก่ียวกบั หลอดรงั สีแคโทด โดยดดั แปลงหลอดรงั สแี คโทด ดงั รูป ผลการทดลองของโกสไตน์ เม่ือผ่านกระแสไฟฟา้ ปรากฏวา่ มีจดุ สวา่ งเกิดขนึ้ ทงั้ ฉากเรอื งแสง ก. และฉากเรอื ง แสง ข. โกลสไตนไ์ ดอ้ ธิบายวา่ จดุ เรอื งแสงท่ีเกิดขนึ้ บนฉากเรอื งแสง ก. จะตอ้ งเกิดจาก ท่ปี ระกอบดว้ ยอนภุ าคท่มี ปี ระจไุ ฟฟา้ บวก เคลื่อนท่ผี า่ นรูตรงกลางของแคโทด ไปยงั ฉากเรอื งแสง แตย่ งั ไมท่ ราบวา่ รงั สที ่มี ีประจไุ ฟฟา้ บวกนีเ้ กิดจากอะตอมของก๊าซ หรอื เกิดจากอะตอมของขวั้ ไฟฟา้ และมลี กั ษณะเหมอื นกนั หรอื ไม่ โกลสไตนไ์ ดท้ ดลองเปลยี่ นชนดิ ของก๊าซในหลอดแกว้ ปรากฏวา่ อนภุ าคท่มี ีประจุ

ไฟฟา้ บวกเหลา่ นีม้ อี ตั ราสว่ นประจตุ อ่ มวลไมเ่ ทา่ กนั ขนึ้ อยกู่ บั ชนิดของก๊าซท่ีใชแ้ ละ เม่ือทดลองเปลี่ยนโลหะท่ีใชท้ าเป็นขวั้ ไฟฟา้ หลายๆชนิดแตใ่ หก้ ๊าซในหลอดแกว้ ชนดิ เดียวกนั ปรากฏวา่ ผลการทดลองไดอ้ ตั ราสว่ นประจตุ อ่ มวลเทา่ กนั แสดงวา่ อนภุ าค บวกในหลอดรงั สแี คโทดเกิดจากก๊าซ ไมไ่ ดเ้ กิดจากขวั้ ไฟฟา้ สรุปแบบจาลองของทอมสนั จากผลการทดลอง ทงั้ ของทอมสนั และโกลดส์ ไตน์ ทาใหท้ อมสนั ไดข้ อ้ มลู เก่ียวกบั อะตอมมากขนึ้ จงึ ไดเ้ สนอแบบจาลองอะตอม ดงั นี้ อะตอมมลี ักษณะเป็ น ทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนทมี่ ปี ระจุไฟฟ้าเป็ นบวกและอนุภาค อเิ ล็กตรอนทมี่ ปี ระจุไฟฟ้าเป็ นลบ กระจัดกระจายอยา่ งสม่าเสมอในอะตอม อะตอมทมี่ สี ภาพเป็ นกลางทางไฟฟ้าจะมจี านวนประจุบวกเทา่ กับจานวน ประจลุ บ แบบจาลองอะตอมของรัทเทอรฟ์ อรด์ อะตอม ประกอบดว้ ย นิวเคลยี สท่ีมีโปรตอนรวมอยตู่ รงกลาง มขี นาดเลก็ และมมี วล มาก และมีอเิ ลก็ ตรอนซง่ึ มมี วลนอ้ ยวิง่ อย่รู อบ ๆ นวิ เคลียส

ลอรอ์ เออรเ์ นสต์ รทั เทอรฟ์ อรด์ นกั วทิ ยาศาสตรช์ าวองั กฤษ และฮนั ส์ ไกเกอร์ นกั วทิ ยาศาสตรช์ าวเยอรมนั ไดท้ าการทดลองยิงอนภุ าคแอลฟาไปยงั แผ่นทองคาบาง ๆ เรยี กการทดลองนีว้ า่ การทดลองการกระเจิงรงั สีอลั ฟาของรทั เทอรฟ์ อรด์ ดงั รูป จากการทดลองพบวา่ อนภุ าคแอลฟาสว่ นใหญ่วิง่ เป็นแนวเสน้ ตรงทะลแุ ผ่นทองคาบาง ๆ อนภุ าคแอลฟาบางสว่ นว่งิ เบ่ยี งเบนไปจากแนวเสน้ ตรง อนภุ าคแอลฟาสว่ นนอ้ ยสะทอ้ นกลบั ดงั นนั้ รทั เทอรฟ์ อรด์ เช่ือวา่ น่าจะมีอนภุ าคอีกชนิดหน่งึ อยภู่ ายในนวิ เคลยี ส ซ่ึงไมม่ ี ประจุ แตม่ ีมวลใกลเ้ คียงกบั โปรตอน และทอมสนั ศกึ ษาหามวลของอนภุ าคบวก ของ Ne ปรากฎวา่ อนภุ าคบวกนีม้ มี วล 2 เทา่ ผลการทดลองนีส้ นบั สนนุ วา่ จะตอ้ งมี

อนภุ าคอีกชนิดหน่งึ อยใู่ นนิวเคลยี ส เชดวิก ไดย้ งิ อนภุ าคแอลฟาไปยงั Be ปรากฎวา่ ไดอ้ นภุ าคชนดิ น่งึ ออกมา ซง่ึ มมี วลใกลเ้ คียงกบั มวลของโปรตรอนและไมม่ ปี ระจไุ ฟฟา้ เรยี กอนภุ าคนีว้ า่ \"นิวตรอน\" สรุปแบบจาลองอะตอมของรทั เทอรฟ์ อรด์ อะตอมประกอบดว้ ยนวิ เคลยี สท่ีมโี ปรตอนรวมกนั อยตู่ รงกลาง นวิ เคลียสมีขนาด เลก็ แต่มีมวลมากและมปี ระจเุ ป็นบวก สว่ นอิเลก็ ตรอนซง่ึ มีประจเุ ป็นลบ และมีมวล นอ้ ยมาก จะว่งิ อยรู่ อบนิวเคลยี สเป็นบรเิ วณกวา้ ง อนภุ าคมลู ฐานของอะตอม

เลขมวล ( Mass number ) หมายถงึ ผลบวกของโปรตอน และนวิ ตรอนในนวิ เคลยี ส เลขอะตอม ( Atpmic number ) หมายถึง จานวนโปรตอนในนิวเคลียส ซง่ึ = จานวน อิเล็กตรอนในอะตอม A = Z + n (จานวนนวิ ตรอน) ไอออน (Ion) คอื อนภุ าคท่มี ปี ระจไุ ฟฟา้ ซง่ึ เกิดจากอะตอมเสียหรอื ไดร้ บั อเิ ล็กตรอน ประจไุ ฟฟา้ มี 2 ชนิด ดงั นี้ 1. ไอออนบวก ( ation ) คือ อนภุ าคท่ีมโี ปรตอน มากกวา่ อิเลก็ ตรอน 2. ไอออนลบ ( anion ) คือ อนภุ าคท่มี ีโปรตอน นอ้ ยกวา่ อิเลก็ ตรอน ไอโซโทป ( Isotope ) หมายถึง อะตอมของธาตชุ นิดเดยี วกนั มีเลขอะตอม เท่ากนั แตม่ เี ลขมวลตา่ งกนั ไอโซโทน ( Isotone ) หมายถึง อะตอมของธาตตุ ่างชนดิ กนั แตม่ ีจานวนนวิ ตรอน เท่ากนั ไอโซบาร์ ( Isobar ) หมายถงึ อะตอมของธาตตุ า่ งชนิดกนั ท่มี ีเลขมวลเท่ากนั แต่มี เลขอะตอมไมเ่ ทา่ กนั ไอโซอเิ ล็กทรอนิกส์ ( Isoelectronic ) หมายถงึ อะตอมของธาตหุ รอื ไอออนท่ีมร จานวนอิเล็กตรอนเท่ากนั แบบจาลองอะตอมของนีลส์ โบร์ โบรไ์ ดศ้ กึ ษาแบบจาลองอะตอมขนึ้ มาโดยนาแบบจาลองอะตอมของรทั ฟอรด์ มา แกไ้ ข เขาศกึ ษาสเปกตรมั การเปลง่ แสงของธาตุ โดยบรรจแุ ก๊สไฮโดรเจนในหลอด

ปลอ่ ยประจุ จากนนั้ ใหพ้ ลงั งานเขา้ ไป ผลการทดลอง อิเลก็ ตรอนเคลื่อนจากขวั้ บวกไปขวั้ ลบชนกบั แก๊สไฮโดรเจน จากนนั้ เปลง่ แสงออกมา ผา่ นปรซิ มึ ทาใหเ้ ราเห็นเป็นเสน้ สเปกตรมั สตี า่ ง ๆ ตกบนฉากรบั ภาพ สรุปผลการทดลอง การเปลง่ แสงของธาตไุ ฮโดรเจน เกิดจากอิเล็กตรอนเปล่ียนระดบั พลงั งานจากวงโคจร สงู ไปสวู่ งโคจรต่า พรอ้ มทงั้ คายพลงั งานในรูปแสงสีตา่ ง ๆ สเปกตรมั สเปกตรมั เป็นแสงท่ีถกู แยกกระจายออกเป็นแถบสีตา่ ง ๆ และแสงเป็นรูปหน่งึ ของ คลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า แถบสตี า่ ง ๆในแถบสเปกตรมั ของแสง สเปกตรมั ของธาตุ แมกซ์ พลงั คไ์ ดเ้ สนอทฤษฎีควอนตมั (quantum theory) และอธิบายเก่ียวกบั การเปลง่ รงั สวี า่ รงั สแี มเ่ หลก็ ไฟฟา้ ท่เี ปลง่ ออกมามีลกั ษณะเป็นกลมุ่ ๆ ซง่ึ ประกอบดว้ ยหนว่ ยเลก็ ๆ เรยี กว่า ควอนตมั (quantum) ขนาดของควอนตมั ขนึ้ กบั

ความถ่ีของรงั สี และแตล่ ะควอนตมั มพี ลงั งาน (E) โดยท่ี E เป็นปฏภิ าคโดยตรงกบั ความถ่ี (u) ดงั นี้ E=hν E = พลงั งาน 1 ควอนตมั แสง(J) h = คา่ คงท่ีของพลงั ค์ (6.62x10-34 Js) ν= คา่ ความถ่ี ( s-1) สรุปแบบจาลองอะตอมของโบร์ 1. อิเล็กตรอนจะอยกู่ นั เป็นชนั้ ๆ แตล่ ะชนั้ เรียกวา่ “ระดบั พลงั งาน” 2. อิเลก็ ตรอนท่อี ยใู่ นระดบั พลงั งานวงนอกสดุ เรยี กวา่ เวเลนซอ์ เิ ล็กตรอน (Valent electron) จะเป็นอิเลก็ ตรอนท่ีเกิดปฏิกิรยิ า ตา่ ง ๆ ได้ 3. อเิ ลก็ ตรอนท่อี ยใู่ นระดบั พลงั งานวงในอยใู่ กลน้ ิวเคลียส จะเสถียรมากเพราะประจุ บวกจากนิวเคลยี สดงึ ดดู ไวอ้ ยา่ งดี สว่ น อเิ ลก็ ตรอนระดบั พลงั งานวงนอจะไมเ่ สถียรเพราะนิวเคลียสสง่ แรงไปดงึ ดดู ไดน้ อ้ ย มาก 4. ระดบั การพลงั งานวงในจะอยหู่ ่างกนั มาก สว่ นระดบั พลงั งานวงนอกจะอยชู่ ิดกนั

มาก 5. การเปล่ียนระดบั พลงั งานของอเิ ลก็ ตรอน ไมจ่ าเป็นตอ้ งเปล่ยี นในระดบั ถดั กนั อาจ เปล่ียนขา้ มระดบั พลงั งานกนั ก็ได้ แบบจาลองอะตอมของกลุ่มหมอก จากแบบจาลองอะตอมของโบร์ ไมส่ ามารถอธิบายสมบตั บิ างอย่างของธาตทุ ่มี หี ลาย อิเล็กตรอนไดจ้ งึ มกี ารศกึ ษาเพ่มิ เตมิ และเช่ือวา่ อิเล็กตรอนมีสมบตั ิเป็นไดท้ งั้ คลน่ื และอนภุ าคการศกึ ษาเพ่มิ เตมิ และเช่ือวา่ อเิ ลก็ ตรอนมีสมบตั เิ ป็นไดท้ งั้ คลน่ื และ อนภุ าค สรุปแบบจาลองอะตอมแบบกลมุ่ หมอกแบบจาลองนีเ้ ช่ือว่า 1. อิเล็กตรอนไมไ่ ดเ้ คล่อื นท่เี ป็นวงกลม แต่เคล่อื นท่ไี ปรอบ ๆนิวเคลียส เป็นรูปทรงตา่ ง ๆตามระดบั พลงั งาน 2. ไมส่ ามารถบอกตาแหน่งท่ีแนน่ อนของอเิ ลก็ ตรอนได้ เน่ืองจากอิเลก็ ตรอนมี ขนาดเลก็ มาก และเคลอื่ นท่ีรวดเรว็ ตลอดเวลาไปท่วั ทงั้ อะตอม 3. อะตอมประกอบดว้ ยกลมุ่ หมอกของอิเลก็ ตรอนรอบนิวเคลยี ส บรเิ วณท่ีมหี มอก

ทบึ แสดงวา่ มโี อกาสพบอิเลก็ ตรอนไดม้ ากกวา่ บรเิ วณท่ีมหี มอกจาง ดงั รูปท่ีแสดงไว้ การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม ในแตล่ ะชนั้ ของระดบั พลงั งาน จะมีจานวนอเิ ล็กตรอนได้ ไมเ่ กิน 2n2 ในแตล่ ะระดบั ชนั้ พลงั งาน จะมีระดบั พลงั งานชนั้ ยอ่ ยได้ ไมเ่ กิน 4 ชนั้ ยอ่ ย และมชี ่ือ เรยี กชนั้ ย่อย ดงั นี้ s , p , d , f การจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย่อย

การจดั อเิ ล็กตรอนในระดบั พลงั งานหลกั ทาใหแ้ ตล่ ะระดบั พลงั งานมจี านวน อิเล็กตรอนมากจงึ เกิดปัญหาวา่ อิเลก็ ตรอนเหลา่ นนั้ อยใู่ นระดบั พลงั งานเดียวกนั ได้ อยา่ งไร ทาไมจงึ ไมผ่ ลกั กนั เพ่อื แกป้ ัญหาดงั กลา่ ว นกั วิทยาศาสตรจ์ งึ ไดศ้ กึ ษา เก่ียวกบั ระดบั พลงั งานย่อยเพ่อื กระจายอิเลก็ ตรอนในแตล่ ะระดบั พลงั งานหลกั เขา้ สู่ ระดบั พลงั งานยอ่ ย โดยอาศยั รูปแบบโคจรของอเิ ล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลยี สเป็นเกณฑ์ ในการแบง่ อิเล็กตรอนเป็นกลมุ่ ยอ่ ย ๆ และเรยี กรูปแบบวงโคจรนีว้ า่ ออรบ์ ิทลั (Orbital) โดย 1 ออรบ์ ิทลั จะมีอเิ ลก็ ตรอนไดไ้ มเ่ กิน 2 อเิ ลก็ ตรอน ระดบั พลงั งานยอ่ ยมี 4 ระดบั คือ s, p, d, f โดยระดบั พลงั งานยอ่ ยมี s มี 1 ออรบ์ ทิ ลั บรรจอุ ิเล็กตรอนไดส้ งู สดุ 2 อิเลก็ ตรอน p มี 3 ออรบ์ ทิ ลั บรรจอุ เิ ลก็ ตรอนไดส้ งู สดุ 6 อเิ ลก็ ตรอน d มี 5 ออรบ์ ิทลั บรรจอุ ิเล็กตรอนไดส้ งู สดุ 10 อเิ ลก็ ตรอน f มี 7 ออรบ์ ิทลั บรรจอุ เิ ล็กตรอนไดส้ งู สดุ 14 อิเล็กตรอน การจัดเรียงอเิ ล็กตรอนในระดับพลังงานยอ่ ย 1.จดั อิเลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย่อยต่าง ๆ จะตอ้ งจดั เขา้ ในระดบั พลงั งานย่อยท่ีมี พลงั งานต่าสดุ ก่อนแลว้ จงึ จดั เขา้ สรู่ ะดบั พลงั งานย่อยท่ีมพี ลงั งานสงู ขนึ้ (ตามหลกั ของ เอาฟบาว) ดงั แผนผงั ตอ่ ไปนี้

จากแผนภาพจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนเขา้ สรู่ ะดบั พลงั งานยอ่ ยไดด้ งั นี้ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 2. อเิ ลก็ ตรอน 2 ตวั ท่ีอยใู่ นออรบ์ ิทลั เดยี วกนั จะตอ้ งมีทิศทางการเคลอื่ นท่ีสวน ทางกนั โดยแสดงทิศทางดว้ ยลกู ศร ตามหลกั การของเพาลี 3. การจดั อเิ ล็กตรอนเขา้ สรู่ ะดบั พลงั งานย่อย ถา้ อิเลก็ ตรอนบรรจอุ ยกู่ ึง่ หนง่ึ หรอื บรรจเุ ตม็ ออรบ์ ิทลั จะมีโครงสรา้ งแบบเสถียร การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนแบบออรบ์ ทิ ลั

การจดั เรียงอเิ ล็กตรอนแบบระดบั พลังงานยอ่ ยในรูปแกส๊ เฉื่อย ฮีเลยี ม (He) นีออน (Ne) อารก์ อน (Ar) ครปิ ทอน (Kr) ซนี อน (Xe) และ เรดอน (Ra) ขอ้ สงั เกตท่ีไดจ้ ากการใชจ้ ดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในอะตอม 1. เลขอะตอมคจู่ ะอยใู่ นหมคู่ ู่ เลขอะตอมค่ีจะเป็นธาตใุ นหมคู่ ่ี 2. ธาตหุ มู่ IA และ IIA ตงั้ แต่คาบ 3 ขนึ้ ไป จะมีจานวนอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานถดั จากวงนอกสดุ เขา้ มา 1 ชนั้ เป็น 8 เสมอ 3. ธาตหุ มู่ IIIA ถงึ VIIIA ตงั้ แต่หมทู่ ่ี IIIA คาบ 4 เป็นตน้ ไป จะมีจานวน อเิ ล็กตรอนในระดบั พลงั งานถดั จากวงนอกสดุ เขา้ มา 1 ชนั้ เป็น 18 เสมอ 4. ถา้ ธาตนุ นั้ มีการจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนไมเ่ ป็นไปตามขอ้ 2 และ 3 คอื มจี านวน อิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานถดั จากวงนอกสดุ เขา้ มา 1 ชนั้ มีคา่ ตงั้ แต่ 9 – 18 แตว่ ง นอกสดุ มเี วเลนซอ์ ิเล็กตรอนเป็น 1 หรอื 2 นกั เรยี นกท็ านายไดท้ นั ทีวา่ เป็นธาตแุ ทรนซิ ชนั หมายเหตุ ธาตแุ ทรนซิชนั ท่มี ีเลขอะตอมตงั้ แต่ 21 – 30 จะมีเวเลนซอ์ ิเล็กตรอน เป็น 2 ยกเวน้ Cu กบั Cr จะมีเวเลนซอ์ เิ ล็กตรอนเป็น 1 ตารางธาตุ

ววิ ฒั นาการของการสรา้ งตารางธาตุ โยฮนั ดน์ เดอเบอไรเนอร์ จดั ธาตเุ ป็นกลมุ่ ๆ ละ 3 ธาตุ เรยี กวา่ ชดุ สาม และ พบวา่ ธาตกุ ลาง จะมมี วลอะตอมเป็นคา่ เฉล่ยี ของมวลอะตอมของธาตแุ รกและธาตหุ ลงั โดยประมาณ เช่น Li มมี วล 6.9 Na มีมวล 23.0 K มีมวล 39.1 มวลอะตอม Na = = 23 มบี างกลมุ่ ท่ีมวลอะตอมของธาตตุ รงกลางไมเ่ ทา่ กบั คา่ เฉล่ยี ของธาตสุ องธาตทุ ่ี เหลอื หลกั ชดุ สามของเดอเบอรไ์ รเนอรจ์ งึ ไมเ่ ป็นท่ียอมรบั จอหน์ นิวแลนดส์ ไดเ้ สนอกฎวา่ ถา้ นาธาตมุ าเรยี งลาดบั ตามมวลอะตอมจะ พบวา่ ธาตทุ ่ี 8 มสี มบตั ิคลา้ ยกบั ธาตทุ ่ี 1 โดยเรม่ิ จากธาตใุ ดกไ็ ด้

แต่ไมร่ วมก๊าซเฉ่ือย แต่กฎนีใ้ ชไ้ ดถ้ งึ ธาตแุ คลเซียมเท่านนั้ และไมส่ ามารถอธิบายได้ วา่ เหตใุ ดมวลอะตอมจงึ มาเก่ียวขอ้ งกบั ความคลา้ ยคลงึ กนั ของธาตไุ ด้ มนเดเลเอฟและไมเออร์ ไดต้ งั้ ขอ้ สงั เกตอยา่ งเดยี วกนั ในเวลาใกลเ้ คียงกนั วา่ ถา้ เรยี งธาตตุ ามลาดบั มวลอะตอมจากนอ้ ยไปหามาก จะพบวา่ ธาตมุ ีสมบตั ิคลา้ ยคลงึ กนั เป็นช่วง ๆ การท่ีธาตตุ า่ ง ๆ มสี มบตั คิ ลา้ ยคลงึ กนั เป็นชว่ งเช่นนี้ เมนเดเลเอฟ ตงั้ เป็นกฎเรยี นวา่ “กฎพีรอิ อดกิ ” และไดเ้ ผยแพรค่ วามคิดนีใ้ นปี พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) กอ่ นท่ีไมเออรจ์ ะพมิ พผ์ ลงานของเขาออกมาหน่ึงปี เพ่ือใหเ้ กียรตแิ กเ่ มนเดเลเอฟ จงึ เรยี กวา่ ตารางพีรอิ อดิกของเมนเดเลเอฟ เมนเดเลเอฟไดจ้ ดั ธาตทุ ่มี สี มบตั คิ ลา้ ยคลงึ กนั ท่ปี รากฏซา้ กนั เป็นชว่ ง ๆ ใหอ้ ยใู่ น แนวดง่ิ หรอื ในหมเู่ ดยี วกนั และพยายามเรยี งลาดบั มวลอะตอมของธาตจุ ากนอ้ ยไปหา

มาก ถา้ เรยี งตามมวลอะตอมแลว้ สมบตั ไิ มส่ อดคลอ้ งกนั กพ็ ยายามจดั ใหเ้ ขา้ หมโู่ ดย เวน้ ช่องว่างไว้ ซง่ึ เขาคิดวา่ ช่องวา่ งเหลา่ นนั้ นา่ จะเป็นตาแหนง่ ของธาตทุ ่ยี งั ไมม่ ีการ คน้ พบ และยงั ไดใ้ ชส้ มบตั ิของธาตแุ ละสารประกอบอ่นื ๆ นอกเหนือจากคลอไรด์ และออกไซดม์ าประกอบการพิจารณาดว้ ย โดยท่ีตาแหนง่ ของธาตใุ นตารางธาตมุ ี ความสมั พนั ธก์ บั สมบตั ิของธาตุ เมนเดเลเอฟจงึ สามารถทานายสมบตั ขิ องธาตใุ น ช่องว่างใตซ้ ิลิคอนไดอ้ ยา่ งใกลเ้ คียงดงั ตาราง เฮนรี โมสลยี ์ พบวา่ การเรยี งธาตตุ ามลาดบั เลขอะตอม หรอื จานวนโปรตอนมี ความสมั พนั ธก์ บั สมบตั ขิ องธาตนุ นั้ และขนึ้ อยกู่ บั การจดั เรยี งตวั ของอิเล็กตรอนใน อะตอมของธาตนุ นั้ ๆ ตารางธาตปุ ัจจบุ นั 1. ธาตใุ นแต่ละหมแู่ ละแตล่ ะคาบมีจานวนไมเ่ ทา่ กนั หมู่ A เรยี กวา่ ธาตเุ รพรเี ซนเตตีฟ หมู่ B เรยี กวา่ ธาตแุ ทรนซิชนั เป็นธาตทุ ่อี ยรู่ ะหวา่ งหมู่ IIA และ IIIA 2. ธาตุ ทางซา้ ยมอื ของเสน้ หนกั เป็นขนั้ บนั ได มสี มบตั เิ ป็นโลหะและธาตทุ างขวาของเสน้ จะเป็น อโลหะ สว่ นธาตทุ ่อี ยชู่ ิดเสน้ แบง่ นีจ้ ะเป็นธาตกุ ง่ึ โลหะ คอื B , Si , Ge , As , Sb และ Te 2. ธาตหุ มู่ A เลขประจาหมบู่ ง่ บอกถึงจานวนเวเลนตอ์ ิเลก็ ตรอน

เชน่ หมู่ IA มเี วเลนตอ์ ิเลก็ ตรอนทา่ กบั 1 คือธาตุ Li Na K Rb Cs Fr เป็น ตน้ 3. ธาตใุ นคาบเดียวกนั จะมีจนวนระดบั พลงั งานเทา่ กนั เช่น ธาตคุ าบท่ี 1 มีจานวนระดบั พลงั งาน 1 ระดบั ไดแ้ ก่ ธาตุ H He เป็นตน้ ตารางธาตทุ ่ใี ชก้ นั อยใู่ นปัจจบุ นั นนั้ มีการจดั เรยี ง คือ 1. จดั เรยี งธาตตุ ามแนวนอนโดยเรยี งลาดบั เลขอะตอมท่ีเพ่มิ ขนึ้ จากซา้ ยไปขวา 2.ธาตซุ ง่ึ เรยี งตามลาดบั เลขอะตอมท่ีเพ่มิ ขนึ้ และเป็นแถวตามแนวนอนเรยี กวา่ คาบ ซง่ึ มีทงั้ หมด 7 คาบ ไดแ้ ก่ - คาบท่ี 1 มี 2 ธาตุ คือ H และ He - คาบท่ี 2 มี 8 ธาตุ คอื Li จนถงึ Ne - คาบท่ี 3 มี 8 ธาตุ คือ Na จนถงึ Ar - คาบท่ี 4 มี 18 ธาตุ คือ K จนถงึ Kr - คาบท่ี 5 มี 18 ธาตุ คอื Rb จนถงึ Xe - คาบท่ี 6 มี 32 ธาตุ คือ Cs ถงึ Rn - คาบท่ี 7 มี 29 ธาต(ุ ท่ีคน้ พบ) คอื Fr จนถงึ Ds และ Uuu Uub Uuq Uuh Uu 3. ธาตใุ นแถวตามแนวตงั้ มที งั้ หมด 18 แถว เรยี กวา่ หมู่ ซง่ึ มตี วั เลขกากบั แบง่ ออกเป็นหมยู่ อ่ ย A และ B โดยท่ี หมยู่ อ่ ย A มี 8 หมู่ คือ หมู่ I A จนถงึ VIII A (หมู่ O) และในหมยู่ อ่ ยตา่ ง ๆ ของ หมู่ A ก็มชี ่ือเรยี กเฉพาะ โดย

- หมู่ I A มีช่ือวา่ โลหะอลั คาไล - หมู่ II A มชี ่ือวา่ โลหะอลั คาไลน์ เอริ ธ์ - หมู่ VI A มชี ่ือวา่ คาลโคเจน - หมู่ VII A มีช่ือวา่ แฮโลเจน - หมู่ VIII A มชี ่ือวา่ ก๊าซมีตระกลู (Noble Gas) หรอื ก๊าซเฉ่ือย (Inert Gas) หมยู่ อ่ ย B มี 8 หมู่ คอื หมู่ I B จนถงึ VIII B แต่เรยี งเรม่ิ จากหมู่ III B ถึงหมู่ II B ซง่ึ มีช่ือเรยี กวา่ ธาตแุ ทรซิชนั (Transition Elements) 4. สว่ นธาตุ 2 แถวลา่ ง ซง่ึ แยกไวต้ า่ งหากนนั้ เรยี กวา่ ธาตแุ ทรนซิชนั ชนั้ ใน (Inner transition elements) ธาตแุ ถวบนคือธาตทุ ่มี ีเลขอะตอมตงั้ แต่ 58 ถงึ 71 เรยี กวา่ กลมุ่ ธาตแุ ลนทาไนด์ (Lanthanide series) ธาตกุ ลมุ่ นีค้ วรจะอยใู่ นหมู่ III B โดยจะเรยี งตอ่ จากธาตุ La สว่ นแถวลา่ ง คือ ธาตทุ ่มี ีเลขอะตอมตงั้ แต่ 90 ถึง 103 เรยี กวา่ กลมุ่ ธาตแุ อกทไิ นด์ (Actinide series) ธาตกุ ลมุ่ นีค้ วรอยใู่ นหมู่ III B โดยเรยี งตอ่ จากธาตุ Ac 5. ธาตไุ ฮโดรเจนมีสมบตั ิบางอย่างคลา้ ยธาตหุ มู่ 1 และมีสมบตั ิบางอย่างคลา้ ยธาตุ หมู่ 7 จงึ แยกไวต้ า่ งหาก 6. ธาตทุ ่เี ป็นโลหะและอโลหะถกู แยกออกจากกนั ดว้ ยเสน้ หนกั ขนั้ บนั ได โดยทางซา้ ย ของเสน้ บนั ไดเป็นโลหะ ทางขวาของเสน้ ขนั้ บนั ไดเป็นอโลหะ สว่ นธาตทุ ่อี ยชู่ ิดเสน้ บนั ไดจะมสี มบตั ิกา้ กึง่ ระหวา่ งโลหะกบั อโลหะ เรยี กธาตพุ วกนีว้ า่ ธาตกุ ึ่งโลหะ (Metalloid) ไดแ้ ก่ โบรอน (B) ซิลคิ อน (Si) เจอรเ์ มเนียม (Ge) อารเ์ ซนิกหรอื สารหนู (As) แอนตโิ มนีหรอื พลวง (Sb) และเทลลเู รยี ม (Te)

การอ่านช่ือธาตทุ ่มี เี ลขอะตอมมากกวา่ 105 โดยระบเุ ลขอะตอมเป็นภาษาละตนิ แลว้ ลงทา้ ยดว้ ย -ium จานวนนบั ในภาษาละตนิ มดี งั นี้ 0 = (nil) 1 = (un) 2 = (bi) 3 = (tri) 4 = (quad) 5 = (pent) 6 = (hex) 7 = (sept) 8 = (oct) 9 = (enn) เช่น ธาตทุ ่ี 105 อา่ นวา่ Unnilpentium สญั ลกั ษณธ์ าตุ Unp เลขออกซิเดชนั คือ คา่ ประจขุ องแตล่ ะอะตอม (ถา้ ถือวา่ การถ่ายโอนอิเลก็ ตรอนเกิดขนึ้ อย่าง สมบรู ณ)์ ในโมเลกลุ โดยมีหลกั การในการกาหนดเลขออกซเิ ดชนั ดงั นี้ 1. เลขออกซิเดชนั ของธาตอุ ิสระมีคา่ เป็น 0 เชน่ Na, O2 และ P4 2. โลหะแอลคาไล (alkali metal = หมู่ IA) มเี ลขออกซิเดชนั เป็น +1 โลหะแอลคาไลนเ์ อริ ท์ (หมู่ IIA) มีเลขออกซเิ ดชนั เป็น +2 3. H มีเลขออกซเิ ดชนั เป็น +1 ยกเวน้ เม่อื เป็นสารประกอบโลหะไฮไดรด์ เชน่ NaH อะตอมของธาตุ H มีเลขออกซิเดชนั เป็น -1 4. O มีเลขออกซิเดชนั เป็น -2 ยกเวน้ ในสารประกอบเปอรอ์ อกไซด์ (peroxide) และ สารประกอบซเู ปอรอ์ อกไซด์ (superoxide)

– สารประกอบเปอรอ์ อกไซด์ เช่น H2O2 อะตอมของธาตุ O มีเลขออกซิเดชนั เป็น -1 และ – สารประกอบซเู ปอรอ์ อกไซด์ เชน่ Na2O อะตอมของธาตุ O มีเลขออกซิเดชนั เป็น -1/2 5. เลขออกซิเดชนั ของไอออนอะตอมเด่ยี วมีคา่ เทา่ กบั ประจขุ องไอออนนนั้ เช่น – Na+ มเี ลขออกซเิ ดชนั เป็น +1 – O2– มีเลขออกซเิ ดชนั เป็น -2 เลขออกซเิ ดชนั ของไอออนท่เี ป็นหมอู่ ะตอมมีผลรวมของเลขออกซิเดชนั เทา่ กบั ประจุ ของไอออนนนั้ เช่น – SO42- อะตอมของธาตุ S มีเลขออกซิเดชนั เป็น +6 และอะตอมของธาตุ O มี เลขออกซเิ ดชนั เป็น -2 6. ผลรวมของเลขออกซิเดชนั ของสารท่ีเป็นกลางทางไฟฟ้ามคี า่ เป็น 0 เช่น – NaCl อะตอมของธาตุ Na มีเลขออกซเิ ดชนั เป็น +1 และ อะตอมของธาตุ Cl มี เลขออกซเิ ดชนั เป็น -1 สว่ น – HNO3 อะตอมของธาตุ H มเี ลขออกซิเดชนั เป็น +1 อะตอมของธาตุ N มเี ลข ออกซเิ ดชนั เป็น +5 และอะตอมของธาตุ O มเี ลขออกซิเดชนั เป็น -2 เลขออกซิเดชันกับตารางธาตุ เลขออกซิเดชนั ของธาตตุ า่ ง ๆ เม่ือเกิดเป็นสารประกอบ แสดงในตารางตอ่ ไปนี้ เลข ออกซิเดชนั ท่มี สี ีแดงเป็นเลขออกซิเดชนั ท่พี บเป็นสว่ นใหญ่