ชื่อโปรเจกต์: กิจกรรมการใช้ EMI Probe สำหรับเด็กอายุ 9-12 ปี

สำรวจสิ่งที่มองไม่เห็น: วิทยาศาสตร์ของการตรวจจับ EMI

เราอยู่ในโลกที่เต็มไปด้วยพลังงานที่มองไม่เห็น ทุกที่ที่มีไฟฟ้า ย่อมมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โปรเจกต์นี้ออกแบบมาสำหรับนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ (อายุ 9-12 ปี) โดยจะแนะนำแนวคิดของ Electromagnetic Interference (EMI) ผ่านอุปกรณ์สไตล์ "Ghost Hunter" ที่ทำได้จริง ซึ่งจะแปลงสนามไฟฟ้าให้เป็นเสียงที่ได้ยิน

ฟิสิกส์ของโพรบ "พลังงานแวมไพร์"

เครื่องตรวจจับ EMI ทำงานโดยใช้หลักการที่คล้ายกับวิธีการทำงานของเสาอากาศวิทยุ:

1. ผลกระทบของเสาอากาศ: สายไฟธรรมดาๆ เส้นหนึ่งเชื่อมต่ออยู่กับพอร์ต Analog Input (A0) ของ Arduino Nano เนื่องจากพอร์ตมีความไวสูงและมีอิมพีแดนซ์สูงมาก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมี 1M ohm resistor) มันจึงทำหน้าที่เป็นเสาอากาศ คอยตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เล็ดลอดออกมาจากสายไฟ เครื่องใช้ไฟฟ้า และอุปกรณ์ดิจิทัล
2. การเหนี่ยวนำแบบอนาล็อก: เมื่อโพรบเข้าใกล้อุปกรณ์ (เช่น ทีวีที่อยู่ในโหมดสแตนด์บาย) สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผันผวนจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยในสายไฟ
3. การแปลงจากดิจิทัลเป็นเสียง: ตัว Arduino จะอ่านความผันผวนขนาดเล็กเหล่านี้และส่งความถี่ที่สอดคล้องกันออกไปยัง Piezo Speaker ยิ่งมี "สัญญาณรบกวน" ในอากาศมากเท่าไหร่ ลำโพงก็จะยิ่งดังและถี่มากขึ้นเท่านั้น

การระบุ "โหลดแฝง"

อุปกรณ์นี้เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการสอนเรื่อง Energy Efficiency:

• Standby Power: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ (นาฬิกา, ตัวรับรีโมท) ไม่ได้ปิดสนิทจริง ๆ; พวกมันยังคงใช้ Standby Power ในปริมาณเล็กน้อย
• การตรวจจับพลังงานแวมไพร์: เด็กๆ สามารถใช้โพรบเพื่อ "มองเห็น" ว่าอุปกรณ์ใดบ้างที่ยังคงทำงานอยู่แม้จะ "ปิด" ไปแล้ว เพื่อระบุ "พลังงานแวมไพร์" ในบ้านของพวกเขา
• การตระหนักถึงพลังงาน: ด้วยการค้นหาโหลดเหล่านี้ เด็กๆ จะได้เรียนรู้ความสำคัญของการถอดปลั๊กอุปกรณ์หรือการใช้ปลั๊กพ่วงเพื่อประหยัดไฟฟ้าและช่วยโลก

วิศวกรรมเพื่อการพกพา

เพื่อให้กิจกรรมมีประสิทธิภาพ อุปกรณ์นี้จึงใช้พลังงานจาก 9V battery ทำให้สามารถพกพาไปได้ทุกที่ สิ่งนี้สำคัญมาก เพราะ USB-tethered Arduino จะรับสัญญาณรบกวนจากคอมพิวเตอร์มากเกินไป ทำให้บดบังสัญญาณจากเครื่องใช้ไฟฟ้าในท้องถิ่นได้ เมื่อบรรจุในกล่องที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ มันจะกลายเป็นเครื่องมือที่ทนทานสำหรับการสำรวจในห้องเรียนและการตรวจสอบการใช้พลังงานในบ้าน

ในบทช่วยสอนนี้ คุณจะได้เรียนรู้ว่าเครื่องตรวจจับ EMI แบบ DIY ทำงานอย่างไร

คุณจะเข้าใจด้วยว่า Electromagnetic Interference คืออะไร และทำไมการตระหนักถึงมันจึงสำคัญ

บทนำ

EMI เป็นรูปแบบหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า: การรวมกันของคลื่นไฟฟ้าและคลื่นแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ออกมาจากทุกที่ที่สัญญาณพลังงานไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงหรือถูกเปิดและปิดอย่างรวดเร็ว

จุดเด่นของอุปกรณ์นี้คือการตรวจจับโหลดพลังงานแบบ “phantom” หรือ “vampire”

เรียกให้ถูกต้องยิ่งขึ้นว่า **standby power** ซึ่งคือปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางชนิดอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าพวกมันจะถูกปิดหรืออยู่ในโหมดสแตนด์บายก็ตาม อุปกรณ์ต่างๆ ใช้ **standby power** สำหรับคุณสมบัติต่างๆ เช่น นาฬิกาดิจิทัล การรับสัญญาณรีโมทคอนโทรล และเครื่องวัดอุณหภูมิ

กฎระเบียบด้าน **energy efficiency** ที่ค่อนข้างอ่อนแอในสหรัฐอเมริกา ส่งผลให้อุปกรณ์หลายชิ้นกินไฟมากกว่าที่จำเป็นในโหมดสแตนด์บาย

เครื่องตรวจจับ EMI ทำงานโดยการจับพลังงานไฟฟ้าที่เข้ามายังพอร์ต analog ของ **Arduino** และเปลี่ยนให้เป็นเสียงผ่าน **speaker**

ขั้นตอนที่ 1: ประกอบเครื่องตรวจจับ EMI

สำหรับคำแนะนำทีละขั้นตอน คลิก ที่นี่.

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งโปรแกรมเครื่องตรวจจับ EMI

ไม่ว่าคุณจะใช้ **Arduino Uno** หรือ **Nano** โค้ดที่คุณต้องอัปโหลดเพื่อให้โพรบทำงานได้อย่างถูกต้องนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกัน

เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตั้งโปรแกรม **digital pin** ที่ถูกต้องสำหรับ **Piezo Speaker** ในคำแนะนำข้างต้น เราเชื่อมต่อ **speaker** เข้ากับ **D9** บน **Arduino Uno** และ **D3** บน **Arduino Nano**

โค้ด **Arduino** ฉบับเต็มก็มีให้ ที่นี่ (หรือด้านล่าง).

เนื่องจาก **Arduino** เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ของคุณด้วย **USB cable** มันจึงได้รับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมากจากคอมพิวเตอร์ ยิ่งไปกว่านั้น **EMI** นั้นยังถูกส่งเข้าสู่ **Arduino** ผ่าน **USB cable** เพื่อให้เครื่องตรวจจับนี้ทำงานได้จริง เราจำเป็นต้องใช้งานแบบพกพา.

**9-volt battery** ที่ใหม่เอี่ยมควรเพียงพอที่จะทำให้อุปกรณ์นี้ทำงานได้

**Arduino** ของคุณควรเริ่มทำงานตามปกติ: **LEDs** ที่ติดตั้งบนบอร์ด **Arduino** ควรกะพริบ และภายในไม่กี่วินาทีโค้ด **EMI** ก็ควรจะเริ่มทำงาน

ขั้นตอนที่ 3: กิจกรรมสำหรับเด็ก

คุณสามารถใช้ **EMI probe** เพื่อเปรียบเทียบและหาความแตกต่างของรังสี **EMI** ที่มาจากเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ

ถือโพรบไว้ใกล้ๆ ระบบสเตอริโอหรือทีวีขณะที่อุปกรณ์เหล่านี้อยู่ในโหมดสแตนด์บาย แล้วคุณอาจจะได้ค่าที่ใกล้เคียงกับแล็ปท็อปเมื่อเปิดใช้งาน

ให้เด็กๆ พูดคุยหรือเขียนบนกระดานว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าใดที่ปล่อย **EMI** ออกมา และอภิปรายว่าทำไมเรื่องนี้จึงเกี่ยวข้องกับหัวข้อสิ่งแวดล้อมของการประหยัดพลังงาน

เมื่อคุณพบว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าใดที่ปล่อย **EMI** ออกมามากที่สุดในโหมดสแตนด์บาย คุณสามารถเรียนรู้วิธีการกำจัดพลังงานแวมไพร์ได้ มีหลายทางเลือกในการทำเช่นนั้น:

• ถอดปลั๊กเครื่องใช้ไฟฟ้าและที่ชาร์จเมื่อไม่ใช้งาน

• ตั้งค่าอุปกรณ์ให้อยู่ในโหมดประหยัดพลังงาน

• ใช้ปลั๊กพ่วงเพื่อปิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดพร้อมกัน

บทช่วยสอนนี้จัดทำขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ DEEDU ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนร่วมจากโครงการ Erasmus + ของคณะกรรมาธิการยุโรป หมายเลขโครงการ: 2018-1-FR02-KA205-014144.

เนื้อหาของเอกสารฉบับนี้ไม่ได้สะท้อนถึงความคิดเห็นอย่างเป็นทางการของสหภาพยุโรป ความรับผิดชอบต่อข้อมูลและมุมมองที่แสดงไว้ในที่นี้ขึ้นอยู่กับผู้เขียนทั้งหมด สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดส่งอีเมลหาเราที่ info@digijeunes.com.