โรงเรียนนครพนมวิทยาคมได้ส่งทีมเข้าร่วมการแข่งขันการแข่งขันฟิสิกส์สัประยุทธ์ระดับภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนบน ได้ลำที่ 3 และได้โอกาสร่วมแข่งขันในระดับประเทศที่โรงเรียนเทพศิรินทร์ กรุงเทพฯ ตั้งแต่วันที่ 30 – 31 มีนาคม 2562 ซึ่งได้อันดับที่ 4 ของสาย Bการแข่งขันฟิสิกส์สัประยุทธ์คืออะไร?        จากประวัติที่ได้ยินมา คือ การแข่งขันซึ่งเกิดขึ้นครั้งแรกที่ประเทศรัสเซีย โดยมีตัวประกอบหลักคือมี 3 ฝ่าย ได้แก่ ฝ่ายนำเสนอ ฝ่ายค้าน และฝ้ายวิพากษ์ ซึ่งจะขออธิบายดังนี้
        1. ฝ่ายนำเสนอ ทำหน้าที่ศึกษาปัญหา (ปลายเปิด) ที่ได้รับมาในแต่ละปี โดยใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อตอบคำถามที่โจทย์ถาม ซึ่งประเทศไทยกำหนดให้ 10 ในแต่ละปี        2. ฝ่ายค้าน ทำหน้าที่ในการจับผิดและวิจารณ์กระบวนการศึกษาของฝ่ายนำเสนอในส่วนต่าง ๆ เช่น ทฤษฎี การตั้งการทดลอง การควบคุมตัวแปร การวิเคราะห์ผลการทดลองฯ และอาจให้ข้อเสนอแนะกับฝ่ายนำเสนอได้ 
        3. ฝ่ายวิพากษ์ ทำหน้าที่แสดงความคิดเห็นต่อประเด็นที่ทั้ง 2 ฝ่ายแรกอภิปรายกัน รวมทั้งข้อดีข้อเสียต่างๆของแต่ละฝ่ายปีการศึกษา 2561 เป็นครั้งที่ 2 ที่ผมได้เข้าร่วมเป็นที่ปรึกษาทีมฟิสิกส์สัประยุทธ์ของโรงเรียน โดยส่วนตัวคิดว่าได้ประสบการณ์มากมายและในหลายๆ เรื่อง และคิดว่าปีต่อไปจะนำประสบการณ์เหล่านี้มาปรับใช้กับนักเรียนของเราให้ดีขึ้น และวันนี้จะมาเขียนการแก้โจทย์ปัญหาฟิสิกส์สัประยุทธ์ข้อมอเตอร์โคโรนา ตามสไตล์นครพนมวิทยาคม
        โจทย์ : จงสร้างมอเตอร์อย่างง่ายที่ขับเคลื่อนด้วยการปล่อยประจุแบบโคโรน่า (corona discharge) และสืบเสาะว่าการหมุนของมอเตอร์ขึ้นกับปัจจัยที่เกี่ยวข้องอย่างไร พร้อมทั้งพัฒนามอเตอร์ให้หมุนด้วยอัตราเร็วสูงที่สุดต่อด้วยความต่างศักย์คงที่ค่าหนึ่ง

แนวคิดจากการตีโจทย์ : ศึกษาปัจจัยที่เกี่ยวข้อง และพัฒนามอเตอร์ให้ได้ความเร็วสูงสุด
โดยจากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้อง (International Paper) ทีมเราพบว่าปัจจัยที่เกี่ยวข้องมีหลากหลายมาก แต่อย่างไรก็ตาม จากอุปกรณ์และข้อจำกัดที่มีพวกเราคิดว่าปัจจัยที่ดีที่สุด คือ        1. ศึกษาความต่างศักย์ไฟฟ้า ที่ส่งผลต่อ อัตราเร็วเชิงมุมของการหมุน        2. ศึกษาระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้ากับผิวของมอเตอร์ ที่ส่งผลต่อ อัตราเร็วเชิงมุม        3. ศึกษาจำนวนขั้วไฟฟ้า ที่ส่งผลต่อ อัตราเร็วเชิงมุมของมอเตอร์        4. พัฒนามอเตอร์ให้ได้ความเร็วสูงสุด  ซึ่งทั้ง 4 ข้อ จะเป็นการทดลองทั้ง 4 ตอนพอดีครับ Let’s go.
ตอนที่ 1 ศึกษาความต่างศักย์ไฟฟ้า ที่ส่งผลต่อ อัตราเร็วเชิงมุมของการหมุน
ผมขอกล่าวนำก่อนนะครับ ว่าแต่ละตอนควรจะมีหัวข้อดังต่อไปนี้ (กำหนดตามกระบวนการทางวิทยาศาสตร์นั่งเองครับ)        A1 --> สไลด์หน้าที่เกี่ยวกับรายละเอียดการทดลอง เช่น ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม ตัวแปรควบคุม สมมติฐาน ฯ        A2 --> ทฤษฎี        A3 --> การตั้งการทดลอง        A4 --> ผลการทดลอง (ถ้าเป็นกราฟจะดีที่สุด)        A5 --> อภิปรายผลการทดลอง  และในส่วนการเรียงลำดับนั้น แล้วแต่ผู้ศึกษาเลยครับ แต่หลักๆ ของแต่ละตอนก็จะประมาณนี้ครับผมขอเริ่มจาก A1 -->
A2 --> ผมขอกล่าวภาพรวมของทฤษฎีที่ใช้ก่อนนะครับ โดยปกติมอเตอร์ทั่วไป จะใช้แรงจากสนามแม่เหล็กในการผลักประจุในทองแดงให้หมุนไป แต่ในกรณีนี้จะเป็นแรงที่เกิดจากสนามไฟฟ้า  โดยคำถามแรกที่เกิดขึ้นกับพวกเราคือ ทอร์ก (แรงที่ไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวล) มากจากไหน?  หลังจากการศึกษาเปเปอร์ประมาณ 3 -4 ตัว เราก็สรุปตามมุมมองของเราว่าเกิดจากแรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้า ดังนี้ 
        พวกเราคิดว่า เมื่อให้เมื่อให้ความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงๆ  ออกซิเจนในอากาศจะเกิดการแตกตัวเป็นไอออน และลอยฟุ้งกระจายในอากาศแถวๆ ขั้วไฟฟ้าที่มีสนามไฟฟ้าสูงๆ และอาจมีบางส่วนลอยไปติดที่ผิวของมอเตอร์ซึ่งผิวนอกเป็นพลาสติกบางๆ และด้านในเป็นฟอล์ย (โลหะ)  เมื่อพิจารณาขั้วบวกเมื่อเกิดการแตกตัวแล้ว ออกซิเจนไอออนบางส่วนจะลอยไปติดกับผิว (เมื่อประจุบวกลอยเข้าใกล้โลหะ อิเล็กตรอนอิสระในโลหะที่สามารถเคลื่อนที่ได้ในโลหะ จะเคลื่อนมาจับกับออกซิเจนไอออนที่ลอยเข้ามาใกล้  ในส่วนทฤษฎีที่อธิบายส่วนนี้เรียกว่า Ion mobility ซึ่งจะอธิบายการเคลื่อนที่ของไอออน)  ดังนั้น เมื่อขั้วบวกและประจุบวกอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงผลักกันและทำให้เกิด ทอร์ก ขึ้น โดยสามารถคำนวณแรงทั้งหมดที่ผิวจากสมการที่ 1 
A3 --> การตั้งการทดลอง
A4 -> ผลการทดลอง (อัตราเร็วเชิงมุม vs เวลา)
นำข้อมูลในช่วงที่ยังไม่เสถียร มาหาคำนวณหาความชัน ดังนี้ กรณี V = 11 kV
กรณี V = 12 kV
กรณี V = 13 kV
กรณี V = 14 kV
เมื่อนำข้อมูลจาก 4 กราฟ ด้านบนมาคำนวณ และวาดกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง ความเร่งเชิงมุม vs ความต่างศักย์ไฟฟ้า จะได้
ต่อมาคำนวณและวาดกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง ทอร์ก vs ความต่างศักย์ไฟฟ้า (โดยใช้กฎข้อที่ 2 ของนิวตันในกรณีเชิงมุม) ดังนี้
อภิปรายผลการทดลอง
        เราพยายามอภิปรายผลการทดลองให้สอดคล้องมากที่สุด คำถามตอนนี้คือ ทำไมเมื่อเพิ่มความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้น จึงทำให้ทอร์กเพิ่มขึ้น?  โดยบางส่วนได้อธิบายไว้แล้วในตอนทฤษฎีครับ พูดง่ายๆ คือ เมื่อความต่างศักย์เพิ่มขึ้น > การแตกตัว (Ionization) จะเพิ่มขึ้นตามกันเชิงเส้น > ทำให้โอกาสที่ออกซิเจนไอออนมาเกาะผิวเพิ่มขึ้นตาม > ซึ่งเป็นผลทำให้มีแรงผลักที่ไม่ผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นตามครับ จบส่วนที่ 1