หน่วยที่ 3 พลังงาน

คมู่ ือประกอบการสอนรายวชิ าพ้ื นฐานวทิ ยาศาสตร์ ม. 5

วิทยาศาสตร์

กายภาพ 2 (ฟสิ กิ ส์)

ช้ันมัธยมศกึ ษาปที ี่ 5

ผเู้ รียบเรยี ง นายญานภทั ร อนิ ธแิ สง
กลุ่มสาระการเรียนรูว้ ิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี



หนว่ ยที่ 3 พลงั งาน

ค่มู อื ประกอบการสอนรายวิชาพื้ นฐานวิทยาศาสตร์ ม. 5

วิทยาศาสตร์

กายภาพ 2 (ฟสิ ิกส์)

ชั้นมัธยมศึกษาปที ี่ 5

ผูเ้ รียบเรยี ง นายญานภทั ร อนิ ธแิ สง
กลุ่มสาระการเรียนรูว้ ิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

คาแนะนาการใช้

คำถำมก่อนเรยี น
ประจำหนว่ ยกำรเรยี นรู้
มำตรฐำน/ตวั ชีว้ ดั
ประจำหนว่ ยกำรเรียนรู้

Understanding check
คำถำมตรวจสอบควำมเขำ้ ใจกอ่ นเรียน

ประจำหนว่ ยกำรเรยี นรู้
Prior Knowledge

คำถำมตรวจสอบควำมรู้
ก่อนเรียน

ในแตล่ ะ MODULE
Physics in real life
เชอื่ มโยงเน้ือหำท่เี รียน

กับชวี ติ ประจำวัน

Science Focus คาแนะนาการใช้
จดุ เนน้ ในเรอื่ งทีส่ ำคัญ ๆ
ใหผ้ ้เู รียนศึกษำเพ่มิ เตมิ นอก คำถำมทำ้ ทำยกำรคดิ ข้นั สูง
ห้องเรยี น ได้ด้วยตนเองตำม H.O.T.S.
ควำมสนใจได้ตลอดเวลำ
ฝึกใหผ้ ู้เรยี นสำมำรถนำควำมรู้
ที่ได้เรยี น ไปคดิ วเิ ครำะห์และ

แก้ปญั หำไดด้ ว้ ยตนเอง

Topic Question
คำถำมหลังเรยี นในแต่ละ
MODULE เปน็ กำรทบทวน
ควำมเขำ้ ใจให้กบั ผ้เู รียนด้วย

คาแนะนาการใช้
Self Check
ตรวจสอบควำมเข้ำใจหลังเรียน
แตล่ ะหนว่ ยกำรเรียนร้ดู ว้ ยตนเอง

Unit Question
คำถำมหลังเรยี นประจำหน่วยกำรเรยี นรู้

SUMMARY
สรปุ เนือ้ หำประจำหนว่ ยกำรเรยี นรู้

ส่ือ AR
แบบจำลองเสมือนจริง ทำให้หน็ ภำพ

และเขำ้ ใจมำกข้ึน แคส่ แกน

คานา

คมู่ ือประกอบการสอนรายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส์)
ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 นี้ จัดทาขึ้นในรายวิชาการออกแบบหนังสือสาหรับครูวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
ซ่ึงไดศ้ ึกษาจากโครงสรา้ งหลกั สตู รรายวชิ าพ้นื ฐานทีป่ ระกอบดว้ ยโครงสร้างรายวชิ าพ้นื ฐานและคาอธิบาย
รายวิชาท่ีมีทั้งตัวชี้วัด มาตรฐานการเรียนรู้ และสาระการเรียนรู้พื้นฐานเพื่อให้ผู้เรียบเรียงได้เทียบเคียง
กบั หลกั สตู รสถานศึกษา และพิจารณาเลอื กใช้คมู่ อื น้ปี ระกอบการจัดการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับหลักสูตร
สถานศกึ ษาของตนไดต้ ามความเหมาะสม

เนอ้ื หาของคู่มือประกอบดว้ ย หน่วยการเรยี นรูท้ ่ี 3 เร่อื ง พลังงาน รายวิชาวิทยาศาสตร์กายภาพ
(ฟสิ กิ ส์) ช้ันมัธยมศึกษาปีท่ี 5 ความรู้ท่ีเป็นหลักการพื้นฐานท่ีจาเป็น มีกิจกรรมการเรียนรู้ท่ีหลากหลาย
โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสารวจตรวจสอบ การสืบค้นข้อมูล การลงมือปฏิบัติ และการอภิปรายอันจะ
กอ่ ใหเ้ กิดทักษะท่ีสาคญั ในการเรียนรู้และการดารงชวี ิต

ผู้เรียบเรียง หวังเป็นอย่างย่ิงว่าว่าคู่มือน้ีจะเป็นประโยชน์ต่อการจัดการเรียนรู้ และเป็นส่วน
สาคญั ในการพัฒนาคุณภาพและมาตรฐานการศึกษากลุ่มสาระการเรียนรู้ ขอขอบคุณสถาบันส่งเสริมการ
สอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) สานักพิมพ์อักษรเจริญทัศน์ (อจท.) ตลอดจนบุคคลและ
หน่วยงานอื่น ๆ ท่มี ีส่วนเกยี่ วข้องในการจดั ทาไว้ ณ โอกาสน้ี

นายญานภัทร อินธิแสง
ผเู้ รียบเรยี ง

สารบัญ

MODULE 1 พลงั งานในชีวติ ประจาวัน 2
1.1 ประเภทของพลงั งาน 2
1.2 พลังงานทดแทน 3
1.3 ไฟฟา้ จากพลังงานนวิ เคลยี รแ์ ละแสงอาทติ ย์ 9
17
MODULE 2 พลงั งานนิวเคลยี ร์ 21
MODULE 3 เทคโนโลยดี ้านพลังงาน 26
สรุปเนื้อหาภายในบทเรียน

1

หนว่ ยการเรยี นรทู้ ่ี 3 ความก้าวหนา้

พลังงาน Q ทางเทคโนโลยี
ส่งผลต่อ
พลังงานหรือไม่
อย่างไร

ตัวชวี้ ดั
ว 2.3 ม.5/1 ม.5/2

understanding

check

ให้นักเรยี นพิจารณาข้อความตามความเขา้ ใจของนกั เรยี นว่าถกู หรอื ผิด แลว้ บันทึกลงในสมุด

1. พลังงานในชวี ิตประจาวันแบง่ ออกเป็น 2 ประเภท คือ พลังงานจลน์พลงั งานศกั ย์ ถูก/ผิด

2. แก๊สธรรมชาติ ถา่ นหิน และพลงั งานนวิ เคลียร์ เปน็ พลงั งานทดแทนประเภทสิ้นเปลอื ง

3. โรงไฟฟา้ นิวเคลียรเ์ ป็นการใช้ประโยชน์จากฏิกิริยานิวเคลียรแ์ บบฟชิ ชัน

4. เซลลส์ รุ ยิ ะเป็นอุปกรณ์ทีใ่ ชเ้ ปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตยเ์ ป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง

5. พลงั งานท่ไี ดจ้ ากเซลลเ์ ช้อื เพลงิ คอื พลงั งานความร้อน

หน่วยที่ 3 พลงั งาน

2 MODULE 1 พลังงานในชีวิตประจาวัน

Prior

พลังงานแบ่ง
ตามการใช้งาน

ในชวี ติ ประจาวัน

ออกเปน็
ก่ีประเภท

ประเภทของพลังงาน

ในชีวิตประจาวนั ของเรามคี วามเก่ยี วขอ้ งกับการใช้พลังงานต่าง ๆ อยู่ตลอดเวลา พลังงานที่ใช้
ในชีวิตประจาวันส่วนใหญ่เป็นพลังงานที่ได้จากน้ามัน แม้แต่พลังงานไฟฟ้าท่ีใช้กันส่วนใหญ่ก็มาจาก
โรงไฟฟา้ พลังความร้อนซึ่งใช้ความร้อนจากการเผาไหม้ของน้ามัน ถ่านหิน และแก๊สธรรมชาติ ในการ
ผลิตไฟฟา้ มีเพียงสว่ นน้อยท่มี าจากโรงไฟฟ้าพลงั นา้ และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

1.1 ประเภทของพลังงาน
พลังงาน (energy) คือ ความสามารถในการทางานของวัตถุ หากวัตถุใดทางานได้แสดงว่า
วัตถุนั้นมีพลังงาน ในปัจจุบันพลังงานเป็นสิ่งจาเป็นในการดารงชีวิตของมนุษย์ โดยความต้องการใช้
พลังงานของมนุษย์เพิ่มข้ึนตามจานวนประชากรและความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เทคโนโลยี
นอกจากนี้พลังงานยังส่งผลให้เกิดการเปล่ียนแปลงทางธรรมชาติซ่ึงผลกระทบต่อการดารงชีวิตของ
มนุษยด์ ้วย เราสามารถแบง่ พลังงานออกเปน็ 2 กลมุ่ ใหญ่ ๆ ดงั น้ี
1. พลังงานตามการใช้งานในชวี ติ ประจาวัน แบ่งออกเปน็ 6 ประเภท ดงั น้ี

1) พลังงานกล (mechanical energy) เป็นพลังงานท่ีใช้ในการทางานของเคร่ืองกล
และเปน็ พลังงานที่ทาใหว้ ัตถเุ คลอื่ นที่ สง่ิ มชี วี ิตใช้พลังงานกลในการทากิจกรรมที่ต้องมีการเคลื่อนไหว
หรือการทางานต่าง ๆ เช่น การเดนิ การขยบั แขนขา การเคล่ือนย้ายวตั ถุ เป็นต้น

2) พลังงานเคมี (chemical energy) เป็นพลังงานท่ีสะสมอยู่ในสารต่าง ๆ โดยอยู่ใน
พันธะระหว่างอะตอมในโมเลกุล เช่น พลังงานที่เก็บสะสมในเซลล์ไฟฟ้าเคมี ถ่านไฟฉาย แบตเตอร่ี
พลงั งานในอาหาร เป็นตน้ เมื่อพนั ธะแตกสลาย พลงั งานทส่ี ะสมไวน้ จ้ี ะถกู ปลดปล่อยออกมา

พลงั งานในชวี ติ ประจาวัน

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

3

3) พลังงานความร้อน (thermal energy) ที่ใช้ในชีวิตประจาวันได้มาจากหลาย

แหล่ง เช่น ดวงอาทิตย์ การเผาไหม้ของเช้ือเพลิง การเปลี่ยนรูปมาจากพลังงานไฟฟ้า เป็นต้น โดย

ความรอ้ นทาให้วัตถุหรือสารมีอุณหภูมิสูงข้ึน ขยายตัว เปลี่ยนสถานะ และทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลง

ทางเคมี

4) พลังงานไฟฟ้า (electrical energy) ที่นามาใช้งานเป็นพลังงานที่ผลิตจาก
แหล่งกาเนิดไฟฟ้า เช่น ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่ เซลล์สุริยะ เป็นต้น เป็นพลังงานท่ีให้ความ
สะดวกสบายกบั มนษุ ยม์ าก และเปลีย่ นเปน็ พลังานรูปอ่นื ไดง้ ่าย

5) พลงั งานการแผ่รงั สี (radiant energy) เป็นพลังงานทเี่ คลอื่ นท่ีมาจากแหล่งกาเนิด
ในรูปของคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าหรือรังสีที่มีความถ่ีต่าง ๆ อาจกล่าวได้ว่า พลังงานการแผ่รังสีเป็น
พลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ส่ิงมีชีวิตอาศัยพลังงานการแผ่รังสีในกระบวนการสาคัญต่าง ๆ เช่น
การมองเหน็ ภาพ การสงั เคราะหด์ ้วยแสง เปน็ ตน้

6) พลงั งานนวิ เคลียร์ (nuclear energy) เป็นพลังงานที่ได้จากนิวเคลียสของอะตอม
เม่ือเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ รวมท้ังพลังงานจากรังสีท่ีปลดปล่อยออกมาจากสารกัมมันตรังสี โดย
พลังงานนวิ เคลยี ร์มบี ทบาทต่อความเป็นอยู่ปกติของส่งิ มชี ีวติ น้อยกวา่ พลังงานอื่น

2. พลังงานตามการใชง้ านของนกั วทิ ยาศาสตร์ แบง่ เป็น 2 ประเภท ดังนี้

1) พลังงานจลน์ (kinetic energy) เป็นพลังงานท่ีสะสมอยู่ในวัตถุหรืออะตอมหรือ
โมเลกุล เนื่องจากการเคล่ือนท่ีขอองวัตถุหรืออะตอมหรือโมเลกุลของสาร พลังงานจลน์อาจอยู่ในรูป
พลงั งานกล พลังงานความรอ้ น และพลงั งานการแผ่รังสี

2) พลังงานศักย์ (potential energy) เป็นพลังงานท่ีสะสมอยู่ในวัตถุเน่ืองจากการ
เปลี่ยนตาแหน่งของวัตถุ หรือเป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในอะตอมและโมเลกุลของวัตถุเน่ืองจากการ
สร้างพันธะระหว่างกัน หรือเป็นพลังงานท่ีสะสมในนิวเคลียสของอะตอมเนื่องจากการยึดเหน่ียวกัน
ของอนุภาคในนิวเคลียส พลังงานศักย์จึงอาจอยู่ในรูปพลังงานกล พลังงานเคมี พลังงานไฟฟ้า และ
พลงั งานนิวเคลียร์

พลงั งานไม่สามารถทาให้สูญหายไปหรือสร้างขึ้นมาใหม่ได้ แต่เปล่ียนรูปได้ เรียกกฎท่ีกล่าวถึง
การคงตัวของพลังงานนี้ว่า กฎการอนุรักษ์พลังงาน (law of conservation of energy) โดย
พลังงานทุกรปู แบบมคี วามสัมพันธก์ ันทั้งทางตรงและทางออ้ ม ดงั ภาพท่ี 3.1

พลังงง พลงั งาน

พลงั งานในชีวิตประจาวนั

วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

4

ภาพท่ี 3.1 แผนภาพแสดงตวั อยา่ งการเปล่ียนรูปแบบระหวา่ งพลงั งานรูปแบบตา่ ง ๆ

1.2 พลงั งานทดแทน พลังงานทดแทน

ปัจจุบันท่ัวโลกกาลังประสบปัญหาเก่ียวกับปริมาณน้ามันที่ลดลง ราคาน้ามันแพงขึ้นและ
ปัญหามลภาวะในอากาศทเ่ี กดิ จากการเผาไหม้ของเชอ้ื เพลิงฟอสซลิ ทาให้มีการส่งเสริมงานสารวจและ
วิจัยเพื่อค้นหาแหล่งพลังงานใหม่มาทดแทนพลังงานจากน้ามันและเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ หลาย
ประเทศกาลังมุ่งศึกษาวิจัยหาเทคโนโลยีใหม่เพ่ือผลิตพลังงานจากชี วมวลท่ีมีอยู่ในธรรมชาติภายใต้
แนวคิดการใช้พลังงานอย่างย่ังยืน กล่าวคือ สามารถควบคุมแหล่งพลังงานใหม่นี้ให้ผลิตพลังงานได้
อย่างต่อเนื่องและเพียงพอต่อการท้ายด้วยต้นทุนที่ต่าจากการใช้ทรัพยากรภายในประเทศโดยที่การ

ผลติ และการใชพ้ ลงั งานมีผลกระทบตอ่ สภาพแวดล้อมและสขุ ภาพของมนุษย์น้อยที่สุด

พลังงานทดแทน (Alternative Energy) เป็นพลงั งานท่ีนามาใชแ้ ทนนา้ มนั เชือ้ เพลิงแบ่ง
ออกเป็น 2 ประเภท คือ พลังงานทดแทนประเภทสิ้นเปลือง และพลังงานทดแทนประเภท
หมนุ เวียน

1. พลังงานทดแทนประเภทส้ินเปลือง เป็นพลังงานทดแทนจากแหล่งพลังงานที่ใช้ไปนาน ๆ
แล้วจะหมดไปได้ เช่น แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน พลังงานนวิ เคลียร์ เปน็ ต้น

1) แก๊สธรรมชาติ เปน็ สารปโิ ตรเลียมเชน่ เดียวกับน้ามัน เกดิ จากการทับถมของซาก
สง่ิ มีชีวิตเป็นเวลาหลายลา้ นปี แกส๊ ธรรมชาติจัดเป็นสารประกอบไฮโดรคารบ์ อนชนดิ หน่ึประกอบด้วย

พลังงานในชวี ติ ประจาวนั

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

5

สารไฮโดรคาร์บอนประเภทต่าง ๆ เช่น มีเทน อีเทน โพรเพน บิวเทน เป็นต้น เป็นส่วนใหญ่ส่วนท่ี

เหลือเป็นแก๊สอน่ื ๆ เชน่ แก๊สไนโตรเจน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ เป็นต้น

การใช้ประโยชน์แก๊สธรรมชาติเป็นการนาสารไฮโดรคาร์บอนต่าง ๆ ท่ีแยกออกมาจากแก๊สธรรมชาติ

ไปใชป้ ระโยชน์ เชน่

• มีเทน ใช้เป็นเช้ือเพลิงในการผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมและใช้เป็นเชื้อเพลิงของ
ยานพาหนะ

• อเี ทนและโพรเพน ใชเ้ ป็นวตั ถดุ ิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี

• โพรเพนและบิวเทน ใช้เป็นแก๊สหุงต้มและใช้เป็นเช้ือเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรม
และยานพาหนะ

การใช้แก๊สธรรมชาติมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยเนื่องจากการเผาไหม้ของแก๊สธรรมชาติ
เป็นการเผาไหม้ที่สมบูรณ์สิ่งท่ีเหลือจากการเผาไหม้ คือ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และน้า ผลกระทบ
ต่อส่ิงแวดลอ้ มจะเกิดขน้ึ ในข้ันตอนขุดเจาะ คือ ผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมทางทะเลบริเวณขุดเจาะ
แก๊สธรรมชาติ

2) ถ่านหิน ถ่านหินเกิดขึ้นมาจากการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติของพืชที่สลายตัว มักสะสม

อยู่ในลุ่มน้าหรือแหล่งน้าต่าง ๆ เป็นเวลาหลายร้อยล้านปี เม่ือเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น

แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด หรือมีการทับถมของตะกอนมากข้ึน ทาให้แหล่งสะสมตัวนั้นได้รับความ

กดดันและความรอ้ นทีม่ ีอย่ภู ายในโลกเพม่ิ ขึ้น ซากพืชเหลา่ นนั้ ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นถ่าน

หินชนิดต่าง ๆ ถ่านหินถูกนามาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิต

ปูนซีเมนต์ และอุตสาหกรรมที่ใช้เคร่ืองจักรไอน้า เป็นต้น ถ่านหินเป็นเช้ือเพลิงท่ีมีมากท่ีสุดบนโลก

ประมาณ 2 ใน 3 ของเชอ้ื เพลงิ ทั้งหมด โดย 1 ใน 3 ของถา่ นหนิ ทั้งหมดเป็นถา่ นหนิ ลกิ ไนต์

3) น้ามันดิบ เป็นแร่เชื้อเพลิงที่มีสถานะเป็น Physics
ของเหลว มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นสารประกอบ
ไฮโดรเจนและคาร์บอน จึงถูกเรียกว่าสารประกอบ in real life
ไฮโดรคาร์บอน น้ามันดิบท่ีขุดข้ึนมาจะไม่สามารถนาไปใช้
ประโยชนไ์ ดท้ นั ที ตอ้ งมีการแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอน NGV ย่อมาจาก Natural Gas vehicles
ต่าง ๆ ออกเป็นกลุ่มก่อน จึงจะนาไปใช้ประโยชน์ได้ วิธีการ หมายถึง ยานพาหนะท่ีใช้แก๊สธรรมชาติ
แยกสารท่ีปนอยู่ในน้ามันดิบออกจากกัน เรียกว่า การกล่ัน เป็นเชื้อเพลิง ไม่ได้หมายถึงแก๊สที่
น้ามันดิบ เมื่อนาน้ามนั ดิบมากลั่นจะได้น้ามันเชอ้ื เพลิง น า ม า ใ ช้ เ ป็ น เ ช้ื อ เ พ ลิ ง เ พ ร า ะ แ ก๊ ส ที่
นามาใช้เป็นเชื้อเพลิงน้ันจะเรียกว่าแก๊ส
ธรรมชาติอัด (compressed Natural
Gas หรอื CNG

พลังงานในชีวิตประจาวนั

วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

6

และน้ามันหล่อลื่นสาหรับเครื่องยนต์ประเภทต่าง ๆ รวมทั้งการให้พลังงานความร้อนและแสงสว่าง
ส่วนท่ีเหลือจากการกล่ันน้ามันนาไปใช้เป็นวัตถุดิบของอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ใช้ประดิษฐ์ของใช้
สาเรจ็ รปู เชน่ พลาสติก ไนลอน เส้นใยสังเคราะห์ ป๋ยุ เป็นต้น

การขนสง่ น้ามนั ดบิ สอ่ื AR

ภาพท่ี 3.2 การขนสง่ นา้ มนั ดบิ

4) พลังงานนิวเคลียร์ เป็นพลังงานที่ได้มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ซ่ึงมี 2 แบบ คือ ฟิชชัน
(fission) และฟิวชัน (fusion) เป็นแหล่งพลังงานทดแทนท่ีจะมีบทบาทมากข้ึนในอนาคต การใช้
ประโยชน์พลังงานนิวเคลียร์เป็นการใช้พลังงานความร้อนท่ีเกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ใน
กระบวนการผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ซ่ึงปฏิกิริยานิวเคลียร์ขจัดปัญหาการปล่อยมลพิษทาง
อากาศรวมทั้งปล่อยแก๊สเรือนกระจกท่ีเป็นปัญหาหลักของเช้ือเพลิงฟอสซิลได้ แต่อาจมีปัญหาที่เกิด
จากการรั่วไหลของรังสีหรือนิวตรอนท่ีเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน จึงจาเป็นต้องมี
เทคโนโลยีควบคุมที่ดีเพื่อป้องกันการร่ัวไหลของรังสี ปัญหาอีกอย่างหนึ่ง คือ การกาจัดกากเชื้อเพลิง
นิวเคลียร์ ซึ่งต้องมีมาตรการควบคุมดูแลการกาจัดกากเช้ือเพลิงนิวเคลียร์ ไม่ให้ส่งผลเสียต่อ
ส่ิงแวดลอ้ ม เนอื่ งจากกากเช้ือเพลิงนวิ เคลยี รย์ งั ปลดปลอ่ ยรังสที เ่ี ป็นอนั ตรายออกมาตลอดเวลาและคง
สภาพอยู่เป็นเวลายาวนานมาก

การขนสง่ น้ามันดิบ

พลงั งานในชวี ติ ประจาวนั

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

7

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนชนิดหน่ึง ใช้แหล่งพลังงานความร้อนจาก

เครื่องปฏกิ รณท์ ใี่ ช้พลงั งานนิวเคลยี ร์ในการผลิตไอน้าแรงดันสูงจ่ายให้กับกังหันไอน้า จากนั้นกังหันไอ

น้าหมุนเครอ่ื งกาเนิดไฟฟา้ เพ่ือผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา H.O.T.S.

คาถามทา้ ทายการคดิ ขั้นสูง

เหตใุ ดจึงจดั ใหพ้ ลงั งาน
นิวเคลยี ร์เปน็ พลงั งานทดแทน

ประเภทส้นิ เปลือง

สื่อ AR

ภาพท่ี 3.3 โรงไฟฟ้านวิ เคลียร์

2. พลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียน เป็นแหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นอยู่อย่างต่อเนื่องสามารถ
เกิดขึ้นใหม่หรือหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่ได้ ไม่หมดไปจากโลก เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม
พลงั งานนา้ พลังงานชีวมวล พลงั งานความร้อนใต้พิภพ เป็นต้น ประโยชน์ท่ีได้จากพลังงานหมุนเวียนมี
หลายด้าน ทั้งการรักษาส่ิงแวดล้อม การลดมลพิษจากการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล จานวน
ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมต่าง ๆ อีกท้ังยังลดการนาเข้าเชื้อเพลิงจากต่างประเทศ และพลังงานเช้ือเพลิง
อย่างให้ผลตอบแทนการลงทุนที่น่าสนใจอีกด้วย เทคโนโลยีเกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียนนี้ได้รับการ
พฒั นาไปอยา่ งมากรวมถึงการเปลี่ยนรปู พลงั งานหมนุ เวียนเหล่านเี้ ปน็ พลังงานไฟฟ้า

พลังงานหมุนเวยี น โรงไฟฟ้านิวเคลยี ร์

1 พลังงานน้า เป็นพลังงานหมุนเวียนที่ใช้ใน
การผลิตกระแสไฟฟ้า โดยใช้เครื่องกาเนิดไฟฟ้า
ท่ีเช่ือมต่อกับแกนของกังหัน ทาให้เกิดการผลิต
กระแสไฟฟ้าจากพลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้าท่ี

ถกู กักเกบ็ ไว้เหนือเขอ่ื น

พลังงานในชีวติ ประจาวัน

วทิ ยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

8

พลังงานหมุนเวียน

2 พลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นการนาเอา
พลงั งานความร้อนท่อี ยูใ่ ตด้ ินขน้ึ มาใช้ ความร้อน
ดังกล่าวอยู่ในแกนกลางของโลกเกิดข้ึนมาต้ังแต่
โลกกาเนิดข้ึน โดยนาน้าท่ีมีความร้อนสูงไปผ่าน
กระบวนการจนได้ไอน้า เอาแรงอัดของไอน้าที่
ไดไ้ ปหมุนกงั หนั เพอ่ื ผลติ กระแสไฟฟา้

3 พลังงานชวี มวล เปน็ พลงั งานที่ถูกเก็บสะสม
อยู่ในส่ิงมีชีวิตหรือสารอินทรีย์ท่ัว ๆ ไปตาม
ธรรมชาติ เช่น ต้นหญ้า ก่ิงไม้ ส่ิงปฏิกูลจากการ
เลี้ยงสตั วห์ รอื ขยะ โดยนามาหมกั ใหเ้ กิดเปน็ แก๊ส
ชีวภาพ ซึ่งสามารถนาไปใช้เป็นแก๊สหุงต้ม เพ่ือ
ผลิต พลังงานความร้อน หรือนาไ ปผลิต
กระแสไฟฟ้า และยังได้ปุ๋ยชีวภาพท่ีเกิดจากการ
หมักสารอนิ ทรียต์ ่าง ๆ ดว้ ย

พลงั งานในชีวติ ประจาวัน

วิทยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ กิ ส)์ 9

4 พลังงานแสงอาทิตย์ แสงอาทิตย์ เป็นพลังงานจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ในรูปของคล่ืน
แม่เหล็กไฟฟ้า และเป็นแหล่งพลังงานสาคัญของโลก เพราะร้อยละ 99 ของพลังงานความร้อนที่
ให้ความอบอุ่นแก่โลกมาจากพลังงานแสงอาทิตย์ แสงอาทิตย์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยใช้
เซลล์สุริยะ (solar cell) เพ่อื ผลติ กระแสไฟฟา้

5 พลังงานลม เมื่อลมพัดมาปะทะกับใบพัดของกังหันลม ใบพัดของกังหันลมจะหมุนซึ่งการ
หมุนของใบพัดจะอยู่ในรูปของพลังงานกลและจะเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยแรงจาก
การหมุนนี้จะถูกส่งผ่านแกนหมุนทาให้เกิดการเหนี่ยวนาที่เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าทาให้เกิดพลังงาน
ไฟฟา้

1.3 ไฟฟา้ จากพลงั งานนวิ เคลยี ร์และแสงอาทติ ย์
พลังงานส่วนใหญ่ท่ีใช้งานผลิตข้ึนมาจากทรัพยากรหรือแหล่งพลังงานธรรมชาติ เช่น ถ่านหิน
น้ามนั น้า ลม แสงอาทติ ย์ เปน็ ต้น พลังงานเหล่านี้บางส่วนใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า โดยโรงไฟฟ้าใช้ความ
ร้อนขับเคลื่อนจากพลังงานเหล่าน้ีในการผลิตกระแสไฟฟ้า และนาไปใช้ด้านอ่ืน ๆ ซึ่งพลังงาน
นิวเคลียรเ์ ปน็ แหล่งพลังงานอยา่ งหนึ่งทีส่ ะอาดและเป็นมิตรกบั สิง่ แวดล้อม

พลงั งานในชีวิตประจาวนั

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

10

1. ไฟฟ้าจากพลงั งานนวิ เคลียร์ ผลติ ไดจ้ ากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์วิธีการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้า
นิวเคลียร์ คอื ใชค้ วามร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์แบบฟิวชัน (fusion reactor) ทาให้น้าเดือดกลายเป็น
ไอไปขับกังหันไอน้าของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงจัดอยู่ใน
ประเภทโรงไฟฟา้ พลงั งานความร้อน

1) สว่ นประกอบสาคัญภายในเครอื่ งปฏิกรณน์ ิวเคลียร์แบบฟวิ ชัน มดี งั นี้

• มัดเชือ้ เพลิง (fuel assembly) ประกอบด้วย แท่งเช้ือเพลิง (fuel rod) จานวน
มาก (บางแบบมี 204 แทง่ ) สอดผ่านตะแกรงสเ่ี หลย่ี มจตั ุรัส แล้วผนึกเขา้ ดว้ ยกนั เป็นมัด แท่งเชอ้ื เพลิง
แต่ละแท่งยาว 12 ฟุต (ประมาณ 3.7 เมตร) ประกอบด้วย เม็ดเชื้อเพลิง (pellet) รูปทรงกระบอก
เล็ก ๆ เส้นผ่านศูนย์กลาง 8-10 มิลลิเมตรสูง 9 ถึง 15 มิลลิเมตร ทาจากออกไซด์ของยูเรเนียม
(UO2) บรรจเุ รียงกนั ในท่อทีท่ าจากเซอรโ์ คเนยี มหรอื อัลลอยของเซอร์โคเนยี ม ดังภาพท่ี 3.5 (ก)

• แท่งควบคุม (control rod) ทาจาก โบรอน แคดเมียม แฮฟเนียม หรือธาตุอ่ืนท่ีมี
สมบตั ดิ ดู ซบั นวิ ตรอน ใชค้ วบคุมการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ของแท่งเช้ือเพลิง โดยสอดแท่งควบคุมเข้า
ไประหว่างแท่งเชื้อเพลิงในมัดเช้ือเพลิง ซึ่งบรรจุอยู่ในถังปฏิกรณ์ท่ีทนความดันสูง(steel pressure
vessel) ดงั ภาพท่ี 3.5 (ข)

ภาพที่ 3.5 แทง่ เช้ือเพลงิ แท่งควบคมุ และถงั ปฏกิ รณท์ ีใ่ ชบ้ รรจุมดั เชอื้ เพลิง

ไฟฟ้าจากพลงั งานนวิ เคลยี ร์

พลังงานในชวี ิตประจาวนั

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์ 11

เมอ่ื สอดแท่งควบคมุ เข้าไปในมัดเชื้อเพลิง แท่งควบคุมจะดูดซับนิวตรอนอัตราเร็วต่าส่วนใหญ่

ไว้ ทาใหอ้ ตั ราเรว็ เกดิ ปฏิกิริยาฟิชชันและกาลังการผลิตของเคร่ืองปฏิกรณ์ลดลง แต่ถ้าดึงแท่งควบคุม

ออกไปจานวนนิวตรอนท่ีถูกดูดซับไว้จะลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาและกาลังการผลิตของเคร่ือง

ปฏกิ รณจ์ ะเพมิ่ ขนึ้ ในกรณฉี ุกเฉินสามารถปิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้โดยการสอดแท่งควบคุมเข้าไประหว่าง

แท่งเชือ้ เพลิงในแกนของเครอื่ งปฏกิ รณ์

• ตัวหน่วงอัตราเร็วของนิวตรอน เป็นวัสดุหรือสารที่ใช้หน่วงนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยา
นวิ เคลียร์ ซึ่งเคลื่อนที่เร็วเกินไปให้เคล่ือนที่ช้าลงจนมีอัตราเร็วต่าพอท่ีจะทาให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์
ได้ เคร่ืองปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นเก่าใช้แกรไฟต์บริสุทธ์ิสูงเป็นตัวหน่วงอัตราเร็วของนิวตรอน เคร่ือง
ปฏิกรณ์สมัยใหม่ใช้น้ามวลหนัก (heavy water) หรือน้าจืดเป็นตัวหน่วงอัตราเร็วนิวตรอน สารหรือ
วสั ดอุ ื่น ๆ ที่ใชเ้ ป็นตัวหนว่ งอัตราเร็วนวิ ตรอน ไดแ้ ก่ คารบ์ อนไดออกไซด์ และ เบรลิ เลยี ม

2) การทางานของโรงไฟฟา้ นวิ เคลยี ร์

การทางานของโรงไฟฟา้ นิวเคลียร์ การทางานของโรงไฟฟา้ นิวเคลียร์

ภาพท่ี 3.6 การทางานของโรงไฟฟา้ นวิ เคลียร์
พลงั งานในชีวติ ประจาวัน

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

12
จากภาพที่ 3.6 เป็นแผนภาพแสดงการทางานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะสังเกตได้ว่าจะแยก

ระบบการทางานของโรงไฟฟ้านวิ เคลยี รอ์ อกเปน็ 2 วงปิด ดงั น้ี

• วงปิดแรก ทาหน้าท่เี ป็นระบบผลติ ไอนา้ โดยใชค้ วามร้อนที่เกิดจากนิวเคลียร์ฟิชชันของแท่ง
เชือ้ เพลงิ ต้มน้าในอุปกรณ์กาเนิดไอน้า ให้เดือดกลายเป็นไอแล้วนาไปขับกังหันไอน้าของเครื่องกาเนิด
ไฟฟา้ เพ่ือผลิตกระแสไฟฟา้ ส่งเขา้ สู่ระบบส่งกาลงั ไฟฟา้ สว่ นไอนา้ หลังจากใช้ขับกังหันไอน้าจะผ่านเข้า
สู่เครื่องควบแน่นกลายเป็นน้าร้อนและถูกลดอุณหภูมิลงโดยน้าในวงปิดที่สอง แล้วผ่านเข้าสู่อุปกรณ์
กาเนิดไอน้าเพื่อต้มน้าให้เดือดกลายเป็นไอน้า วนเป็นวงรอบเช่นน้ีตลอดการทางานของโรงไฟฟ้า
นิวเคลียร์ โดยน้าในวงปิดแรกทาหน้าที่เป็นทั้งสารหน่วงนิวตรอนและสารระบายความร้อนออกจาก
เครอื่ งปฏกิ รณ์นิวเคลียร์

• วงปิดท่ีสอง ทาหน้าท่ีเป็นระบบหล่อเย็นโดยน้าในวงวงปิดที่สองจะรับความร้อนจากไอน้า
ในเครอ่ื งควบแนน่ แล้วไหลเข้าส่หู ัวระบายความร้อนเพ่ือลดอุณหภูมิ โดยพ่นน้าลงบนอ่างน้าเย็นที่ฐาน
ของหอระบายความร้อน น้าท่ีพ่นลงไปส่วนหน่ึงกลายเป็นไอน้า (ที่ไม่ปนเป้ือนกัมมันตรังสี) ระบาย
ออกทางปากปล่องของหอระบายความร้อน อีกส่วนหน่ึงกลายเป็นน้าเย็นไหลกลับเข้าสู่ส่วนของวงปิด
แรกที่อยู่ในเคร่ืองควบแน่น วนเป็นวงรอบเช่นนี้ตลอดการทางานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เช่นกัน โดย
นา้ เย็นทใี่ ช้หมนุ เวียนในวงปิดท่ีสองมาจากแหล่งน้า เช่น ทะเลสาบ สระน้า แม่นา้ เป็นต้น

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตอ้ งคานึงถึงความปลอดภยั ต้องยกอาคารหรือโครงสร้างท่ีใช้
ปกคลุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพ่ือป้องกันการร่ัวไหลของกัมมันตรังสีที่แพร่ออกไปเมื่อเกิดอุบัติเหตุ
ภายในโรงไฟฟา้ นวิ เคลียร์ โรงไฟฟา้ นิวเคลียร์จัดวา่ มีความปลอดภัยสูง เพราะมีกฎระเบียบต่าง ๆ ใน
การทางานทเี่ ข้มงวด และเทคโนโลยีโรงไฟฟ้านวิ เคลียร์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนมีความปลอดภัย
สูงมากในปัจจุบนั ทาใหโ้ รงไฟฟา้ นิวเคลยี ร์เปน็ ทางเลือกทน่ี ่าสนใจอย่างย่ิงในการผลติ กระแสไฟฟา้

Science Focus

โรงไฟฟา้ นิวเคลยี ร์ฟวิ ชนั

โรงไฟฟา้ นวิ เคลยี ร์ฟิวชัน ปัจจุบันมีเพยี งโรงไฟฟา้ นิวเคลียรฟ์ ิชชนั เทา่ น้ัน โรงไฟฟา้ นิวเคลียร์ฟวิ
ชนั กาลงั อยใู่ นระหว่างการพัฒนา โดยมีโรงไฟฟ้านวิ เคลยี ร์ฟิวชันตน้ แบบอย่ทู ี่เมอื งคาดารัช
ประเทศฝรั่งเศส เพื่อการค้นคว้าทดลองภายใตค้ วามรว่ มมือกันของโครงการ ITER
(International Thermonuclear Experimental Reactor) ของประเทศฝรัง่ เศส เกาหลใี ต้
ญปี่ ุน่ จนี สหรฐั อเมรกิ า สหภาพยุโรป และอินเดีย ซ่งึ กาลงั กา้ วหน้ามากและคาดวา่ จะมกี าร
สร้างโรงงานไฟฟ้านวิ เคลยี ร์ฟวิ ชันตามความรว่ มมอื ITER ในอีก 30-40 ปีข้างหนา้

พลังงานในชีวิตประจาวัน

วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

13

2. ไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ หลักการที่ใช้ในการเปล่ียนพลังงานแสงอาทิตย์เป็น

พลังงานไฟฟ้ามี 2 หลักการ ดังตอ่ ไปน้ี

1) การใชค้ วามรอ้ นจากแสงอาทิตยใ์ นการผลิตพลงั งานไฟฟา้ แบง่ เปน็ 2 ระบบ ดงั น้ี

• ระบบความร้อนรวมศูนย์ ใช้อุปกรณ์รับแสง เช่น กระจกเงา หรือวัสดุสะท้อนแสงท่ีหมุน
ตามดวงอาทิตย์ได้ เพื่อรวมความร้อนจากแสงอาทิตย์มาไว้ท่ีจุดเดียวกันทาให้เกิดความร้อนสูงส่งผ่าน
ไปยังตัวกลาง แล้วนาความร้อนจากตัวกลางไปผลิตเป็นไอเพื่อขับเคลื่อนเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า ระบบ
ความร้อนรวมศูนย์แบ่งเป็น 3 ประเภท คือ ระบบรางตรง ระบบหอคอยกลาง และระบบจานร่วมกับ
เคร่ืองจักรปัจจุบันระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าระบบความร้อนรวมศูนย์ไม่แพร่หลายนัก เน่ืองจาก
ต้นทุนการผลิตสูง ระบบนี้เหมาะกับการผลิตไฟฟ้าจากรังสีตรงเท่าน้ัน เช่น แสงอาทิตย์จาก
ทะเลทราย จึงไม่เหมาะสมกับประเทศไทย

• ระบบสระแสงอาทิตย์ เปน็ ระบบผลติ ไฟฟา้ จากพลังงานแสงอาทิตย์ท่ีเหมาะกับประเทศไทย
เพราะเก็บความร้อนได้ท้ังจากรังสีตรงและรังสีกระจาย ซ่ึงของเหลวภายในสระ (น้าเกลือ) เม่ือได้รับ
ความรอ้ นจากแสงอาทิตยจ์ ะมีความหนาแน่นเพิ่มข้ึนจึงจมลงสู่ก้นสระ ความร้อนจึงเก็บสะสมอยู่ที่ก้น
สระ ขณะที่น้าที่ผิวสระเป็นน้าที่อุณหภูมิต่าจึงเกิดการสูญเสียให้แก่บรรยากาศน้อยในการผลิตไฟฟ้า
ต้องสูบน้าเกลือที่ก้นสระซ่ึงมีความเข้มข้นสูงและอุณหภูมิสูง ผ่านท่อเข้าสู่เครื่องกาเนิดไอน้าเพื่อผลิต
ไอน้าไปขับกังหันไอน้าของเครื่องกาเนิดไฟฟ้าเพ่ือผลิตกระแสไฟฟ้า แล้วสูบกลับสู่ก้นสระตามเดิม
ขณะเดยี วกนั ต้องสูบน้าเกลือบรเิ วณผวิ ซ่ึงเจอื จางและมีอุณหภูมิต่าผ่านท่อเข้าสู่เคร่ืองควบแน่นเพ่ือใช้
ในการควบคุมไอน้าที่ขับกังหันให้เป็นของเหลวกลับเข้าสู่เคร่ืองกาเนิดไอน้า ส่วนน้าเกลือที่สูบมาจาก
ผวิ โลหะจะถกู สบู กลบั ไปยงั ผิวตามเดิม ดังภาพที่ 3.7

ภาพที่ 3.7 การผลติ ไฟฟ้าดว้ ยระบบแสงอาทิตย์
พลงั งานในชีวติ ประจาวัน

วทิ ยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

14
2) การเปลย่ี นพลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ พลงั งานไฟฟ้าโดยตรง ทาได้โดยใชเ้ ซลล์สรุ ยิ ะ (solar

cell) แต่เซลลส์ รุ ิยะเพียงเซลล์เดียวใหพ้ ลงั งานไฟฟา้ นอ้ ยมาก การผลิตไฟฟ้าโดยใช้เซลล์สุริยะจึงต้อง
นาเซลล์สุริยะหลาย ๆ เซลล์มาต่อเข้าด้วยกันเป็นแผงเซลล์สุริยะ (solar module) และเนื่องจาก
เซลล์สรุ ยิ ะผลิตไฟฟ้ากระแสตรงและทางานเมอ่ื มีแสงอาทติ ย์มาตกกระทบเท่านัน้ ถา้ ต้องการใช้ไฟฟ้า
กระแสสลับและตอ้ งการเกบ็ สะสมพลังงานไฟฟา้ ไวใ้ ช้ในเวลาที่ไมม่ แี สงอาทติ ย์จาเป็นต้องต่อแผงเซลล์
สุรยิ ะรว่ มกบั อุปกรณ์อ่ืน ๆ โดยรวมเข้าเป็นระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์สุริยะซึ่งมีส่วนประกอบหลัก ดัง
ภาพที่ 3.8

ภาพท่ี 3.8 สว่ นประกอบหลกั ของระบบผลติ กระแสไฟฟา้ ดว้ ยเซลลส์ รุ ยิ ะ

ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์สุริยะแบ่งออกเป็น 3 ระบบ คือระบบเซลลส์ รุ ยิ ะแบบอิสระ (PV
standalone system) ระบบเซลลส์ ุริยะแบบต่อกับระบบจาหน่าย (PV grid connected
system) และระบบเซลลส์ รุ ยิ ะแบบผสมผสาน (PV hybrid system) ซ่งึ แต่ละระบบผลิตออกมา
เพ่อื ตอบสนองการใชง้ านท่ีตา่ งกนั

พลังงานในชีวิตประจาวัน

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์ 15

• ระบบเซลล์สุริยะแบบอิสระ ออกแบบมาเพื่อใช้ผลิตไฟฟ้าในชนบทหรือพ้ืนที่ที่ไม่มีระบบ
สายส่งไฟฟ้า อุปกรณ์สาคัญในระบบประกอบด้วยแผงเซลล์สุริยะ อุปกรณ์ควบคุมการประจุไฟและ

ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้า แบตเตอร่ี และอุปกรณ์แปลงและควบคุมระบบไฟฟ้าชนิดอิสระ
ดังภาพท่ี 3.9

ภาพที่ 3.9 ระบบเซลลส์ รุ ยิ ะแบบอิสระ

• ระบบเซลล์สุริยะแบบต่อกับระบบ
จาหน่าย ออกแบบมาเพื่อใช้ผลิตไฟฟ้าในเขต
เมอื งหรือพ้ืนทท่ี ่มี ีระบบจาหนา่ ยไฟฟา้ เข้าถึง โดย
ผลิตไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์แปลงและควบคุมระบบ
ไฟฟ้าเพ่ือแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้า
กระแสสลับแล้วจ่ายเข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้า
โดยตรง อุปกรณส์ าคัญในระบบประกอบด้วยแผง
เซลล์สุริยะ อุปกรณ์แปลง และควบคุมระบบ
ไฟฟ้า ชนิดต่อกับระบบจาหน่ายไฟฟ้า ดังภาพท่ี
3.10

ภาพที่ 3.10 ระบบเซลลส์ รุ ยิ ะแบบตอ่ กบั ระบบจาหนา่ ย

พลังงานในชีวติ ประจาวัน

วิทยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

16

• ระบบเซลล์สุริยะแบบผสมผสาน ออกแบบมาเพ่ือทางานร่วมกับอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าหรือ
ระบบผลิตไฟฟ้าอ่ืน ๆ เช่น เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าดีเซล ไฟฟ้าพลังลม ไฟฟ้าพลังน้า เป็นต้น ดังภาพที่
3.11

… Topic ภาพท่ี 3.11 ระบบเซลลส์ รุ ยิ ะแบบผสมผสาน

? Question

คาช้ีแจง : ใหน้ ักเรียนตอบคาถามต่อไปนี้
1. พลังงานท่สี ะสมในแบตเตอร่ี พลงั งานทไ่ี ดจ้ ากแบตเตอรี่ และพลงั งานที่ใช้ในการเคลื่อนไหวเปน็ พลังงาน
ประเภทใดตามลาดับ
2. พลงั งานทดแทนมีกป่ี ระเภทอะไรบา้ งและแตล่ ะประเภทต่างกนั อยา่ งไร
3. พลังงานน้าทนี่ ามาใช้ในการผลติ กระแสไฟฟา้ มกี ีร่ ูปแบบ อะไรบ้าง
4. ไฟฟ้าจากพลังงานนวิ เคลียร์ไดจ้ ากปฏกิ ิริยานวิ เคลยี ร์แบบใด
5. ถา้ ต้องการเปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟา้ โดยตรงต้องใช้อุปกรณใ์ ด

พลงั งานในชวี ติ ประจาวนั

MODULE 2 พลงั งานนวิ เคลียร์ 17

Prior

พลงั งานท่ีได้
จากปฏิกิริยา
นิวเคลียรเ์ ป็น
ผลมาจากสง่ิ ใด

ในชีวิตประจาวันเรามักจะพบกับปฏิกิริยาเคมี เช่น การประกอบอาหารด้วยความร้อน การ
เผาไหม้เช้อื เพลงิ กระบวนการย่อยอาหารของร่างกาย เป็นต้น โดยปฏิกิริยาเคมีเป็นการเปล่ียนแปลง
ในระดับอะตอมและโมเลกุล โดยไม่เก่ียวข้องกับนิวเคลียสของอะตอม และการเปลี่ยนแปลงกับ
นิวเคลียสของอะตอมที่ทาให้เกิดการเปลี่ยนชนิดของธาตุ จะเรียกการเปลี่ยนแปลงนี้ว่า ปฏิกิริยา
นิวเคลียร์ (nuclear reaction) หลังการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ธาตุต้ังต้นจะเปลี่ยนเป็นธาตุอื่น และ
มวลอะตอมรวมของธาตุหลังเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์จะมีค่าน้อยกว่ามวลอะตอมรวมของธาตุก่อน
เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ มวลท่ีลดลงหรือมวลพร่อง (mass defect) จะเปลี่ยนเป็นพลังงานตามหลัก
สมมูลของมวลสารและพลังงาน (mass-energy equivalence) ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert
Einstein) ซงึ่ มีความสมั พนั ธ์ ตามสมการ

= ∆ 2 E คือ พลงั งานทไี่ ดจ้ ากปฏิกิรยิ านวิ เคลยี ร์ มีหนว่ ยเป็น จลู (J)

Δm คอื มวลพรอ่ งหรอื ผลตา่ งของมวลอะตอมรวมก่อนเกิดปฏกิ ิริยา

กบั มวลอะตอมรวมหลงั เกิดปฏกิ ิรยิ า มหี นว่ ยเป็น กิโลกรมั (kg)
c คอื อตั ราเรว็ ของแสงในสญุ ญากาศเทา่ กบั 3x 108

เมตรตอ่ วินาที (m/s)

พลงั งานทไี่ ด้จากปฏกิ ิรยิ านิวเคลยี ร์ เรยี กวา่ พลังงานนิวเคลยี ร์ (nuclear energy) โดย
ปฏิกริ ยิ านิวเคลียร์มี 2 ประเภท คอื ฟิชชันและฟิวชนั

พลังงานนวิ เคลียร์

18 วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

Science Focus ภาพที่ 3.12 อลั เบริ ต์ ไอนส์ ไตน์

อลั เบิรต์ ไอน์สไตน์

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (พ.ศ. 2422-2498) ศาสตราจารย์ทาง
ฟิสิกส์และนักฟิสิกส์ทฤษฎี ซึ่งเป็นที่ยอมรับกันอย่าง
ก ว้ า ง ข ว า ง ว่ า เ ป็ น นั ก วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ ที่ ย่ิ ง ใ ห ญ่ ท่ี สุ ด ใ น
คริสต์ศตวรรษท่ี 20 ในปี พ.ศ. 2448 เขาเป็นผู้เสนอทฤษฎี
สัมพันธภาพพิเศษ (theory of special relativity) แสดงให้
เห็นว่า มวลเปน็ รปู หน่ึงของพลงั งาน ซึง่ เขาได้รับรางวัลโนเบล
สาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2464 จากการอธิบายปรากฏการณ์โฟ
โตอิเล็กทริก และจากการทาประโยชน์แก่ฟิสิกส์ทฤษฎี
ไอสไตน์ได้ตีพิมพ์ผลงานทั้งทางวิทยาศาสตร์และอ่ืน ๆ
มากกว่า 400 ช้ิน และในปี พ.ศ. 2542 นิตยสารไทม์ (TIME)
ยกย่องให้เขาเปน็ บุรุษแหง่ ศตวรรษ

ฟิชชัน

ปฏิกริ ยิ าท่ีนวิ เคลยี สของธาตทุ ่ีมีมวลมาก แตกออกเป็นสองนิวเคลียสของธาตุท่ีมีมวลน้อยกว่า
เรยี กว่า ฟิชชัน (fission)

พลงั งานนวิ เคลียร์

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

19

ฟชิ ชันในโรงไฟฟำ้ นิวเคลยี ร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction)
เน่ืองจากในแต่ละฟิชชนั ของยเู รเนียม-235 จะเกิดนิวตรอน 2-3 ตวั และนิวตรอนเหล่านีจ้ ะเคล่ือน

เขา้ ชนอ่ืนของยเู รเนียมตอ่ ไปอยา่ งต่อเน่ือง จงึ สง่ ผลใหไ้ ดพ้ ลงั งานปรมิ าณมหาศาล

ภาพท่ี 3.13 ปฏิกิรยิ านวิ เคลียรฟ์ ิชชนั

ฟิวชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ท่ีนิวเคลียสของธาตุท่ีมีมวลน้อยรวมกันเป็นนิวเคลียสของธาตุที่มีมวลมากขึ้น
เรียกว่า ฟิวชนั (fusion)

ภาพท่ี 3.14 ปฏิกิรยิ านิวเคลียรฟ์ ิวชนั

พลงั งานนิวเคลยี ร์

วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

20
ฟวิ ชันในดวงอำทติ ย์
ปฏิกิริยาฟิวชันเป็นแหล่งกาเนิดพลังงานของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ต่าง ๆ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงาน
ปริมาณมหาศาลในธรรมชาติ ทาให้ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ปลดปล่อยพลังงานเป็นเวลายาวนาน
ปฏิกิริยาฟิวชันในดวงอาทิตย์เกิดจากการรวมตัวของนิวเคลียสของไฮโดรเจน 4 นิวเคลียสเป็น
นิวเคลยี สของฮเี ลียม-4 (He-4) 1 นิวเคลยี ส
ฟวิ ชนั บนพ้ืนโลก
นกั วิทยาศาสตรไ์ ดส้ รา้ งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน ที่สามารถควบคุมการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันให้อยู่
ในบริเวณจากดั ได้ด้วย เครื่องโทคาแมค (Tokamak) โดยใช้สนามแมเ่ หลก็ กักขังอนุภาคท่ีมีพลังงานสูง
ทีเ่ กิดจากปฏกิ ริ ยิ าฟวิ ชนั

… Topic

? Question

คาชี้แจง : ใหน้ ักเรียนตอบคาถามต่อไปน้ี
1. ฟิชชันกับฟวิ ชันตา่ งกันอย่างไร
2. พลงั งานนิวเคลียรท์ ไ่ี ด้จากฟชิ ชันและฟวิ ชนั เป็นผลจากส่งิ ใด คานวณไดอ้ ยา่ งไร
3. ปฏกิ ิริยานวิ เคลยี รท์ ีเ่ กดิ ในดวงอาทิตย์และโรงไฟฟ้านิวเคลยี ร์เปน็ ปฏกิ ริ ยิ าเดยี วกันหรอื ไม่ อยา่ งไร

พลงั งานนวิ เคลยี ร์

MODULE 3 เทคโนโลยีด้านพลงั งาน 21

เหตผุ ลหลัก
ของการพั ฒนา
เทคโนโลยดี ้าน

พลังงาน
คือส่งิ ใด

วิวัฒนาการของเทคโนโลยีด้านพลังงาน เร่ิมต้นประมาณคริสต์ศตวรรษที่ 17 จากการใช้
พลังงานเช้ือเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งพลังงานในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เช้ือเพลิงฟอสซิลไม่
สามารถตอบสนองความต้องการในการใชพ้ ลงั งานของมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงมีความเป็นไป
ได้ท่ีเช้ือเพลิงชนิดนี้จะหมดไปในคริสต์ศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยีพลังงานจึงได้รับการพัฒนาขึ้นโดยมี
เปา้ หมายเพ่ือแสวงหาแหลง่ พลงั งานชนิดอ่ืน ๆ ทดแทนการใชเ้ ช้อื เพลิงฟอสซลิ

เทคโนโลยีด้านพลังงานเป็นการนาความรู้ ทักษะ และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มาสร้าง
อุปกรณ์ เช่น เซลล์เช้ือเพลิง เซลล์สุริยะ เอทานอล ไบโอดีเซล แก๊สชีวภาพ เพ่ือแก้ปัญหาและ
ตอบสนองความตอ้ งการด้านพลงั งาน ซ่งึ จะชว่ ยใหก้ ารใช้พลงั งานเกิดประโยชน์สูงสุดรวมท้ังลดปัญหา
สิ่งแวดล้อมอีกดว้ ย

1. เซลล์เชือ้ เพลิง (fuel cell) เป็นอุปกรณ์ผลิตกระแสไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี เซลล์เช้ือเพลิง
แต่ละเซลล์ประกอบด้วย ข้ัวแอโนด (anode) ข้ัวแคโทด (cantode) และสารพาประจุ
(electrolyte) โดยปฏิกิริยาท่ีทาให้เกิดกระแสไฟฟ้าเกิดท่ีข้ัวไฟฟ้าแอโนดและแคโทด ส่วนสารพา
ประจุทาหน้าที่นาพาอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจากข้ัวไฟฟ้าหนึ่งไปอีกขั้วไฟฟ้าหน่ึงและเป็นตัวเร่ง
ปฏิกริ ยิ า (catalyst)

เมือ่ พิจารณาเซลล์เช้อื เพลงิ จากสารพาประจุทใ่ี ช้จดั จาแนกได้ 5 ประเภทโดยสารพาประจุที่ใช้
ในเซลล์เชอื้ เพลิงและการใชง้ านเซลล์เชื้อเพลงิ แตล่ ะชนิด สรุปไดด้ ังตารางท่ี 3.1

เทคโนโลยีดา้ นพลงั งาน

วิทยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

22

ตารางท่ี 3.1 : ประเภทของเซลลเ์ ชือ้ เพลิงและตวั อยา่ งการใชง้ าน

ประเภทของเซลลเ์ ชอ้ื เพลงิ สารพาประจทุ ีใ่ ช้ การใชง้ าน

เซลล์เชือ้ เพลิงแบบอลั คาไลน์ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ แหล่งพลังงานไฟฟา้ ในยาน

(AFC) อวกาศและอุปกรณ์ต่าง ๆ เชน่
เครอ่ื งเจาะแบบพกพา

เซลลเ์ ช้อื เพลิงแบบกรดฟอสฟอรกิ กรดฟอสฟอรกิ แหลง่ พลงั งานไฟฟา้ ในโรงงาน

(PAFC) อตุ สาหกรรม โรงพยาบาล
โรงเรยี น โรงไฟฟา้ สนามบนิ

เซลลเ์ ชือ้ เพลิงแบบคาร์บอเนตหลอม เกลือคาร์บอเนตหลอมของ ผลิตไฟฟา้ ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่

(MCFC) โซเดยี ม

เซลลเ์ ชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของ เซรามิก แหลง่ พลังงานไฟฟ้าในโรงงาน

เหลก็ (SOFC) อตุ สาหกรรมขนาดใหญ่

เซลลเ์ ชื้อเพลงิ แบบเยอื่ แลกเปลีย่ น พอลิเมอร์ แหล่งพลังงานไฟฟา้ ของรถยนต์

โปรตอน (PEMFC) โนต้ บกุ๊ (ใชแ้ ทนแบตเตอร่ี)

โทรศพั ท์มอื ถือ

2. เซลล์สุริยะ (solar cell) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน
ไฟฟ้าได้โดยตรงเซลล์สุริยะประดิษฐ์ข้ึนครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ 2497 และในปี พ.ศ 2502 มีการนาเซลล์
สุริยะไปใช้เป็นแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้ดาวเทียมในอวกาศ เซลล์สุริยะสร้างจากสารกึ่งตัวนา
(semiconductor) โครงสร้างหลักของเซลล์สุริยะ คือ รอยต่อพีเอ็นของสารก่ึงตัวนาจากนั้นนามา
ผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปน ท้ังด้านหน้าและด้านหลังของรอยต่อพีเอ็นฉาบด้วยโลหะเงินที่
ผิวสัมผัสเพ่ือให้เป็นขั้วไฟฟ้า ผิวด้านรับแสงจะมีช้ันแพร่ซึมท่ีมีการนาไฟฟ้า และมีการเคลือบผิวด้วย
ฟลิ ม์ กนั การสะทอ้ นเพ่อื ป้องกนั ไมใ่ หแ้ สงอาทิตยส์ ะทอ้ นกลับออกไปจากเซลล์สุริยะ ข้ัวไฟฟ้าด้านหน้า
ท่ีรับแสงจะมีลักษณะเป็นลายตะแกรง ซึ่งจมอยู่ในชิ้นสารก่ึงตัวนา ทั้งน้ีเพื่อให้เหลือบริเวณที่แสงส่อง
ลงไปรับแสงได้มากที่สุดและทาหน้าท่ีรวบรวมกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์อย่างมี
ประสิทธภิ าพดว้ ยส่วนขั้วไฟฟา้ ดา้ นหลังเป็นขว้ั โลหะเต็มพ้นื ผิว ดงั ภาพที่ 3.15

ภาพท่ี 3.15 โครงสรา้ งของเซลลส์ รุ ยิ ะ

เทคโนโลยดี า้ นพลังงาน

วิทยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ ิกส)์

23
หากตอ้ งการใหไ้ ด้กาลงั ไฟฟา้ (กระแสไฟฟา้ และแรงดนั ไฟฟา้ ) มากเพียงพอสาหรับใชง้ านตอ้ ง
นาเซลลส์ ุรยิ ะหลาย ๆ เซลล์มาตอ่ กนั เปน็ แผงเซลล์สุรยิ ะ (solar module)
• ต่อแบบขนานเมอ่ื ตอ้ งการใหไ้ ดก้ ระแสไฟฟา้ เพม่ิ ข้นึ
• ต่อแบบอนกุ รมเมือ่ ตอ้ งการใหไ้ ดแ้ รงดนั ไฟฟ้าสูงขึน้

ภาพท่ี 3.16 ชดุ แผงเซลลส์ รุ ยิ ะ

3. เอทานอล (etanol) หรือเอทิลแอลกอฮอล์ ได้มาจากการหมักผลิตผลทางการเกษตรที่มี
น้าตาลหรือแป้งเป็นองค์ประกอบ โดยผลิตภัณฑ์ท่ีมีน้าตาลเป็นองค์ประกอบจะนาไปหมักได้ทันทีแต่
ผลิตผลที่มีแป้งเป็นองค์ประกอบต้องเปล่ียนแป้งเป็นน้าตาลก่อนจะนาไปใช้ในกระบวนการหมัก
กระบวนการผลิตเอทานอลเป็นกระบวนการทางชีววิทยา การเปลี่ยนน้าตาลเป็นเอทานอลใน
กระบวนการหมักต้องอาศัยยสี ต์ (yeast) ซ่งึ เป็นจลุ นิ ทรีย์ประเภทหน่งึ

โดยขนั้ ตอนแรกของการผลิตเอทานอลจะต้องเร่ิมจากการเลี้ยงยีสต์ จากนั้นนายีสต์ใส่ลงในถัง
หมักท่ีมีน้าตาลหรือกากน้าตาลที่เจือจางด้วยน้าเปล่า (ไม่มีอากาศภายใน) ข้ันตอนที่สองต้องทาให้
สารละลายเอทานอลมีความเข้มข้นสูงขึ้น ซึ่งวิธีที่นิยมใช้กัน คือ การแยกเอทานอลออกจากน้าโดย
การกลั่น เมื่อเย็นไปแล้วจะเหลือสารละลายท่ีเรียกว่า น้ากากส่า ขั้นตอนสุดท้ายจะต้องกาจัด
สารอนิ ทรยี ์ในน้ากากส่าและแยกยีสตอ์ อกจากนา้ กากส่าแล้วนานา้ เสียไปบาบัด

รฐั บาลมนี โยบายการพัฒนาและการส่งเสริมการนาเอทานอลซ่ึงเป็นผลิตผลทางการเกษตรมา
ใช้เป็นเช้ือเพลิงโดยนาเอทานอลมาผสมกับน้ามันเบนซินในอัตราส่วนต่าง ๆ น้ามันผสมที่ได้ เรียกว่า
แก๊สโซฮอล์ (gasohol) การใช้แก๊สโซฮอล์จะส่งผลกระทบต่อส่ิงแวดล้อมน้อยกว่าน้ามันเบนซิน
เนื่องจากออกซิเจนที่เป็นส่วนประกอบของเอทานอลจะช่วยให้การเผาไหม้ภายในห้องเคร่ืองสมบูรณ์
ยงิ่ ขน้ึ และลดปรมิ าณคารบ์ อนมอนอกไซดท์ ี่ปลอ่ ยออกมาจากท่อไอเสยี

เทคโนโลยดี ้านพลังงาน

วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

24

4. ไบโอดีเซล (biodiesel) หรือน้ามันดีเซลชีวภาพ ได้จากการแปรรูปน้ามันพืชชนิดต่าง ๆ
หรือน้ามันที่ใช้แล้วในครัวเรือน โดยใช้กระบวนการทรานส์เอสเทอร์ริฟิเคชัน (transesterification
process) โดยนาน้ามันพืชหรือไขมันสัตว์มาทาปฏิกิริยาเคมีกับแอลกอฮอล์ และมีด่างเป็นตัวเร่ง
ปฏกิ ิริยา ผลสดุ ทา้ ยของปฏิกิริยาจะได้ แอลคิลเอสเทอรข์ องกรดไขมนั หรือไบโอดีเซล และมีกลีเซอรีน
เป็นผลิตภัณฑ์ร่วม หลังจากแยกกลีเซอรีนออกไปและทาความสะอาดไบโอดีเซลแล้วจะได้ไบโอดีเซล
ในสภาพพร้อมต่อการใช้งาน

5. แกส๊ ชวี ภาพ (biogas) เป็นแกส๊ ท่ีเกดิ จากกระบวนการยอ่ ยสลายสารอินทรีย์ โดยแบคทีเรีย
ภายใตส้ ภาวะทไ่ี ม่มไี มม่ ีแก๊สออกซิเจน กระบวนการผลิตแก๊สชีวภาพเริ่มจากการนาสารอินทรีย์ ได้แก่
มูลสัตว์ พืช วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร ของเสียหรือน้าเสียจากกระบวนการต่าง ๆ มารวมกันในบ่อ
ผสม จากนั้นจึงนาไปหมกั ในบอ่ หมักเพ่ือให้แบคทีเรียย่อยสลายสารอินทรีย์เหล่าน้ัน โดยกระบวนการ
ยอ่ ยสลายจนไดแ้ ก๊สชีวภาพมี 3 ข้นั ตอนดังน้ี

• ขั้นตอนท่ี 1 เป็นการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ เช่น ไขมัน แป้ง โปรตีน เซลลูโลส
เป็นต้น ให้กลายเป็นสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลเล็กลงและละลายน้าได้ เช่น กรดอะมิโน กรดไขมัน
กลูโคส กลเี ซอรอล โดยแบคทเี รียยอ่ ยสลายสารอนิ ทรีย์แตล่ ะชนดิ

• ขน้ั ตอนที่ 2 เปน็ การเปลย่ี นสารอินทรยี ท์ ี่อย่ใู นรูปสารละลายใหก้ ลายเป็นกรดอินทรีย์ระเหย
ง่าย (volatile acids) เชน่ กรดน้าส้ม กรดมด เป็นตน้

• ข้นั ตอนท่ี 3 เป็นการเปลี่ยนกฎอินทรีย์ให้เป็นแก๊สมีเทน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และแก๊ส
อ่ืน ๆ โดยแบคทีเรียย่อยสลายกรดอินทรีย์ ในขั้นตอนน้ีแบคทีเรียท่ีมีความสาคัญท่ีสุด คือ แบคทีเรีย
สรา้ งมเี ทน (methane-producing bacteria)

Science Focus

ขอ้ ดขี องการใชไ้ บโอดเี ซล

การใชน้ ้ามันไบโอดีเซลช่วยลดการปล่อยแก๊สเรือนกระจก ภาพท่ี 3.17 หน่งึ ในวตั ถุดิบทใี่ ช้ผลติ
แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้น เพื่อสามารถนากลับไป ไบโอดเี ซล คอื ปาล์ม
ใช้ในในการสังเคราะห์แสงจนหมด จึงไม่มีแก๊ส
คาร์บอนไดออกไซด์ปลดปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม และที่
สาคัญไบโอดีเซลเป็นเช้ือเพลิงท่ีปราศจากกามะถันหรือ
ซันเฟอร์ (sulfur) ซึ่งเป็นสารพิษท่ีเป็นอันตรายต่อมนุษย์
ปนเปอ้ื นในสิ่งแวดล้อม ไบโอดีเซลจึงเป็นเช้ือเพลิงสะอาด
ทีเ่ ปน็ มิตรกบั ส่งิ แวดลอ้ ม

เทคโนโลยดี ้านพลงั งาน

วทิ ยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ ิกส)์ 25

… Topic

? Question

คาชแี้ จง : ให้นกั เรยี นตอบคาถามต่อไปน้ี
1. จงเปรยี บเทยี บแบตเตอรีก่ บั เซลลเ์ ช้ือเพลิง
2. โครงสร้างหลกั ของเซลลส์ รุ ิยะคอื อะไร และปรากฏการณท์ ี่ทาให้เกดิ กระแสไฟฟา้ ขน้ึ ในเซลล์สุรยิ ะ คือ
ปรากฏการณ์ใด
3. เอทานอลที่ไดจ้ ากการหมกั มคี วามเขม้ ข้นร้อยละเท่าใดโดยปริมาตร และต้องทาอย่างไรจงึ จะไดเ้ อทานอลทม่ี ี
ความเข้มขน้ สงู กว่ารอ้ ยละ 95 โดยปรมิ าตร เพอ่ื ให้นากลบั ไปใช้กบั เครอ่ื งยนต์ได้
4. จงอธิบายกระบวนการในการผลติ ไบโอดีเซล
5. แกส๊ ชีวภาพประกอบด้วยแก๊สชนิดใดบ้าง และแก๊สชนดิ ใดในแก๊สชวี ภาพทใ่ี ช้เป็นเช้อื เพลิงได้

Physics

in real life

แกส๊ ชีวภาพนาไปใช้ประโยชน์
ได้ ดงั นี้
- ใชเ้ ปน็ แก๊สหงุ ตม้ แทนแก๊ส
ธรรมชาติ
- ใช้เปน็ แกส๊ เชอ้ื เพลิงสาหรับ
เครอื่ งสบู นา้ เครอื่ งยนต์
รถยนต์
- ใช้เป็นเชอื้ เพลิงเพอื่ ใหค้ วาม
ร้อนสาหรบั การอบแห้ง
ผลติ ภัณฑ์
- ใช้เป็นเช้ือเพลงิ ให้ความรอ้ น
ในภาคอุตสาหกรรม เชน่ ใช้ต้ม
นา้ ในหมอ้ ไอน้า

เทคโนโลยีดา้ นพลงั งาน

26 วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

Summary

พลังงานในชีวติ ประจาวนั

ประเภทของพลังงาน

พลงั งานแบ่งตามการใชง้ านในชีวติ ประจาวันเปน็ 6 ประเภท ได้แก่ พลังงานกล พลังงานเคมี พลังงาน
ความร้อน พลังงานไฟฟ้า พลงั งานการแผ่รงั สี และพลงั งานนวิ เคลยี ร์
พลังงานทดแทน

พลังงานทดแทนเป็นพลงั งานท่ีนามาใช้แทนน้ามันแบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่

• พลงั งานทดแทนประเภทสิ้นเปลือง เป็นพลังงานทดแทนจากแหล่งท่ีเมื่อใช้ไปนาน ๆ จะหมดไปได้
เช่น แกส๊ ธรรมชาติ ถา่ นหิน พลังงานนิวเคลียร์ เปน็ ตน้

• พลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียน เป็นพลังงานที่ได้มาจากแหล่งท่ีเม่ือใช้แล้วสามารถนากลับมา
ใช้ได้อีกเช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานน้า พลังงานชีวมวล พลังงานความร้อนใต้พิภพ
เป็นต้น โดยพลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียนส่วนใหญ่เป็นพลังงานท่ีเป็นมิตรต่อส่ิงแวดล้อม ไม่
ปลดปล่อยมลพษิ ส่สู งิ่ แวดล้อม

ไฟฟา้ จากพลังงานนิวเคลยี ร์และแสงอาทิตย์

• ไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ ได้จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันเป็น
แหลง่ กาเนิดพลังงานความรอ้ นเพอ่ื ใชใ้ นกระบวนการผลติ พลงั งานไฟฟ้า

• ไฟฟา้ จากพลงั งานแสงอาทิตย์ การเปล่ียนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้ามี 2 หลักการ คือ
การเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ทาได้โดยใช้เซลล์สุริยะ และการใช้ความ
รอ้ นจากแสงอาทิตย์ในการผลิตพลังงานไฟฟา้ มี 2 ระบบ ดังนี้

- ระบบความร้อนรวมศูนย์ ใช้อุปกรณ์รับแสง เช่น กระจก

เงาหรือวัสดุสะท้อนแสงท่ีหมุนตามดวงอาทิตย์เพ่ือรวมความ

ร้อนจากแสงอาทิตย์มาไว้ท่ีจุดเดียวกัน ทาให้เกิดความร้อน

สงู ส่งผ่านไปยังตัวกลาง แล้วนาไอหรือความร้อนจากตัวกลาง

ไปผลติ ใดเพอื่ ขบั เคล่ือนเคร่อื งกาเนิดไฟฟา้ ภาพท่ี 3.18 เซลลส์ รุ ยิ ะใชส้ าหรบั เปล่ียนพลงั งาน
แสงอาทิตยเ์ ป็นพลงั งานไฟฟา้ เพ่ือใชง้ านตามบา้ นเรือน

สรุปเน้อื หาในบทเรียน

วิทยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ ิกส)์ 27

Summary

- ระบบสระแสงอาทิตย์ ใช้น้าเกลือเก็บสะสมความร้อนไว้ที่ก้นสระ การผลิตไฟฟ้าต้องสูบน้าเกลือที่
ก้นสระซ่ึงมีความเข้มข้นและอุณหภูมิสูงผ่านท่อเข้าสู่เครื่องกาเนิดไอน้าเพ่ือผลิตไอน้าไปขับกังหันไอ
นา้ ของเครื่องกาเนดิ ไฟฟ้าเพอ่ื ผลติ กระแสไฟฟ้า

พลังงานนวิ เคลียร์ พลงั งานนวิ เคลยี ร์ อนาคตพลงั งานทางเลอื ก

พลังงานนวิ เคลียรไ์ ด้มาจากปฏิกริ ิยานิวเคลยี ร์ซง่ึ มี 2 แบบ ดังนี้

ฟชิ ชนั ฟชิ ชัน

เปน็ ปฏิกิรยิ านิวเคลียร์ท่ีเม่ือมีอนภุ าคเคลื่อนเข้าชนนิวเคลียสของธาตุหนัก นิวเคลียสของธาตุหนักจะ
แยกออกเปน็ 2 นวิ เคลียสของธาตทุ ่เี บากว่า โดยมวลอะตอมรวมของนิวเคลยี สทไี่ ด้จากการแยกตัวจะ
มีคา่ น้อยกวา่ มวลอะตอมของนวิ เคลียสของธาตหุ นักท่เี ป็นนิวเคลียสต้ังต้น

ภาพท่ี 3.19 การแยกตวั ของนิวเคลียสยเู รเนียม 235 เม่ือทาปฏิกิรยิ ากบั นวิ ตรอนความเรว็ ต่า

ฟิวชนั
เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ท่ีธาตุเบารวมกันเป็นธาตุหนัก โดยมวลอะตอมของธาตุหลังเกิดปฏิกิริยาจะมี
ค่าน้อยกว่ามวลอะตอมรวมของธาตุต้ังต้นก่อนเกิดปฏิกิริยา มวลที่หายไปหรือมวลพร่องจะ
เปลี่ยนเปน็ พลงั งานซึง่ คานวณได้จากสมการสมมูลของมวลและพลงั งาน

= ∆ 2

สรุปเน้ือหาในบทเรียน

28 วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์

Summary

ปฏกิ ริ ยิ าฟวิ ชันเป็นแหล่งกาเนิดพลงั งานของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ต่าง ๆ ซ่ึงเป็นแหล่งพลังงานท่ีมี
ปริมาณมหาศาลในธรรมชาติ ทาให้ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ปลดปล่อยพลังงานเป็นเวลายาวนาน
ปฏิกริ ิยาฟวิ ชนั ในดวงอาทิตย์ แสดงดังภาพท่ี 3.20

ภาพท่ี 3.20 ปฏิกิรยิ าฟิวชนั ของโปรตอน-โปรตอน
เทคโนโลยดี ้านพลงั งาน

เทคโนโลยีด้านพลังงานเป็นการนาความรู้และทักษะกระบวนการวิทยาศาสตร์มาสร้างอุปกรณ์ เช่น
เซลล์เช้ือเพลิง เซลล์สุริยะ หรือผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ (เอทานอล ไบโอดีเซล แก๊สชีวภาพ) เพื่อแก้ปัญหา
หรือตอบสนองความต้องการด้านพลังงาน ซึ่งช่วยให้เกิดประโยชน์สูงสุดในการใช้พลังงานและลด
ปัญหาส่งิ แวดล้อม ทาใหก้ ารใช้พลงั งานมีประสิทธิภาพมากยิง่ ขึ้น

ภาพที่ 3.21 กระบวนการหมกั มลู สตั วใ์ หเ้ กิดแก๊สชีวภาพ
สรุปเนอื้ หาในบทเรียน

วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ ิกส)์ 29

Summary

เช้ือเพลิงและเซลล์สุริยะเป็นอุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้า ส่วนเอทานอล ไบโอดีเซล แก๊สชีวภาพ เป็น
ผลิตภัณฑ์ท่ีนามาใช้เป็นเช้ือเพลิงแทนการใช้น้ามัน แก๊สธรรมชาติ หรือถ่านหิน ซึ่งจะช่วยลดปัญหา
มลพษิ ในอากาศสาหรบั เอทานอลนิยมนาไปผสมกับน้ามันเบนซินในอัตราส่วนต่าง ๆ เรียกว่า แก๊สโซ
ฮอล และเมอ่ื นาแก๊สโซฮอลไ์ ปใชก้ ับยานพาหนะจะสง่ ผลกระทบต่อส่งิ แวดลอ้ มนอ้ ยกว่าน้ามันเบนซิน
เน่ืองจากออกซิเจนท่ีเป็นส่วนประกอบของเอทานอลจะช่วยให้การเผาไหม้ภายในห้องเครื่องสมบูรณ์
ยิ่งข้นึ

Self check

ให้นักเรียนตรวจสอบความเข้าใจโดยพิจารณาข้อความว่าถูกหรือผิดแล้วบันทึกลงในสมุดหาก
พิจารณาข้อความไม่ถกู ต้องใหก้ ลับไปทบทวนเน้อื หาตามหัวขอ้ ที่กาหนดให้

1. ฟชิ ชันเป็นปฏิกริ ิยาทม่ี นี วิ เคลยี สทม่ี มี วลน้อยรวมตวั กันเป็นนวิ เคลยี สที่มมี วลมากขน้ึ ถูก/ผิด
2. พลงั งานทดแทนท่ีเป็นพลังงานหมุนเวยี น ส่วนใหญน่ ามาใช้ในการในการผลิตพลงั งานไฟฟา้
3. พลังงานทดแทนเป็นพลังงานทนี่ ามาใช้แทนถา่ นหิน เพื่อลดมลภาวะในอากาศ
4. พลังงานที่ได้จากปฏกิ ิรยิ านวิ เคลยี รเ์ ปน็ ไปตามความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งมวลกับพลังงาน
5. แก๊สโซฮอล์เป็นนา้ มนั ผสมระหว่างนา้ มนั เบนซินกบั เอทานอล

สรปุ เนอ้ื หาในบทเรียน

30 วทิ ยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ กิ ส)์

Unit Question

คาชีแ้ จง : ให้นักเรียนตอบคาถามต่อไปนี้

1. พลังงานเมอื่ แบง่ ตามการใชง้ านในชวี ติ ประจาวันแบ่งออกเปน็ ก่ีประเภท อะไรบ้าง

2. พลังงานในชีวติ ประจาวนั ประเภทใดที่มีบทบาทตอ่ ความเปน็ อยขู่ องส่ิงมีชีวติ มากทีส่ ุด

และประเภทใดทม่ี บี ทบาทตอ่ ความเปน็ อยู่ของส่ิงมชี วี ติ นอ้ ยท่ีสดุ

3. กฎการอนุรักษพ์ ลังงานกลา่ วว่าอย่างไร

4. การทางานของอุปกรณท์ ี่กาหนดใหส้ ามารถเปลีย่ นรปู จากพลังงานรปู ใดเป็นพลงั งานรปู ใด
ก. พดั ลม ข. เซลลไ์ ฟฟา้

ค. เคร่ืองปฏกิ รณป์ รมาณู ง. ไดนาโม

จ. หลอดรงั สีเอกซ์

5. พลังงานทดแทนนามาใช้แทนส่ิงใด แบง่ เป็นกป่ี ระเภท อะไรบ้าง พร้อมยกตัวอยา่ ง

6. การผลิตพลังงานกลและพลงั งานไฟฟ้าโดยใชพ้ ลังงานทดแทนชนดิ ใดท่มี ีต้นทนุ ตา่ ที่สดุ

7. หลักการที่ใช้ในการผลิตไฟฟา้ จากพลังงานแสงอาทติ ยม์ ีกี่หลกั การ อะไรบ้าง

8. จงอธิบายการทาหน้าท่ีของอุปกรณ์ควบคุมการประจุไฟและอุปกรณ์แปลงระบบไฟฟ้าในระบบ

ผลิตไฟฟา้ โดยใช้เซลล์สุริยะ

9. จงอธิบายการทางานของแท่งควบคุมและตัวหน่วงอัตราเร็วของนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์

นวิ เคลยี รฟ์ วิ ชนั

10. เหตใุ ดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนดวงอาทิตย์จึงไม่สามารถทาให้เกิดขึ้นบนโลกได้ และต้องทา

อยา่ งไรจึงทาใหเ้ กดิ ปฏกิ ิรยิ านวิ เคลยี รฟ์ วิ ชนั บนโลกได้

11. เหตใุ ดจงึ เรียกเซลล์สุรยิ ะอีกอย่างหน่ึงวา่ เซลล์โฟโตโวลตาอิก (photovoltaic)

12. กระแสไฟฟ้าทไ่ี ดจ้ ากเซลล์เชือ้ เพลิงและเซลลส์ ุริยะเปน็ กระแสตรงหรือกระแสสลบั

13. ประเทศไทยใชว้ ัตถุดิบในการผลติ เอทานอลและไบโอดเี ซล

14. กระบวนการในการผลิตไบโอดีเซลเรียกว่ากระบวนการอะไร จงอธิบายการผลิตไบโอดีเซลตาม

กระบวนการดังกลา่ ว

15. ผลิตภัณฑ์ท่ีได้จากกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์โดยแบคทีเรียภายใต้สภาวะไม่มีแก๊ส

ออกซเิ จน คอื ส่ิงใด

Unit Question

วทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟสิ กิ ส)์ 31

เอกสารอ้างองิ

สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี, สถาบนั . (2562). คู่มอื ครรู ายวชิ าวทิ ยาศาสตร์
พ้นื ฐาน วิทยาศาสตร์กายภาพ เล่ม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีท่ี 5. กรุงเทพฯ : โรงพิมพส์ กสค.
ลาดพร้าว.

ศรภี ัทรา นาเลศิ . (2561). คมู่ ือครวู ทิ ยาศาสตรก์ ายภาพ (ฟิสกิ ส)์ ชั้นมัธยมศึกษาปีท่ี 5.
กรุงเทพฯ : บรษิ ทั อักษรเจริญทศั น์ อจท. จากดั .

สอ่ื AR :
https://www.aksorn.com/interactive3D/LKB32
https://www.aksorn.com/interactive3D/LKA57

สือ่ วีดีทัศน์ :
https://www.youtube.com/watch?v=ZNXjqNJMlnY&t=111s
https://www.youtube.com/watch?v=03UXdNl2E6c
https://www.youtube.com/watch?v=k_KCmbE2ZAw
https://www.youtube.com/watch?v=gtoNHnD2UQ4
https://www.youtube.com/watch?v=GU6GOGLbYGY
https://www.youtube.com/watch?v=g_qKh_RRIAw
https://www.youtube.com/watch?v=I810ZtopaN0
https://www.youtube.com/watch?v=75KBgp99fd4
https://www.youtube.com/watch?v=MDcJTDUi9DE
https://www.youtube.com/watch?v=ikqyBC27Gy0
https://www.youtube.com/watch?v=xI2t5tsIf-4
https://www.youtube.com/watch?v=X0_JW5Ul4Ew
https://www.youtube.com/watch?v=psRax9HC7Es

เอกสารอา้ งอิง

วทิ ยาศาสตร์กายภาพ (ฟสิ ิกส)์

32

ผเู้ รียบเรียง

เก่ยี วกบั ผเู้ รยี บเรยี ง

• นายญานภทั ร อนิ ธแิ สง
• เกิด 21 พ.ย. 2536
• อาชพี ขา้ ราชการครู
• Email: [email protected]

ประวตั กิ ารศกึ ษา ประวตั กิ ารทางาน

• ปริญญาตรี • พ.ศ. 2561
สาขาฟสิ กิ ส์ รร. บา้ นโพนแพง
เจียรวนนท์อทุ ศิ 5
คณะครศุ าสตร์ จ.สกลนคร

มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั มหาสารคาม • พ.ศ. 2561-ปัจจบุ นั
รร. เขวาไรศ่ ึกษา
• กาลังศกึ ษาปรญิ ญาโท จ. มหาสารคาม

วชิ าเอกการสอนวทิ ยาศาสตร์

คณะศกึ ษาศาสตร์

มหาวิทยาลยั ขอนแก่น

ผ้เู รยี บเรียง