วิทยาศาสตร์

ฟิสิกส์

ไฟฟ้าสถิต


ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges) เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด,การผลักกันและเกิดประกายไฟ


การถ่ายเทประจุ





การถ่ายเทประจุไฟฟ้า (Electrostatic Discharge) คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2 ชนิดไม่เท่ากันตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตและการถ่ายเทประจุไฟฟ้า เมื่อเราใส่รองเท้าหนังแล้วเดินไปบนพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม เมื่อเดินไปจับลูกบิดประตูจะมีความรู้สึกว่าถูกไฟช๊อต ที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นจากการขัดสีของวัตถุ 2 ชนิด วัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุใดได้รับอิเล็กตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุที่มาขัดสีกัน ร่างกายของคนเราเป็นตัวกลางทางไฟฟ้าที่ดี เมื่อเราเดินผ่านพื้นที่ปูด้วยขนสัตว์หรือพรม รองเท้าหนังของเราจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม ทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม เมื่อเราเดินไปเรื่อย ๆ อิเล็คตรอนจะถ่ายเทจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัวเรา เมื่อเราไปจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเล็กตรอนจากประตูถ่ายเทมายังตัวเรา ทำให้เรารู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต ในลักษณะเดียวกันถ้าเราใส่รองเท้ายาง รองเท้ายางจะรับอิเล็กตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรมจะทำให้เรามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ เมื่อเราเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตู จะทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทจากเราไปยังลูกบิดประตู เราจะมีความรู้สึกว่าคล้าย ๆ ถูกไฟช๊อต


การเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้า





การทำให้วัตถุมีประจุไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำ ทำได้โดยการนำวัตถุซึ่งมีประจุไฟฟ้าเข้าไปใกล้ ๆ วัตถุที่เป็นกลางจะทำให้ เกิดการเนี่ยวนำให้ประจุไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุที่เป็นกลางเกิดการจัดเรียงตัวใหม่ เนื่องจากแรงทางคูลอมบ์ เป็นผลทำให้วัตถุที่เป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตรงด้านใกล้กับวัตถุที่มาเหนี่ยวนำจะเป็นชนิดตรงกันข้ามกับประจุที่มาเหนี่ยวนำ และด้านไกลกับวัตถุที่มาเหนี่ยวนำจะเกิดประจุชนิดเดียวกัน เช่น การทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกบนวัตถุตัวนำทรงกลม โดยวิธีการเหนี่ยวนำ มีวิธีการดังนี้


1. การเหนี่ยวนำ ต่อสายดิน และตัดสายดิน





รูปการทำให้วัตถุทรงกลมตัวนำมีประจุไฟฟ้าบวก โดยวิธีการเหนี่นวนำ

รูป (a) นำวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าลบเข้ามา(ใกล้ๆ)วัตถุทรงกลม เหนี่ยวนำทำให้แยกประจุออกเป็น 2 ส่วน
รูป (b) ต่อสายดิน(หรืออาจใช้มือแตะ)เข้าที่วัตถุตัวนำทรงกลม
รูป (c) อิเลกตรอนจากวัตถุตัวนำทรงกลม จะถูกผลักลงสู่พื้นดิน แล้วจึงตัดสายดินออก
รูป (d) เมื่อนำวัตถุที่มีประจุลบออกไป อิเล็กตรอนจากพื้นดินกลับขึ้นมาบนตัวนำทรงกลมไม่ได้ทำให้วัตถุตัวนำทรงกลมมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก


2. การเหนี่ยวนำบนวัตถุตัวนำหลายอันวางชิดกัน แล้วแยกออกจากกัน





รูป (1) ทรงกลมตัวนำ 2 อันวางชิดกัน พื้นฉนวนป้องกันการถ่ายเทประจุกับพื้น


รูป (2) และ (3) นำวัตถุมีประจุลบเจ้ามาใกล้ทรงกลมลูกหนึ่ง ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้า(อิเล็กตรอน จะถูกผลักไปอยู่บนทรงกลมลูกที่อยู่ไกล)


รูป (4) แยกทรงกลมตัวนำออกจากกัน (ยังไม่เอาวัตถุมีประจุลบออกไป)


รูป (5) นำวัตถุที่มีประจุลบออกไป จะได้ทรงกลมตัวนำลูกแรกมีประจุบวก ซึ่งเป็นชนิดตรงกันข้ามกับวัตถุที่เอาเข้ามาใกล้ และทรงกลมลูกไกลจะมีประจุลบชนิดเดียวกับวัตถุนำเข้ามาใกล้


ศักย์ไฟฟ้า หรือ เรียกว่าศักดาไฟฟ้า คือระดับของพลังงานศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ในสนามไฟฟ้า จากรูป ศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ B เพราะว่าพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่ A สูงกว่าที่ B







ศักย์ไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ ศักย์ไฟฟ้าบวก เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุบวก และศักย์ไฟฟ้าลบ เป็นศักย์ของจุดที่อยู่ในสนามของประจุลบเมื่อประจุต้นกำเนิดเป็นประจุบวก ศักย์ไฟฟ้าจะมีค่ามากเมื่อใกล้ประจุต้นกำเนิด และมีค่าน้อยลง เมื่อห่างออกไป จนกระทั่งเป็นศูนย์ที่ ระยะอนันต์ (infinity)







รูป ศักย์ไฟฟ้าที่ a สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ b




เมื่อประจุต้นกำเนิดเป็นประจุลบ ศักย์ไฟฟ้าจะมีค่าน้อยเมื่อใกล้ประจุต้นกำเนิด และมีค่ามากขึ้น เมื่อห่างออกไป จนกระทั่งเป็นศูนย์ที่ ระยะอนันต์ (infinity)






รูป ศักย์ไฟฟ้าที่ a ต่ำกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ b



ในการวัดศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ วัดจากจำนวนพลังงานศักย์ไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนประจุทดสอบ +1 หน่วย จากระยะอนันต์ไปยังจุดนั้น ดังนั้น จึงให้นิยามของศักย์ไฟฟ้าได้ว่า

” ศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ในสนามไฟฟ้า คือ พลังงานที่สิ้นเปลืองไปในการเคลื่อนประจุ ทดสอบ +1 หน่วยประจุจาก infinity มายังจุดนั้น หรือจากจุดนั้นไปยัง infinity ” ศักย์ไฟฟ้ามีหน่วยเป็น จูลต่อคูลอมบ์ หรือโวลต์สมการคำนวณหาศักย์ไฟฟ้า ณ จุดหนึ่ง















ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุ


ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุที่ระยะห่างออกมาจากจุดประจุตัวหนึ่ง ดังรูป ศักย์ไฟฟ้าที่จุด A คำนวณได้จาก









ศักย์ไฟฟ้าของตัวนำทรงกลม


ศักย์ ไฟฟ้าเนื่องจากประจุ ซึ่งกระจายอย่างสม่ำเสมอบนผิวทรงกลมตรงตำแหน่งที่ห่างออกมาจากทรงกลม ให้คิดระยะที่ห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลมออกมา ดังนี้









ศักย์ไฟฟ้าภายในตัวนำทรงกลมมีค่าเท่ากันทุกจุด และมีค่าเท่ากับศักย์ไฟฟ้าที่ผิวของตัวนำ






กราฟแสดงศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากประจุบนตัวนำทรงกลม







พลังงานศักย์ไฟฟ้า



พลังงานศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานของประจุขนาด q อยู่ในตำเเหน่งใดๆของสนามไฟฟ้า หรือมีค่าเท่ากับงานในการเลื่อนประจุ q จากตำแหน่งที่มีพลังงานศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์(ระยะอนันต์) มายังตำแหน่งหนึ่งในสนามไฟฟ้า



จากรูป ถ้าวางประจุไฟฟ้า q ที่ตำแหน่ง x จะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุเท่ากับ Ep1 เมื่อวางประจุ q ที่ตำแหน่ง y จะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุเท่ากับ Ep2 เมื่อประจุ q เคลื่อนที่ระหว่างตำแหน่ง x กับ y จะเกิดงาน เท่ากับผลต่างของพลังงานศักย์ไฟฟ้าระหว่าง x กับ y




















การหาค่าพลังงานศักย์ไฟฟ้า











หมายเหตุ ศักย์ไฟฟ้า เป็นปริมาณสเกลาร์ ซึ่งไม่มีทิศทาง ในการคำนวณเกี่ยวกับศักย์ไฟฟ้านั้น ต้องใส่เครื่องหมายของประจุไฟฟ้าด้วย เพราะ ศักย์ไฟฟ้ามีค่าทั้ง บวก และ ลบ ตามชนิดของประจุไฟฟ้า และ เวลาหาผลรวมของศักย์ไฟฟ้า ให้ใช้การรวมแบบสเกลาร์







ภาพแสดงที่ระยะใกล้ประจุต้นกำเนิดสนามที่เป็นบวก จะมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าระยะไกล(ใกล้มีพลังงานศักย์ไฟฟ้ามากระยะไกล) เมื่อนำประจุทดสอบที่มีประจุบวก เข้าใกล้ต้นกำเนิดจะต้องออกแรงมาก และเมื่อปล่อยประจุทดสอบประจุบวกจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจากบริเวณศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า







ภาพแสดงที่ระยะใกล้ประจุต้นกำเนิดสนามที่เป็นลบจะมีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าระยะไกล(ใกล้มีพลังงานศักย์ไฟฟ้าน้อยกว่าระยะไกล) เมื่อนำประจุทดสอบที่มีประจุบวก ออกจากต้นกำเนิดจะต้องออกแรงมาก และเมื่อปล่อยประจุทดสอบประจุบวกจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจากบริเวณศักย์ไฟฟ้าสูง(ไกล) ไปยังศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า(ใกล้)สรุป เมื่อปล่อยให้ประจุทดสอบเคลื่อนที่เอง

ประจุบวก จะเคลื่อนจากบริเวณที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังต่ำ
ประจุลบ จะเคลื่อนจากบริเวณที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังสูง


ชีววิทยา


พันธุศาสตร์


พันธุศาสตร์ คือ วิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับการทำงานของยีน (Gene) ซึ่งเป็นหน่วยควบคุมการถ่ายทอดลักษณะ


ต่างๆ จากรุ่นพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกรุ่นหลาน และความแปรผันของลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต


พันธุกรรม


พันธุกรรม คือ ลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตที่สามารถถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นต่อๆ ไปได้ โดยมี


ก ระบวนการสืบพันธุ์เป็นสื่อกลาง


ความหมายของคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม


1. เซลล์สืบพันธุ์ (Gamete) หมายถึง อสุจิ (Sperm) เซลล์ไข่ (Egg Cell) และรวมถึงโครงสร้างอื่นๆ ที่ทำ


หน้าที่เช่นเดียวกันซึ่งจะพบในพืช


2. ยีน (Gene) หมายถึง หน่วยควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งอยู่เป็นคู่และจะ


ถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปสู่ลูก โดยในทางพันธุศาสตร์ได้มีการกำหนดสัญลักษณ์แทนยีนไว้หลายแบบ แต่ที่นิยมใช้คือ


การใช้อักษรภาษาอังกฤษเป็นสัญลักษณ์แทนยีน เช่น อักษรภาษาอังกฤษตัวพิมพ์ใหญ่แทน ยีนเด่น และตัวพิมพ์


เล็กแทน ยีนด้อย


3. แอลลีล (Allele) หมายถึง ยีนต่างชนิดกันที่เข้าคู่กันได้โดยจะอยู่ในตำแหน่งเดียวกันของโครโมโซมที่เป็น


คู่เหมือน (Homologous Chromosome) ซึ่งเป็นยีนที่ควบคุมลักษณะเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ลักษณะต้นสูงของต้นถั่ว


ถูกควบคุมโดยยีน 2 แอลลีล คือ ยีนที่ควบคุมลักษณะเด่น (T) และยีนที่ควบคุมลักษณะด้อย (t) ดังนั้น ยีน T


จึงเป็นแอลลีลกับยีน t


4. โฮโมไซกัสยีน (Homozygous Gene) หมายถึง คู่ของยีนที่เหมือนกันอยู่ด้วยกันเพื่อควบคุมลักษณะ


ของสิ่งมีชีวิต เช่น TT, tt, IAIA เป็นต้น โฮโมไซกัสยีน เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พันธุ์แท้


โฮโมไซกัสยีน แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ ดังนี้


4.1 Homozygous Dominance หมายถึง คู่ของยีนเด่นที่เหมือนกันอยู่ด้วยกัน หรือเรียกว่าเป็น


พันธุ์แท้ของลักษณะเด่น


4.2 Homozygous Recessive หมายถึง คู่ของยีนด้อยที่เหมือนกันอยู่ด้วยกัน หรือเรียกว่าเป็น


พันธุ์แท้ของลักษณะด้อย


5. เฮเทอโรไซกัสยีน (Heterozygous Gene) หมายถึง คู่ของยีนที่ต่างกันอยู่ด้วยกันเพื่อควบคุมลักษณะ


ของสิ่งมีชีวิต เช่น Tt, Rr, IAi IAIB เป็นต้น เฮเทอโรไซกัสยีน เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พันธุ์ทาง


6. ลักษณะเด่น (Dominance หรือ Dominant Trait) หมายถึง ลักษณะที่มีโอกาสปรากฏออกมาใน


รุ่นลูกและรุ่นต่อๆ ไปได้เสมอ ตัวอย่างเช่น ถ้านำสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะตรงข้ามกัน และเป็นพันธุ์แท้ทั้ง 2 ฝ่าย


มาผสมพันธุ์กัน เป็นต้นว่า นำถั่วต้นสูงพันธุ์แท้ผสมพันธุ์กับถั่วต้นเตี้ยพันธุ์แท้ ลูกที่เกิดขึ้นจะมีลักษณะต้นสูงทั้งหมด


(แต่เป็นพันธุ์ทาง) และถ้านำรุ่นลูกมาผสมพันธุ์กันเอง รุ่นหลานที่เกิดขึ้นก็ยังมีต้นสูงปรากฏอยู่อีก กรณีดังกล่าวจะถือว่า ถั่วต้นสูงเป็นลักษณะเด่น


7. ลักษณะด้อย (Recessive Trait) หมายถึง ลักษณะที่ปรากฏออกมาเฉพาะบางรุ่น และมีโอกาสปรากฏ


ออกมาได้น้อยกว่า (ลักษณะเด่น)


8. ฟีโนไทป์ (Phenotype) หมายถึง ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฏออกมาให้เห็นได้ด้วยตา เช่น สีของดอกถั่ว สีผิวของคน จำนวนชั้นของหนังตา ลักษณะของเส้นผม หมู่เลือด เป็นต้น


9. จีโนไทป์ (Genotype) หมายถึง รูปแบบของยีนที่ควบคุมฟีโนไทป์ต่างๆ เช่น จีโนไทป์ที่ควบคุมความยาวของลำต้นถั่วมีได้ 3 แบบ ได้แก่ TT, Tt และ tt__


การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมที่ถูกควบคุมโดยยีนด้อยบนออโตโซม (Autosome)


และโครโมโซมเพศ (Sex Chromosome)


ตัวอย่าง ลักษณะทางพันธุกรรมที่ถูกควบคุมโดยยีนด้อยบนออโตโซม


1. อาการผิวเผือก (Albino)


2. โรคทาลัสซีเมีย (Thalassemia)


3. โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ (Sickle Cell Anemia)


ตัวอย่าง ลักษณะทางพันธุกรรมที่ถูกควบคุมโดยยีนด้อยบนโครโมโซม X


1. โรคฮีโมฟิเลีย (Hemophilia)


2. โรคตาบอดสี (Color Blindness)


3. โรคกล้ามเนื้อแขนขาลีบ


4. โรค G-6-PD


พงศาวลี หรือพันธุประวัติ (Pedigree)


พงศาวลี คือ แผนภาพแสดงความสัมพันธ์ในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมที่ต้องการศึกษาของครอบครัวหรือตระกูลหนึ่งๆ ตัวอย่างเช่น






มิวเทชัน (Mutation)


มิวเทชัน คือ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับยีน หรือโครโมโซม ซึ่งจะก่อให้เกิดลักษณะทางพันธุกรรมที่ดีหรือไม่ดีก็ได้


มิวเทชันที่เกิดขึ้นกับยีน (Gene mutation หรือ DNA mutation) คือ การเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนใน DNA อย่างถาวร ซึ่งจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงชนิด และลำดับของกรดอะมิโนในสายโปรตีนที่จะถูกสร้างขึ้นจากการทำงานของยีน


พันธุวิศวกรรม (Genetic Enginerring)


พันธุวิศวกรรม เป็นเทคนิคการสร้าง DNA สายผสม หรือรีคอมบิแนนท์ ดีเอ็นเอ (Recombinant DNA) เพื่อให้ได้สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะตามความต้องการ ซึ่งเทคนิควิธีดังกล่าวจะต้องอาศัยเอนไซม์สำคัญ 2 ชนิด คือ เอนไซม์ตัดจำเพาะ (Restriction Enzyme) และเอนไซม์ DNA ไลเกส (DNA ligase enzyme)


จีเอ็มโอ (GMOs)


จีเอ็มโอ หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่ผ่านกระบวนการตัดต่อยีนแล้ว หรืออาจกล่าวได้ว่าเป็นสิ่งมีชีวิตที่มี ดีเอ็นเอ สายผสม (DNA recombinant) อยู่ภายในเซลล์ ซึ่ง DNA หรือยีนที่ถูกใส่เข้าไปใน DNA ของสิ่งมีชีวิตเจ้าบ้าน


(Host) นั้นจะทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นๆ มีลักษณะตามที่มนุษย์ต้องการ


การโคลน (Cloning)


การโคลน หมายถึง การสร้างสิ่งมีชีวิต (ตัวหรือต้น) ใหม่ ซึ่งมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนสิ่งมีชีวิตต้นแบบทุกประการ


วิธีการโคลน คือ การนำนิวเคลียสของเซลล์ร่างกาย (Somatic Cell) ใส่เข้าไปในเซลล์ไข่ที่ถูกดูดเอานิวเคลียสออกแล้ว จากนั้นกระตุ้นด้วยไฟฟ้าเพื่อให้แต่ละส่วนหลอมรวมกันแล้วนำไปเพาะเลี้ยงให้พัฒนาเป็นเอ็มบริโอ


ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ (DNA fingerprint)


ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ คือ รูปแบบของแถบดีเอ็นเอ ซึ่งแสดงความแตกต่างของขนาดโมเลกุลดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวหรือแต่ละบุคคลได้ ดังนั้นลายพิมพ์ดีเอ็นเอจึงเป็นเอกลักษณ์ของแต่ละบุคคล


ระบบนิเวศ


ระบบนิเวศ (Ecosystem) คือ หน่วยของความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมทั้งที่เป็นสิ่งมีชีวิต


และไม่มีชีวิตในแหล่งที่อยู่อาศัยแหล่งใดแหล่งหนึ่ง


คำนิยามศัพท์เกี่ยวกับระบบนิเวศ


ประชากร (Population) คือ กลุ่มสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่อาศัยอยู่ในแหล่งเดียวกันในช่วงระยะเวลาใด


เวลาหนึ่ง


กลุ่มสิ่งมีชีวิต (Community) คือ กลุ่มสิ่งมีชีวิตตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปที่อาศัยอยู่ในแหล่งเดียวกัน ณ


ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง


แหล่งที่อยู่อาศัย (Habitat) คือ สถานที่ซึ่งสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ชั่วคราวหรือถาวร เพื่อใช้เป็นแหล่งอาหาร


หลบภัย ผสมพันธุ์ วางไข่ และเลี้ยงตัวอ่อน


ชีวบริเวณ (Biosphere) คือ ผลรวมของทุกบริเวณบนโลกที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่


องค์ประกอบของระบบนิเวศ


1. องค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต หรือปัจจัยทางกายภาพ (Physical Factors) เช่น แสงสว่าง อุณหภูมิ ความกดดัน


น้ำ ดิน ลม เป็นต้น


2. องค์ประกอบที่มีชีวิต หรือ ปัจจัยทางชีวภาพ (Biotic Factors) ได้แก่ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่อยู่ในระบบ


นิเวศนั้นๆ


ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในเชิงอาหาร


สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศมีความสัมพันธ์เชิงอาหารต่างบทบาทกัน ดังนี้


1. ผู้ผลิต (Producers) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง


โดยส่วนใหญ่จะใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำ (H2O) เป็นวัตถุดิบ


2. ผู้บริโภค (Consumers) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่กินผู้ผลิตหรือผู้บริโภคด้วยกันเป็นอาหาร แบ่งออกเป็น


3 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่


2.1 ผู้บริโภคพืช (Herbivores)


2.2 ผู้บริโภค (เนื้อ) สัตว์ (Carnivores)


2.3 ผู้บริโภคทั้งพืชและสัตว์ (Omnivores)


3. ผู้ย่อยสลาย (Decomposers) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่ทำหน้าที่หลั่งเอนไซม์ออกมาย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิต


เพื่อให้ตนเองได้รับพลังงาน ซึ่งการทำหน้าที่ของผู้ย่อยสลายนั้นถือได้ว่าเป็นขั้นตอนสำคัญในวัฏจักรของสารบางชนิด


การถ่ายทอดพลังงานภายในระบบนิเวศ


ผู้บริโภคได้รับพลังงานจากการกินผู้ผลิต โดยพลังงานส่วนหนึ่งจะใช้ไปในการประกอบกิจกรรม บางส่วน


กลายเป็นกากอาหารขับถ่ายทิ้งไป แต่ส่วนใหญ่จะกลายเป็นพลังงานความร้อนในกระบวนการหายใจ พลังงานที่


ผู้บริโภคสามารถนำไปสร้างเนื้อเยื่อของตนเองจึงเหลือเพียง 10% ของพลังงานศักย์ทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตที่เป็น


อาหารของตน






รูปแบบของการถ่ายทอดพลังงาน


1. โซ่อาหาร (Food Chain) คือ ความสัมพันธ์เชิงอาหารซึ่งมีการถ่ายทอดพลังงานเคมีโดยการกินกัน


เป็นทอดๆ จากผู้ผลิตสู่ผู้บริโภค และจากผู้บริโภคสู่ผู้บริโภคลำดับถัดไป


2. สายใยอาหาร (Food Web) คือ ความสัมพันธ์ระหว่างโซ่อาหารตั้งแต่ 2 โซ่อาหารขึ้นไป ทำให้มี


โอกาสถ่ายทอดพลังงานได้หลายทิศทาง


การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ (Ecological Succession)


การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ หมายถึง การแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตเป็นยุคๆ จาก


ยุคแรกจนถึงยุคสังคมสิ่งมีชีวิตขั้นสุด (Climax Community) เนื่องจากสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป


ประเภทของการเปลี่ยนแปลงแทนที่


การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบ่งตามลักษณะการเกิดออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่


1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ (Primary Succession) คือ การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของกลุ่ม


สิ่งมีชีวิตโดยเริ่มต้นจากสถานที่ที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดอาศัยอยู่ก่อน


2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิ (Secondary Succession) คือ การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของกลุ่ม


สิ่งมีชีวิตในบริเวณที่เคยมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ก่อน แต่ถูกทำลายด้วยปัจจัยบางอย่าง เช่น น้ำท่วมนานๆ ไฟไหม้ป่า


เ ป็นต้น


มนุษย์กับสภาวะแวดล้อม และทรัพยากรธรรมชาติ


สภาวะแวดล้อมมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาซึ่งเป็นปกติ แต่ถ้าหากมีการเปลี่ยนแปลงไปมากจนส่งผลกระทบ


ต่อการดำรงชีวิตในด้านใดด้านหนึ่งกระทั่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต จะเรียกว่า มลภาวะ (Pollution) ในที่นี้จะ


ก ล่าวถึงมลภาวะทางอากาศเพราะเป็นปัญหาที่มนุษย์ควรให้ความสำคัญอย่างมากในปัจจุบัน


มลภาวะทางอากาศ


ปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse Effect) คือ ปรากฏการณ์ที่แก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศมี


ปริมาณมากเกินไป ซึ่งแก๊สเหล่านั้นจะดูดซับความร้อนและคายความร้อนคืนสู่โลกจึงทำให้โลกมีอุณหภูมิสูงขึ้น


แก๊สเรือนกระจกที่สำคัญ ได้แก่ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แก๊สมีเทน (CH4) ออกไซด์ของไนโตรเจน


แ ละไอน้ำ (H2O) แก๊สเหล่านี้มีความสามารถในการเก็บกักความร้อนได้ดี


การทำลายโอโซนในบรรยากาศ


การลดลงของโอโซน (O3) ในบรรยากาศจะส่งผลให้รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จากดวงอาทิตย์ส่งผ่าน


มายังโลกได้มากขึ้น ซึ่งสาร CFC เป็นสาเหตุสำคัญของการทำลายโอโซน โดยสารดังกล่าวจะอยู่ในบรรจุภัณฑ์


แบบฉีดพ่น และสารทำความเย็นในผลิตภัณฑ์หลายชนิด






Digestive System


- จุลินทรีย์ ย่อยอาหารดดยการปล่อย Enzyme ออกมาแล้วดูดกลืนโมเลกุลเข้าสู่ Cell


- Amoeba นำอาหารเข้าสู่เซลล์ ด้วยวิธีฟาโกไซโตซีส


- พารามีเซียม ใช้ Cilia ที่บริเวณ Oral groove พัดโบกอาหารเข้าสู่เซลล์


- ฟองน้ำมี Choanocyte ที่ผนังด้านใน นำอาหารเข้าสู่เซลล์ด้วยวิธีฟาโกโซโตซีส


- ไฮดราใช้ Tentacle จับอาหารเข้าปาก


- พลานาเรีย มีปาก และคอหอย (Pharynx) ที่ยื่นออกมาไว้ดูดอาหารเข้าไป


- ไส้เดือนและสัตว์ขาปล้อง มีทางเดินอาหาร และอวัยวะที่ช่วยย่อยอาหาร เช่น ต่อมน้ำลาย ต่อม Enzyme


- สัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง มีอวัยวะที่ซับซ้อน เช่น ฟัน


- อะโบมาซัมในวัวเป็นกระเพาะอาหารที่แท้จริง


- Trypsin ,Chymotrysin ,Carboxypeptidase เป็น Enzyme ย่อย Protein


- Amailase ,Maltase ย่อย Carbohydrate


- Bile salt ช่วยให้ ไขมัน เป็น Emulsion แล้ว Lipase ย่อยได้ fatty acid และ Glycerol

เคมี

เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์

       พลังงานเป็นปัจจัยพื้นฐานที่สำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์ สัตว์และพืช ในสมัยโบราณแหล่งพลังงานหลักจากธรรมชาติได้มาจากแสงอาทิตย์ ลม หรือน้ำ ปัจจุบันนี้เทคโนโลยีทางด้านอุตสาหกรรม การขนส่ง สื่อสารและด้านอื่นๆ มีความเจริญขึ้นมาก ทำให้ประชากรทั้งโลกมีความต้องการใช้พลังงานเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ เพิ่มมากขึ้นตามไปด้วยและมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นต่อไปอีกในอนาคต เชื้อเพลิงที่นำมาใช้มากที่สุด 3 ประเภทแรก ได้แก่น้ำมัน แก๊สธรรมชาติและถ่านหิน ซึ่งทั้ง 3 ประเภทนี้จัดอยู่ในกลุ่มของเชื้อเพลิงที่เรียกว่า เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ ในบทนี้จะได้ศึกษาเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ซึ่งได้แก่ ถ่านหิน หินน้ำมัน และปิโตรเลียม โดยศึกษาเกี่ยวกับการกำเนิดการสำรวจและขุดเจาะ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่น ตลอดจนผลที่เกิดจากการผลิตและการใช้ผลิตภัณฑ์ต่อชีวิตและสภาพแวดล้อม

เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ หมายถึงเชื้อเพลิงที่เปลี่ยนสภาพมาจากสิ่งมีชีวิตในยุคต่างๆโดยกระบวนการทางธรณีวิทยาและธรณีเคมี เช่น น้ำมัน แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน หินน้ำมัน

ลักษณะของถ่านหินชนิดหนึ่ง

🔺ถ่านหิน
ถ่านหินเป็นหินตะกอนที่กำเนิดมาจากซากพืชลักษณะแข็งแต่เปราะ มีสีน้ำตาลถึงดำ มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน องค์ประกอบหลักในถ่านหินคือธาตุคาร์บอน และธาตุอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน นอกจากนี้อาจพบธาตุที่มีปริมาณน้อย เช่น ปรอท สารหนู ซิลีเนียม โครเมียม นิกเกิล ทองแดง และแคดเมียม ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ก่อให้เกิดปัญหาต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อมเมื่อนำถ่านหินไปใช้เป็นเชื้อเพลิง มีการคาดคะเนว่าถ้าใช้ถ่านหินอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ ปริมาณถ่านหินสำรองที่มีอยู่จะใช้ได้อีกประมาณ 250 ปี
🔺ลิกนิน
ลิกนิน เป็นสารที่มีอยู่ในเนื้อไม้มักเกิดร่วมกับเซลลูโลส เป็นสารเคลือบผนังเซลล์ของพืช เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้แก่พืช


ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของถ่านหิน

การที่สมบัติทางกายภาพและเคมีของถ่านหินตามแหล่งต่างๆ แตกต่างกัน เป็นผลจากปัจจัยหลายอย่างดังนี้

ก.ชนิดของพืช

ข.การเน่าเปื่อยที่เกิดขึ้นก่อนการถูกฝังกลบ

ค.ปริมาณสารอนินทรีย์ที่ปนเปื้อนในขั้นตอนการผลิต

ง.อุณหภูมิและความดันขณะที่มีการเปลี่ยนแปลง


การเกิดถ่านหิน

เมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีในอดีต พืชต่างๆที่ตายแล้วจะทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยู่ใต้แหล่งน้ำและโคลนตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลึกลงไปในผิวโลกภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดหรือมีออกซิเจนจำกัดจึงเกิดการย่อยสลายอย่างช้าๆ เนื่องจากโครงสร้างหลักของพืชเป็นเซลลูโลส น้ำและลิกนิน ซึ่งสารเหล่านี้ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจนเ เมื่อถูกย่อยสลาให้มีโมเลกุลเล็กลง คาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวลหรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตร ส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นๆ แยกออกไป


ถ่านหินที่พบและนำมาใช้งาน สามารถจำแนกตามอายุการเกิดหรือปริมาณคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบได้ดังรูป 12.2






ลักษณะและการเกิดของถ่านหินชนิดต่างๆ


>พีต เป็นถ่านหินในขั้นเริ่มต้นของกระบวนการเกิดถ่านหิน ซากพืชบางส่วนยังสลายตัวไม่หมดและมีลักษณะให้เห็นเป็นลำต้น กิ่งหรือใบ มีสีน้ำตาลจนถึงสีดำ มีความชื้นสูงสารประกอบที่เกิดขึ้นมีปริมาณออกซิเจนสูงและมีปริมาณคาร์บอนต่ำ เมื่อนำพีตมาเป็นเชื้อเพลิงจึงต้องผ่านกระบวนการไล่ความชื้นหรือทำให้แห้งก่อน ความร้อนที่ได้จากการเผาพีตจะสูงกว่าที่ได้จากไม้ จึงนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อการให้ความร้อนในบ้านและผลิตไฟฟ้า ข้อดีของพีตคือมีปริมาณร้อยละของกำมะถันต่ำกว่าน้ำมันและถ่านหินชนิดอื่นๆ

>ลิกไนต์ หรือถ่านหินสีน้ำตาล เป็นถ่านหินที่มีซากพืชเหลืออยู่เล็กน้อย ลักษณะเนื้อเหนียวและผิวด้าน มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำแต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าพีตเมื่อติดไฟมีควันและเถ้าถ่านมาก ลิกไนต์ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับให้ความร้อนและใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้า

>ซับบิทูนัส เป็นถ่านหินที่เกิดนานกว่าลิกไนต์ มีสีน้ำตาลจนถึงสีดำ ลักษณะผิวมีทั้งผิวด้านและเป็นมัน มีทั้งเนื้ออ่อนร่วนและแข็ง มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำ แต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าลิกไนต์ ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าและงานอุตสาหกรรม

>บิทูมินัส< เป็นถ่านหินที่เกิดนานกว่าซับบิทูมินัส มีเนื้อแน่นและแข็ง มีทั้งสีน้ำตาลจนถึงสีดำ มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำแต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าซับบิทูมินัส ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงโลหะและนำมาใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงเคมีอื่นๆ ได้

>แอนทราไซต์ เป็นถ่านหินที่มีอายุการเกิดนานที่สุดมีสีดำ ลักษณะเนื้อแน่น แข็งและเป็นมัน มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำแต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าถ่านหินชนิดอื่น จุดไฟติดยาก เมื่อติดไฟจะให้เปลวสีน้ำเงินจางๆ มีควันน้อยให้ความร้อนสูงและไม่มีสารอินทรีย์ระเหยออกมาจากการเผาไหม้


12.1.2 การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน


ถ่านหินนำมาใช้เป็นแหล่งให้พลังงานความร้อนตั้งแต่ประมาณ 3,000 กว่าปีมาแล้ว ประเทศจีนเป็นประเทศแรกๆ ที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในการถลุงทองแดงนอกเหนือจากใช้ให้ความอบอุ่นในบ้าน ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากถ่านหินส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์และอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ พบว่าการผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลกใช้เชื้อเพลิงจากถ่านหินประมาณร้อยละ 39 ดังรูป 12.3





รูป 12.3 ปริมาณร้อยละของกระแสไฟฟ้าทั่วโลกที่ผลิตจากเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ


ปริมาณสำรอง ประกอบด้วยปริมาณที่พิสูจน์แล้ว และปริมาณที่ยังไม่ได้พิสูจน์ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วคือปริมาณที่ค้นพบแล้ว และจะสามารถผลิตขึ้นมาใช้ให้คุ้มค่าได้ค่อนข้างแน่นอน

แหล่งถ่านหินในประเทศไทยมีกระจายอยู่ทั่วทุกภาคแหล่งถ่านหินที่ใหญ่ที่สุดและมีการผลิตมากที่สุดคิดเป็นร้อยละ 97 ของปริมาณสำรองที่มีในประเทศไทย คือ เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง และรองลงมาคือ เหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ ซึ่งดำเนินการโดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย ถ่านหินที่พบส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์และซับบิทูมินัส ซึ่งมีคุณภาพอยู่ในเกณฑ์ต่ำ ให้ปริมาณพลังงานความร้อนไม่สูงมากนัก นอกจากจะใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงแล้ว ยังนำมาทำถ่านกัมมันต์เพื่อใช้เป็นสารดูดซับกลิ่นในเครื่องกรองน้ำ กรองอากาศหรือในเครื่องใช้ต่างๆ ทำคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่งแต่น้ำหนักเบาสำหรับใช้ทำอุปกรณ์กีฬา เช่น ด้ามไม้กอล์ฟ ไม้แบดมินตัน ไม้เทนนิส นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามคิดค้นหาวิธีเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแก๊สและวิธีแปรสภาพถ่านหินให้เป็นของเหลว เพื่อเพิ่มเติมคุณค่าทางด้านพลังงานและความสะดวกในการขนส่งด้วยระบบท่อส่ง เชื้อเพลิงแก๊สและเชื้อเพลิงเหลวเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอื่นๆ ที่มีประโยชน์ รวมทั้งเป็นการช่วยเสริมปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติจากปิโตรเลียมด้วย


การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงโดยตรงจะได้ผลิตภัณฑ์ทั้งในรูปแก๊สซึ่งเป็นออกไซด์ของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในถ่านหินและเถ้าถ่าน แก๊สเหล่านี้ได้แก่ เป็นสาเหตุของการเกิดภาวะเรือนกระจกCO เป็นแก๊สที่ไม่มีกลิ่นและไม่มีสีถ้าสูดดมเข้าไปจะทำให้เกิดอาการมึนงง คลื่นไส้ อาจทำให้หมดสติหรือถึงตายได้ และ ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจและปอด เป็นสาเหตุสำคัญของภาวะมลพิษในอากาศ เกิดฝนกรดซึ่งทำให้น้ำในแหล่งน้ำต่างๆ มีความเป็นกรดสูงขึ้น ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของทั้งพืชและสัตว์ ของเสียที่เป็นฝุ่นหรือเถ้าถ่านจะมีพวกโลหะต่างๆ ปนออกมาด้วย ถ้ากำจัดไม่ถูกต้องจะเกิดผลเสียต่อสิ่งมีชีวิตและภาพแวดล้อม เถ้าพวกนี้อาจกำจัดโดยนำมาผสมกับซีเมนต์เพื่อใช้ในการก่อสร้าง ใช้ถมถนนหรือนำไปผ่านกระบวนการเพื่อแยกโลหะออกมาใช้ประโยชน์ สำหรับฝุ่นที่เกิดขึ้นถ้าไม่มีกระบวนการกำจัดที่ดีจะฟุ้งกระจายไปในบรรยากาศ ปัจจุบันมีอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้หลักการทางไฟฟ้าสถิตช่วยในการจับฝุ่นเอาไว้


การลดผลกระทบที่เกิดขึ้นจาก ทำได้โดยกำจัดกำมะถันออกไปก่อนการเผาไหม้ วิธีนี้นอกจากจะกำจัดกำมะถันแล้ว สารส่วนน้อยที่เป็นพิษ เช่น ปรอด ยังถูกกำจัดออกไปได้ด้วย ข้อเสียของการกำจัดโดยวิธีนี้คือทำให้เกิดการสูญเสียสารประกอบอินทรีย์ที่มีประโยชน์ไปด้วย การกำจัดอีกวิธีหนึ่งซึ่งเป็นการกำจัดหลังการเผาไหม้ โดยการฉีดหรือพ่นหินปูนเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง หินปูนจะสลายตัวได้เป็นแคลเซียมออกไซต์ ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับแก๊ส จะได้สารประกอบของแคลเซียมซัลไฟต์ เป็นวิธีที่ลงทุนถูกกว่าและนิยมนำมาใช้