การทดลองทางวิทยาศาสตร์

“งานบูรณาการ คลองผดุงกรุงเกษม” ม.5/3

ฝ่าย วิทยาศาสตร์

การทดลองครั้งที่ 1 วัดความใสของน้ำในคลองผดุงกรุงเกษม

วันทำการทดลอง 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2546

อุปกรณ์ทดลองปฏิบัติการวัดความใสของน้ำ

1. แผ่นโลหะทองเหลืองเซคิดิสก์ 1 อัน

2. สายวัดเอว 1 เส้น

วิธีการทดลอง

1. นำแผ่นโลหะทองเหลืองหยั่งลงไปในน้ำจุดที่ 1 (แยกนพวงศ์) สังเกตบริเวณสีขาวของเซคิดิสก์

2. จนกว่าจะมองไม่เห็น แล้วดังเซคิดิสก์ขึ้นมา วัดความยาวเชือกจากแผ่นจานถึงจุดที่ผิวน้ำสัมผัสทำการทดลองเช่นนี้อีก 3 ครั้ง และหาค่าเฉลี่ย

3. ทดลองอีก 2 สถานที่ ๆ กำหนดไว้

ผลการทดลอง

การทดลอง สถานที่	ความใส (ความลึกที่แสงส่องถึง) (หน่วย: cm.)
การทดลอง สถานที่	ครั้งที่ 1	ครั้งที่ 2	ครั้งที่ 3	ค่าเฉลี่ย
แยกนพวงศ์	31.0	31.5	32.0	31.5
หน้าโรงเรียนสายปัญญา	40.0	38.0	39.0	39.5
หลังหน่วยงานเก็บขยะทางน้ำคลองผดุง	42.5	41.0	41.5	41.7

สรุปผลการทดลอง

มาตรฐานอยู่ที่ 5.0 - 9.0 จะเห็นได้ว่า ค่า pH ที่ได้จากน้ำแต่ละสถานที่นั้น มีค่าตรงตามมาตรฐานคณะกรรมการสิ่งแวดล้อมแห่งชาติกำหนดไว้

การทดลองครั้งที่ 2 วัดความเป็นกรด-เบสของน้ำในคลองผดุงกรุงเกษม

วันทำการทดลอง 23 พฤศจิกายน พ.ศ. 2546

อุปกรณ์การปฏิบัติการวัดความเป็นกรดเบสของน้ำ

1. กระดาษยูนิเวอร์เซล อินดิเคเตอร์ (Universal indicator) 1 กล่อง

2. แก้วน้ำพร้อมฝา 3 ใบ

วิธีการทดลอง

1. นำแก้วน้ำ 3 ใบ ไปตักน้ำ ณ 3 สถานที่ ๆ กำหนดไว้ พร้อมทั้งเขียนสถานที่เก็บน้ำลงบนแก้วทั้ง 3 ใบ

2. นำกระดาษยูนิเวอร์เซล อินดิเคเตอร์ ออกมา 1 แผ่น แล้วจุ่มลงบนแก้วใบที่ 1 แล้วสังเกตสีของกระดาษพร้อมบันทึกผล

3. ส่วนแก้วน้ำที่จุน้ำคลองอีก 2 ใบ ก็ทำการทดลองเช่นเดียวกันกับข้อ 2. พร้อมสังเกตสีของกระดาษ และบันทึกผลที่เกิดขึ้น

ผลการทดลอง

สถานที่	ค่า pH	สีที่เปลี่ยนไป (ดูบนกระดาษ U - I)
แยกนพวงศ์	7 - 8	สีค่อนไปทางเขียวเข้ม
หน้าโรงเรียนสายปัญญา	6 - 7	เหลืองอมเขียว
หลังหน่วยงานเก็บขยะคลองผดุง	7 - 8	ค่อนไปทางสีเขียวเข้ม

สรุปผลการทดลอง

จะเห็นได้ว่าความใสของน้ำจะเรียงจากมากไปน้อยดังนี้

· แยกนพวงศ์เฉลี่ยแล้ว 31.5 เซนติเมตร

· หน้า ร.ร. สายปัญญาเฉลี่ยแล้ว 39.5 เซนติเมตร

· หลังหน่วยงานเก็บขยะทางน้ำ 41.9 เซนติเมตร

จากข้อมูลที่ได้ หลังหน่วยงานเก็บขยะทางน้ำมีน้ำใสกว่าสองที่ๆ เหลือ แสดงว่า หน่วยงานเก็บขยะทางน้ำดูแลน้ำบริเวณนั้นเป็นอย่างดี ส่วนแยกนพวงศ์ที่อยู่บริเวณ โรงเรียนเทพศิรินทร์นั้น ความใสของน้ำต่ำสุด ใสน้อยกว่า โรงเรียนสายปัญญา 8 เซนติเมตร ซึ่งเป็นปริมาณตัวเลขที่ต่างกันค่อนข้างเยอะ

การทดลองครั้งที่ 3 การวัดอุณหภูมิของน้ำในคลองผดุงกรุงเกษม

วันทำการทดลอง 23 พฤศจิกายน พ.ศ. 2546

อุปกรณ์การทดลองปฏิบัติการวัดอุณหภูมิของน้ำ

1. เทอร์โมมิเตอร์ 1 อัน

2. ปากกาหมึก 1 ด้าม

3. ไม้บรรทัด 1 อัน

วิธีการทดลองปฏิบัติการวัดอุณหภูมิของน้ำ 3 สถานที่ๆ กำหนดไว้

1. วัดอุณหภูมิของอากาศ พร้อมบันทึกผล

2. ทำตำหนิที่เทอร์โมมิเตอร์ โดยวัดจากการแปรขึ้นมา 10 เซนติเมตร

3. จุ่มเทอร์โมมิเตอร์ลงน้ำ โดยให้รอยตำหนิตรงกับผิวน้ำพอดี รอจนกว่าปรอทคงที่ แล้วจึงบันทึกผลการทดลองที่ได้

ผลการทดลอง

สถานที่	เวลา	อุณหภูมิน้ำ (ºC)	อุณหภูมิธรรมชาติ (ºC)	ความลึกจากผิวน้ำ (cm.)
แยกนพวงศ์	14.50 น.	29.0	34.5	10
หน้าโรงเรียนสายปัญญา	15.00 น.	28.5	30.0	10
หลังหน่วยงานเก็บขยะ ทางน้ำคลองผดุง	15.20 น.	29.0	32.5	10

สรุปผลการทดลอง

คณะกรรมการสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ กำหนดไว้ว่า อุณหภูมิน้ำต้องไม่สูงกว่าอุณหภูมิตามธรรมชาติเกิน 3 องศาเซลเซียส จะเห็นได้ว่า

· แยกนพวงศ์ มีอุณหภูมิตามธรรมชาติ 34.5 องศาเซลเซียส อุณหภูมิน้ำ 29 องศาเซลเซียส ผลต่าง 5.5

· หน้า ร.ร. สายปัญญา มีอุณหภูมิตามธรรมชาติ 30.0 องศาเซลเซียส อุณหภูมิน้ำ 28.5 องศาเซลเซียส ผลต่าง 1.5

· หลังหน่วยงานเก็บขยะทางน้ำ มีอุณหภูมิ 32.5 องศาเซลเซียส อุณหภูมิน้ำ 29.0 องศาเซลเซียส ผลต่าง 3.5

จะเห็นได้ว่าอุณหภูมิน้ำไม่สูงกว่าอุณหภูมิตามธรรมชาติเลย อุณหภูมิของน้ำ ณ สถานที่หลังหน่วยงานเก็บขยะทางน้ำมีอุณหภูมิน้ำไม่สูงกว่าอุณหภูมิธรรมชาติเกิน 3ºC ตรงตามมาตรฐานที่กำหนดไว้ ส่วนหน้า ร.ร. สายปัญญา อุณหภูมิน้ำต่ำกว่าอุณหภูมิตามธรรมชาติไม่เกิน 3ºC ขาด 1.5ºC เกณฑ์ไม่ได้มาตรฐานที่กำหนดไว้

การทดลองครั้งที่ 4 การทดลองหาค่าออกซิเจนละลายในน้ำคลองผดุงกรุงเกษม

วันทำการทดลอง 12 ธันวาคม พ.ศ. 2546

จุดประสงค์

1. สามารถหาค่าออกซิเจนละลายในน้ำโดยวิธีการทางเคมี

2. วินิจฉัยแหล่งน้ำคลองบริเวณนั้นว่าผ่านเกณฑ์มาตรฐานหรือไม่

อุปกรณ์

1. บีกเกอร์ขนาด 40 cm³3 ใบ

2. กระบอกตวง 10 cm³4 ใบ

3. ขวดกรวย 100 cm³2 ใบ

4. ขวดวัดปริมาตร 250 cm³ 1 ใบ

5. ช้อนตักสาร 1 อัน

6. เครื่องชั่งสาร 1 เครื่อง

7. หลอดหยด 2 อัน

8. กระบอกฉีดยา 1 อัน

9. แท่งแก้วคนสาร 1 แท่ง

10. ถุงมือยางกันสาร 1 คู่

11. เครื่องคิดเลข 1 เครื่อง

สารเคมี

1. MnSO₄ 2.2 mol/dm³ 2 cm³ (แมงกานีสซัลเฟต)

2. KI 1 mol/dm³ 2 cm³ (โพแทสเซียมไอโอไดด์)

3. H₂SO₄ เข้มข้น 2 cm³ (กรดซัลฟิวริก)

4. Na₂S₂O₃0.005 mol/dm³ 100 cm³ (โซเดียมไทโอซัลเฟต)

5. แป้ง 0.5 g 1 cm³

6. NaOH 12.5 mol/dm³ 2 cm³ (โซเดียมไฮดรอกไซด์)

การเตรียมสาร

ใช้สูตร

หาปริมาณ MnSO₄ ที่ใช้

จาก

g = 0.7 กรัม เติมน้ำ 2 cm³

หาปริมาณ KI ที่ใช้

จาก

g = 0.3 กรัม เติมน้ำ 2 cm³

หาปริมาณ Na₂S₂O₃ ที่ใช้

จาก

g = 0.08 กรัม เติมน้ำ 100 cm³

หาปริมาณ NaOH ที่ใช้

จาก

g = 1 กรัม เติมน้ำ 2 cm³

ข้อควรระวัง: เติมกรดลงน้ำเสมอ ห้ามเติมน้ำลงกรด อาจระเบิดได้

นำสารแต่ละชนิดมาใส่ภาชนะ ซึ่งใส่ลงบีกเกอร์ขนาด 40 cm³ 3 ใบ และกระบอกตวง 2 ใบ พร้อมเติมน้ำตามที่กำหนดไว้แล้วคนสารด้วยแท่งแก้ว

วิธีการทดลอง

1. เก็บน้ำตัวอย่าง 250 cm³ ใส่ขวดวัดปริมาตรพร้อมปิดจุกให้แน่น

2. บรรจุสารละลาย MnSO₄ 2.2 mol/dm³ 2 cm³ ลงในน้ำตัวอย่างด้วยหลอดหยด ปิดฝาให้แน่น สังเกตและบันทึกผล

3. บรรจุสารละลาย KI 1 mol/dm³ ใน NaOH 12.5 mol/dm³ แล้วดูดสารที่ผสมแล้วใส่กระบอกตวงให้ได้ 2 cm³ แล้วเทสารลงในขวดน้ำตัวอย่าง ปิดฝาขวดแล้วกลับขวดไปมา ตั้งขวดเพื่อให้ตะกอนตกลงมาที่ก้นขวด ของขวด สังเกตและบันทึกผล

4. นำกรด H₂So₄ เข้มข้น 2 cm³ เทลงน้ำตัวอย่าง กลับขวดไปมาพร้อมบันทึกผล

5. นำสารละลายจากข้อ 4 มา 50 cm³ ใส่ในขวดรูปกรวยขนาด 100 cm³ หยดสารละลาย Na₂S₂O₃ 0.005 mol/dm³ ลงไปทีละหยด จนได้สารละลายสีเหลืองอ่อนๆ

6. เติมน้ำแป้ง 1 cm³ เพื่อใช้เป็นอินดิเคเตอร์ แล้วไทเทรตต่อไปด้วยสารละลาย Na₂S₂O₃ ต่อไปจนสารละลายเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นไม่มีสี

7. บันทึกปริมาณสารละลาย Na₂S₂O₃ ทั้งหมดที่ใช้ตั้งแต่เริ่มหยด ที่หนึ่ง

8. เข้าสูตรคำนวณ

ผลการทดลอง

เมื่อจุลสาร MnSO₄ ลงขวดน้ำตัวอย่างเกิดสารละลายสีเหลืองอ่อนๆ
เมื่อนำ KI + NaOH แล้ว เทสารลงขวดน้ำตัวอย่าง พร้อมกลับขวดตั้งทิ้งไว้จะเกิดตะกอนสีน้ำตาล ของขวด
เมื่อนำกรด H₂SO₄ เทลงน้ำตัวอย่าง พบว่ามีอุณหภูมิสูงขึ้น ตะกอนสีน้ำตาลสลายไป น้ำตัวอย่างมีสีเหลืองเข้มโดยสีแปรผันตรงกับเวลา

นำน้ำตัวอย่างที่ผ่านการทดลองข้างต้น แบ่งมา 50 cm³ ใส่ขวดกรวย 100 cm³ พร้อมหยดสารละลาย Na₂S₂O₃ ลงไปจนสารละลายสีเหลืองของน้ำตัวอย่างที่แบ่งมาจางลง

เมื่อเติมน้ำแป้งเพื่อใช้เป็นอินดิเคเตอร์ พบว่าสารละลายของน้ำตัวอย่างเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเข้ม พร้อมตะกอนสีน้ำเงินแล้วเติมไทเทรตด้วย Na₂S₂O₃ จนสารละลายไม่มีสี
ปริมาณสารละลาย Na₂S₂O₃ ที่ใช้ทั้งหมด 4.2 cm³ (ทำได้จากการนำสาร Na₂S₂O₃ ที่เหลือทั้งหมดมาเทออก 90 cm³ จนเหลือ 10 cm³ มาเทใส่กระบอกตวง พบว่าเหลือสาร Na₂S₂O₃ 5.8 cm³ แสดงว่าเหลือสารรวม 95.8 cm³
นำ 100 cm³ – 95.8 cm³ = 4.2 cm³ ซึ่งเป็นสารละลาย Na₂S₂O₃ ที่ใช้ทั้งหมด)
พอได้ค่า Na₂S₂O₃ ที่ใช้ทั้งหมด ก็สามารถหาปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำได้ดังนี้

= 0.672 mg/dm³

เนื่องจากน้ำจากแม่น้ำลำคลองไม่ควรมีออกซิเจนต่ำกว่า 4 mg/dm³ แต่ปริมาณออกซิเจนในน้ำหน้าโรงเรียนสายปัญญา มี 0.672 mg/dm³

แสดงว่า น้ำในคลองผดุงกรุงเกษมหน้า โรงเรียนสายปัญญา มีปริมาณออกซิเจนในน้ำต่ำกว่าเกณฑ์มาตรฐานที่กำหนดไว้

เอกสารอ้างอิง: หนังสือเรียนวิชาเคมี เล่ม 4 ว.033 พ.ศ. 2524

ขอบคุณ อ.โสภณ เต็มอุดม

และ อ.วีรเกียรติ สิกขากูล

เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาและสนับสนุนการทดลองครั้งนี้

การทดลองครั้งที่ 5 ปฏิบัติการวัดความเร็วน้ำ

วันทำการทดลอง 6 มกราคม พ.ศ. 2547

จุดประสงค์

เพื่อหาความเร็วของน้ำโดยเฉลี่ยในช่วงคลองที่กำหนดไว้ คือบริเวณใต้สะพานนพวงษ์

สถานที่ทดลอง บริเวณใต้สะพานนพวงษ์

เวลาที่ทดลอง 15:00-15:30 น.

อุปกรณ์

1. ไม้ทรงกระบอกตันรัศมีไม่มากยาวประมาณ 1 เมตร 1 ท่อน

2. เชือกบาง (หรือด้าย) ยาวประมาณ 5 เมตร 1 เส้น

3. ลูกปิงปอง 1 ลูก

4. ลวด ยาวประมาณ 13 นิ้ว 1 เส้น

5. หลอดพลาสติก 1 หลอด

6. ตลับเมตร (หรือสายเมตร) 1 ตลับ (1 เส้น)

7. นาฬิกาจับเวลา 1 เรือน

8. กาวตราช้าง 1 หลอด

วิธีการประดิษฐ์อุปกรณ์

1. นำหลอดพลาสติกตัดแบ่งมาประมาณ 2 นิ้ว

2. หลอดพลาสติกที่ตัดมาแล้วนำมาใส่ลวดบริเวณกิ่งกลางแล้วตัดลวดและวัดขนาดดังภาพ 5.1

ภาพที่ 5.1 ขั้นตอนการประดิษฐ์อุปกรณ์ขั้นตอนที่ 2

3. นำปลายด้ายด้านหนึ่งติดหลอดให้แน่นโดยให้เส้นด้ายตั้งฉากกับหลอดด้ายพอดีและหมุนหลอดพลาสติกไปเรื่อยจนด้ายพันสุด โดยให้เหลือปลายด้ายไว้ แล้วนำปลายด้ายนั้นมาติดลูกปิงปองที่ผิวบริเวณกึ่งกลางลูกปิงปอง

4. นำอุปกรณ์จากขั้นตอนที่ 3 มามัดติดกับปลายไม้ดังภาพที่ 5.2 (ภาพจำลอง) และภาพ 5.3 (ภาพจริง)

ภาพที่ 5.2 และ 5.3 ขั้นตอนการประดิษฐ์อุปกรณ์ขั้นเสร็จสมบูรณ์

วิธีการทดลอง

1. ดึงด้ายที่ติดลูกปิงปองออกมาให้มากที่สุด

2. วัดระยะทางที่กำหนดไว้ด้วยตลับเมตร (หรือสายเมตร) ที่จุดตั้งต้นถึงจุดปลายของส่วนของคลอง พร้อมบันทึกข้อมูล

3. เหวี่ยงด้ายติดลูกปิงปองลงบนจุดตั้งต้นที่กำหนดไว้ พร้อมเริ่มจับเวลาทันทีที่ลูกกระทบผิวน้ำ

4. เมื่อลูกปิงปองลอยถึงจุดปลายของที่จุดที่กำหนดแล้วจึงหยุดจับเวลา พร้อมบันทึกผล

5. นำมาหาความเร็วเฉลี่ยโดยใช้สูตร

โดยให้... ความเร็วเฉลี่ย มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที

ระยะทาง มีหน่วยเป็น เมตร

เวลา มีหน่วยเป็น วินาที

ผลการทดลอง

ระยะทางที่วัดได้คือ 10.81 เมตร

เวลาใช้ทั้งหมดคือ 44 วินาที

สรุปผลการทดลอง

ความเร็วที่ได้มานั้นเป็นความเร็วน้ำโดยเฉลี่ยของช่วงคลองที่กำหนดไว้ ซึ่งจะเห็นว่ามีความเร็วไม่มากนัก ซึ่งอาจเป็นผลมาจากปัจจัยทางสิ่งแวดล้อม เช่น จากทิศทางลม หากทิศทางลมสวนทางกับกระแสน้ำ จะทำให้กระแสน้ำมีโอกาสช้าลงได้ หรือการกระทำของมนุษย์ เช่น การเปิด-ปิดประตูน้ำ หรือการคมนาคมทางน้ำ หากเกิดคลื่นน้ำขึ้นอาจจะช่วยให้กระแสน้ำเร็วขึ้นหรือช้าลง