Blockdit Logo (Mobile)
TRIZ.AI Innovation Creative studio
•
23 มี.ค. เวลา 16:13 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

TRIZ 40 Principle กฎข้อที่ 37: การขยายตัวด้วยความร้อน (Thermal Expansion)

ดร.ทรงพล เทอดรัตนเกียรติ เรียบเรียง
การขยายตัวด้วยความร้อนเป็นหนึ่งในหลักการสำคัญของทฤษฎีการแก้ปัญหาเชิงนวัตกรรม (TRIZ) ที่พัฒนาโดยนักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย เกนริค อัลทชูลเลอร์ หลักการนี้อาศัยปรากฏการณ์ทางกายภาพที่วัสดุเปลี่ยนขนาดเมื่อได้รับความร้อนหรือความเย็น โดยมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในงานวิศวกรรมและการออกแบบผลิตภัณฑ์ ทั้งในระบบควบคุมอุณหภูมิ อุปกรณ์ตรวจวัด และการสร้างกลไกที่ทำงานอัตโนมัติ ความเข้าใจถึงหลักการนี้จะช่วยให้นักออกแบบและวิศวกรสามารถสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ๆ โดยอาศัยคุณสมบัติพื้นฐานทางฟิสิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
## ความเป็นมาและพื้นฐานของทฤษฎี TRIZ
TRIZ เป็นทฤษฎีการแก้ปัญหาเชิงนวัตกรรมที่พัฒนาขึ้นโดยนักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย เกนริค อัลทชูลเลอร์ และทีมงาน คำว่า TRIZ มาจากภาษารัสเซีย Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadach ซึ่งแปลเป็นภาษาไทยได้ว่า "ทฤษฎีการแก้ปัญหาเชิงนวัตกรรม"[1] อัลทชูลเลอร์ได้ศึกษาและวิเคราะห์สิทธิบัตรนับหมื่นฉบับ และสรุปว่านวัตกรรมต่างๆ มีหลักการพื้นฐานทั้งสิ้น 40 หลักการที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการแก้ปัญหาได้อย่างเป็นระบบ[1]
TRIZ ใช้วิธีการวิเคราะห์ปัญหาอย่างเป็นระบบ โดยเริ่มจากการระบุความขัดแย้งหรือปัญหา จากนั้นกำหนดผลลัพธ์สุดท้ายที่ต้องการ (Ideal Final Result) แล้วใช้หลักการของ TRIZ เพื่อแก้ไขปัญหานั้น[1] การนำหลักการเหล่านี้มาใช้ช่วยให้นักออกแบบและนักพัฒนาสามารถสร้างนวัตกรรมที่ช่วยขจัดความขัดแย้งทางเทคนิคหรือทางกายภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ[5]
## หลักการที่ 37: การขยายตัวด้วยความร้อน (Thermal Expansion)
### แนวคิดและหลักการ
หลักการที่ 37 ของ TRIZ เป็นเรื่องของการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการขยายตัวหรือหดตัวของวัสดุเมื่อได้รับความร้อนหรือความเย็น[5] หลักการนี้สามารถแบ่งออกเป็นสองแนวทางหลัก:
1. การใช้การขยายตัวหรือหดตัวของวัสดุโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ[4]
2. การใช้วัสดุหลายชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่างกัน[4]
การขยายตัวด้วยความร้อนเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่วัสดุส่วนใหญ่จะมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และมีปริมาตรลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง[2] คุณสมบัตินี้สามารถเป็นได้ทั้งข้อดีและข้อเสีย ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ในบางกรณี การขยายตัวที่แตกต่างกันอาจเป็นปัญหาที่ต้องแก้ไข แต่ในอีกหลายกรณีสามารถนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการแก้ปัญหาได้อย่างสร้างสรรค์[2]
### กลไกทางวิทยาศาสตร์
เมื่อวัสดุได้รับความร้อน อะตอมและโมเลกุลภายในวัสดุนั้นจะมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการสั่นและเคลื่อนที่มากขึ้น ส่งผลให้ระยะห่างระหว่างอะตอมเพิ่มขึ้น และวัสดุขยายตัว สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อน (Coefficient of Thermal Expansion) คือค่าที่บอกถึงอัตราการขยายตัวของวัสดุเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 1 องศา วัสดุแต่ละชนิดมีค่าสัมประสิทธิ์นี้แตกต่างกัน[6]
ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ แถบโลหะคู่ (bimetallic strip) ซึ่งประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่างกัน เมื่อได้รับความร้อน โลหะทั้งสองจะขยายตัวในอัตราที่ไม่เท่ากัน ทำให้แถบโลหะโค้งงอ หลักการนี้เป็นพื้นฐานของอุปกรณ์หลายชนิด เช่น เทอร์โมสตัทและเทอร์โมมิเตอร์แบบกลไก[2]
## การประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมและนวัตกรรม
### ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม
หลักการการขยายตัวด้วยความร้อนมีการนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม ดังนี้:
1. **ระบบควบคุมอุณหภูมิ**: เทอร์โมสตัทใช้หลักการของแถบโลหะคู่ที่โค้งงอเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เพื่อเปิดหรือปิดวงจรไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ ใช้ในระบบทำความร้อน เครื่องปรับอากาศ และเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ[2][9]
2. **การวัดอุณหภูมิ**: เทอร์โมมิเตอร์แบบกลไกดั้งเดิมใช้การขยายตัวของของเหลว (เช่น ปรอทหรือแอลกอฮอล์) ในหลอดแก้วเพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ[6]
3. **การประกอบชิ้นส่วน**: การใช้การขยายตัวด้วยความร้อนในการประกอบชิ้นส่วนโลหะ เช่น การให้ความร้อนแก่วงแหวนโลหะเพื่อให้ขยายตัว แล้วสวมเข้ากับเพลา เมื่อเย็นตัวลงจะหดตัวและจับยึดกันแน่น โดยไม่ต้องใช้ตัวยึดอื่นๆ[4]
4. **ระบบควบคุมกระบวนการ**: ในระบบควบคุมกระบวนการผลิต การวิเคราะห์แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสามารถนำมาใช้ในการคาดการณ์และป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้น[6]
### ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ใช้หลักการนี้
1. **เทอร์โมสตัทในเครื่องใช้ไฟฟ้า**: เช่น โคมไฟความร้อน (โคตัตสึ) และเครื่องทำความร้อน ซึ่งใช้เทอร์โมสตัทควบคุมอุณหภูมิโดยอัตโนมัติ[9]
2. **ระบบนิรภัยในอาคาร**: ระบบดับเพลิงอัตโนมัติที่ใช้อุปกรณ์ตรวจจับความร้อนแบบแถบโลหะคู่ เมื่ออุณหภูมิสูงถึงจุดหนึ่ง กลไกจะทำงานเพื่อเปิดให้น้ำฉีดออกมา[2]
3. **วาล์วควบคุมอุณหภูมิ**: วาล์วที่ทำงานด้วยการขยายตัวของวัสดุเมื่อได้รับความร้อน ใช้ในระบบหล่อเย็นของรถยนต์และงานระบบท่อต่างๆ[5]
4. **เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์**: เครื่องวัดความเค้นและความเครียด (strain gauge) ที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าเมื่อวัสดุขยายตัวด้วยความร้อน[6]
## การประยุกต์ร่วมกับหลักการอื่นของ TRIZ
การใช้หลักการการขยายตัวด้วยความร้อนร่วมกับหลักการอื่นของ TRIZ สามารถสร้างนวัตกรรมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น:
1. **การรวมกับหลักการที่ 15 (Dynamics)**: การผสมผสานหลักการเรื่องพลวัต (Dynamics) กับการขยายตัวด้วยความร้อน ทำให้สามารถออกแบบระบบที่มีความยืดหยุ่นและสามารถปรับตัวได้ตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ[7] ตัวอย่างเช่น วัสดุจำรูปร่าง (Shape Memory Alloys) ที่สามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมเมื่อได้รับความร้อน[5]
2. **การรวมกับหลักการที่ 35 (Parameter Changes)**: การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางกายภาพ เช่น ความหนาแน่น อุณหภูมิ หรือความแข็ง สามารถเสริมกับหลักการการขยายตัวด้วยความร้อนเพื่อสร้างนวัตกรรมที่ตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้[8]
3. **การรวมกับหลักการที่ 25 (Self-Service)**: การสร้างระบบที่สามารถปรับตัวและบำรุงรักษาตัวเองโดยอาศัยการขยายตัวของวัสดุเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เช่น วาล์วระบายความดันที่ทำงานโดยอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป[5][7]
## บทสรุป
หลักการที่ 37 ของ TRIZ - การขยายตัวด้วยความร้อน เป็นหลักการที่อาศัยคุณสมบัติพื้นฐานทางกายภาพเพื่อแก้ปัญหาและสร้างนวัตกรรม หลักการนี้มีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในงานวิศวกรรมและการออกแบบผลิตภัณฑ์ ตั้งแต่อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิอย่างง่ายไปจนถึงระบบซับซ้อนในอุตสาหกรรม[2][6]
การเข้าใจหลักการนี้ไม่เพียงช่วยในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ แต่ยังสามารถนำไปปรับใช้กับปัญหาอื่นๆ ที่ต้องการกลไกตอบสนองอัตโนมัติต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อม[5] การพิจารณาใช้หลักการนี้ร่วมกับหลักการอื่นๆ ของ TRIZ จะช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างสรรค์นวัตกรรมที่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น[7] ในยุคที่เทคโนโลยีและนวัตกรรมมีความสำคัญ การเข้าใจและประยุกต์ใช้หลักการต่างๆ ของ TRIZ จึงเป็นทักษะที่มีคุณค่าสำหรับนักออกแบบ วิศวกร และผู้สร้างนวัตกรรมทุกคน
Citations:
[1] TRIZ 40 เทคนิคคิดสร้างสรรค์พัฒนานวัตกรรม โดย ศศิมา สุขสว่าง-อ.เก๋ https://www.sasimasuk.com/17353699/triz-40-%-
[3] "Reverse" the magic in TRIZ Principles - Tanasak Pheunghua https://www.inventbytanasak.blog/post/reverse-the-magic-in-triz-principles
[4] [PDF] 40 Principles for Innovative Problem Solving https://www.uv.mx/personal/ermeneses/files/2019/02/2FortyPrinciplesHandout-1.pdf
[5] [PDF] การพัฒนาทักษะการคิดสร้างสรรค์ และทฤษฎีการแก้ปัญหาเชิงนวัตกรรม (TRIZ) https://www.en.kku.ac.th/web/wp-
[6] TRIZ Inventive Principles 33 through 40 - Quality Assurance Solutions https://www.quality-assurance-solutions.com/TRIZ-Inventive-Principles-33.html
[7] [PDF] the magic in TRIZ Principles https://www.tpa.or.th/tpanews/upload/mag_content/90/ContentFile1825.pdf
[8] Guide to the 40 TRIZ Principles (Table Format) | Quality Gurus https://www.qualitygurus.com/guide-to-the-40-triz-principles-table-format/
[9] TRIZ-37 Thermal expansion（Sub-principle illustrated version） https://www.proengineer-institute.com/en_triz37.html
[10] 'TRIZ' ทฤษฎีพิชิตสารพัดปัญหา จากภูมิปัญญาของนักประดิษฐ์ https://www.thekommon.co/triz-theory-of-inventive-problem-solving/
[11] [PDF] การใช้ทฤษฎีการสร้างนวัตกรรม (TRIZ) ในการปรับปรุงเครื่องหว่านชนิดจาน https://nuir.lib.nu.ac.th/dspace/bitstream/123456789/2756/1/NuttapongKittivorakan.pdf
[12] [TRIZ.AI Innovation Creative studio] สกัด... .สกัด... ..สกัด..มันออกไป วิถี ... https://www.blockdit.com/posts/5dee1050e0fcb425620a9bc6
[13] [PDF] TRIZ คิดออกทุกอย่าง ด้วยตาราง 9 ช่อง - Amarinbooks.com https://amarinbooks.com/Preread/PREREAD_%E0)_Edit%204.pdf
[14] 40 TRIZ Principles https://www.triz40.com/aff_Principles_TRIZ.php
โฆษณา