———————

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

สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย (สมท.) ขอเชิญท่านสมาชิกและบุคคลทั่วไปเข้าร่วมประชุมใหญ่สามัญประจำปีและการสัมมนาวิชาการ ในงาน PROPAK ASIA 2024 ในวันที่ 13 มิถุนายน 2567 ณศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค บางนา (ขอแจ้งเปลี่ยนแปลงจากห้อง Nile 3 เดิมเป็นห้อง Nile 4 ชั้น 2 )

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

สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย ขอเชิญเข้าร่วมสัมมนาวิชาการในงาน METALEX 2023

สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย(สมท.) ขอเชิญทุกท่านเข้าร่วมสัมมนาวิชาการในวันที่ 8 กันยายน 2566 นี้ โดยลงทะเบียนสแกน QR Code โบรชั่วร์ตามด้านล่างนี้

 สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย (สมท.) ขอเรียนเชิญท่านสมาชิกสมาคมฯทุกท่าน เข้าร่วมประชุมใหญ่สามัญประจำปี 2565 และร่วมการสัมมนาวิชาการในวันที่ 8 กันยายน 2566 ลงทะเบียนสแกน QR Code ได้เลยค่ะตามด้านล่างนี้

 ทำเนียบคณะกรรมการสมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทยชุดปัจจุบัน ปี 2566 - 2568

 ดาวโหลดได้ที่นี้ ใบสมัครและใบต่ออายุสมาชิก สมท_.pdf