การสร้างแบบจำลองการทดลองทางเคมีและฟิสิกส์

yenka1        Yenka Science เป็นโปรแกรมที่พัฒนามาจากโปรแกรม Crocodile Physics & Chemistry มีจุดประสงค์ เพื่อจำลองการทดลองเสมือนจริง โดยมีอุปกรณ์ต่างๆที่จำเป็นในการสร้างการทดลองอย่างครบถ้วน ทั้งในวิชาเคมีและฟิสิกส์ ทำให้ครูและนักเรียนสามารถทำการทดลองได้อย่างอิสระและกว้างไกล มองเห็นผลชัดเจน เกิดความคิดสร้างสรรค์เพื่อพัฒนาการเรียนรู้ต่อไป บทความนี้นำเสนอแบบจำลอง 2 แบบ คือ แบบจำลองอัตราเร็วของเสียง(Speed of sound) และแบบจำลองการกลั่นลำดับส่วน(Fractional distillation)


แบบจำลอง อัตราเร็วของเสียง (Speed of sound)
……อัตราเร็วของเสียง คือระยะทางที่เสียงเดินทางไปในตัวกลางใดๆได้ในหนึ่งหน่วยเวลา อัตราเร็วที่เสียงเดินทางได้นั้นอาจมีค่ามากขึ้นหรือน้อยลง ขึ้นอยู่กับชนิดและอุณหภูมิของตัวกลางเป็นหลัก
……เนื่องจากการเดินทางของเสียงอาศัยการสั่นของโมเลกุลของตัวกลาง ดังนั้นเสียงจะเดินทางได้เร็วขึ้นหากตัวกลางมีความหนาแน่นมาก ทำให้เสียงเดินทางได้เร็วในของแข็ง เดินทางได้ช้าในของเหลว แต่เดินทางไม่ได้ในอวกาศ เพราะอวกาศเป็นสุญญากาศ จึงไม่มีโมเลกุลของตัวกลางอยู่ ในแบบจำลองของ Yenka Science(Physics) ครูนักเรียนสามารถทดลองหาอัตราเร็วของเสียง และลักษณะของคลื่นเสียงในตัวกลางต่างๆได้ ดังนี้

ss2
ภาพที่
1 เสียงไม่สามารถเดินทางผ่านสุญญากาศ(Vacuum)

ss3
ภาพที่
2 กำหนดตัวกลางเป็นอากาศที่ 0 องศาเซลเซียส(Air 0 degC) อัตราความเร็วของเสียงเพิ่มขึ้นเป็น 331.4 เมตร/วินาที

ss4
ภาพที่ 3 เมื่ออุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้นเป็น 30 องศาเซลเซียส(Air 30 degC) อัตราความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นเป็น 349.7 เมตร/วินาที

ss5
ภาพที่
4 กำหนดตัวกลางให้เป็นน้ำ(Water) อัตราความเร็วของเสียงเพิ่มขึ้นเป็น 1,500 เมตร/วินาที
(1.5 km/s)

ss6
ภาพที่
5 กำหนดตัวกลางให้เป็นไม้(Wood) อัตราความเร็วของเสียงเพิ่มขึ้นเป็น 3,314 เมตร/วินาที(3.314 km/s)

แบบจำลอง การกลั่นลำดับส่วน(Fractional distillation)
…….เป็นการแยกสารผสมออกจากกันให้อยู่ในรูปขององค์ประกอบย่อยแต่ละตัว เช่น การแยกสารประกอบทางเคมี โดยใช้ความแตกต่างของจุดเดือด ด้วยการให้ความร้อนกับสารประกอบนั้น ซึ่งสารประกอบแต่ละตัวจะถูกแยกออกมาที่อุณหภูมิแตกต่างกัน
…….เริ่มต้นด้วยการนำอุปกรณ์ต่างๆมาประกอบเป็นชุดกลั่น ซึ่งประกอบด้วย Round-bottomed flask, Beaker, Condenser, Electric heater

fd1
ภาพที่ 6 ชุดกลั่นลำดับส่วน

fd2
ภาพที่
7 นำน้ำ(Water) 50 มิลิลิตร(cm3) มาใส่ลงใน Round-bottomed flask

fd3
ภาพที่ 8 นำเอทานอล(Ethanol) 50 มิลิลิตร(cm3) มาใส่ลงใน Round-bottomed flask จะได้สารประกอบทางเคมี 100 มิลิลิตร

fd5
ภาพที่ 9 เริ่มต้นกลั่นลำดับส่วน โดยปรับอุณหภูมิไปที่ 90 องศาเซลเซียส(เอทานอลมีจุดเดือดที่ 78 องศาเซลเซียส ส่วนน้ำมีจุดเดือดที่ 100 องศาเซลเซียส) ทำให้ปริมาณของเอทานอลใน Round-bottomed flask เริ่มลดลง(เอทานอลบางส่วนเริ่มระเหย และถูกควบแน่นไปเก็บไว้ใน beaker) และเมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณของเอทานอลใน beaker เพิ่มขึ้นเป็น 17.989 มิลิลิตร โดยมีน้ำผสมอยู่ 1.555 มิลิลิตร

fd6
ภาพที่ 10 เมื่อแยกเอทานอลออกจากน้ำหมดแล้ว ลดอุณหภูมิลงเป็น 25 องศาเซลเซียส จะเห็นว่าปริมาณของเอทานอลใน beaker เท่ากับ 39.065 มิลิลิตร มีน้ำผสมอยู่ 5.21 มิลิลิตร ซึ่งสามารถแยกออกได้โดยการทำการกลั่นลำดับส่วนอีกครั้งหนึ่ง

fd7
ภาพที่
11 ชุดกลั่นลำดับส่วนที่ใช้ในห้องปฏิบัติการเคมีทั่วไป

…….การเรียนวิทยาศาสตร์ ต้องอาศัยการการทดลอง การสังเกตและจดจำ วิเคราะห์หาเหตุผล ซึ่งการทดลองทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะทางเคมีฟิสิกส์ในโรงเรียนระดับมัธยมส่วนใหญ่นั้น ทำได้ยากเพราะขาดแคลนอุปกรณ์ เครื่องมือต่างๆ การจัดหาอุปกรณ์การทดลอง ต้องใช้เงินงบประมาณที่สูง การนำเทคโนโลยีสารสนเทศมาช่วยสร้างโปรแกรม และออกแบบจำลองการทดลองต่างๆ จึงมีความจำเป็น มากในยุคปัจจุบัน โปรแกรม Yenka Science เป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับใช้เป็นเครื่องมือช่วยสอนปฏิบัติการเคมีและฟิสิกส์ สำหรับนักเรียนในระดับมัธยมศึกษา เพื่อให้ได้ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนสูงสุด

   เอกสารอ้างอิง
» คู่มือการใช้โปรแกรม Yenka Science(Physics) บริษัท เอเชี่ยน ไอ.ที. จำกัด
» คู่มือการใช้โปรแกรม Yenka Science(Chemistry) บริษัท เอเชี่ยน ไอ.ที. จำกัด
» http://www.yenka.com/science/

Advertisements

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s