WINDSTEM
เริ่มทดลองเลย
สื่อการเรียนรู้ STEM มัธยมศึกษาตอนต้น

เปลี่ยนแรงลมเป็น
พลังงานไฟฟ้า

เจาะลึกโครงสร้างของกังหันลม หลักการทำงานของ มอเตอร์ DC ในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และการต่อวงจรไฟฟ้าผ่านห้องทดลองจำลองเชิงปฏิสัมพันธ์

S
Science
T
Technology
E
Engineering
M
Math
ภาพจำลองสถานะระบบ พร้อมทำงาน
แรงดันไฟฟ้าที่ได้
3.08 V
สถานะหลอดไฟ LED
สว่างชัดเจน

PART 1: STRUCTURE

โครงสร้างและส่วนประกอบของกังหันลม

กังหันลมเปลี่ยนพลังงานจลน์จากลมเป็นพลังงานกล และเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยส่วนประกอบสำคัญดังนี้ (คลิกชิ้นส่วนเพื่อดูรายละเอียด)

คลิกเลือกชิ้นส่วนบนรูปภาพ

เสากังหันลม (Tower Structure)

ส่วนรองรับและเพิ่มระดับความสูง

เสากังหันลมทำหน้าที่ชูห้องเครื่องและใบกังหันขึ้นไปในระดับสูง เนื่องจากลมที่ระดับความสูงสูงจากพื้นดินจะมีความเร็วลมสม่ำเสมอและแรงกว่าลมใกล้พื้นดินเพราะไม่มีสิ่งกีดขวาง

STEM น่ารู้

ความเร็วลมจะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูงตามกฎ **Wind Shear Profile** เสากังหันที่สูงขึ้น 2 เท่า อาจจับพลังงานลมได้เพิ่มขึ้นถึง 20-30%!

เลือกปุ่มทางซ้ายเพื่อเปลี่ยนหัวข้อ STEM Secondary Edition

PART 2: MOTOR & CIRCUIT

มอเตอร์ และการกำเนิดกระแสไฟฟ้า

รู้หรือไม่? มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) เมื่อเราป้อนไฟเข้าไปมันจะหมุน แต่ถ้าเรา **ใช้ลมหมุนแกนมอเตอร์** มันจะทำหน้าที่เป็น **เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)** ทันที!

1. หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ภายในมอเตอร์ประกอบด้วย **ขดลวดทองแดง** และ **แม่เหล็กถาวร** เมื่อแรงลมหมุนแกนกังหัน ขดลวดจะหมุนตัดผ่านสนามแม่เหล็ก เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ซึ่งกระตุ้นให้เกิด **กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (Induction Current)** ขึ้นในขดลวด ตามกฎของฟาราเดย์ (Faraday's Law)

สมการความสัมพันธ์: ความเร็วหมุนรอบสูงขึ้น $\rightarrow$ แรงดันไฟฟ้า (Voltage) ที่ได้ก็ยิ่งสูงขึ้น!

2. วงจรไฟฟ้าปิด และการต่อหลอด LED

เมื่อกำเนิดไฟฟ้าได้แล้ว ต้องต่อกระแสไฟผ่าน **วงจรปิด (Closed Circuit)** เพื่อนำไปใช้งาน เช่น หลอด LED

  • หลอด LED มีขั้ว: ขายาวเป็นขั้วบวก (+), ขาสั้นเป็นขั้วลบ (-) ต้องต่อให้ถูกขั้วไฟถึงจะสว่าง
  • แรงดันขั้นต่ำ (Forward Voltage): หลอด LED ปกติต้องใช้แรงดันประมาณ 1.8V - 2.2V ขึ้นไปจึงเริ่มสว่าง
หากหมุนเร็วเกินไปจนแรงดันไฟสูงเกินไป หลอด LED อาจขาดได้!

PART 3: INTERACTIVE LAB

ห้องทดลองจำลองกังหันลม STEM

ปรับแต่งปัจจัยต่างๆ เช่น ความเร็วลม จำนวนใบพัด มุมใบพัด แล้วสังเกตพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเรียลไทม์!

แผงควบคุมปัจจัย

10 m/s
0 (สงบ) 15 (ลมแรง) 30 (พายุ)
15°
0° (แบนราบ) 15° (มุมเหมาะสม) 45° (ชันเกินไป)
สูตรทางคณิตศาสตร์พลังงานลม
พลังงานลม $P_{wind} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot A \cdot v^3$
กำลังไฟฟ้าแปรผันตาม **ความเร็วลม ยกกำลังสาม ($v^3$)** !
ความเร็วหมุน: 220 RPM
จ่ายไฟปกติ
ลำโพงบัซเซอร์เตือนภัย
เปิดทำงานปกติ (กระแสไฟเพียงพอ)
กำลังไฟฟ้าผลิตได้
47 mW
แรงดันไฟฟ้า (Voltage)
3.08
มิเตอร์วัดโวลต์ (V)
กระแสไฟฟ้า (Current)
15.4
มิเตอร์วัดแอมแปร์ (mA)
ประสิทธิภาพ (Efficiency)
100
ค่าสัมประสิทธิ์แรงลม

PART 4: KNOWLEDGE CHECK

แบบทดสอบความรู้ STEM กังหันลม

ทดสอบความเข้าใจหลังการเรียนรู้ สะสมคะแนนเพื่อรับตราวิศวกรพลังงานลม!

คำถามข้อที่ 1 จาก 4 คะแนน: 0

1. เหตุใดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) จึงสามารถนำมาใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในกังหันลมได้?