ระบบเทคโนโลยี : เครื่องปิ้งขนมปัง

           ใบกิจกรรมที่ 1 นักวิเคราะห์ระบบทางเทคโนโลยี 

              📝  พรีเซนเตชั่น Canva

                      📑 ไวท์บรอด Canva

 เครื่องปิ้งขนมปังทำงานโดยเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งเป็นไปตามหลักการทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า "ปรากฏการณ์ความร้อนจากไฟฟ้า" (Joule heating) 

ขั้นตอนและกลไกการทำงานหลัก:

1. การเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน

• ส่วนประกอบหลัก: หัวใจสำคัญคือขดลวดความร้อน (heating element) ซึ่งมักทำจากโลหะผสมระหว่างนิกเกิลและโครเมียม หรือที่เรียกว่า "ลวดนิโครม" (nichrome wire)

• หลักการต้านทาน: ลวดนิโครมมีคุณสมบัติพิเศษคือมีค่าความต้านทานไฟฟ้าสูง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ลวดจะต้านทานการไหลของอิเล็กตรอน ทำให้พลังงานไฟฟ้าถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนอย่างรวดเร็ว

• การแผ่รังสีความร้อน: เมื่อลวดร้อนจัดจนอุณหภูมิสูงขึ้น มันจะเริ่มเรืองแสงเป็นสีแดงจางๆ และแผ่พลังงานความร้อนออกมาในรูปของรังสีอินฟราเรด (infrared radiation) ซึ่งเป็นพลังงานหลักที่ใช้ในการปิ้งขนมปัง 

2. กระบวนการปิ้งขนมปัง

• กลไกการทำงาน: เมื่อคุณกดคันโยกลง ระบบกลไกสปริงจะทำงานเพื่อยึดถาดใส่ขนมปังไว้ด้านล่าง และในขณะเดียวกันก็เป็นการต่อวงจรไฟฟ้าให้กระแสไฟไหลผ่านขดลวดความร้อน

• การถ่ายเทความร้อน: ความร้อนจากรังสีอินฟราเรดจะถูกส่งตรงไปยังผิวหน้าของขนมปังทั้งสองด้าน ทำให้ขนมปังค่อยๆ แห้งและเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า "ปฏิกิริยาเมลลาร์ด" (Maillard reaction) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้ขนมปังเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลและมีกลิ่นหอมน่ารับประทาน

3. ระบบควบคุมเวลาและการดีดตัว

• ตัวตั้งเวลา: เครื่องปิ้งขนมปังมีวงจรตั้งเวลาอย่างง่าย (มักใช้ตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน) หรือบางรุ่นอาจใช้แถบโลหะไบเมทัลลิก (bimetallic strip) ที่โค้งงอเมื่อได้รับความร้อน เพื่อควบคุมระยะเวลาในการปิ้ง

• การดีดออก: เมื่อครบกำหนดเวลาที่ตั้งไว้ วงจรตั้งเวลาจะตัดกระแสไฟที่ส่งไปยังแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้แม่เหล็กไฟฟ้าหยุดทำงาน และสปริงที่ถูกดึงค้างไว้ก็จะคลายออกอย่างรวดเร็ว ดันถาดขนมปังให้ดีดขึ้นมาโดยอัตโนมัติ เป็นอันเสร็จสิ้นกระบวนการ

   สรุป 

     เครื่องปิ้งขนมปังใช้หลักการเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นความร้อนผ่านลวดต้านทาน เพื่อแผ่รังสีความร้อนไปปิ้งขนมปัง และมีระบบตั้งเวลาอัตโนมัติเพื่อหยุดการทำงานและดีดขนมปังขึ้นมาเมื่อได้ที่ 

   ระบบทางเทคโนโลยีเครื่องปิ้งขนมปัง

1. ตัวป้อน (Input)

คือ สิ่งที่ต้องใส่เข้าไปในระบบ เพื่อให้ระบบเริ่มต้นทำงานและมีวัตถุดิบในการทำงาน

• พลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy): เป็นแหล่งพลังงานหลักที่ทำให้ขดลวดความร้อนทำงาน

• แผ่นขนมปัง (Bread Slices): เป็นวัตถุดิบที่ต้องการนำมาผ่านกระบวนการ

• การตั้งค่าของผู้ใช้ (User Settings): ข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนให้เครื่อง

  • ระดับความเกรียม (Browning Control): การหมุนปุ่มตั้งเวลาหรือระดับความร้อน

• การกระทำของผู้ใช้ (User Action): การกดคันโยกลง เพื่อเริ่มต้นการทำงานและนำขนมปังลงสู่ช่องปิ้ง

2. กระบวนการ (Process)

คือ ขั้นตอนการทำงานภายในเครื่องที่จะเปลี่ยนตัวป้อนให้เป็นผลผลิต

1. การล็อกและเริ่มต้น: เมื่อกดคันโยกลง กลไกจะล็อกตะแกรงวางขนมปังให้อยู่ด้านล่าง และสวิตช์ไฟหลักภายในเครื่องจะถูกเชื่อมต่อ

2. การเปลี่ยนพลังงาน (Energy Conversion): กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดความร้อน (Heating Filaments/Nichrome Wire) ที่อยู่ขนาบข้างแผ่นขนมปัง พลังงานไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนและรังสีอินฟราเรด ทำให้ขดลวดแดงและร้อนจัด

3. การให้ความร้อนแก่วัตถุดิบ: ความร้อนแผ่เข้าสู่แผ่นขนมปัง ไล่ความชื้นออก และทำให้ผิวหน้าของขนมปังเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลและกรอบ (เกิดปฏิกิริยาเมลลาร์ด)

4. การควบคุมเวลา/อุณหภูมิ (Timing/Control Mechanism): นี่คือส่วนสำคัญที่กำหนดว่าจะหยุดปิ้งเมื่อไหร่ ซึ่งมีหลายแบบ:

   • แบบขดลวดความร้อน (Bi-metallic strip): แผ่นโลหะสองชนิดประกบกัน เมื่อโดนความร้อนจะโค้งงอ จนไปเตะสลักให้หลุด

   • แบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Timer): ใช้วงจรเก็บประจุไฟฟ้าในการจับเวลาตามที่ผู้ใช้ตั้งค่าไว้ เมื่อครบเวลาจะส่งสัญญาณไปตัดวงจร

5. การสิ้นสุดการทำงาน: เมื่อถึงจุดที่กำหนด (ตามเวลาหรืออุณหภูมิ) ระบบจะตัดกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้ขดลวดความร้อน และปลดล็อกสลักคันโยก สปริงจะดีดตะแกรงวางขนมปังขึ้นด้านบน

3. ผลผลิต (Output)

คือ สิ่งที่ได้ออกมาจากระบบ ซึ่งเป็นเป้าหมายของการใช้งาน

• ขนมปังปิ้ง (Toasted Bread): ขนมปังที่มีความกรอบและสีสันตามระดับที่ต้องการ

• (ผลพลอยได้): ความร้อนที่แผ่ออกมารอบเครื่อง และเศษขนมปังที่ตกลงสู่ถาดรองด้านล่าง

4. ข้อมูลย้อนกลับ (Feedback)

คือ ข้อมูลที่ระบบใช้ตรวจสอบเพื่อควบคุมการทำงาน หรือแจ้งเตือนผู้ใช้

• กลไกตัดการทำงาน (Automated Shut-off Mechanism): (ถือเป็น Feedback ภายในระบบ) การที่ตัวจับเวลาหรือแผ่นไบเมทัลรับรู้ว่า "ครบเวลา" หรือ "ร้อนเพียงพอแล้ว" ตามที่ตั้งค่าไว้ใน Input และส่งสัญญาณกลับไปที่กระบวนการเพื่อสั่งให้ "หยุดให้ความร้อนและดีดขนมปังขึ้น"

• การดีดตัวของขนมปัง (Pop-up Action): (Feedback สู่ผู้ใช้) เป็นสัญญาณทางกายภาพและเสียงที่แจ้งให้ผู้ใช้ทราบว่ากระบวนการเสร็จสมบูรณ์แล้ว

• ปุ่มยกเลิก (Cancel Button): (Feedback จากผู้ใช้สู่ระบบ) หากผู้ใช้เห็นว่าขนมปังไหม้เกินไปก่อนที่เครื่องจะตัด สามารถกดยกเลิกเพื่อสั่งให้กระบวนการหยุดทันที

 เครื่องปิ้งขนมปัง (ไม่เด้ง/ไหม้)

·         Input: ขนมปัง, ไฟฟ้า, เวลา

·         Process: ขดลวดให้ความร้อน -> กลไกล็อกตระแกรง

·         Feedback: วงจรจับเวลา (Timer) / ไบเมทัล

·         output : ขนมปังปิ้ง ที่สุก/กรอบ

·         สาเหตุ: เศษขนมปังไปขัดกลไกตัวล็อก, สปริงล้า

·         การแก้ไข: คว่ำเครื่องเคาะเศษขนมปังออก, เปิดฝาถาดรองเศษด้านล่าง

·         การดูแล: เทถาดรองเศษขนมปังทุกครั้งหลังใช้