Transcript เรื่องความร้อนและอุณหภูมิ

ความร้อนและอุณหภูมิ (Heat and
Temperature)
1
อุณหภูมิและความร้อน
Temperature and heat
• “ความร้อน” หรื อ “ความเย็น” ของวัตถุแสดงได้ดว้ ยปริ มาณที่เรี ยกว่า
อุณหภูมิ
• เครื่ องมือที่ใช้บอกอุณหภูมิ อาศัยความสัมพันธ์ของสมบัติทางกายภาพ
ของสสารที่วดั ได้กบั อุณหภูมิ
2
• “ถ้าวัตถุ A และ วัตถุ B ต่างก็อยูใ่ นสมดุลความร้อนกับวัตถุ C แล้ว วัตถุ A
และวัตถุ B จะอยูใ่ นสมดุลความร้อนซึ่ งกันและกันด้วย”
• วัตถุสองอันอยูใ่ นสมดุลความร้ อนซึ่ งกันและกันก็ต่อเมื่อมีอุณหภูมิเท่ากัน
3
กฎข้อที่ศูนย์ของเทอร์โมไดนามิกส์ (The Zeroth Law of Thermodynamics)
4
เทอร์โมมิเตอร์และสเกลที่ใช้บอกอุณหภูมิ
Thermometers and temperature scales
• ตัวอย่างของเทอร์โมมิเตอร์ที่นิยมใช้มีโครงสร้างประกอบด้วย ปรอท
หรื อแอลกอฮอล์บรรจุในหลอดแก้วเล็ก ซึ่งอาศัยการเปลี่ยนแปลง
ปริ มาตรของสสารที่ใช้กบั ความร้อน (หรื อความเย็น) บอกอุณหภูมิ
5
สเกลที่ใช้บอกอุณหภูมิ
ความสัมพันธ์ระหว่างสเกลฟาร์เรนไฮต์กบั สเกลเซลเซียส
ช่ วงอุณหภูมิถูกกาหนดโดยใช้ จุดเยือกแข็งและจุด
เดือดของนา้ บริสุทธิ์

9
T  T  32
F 5 C

5
T  T  32
C 9 F

6
F
ตัวอย่ าง ทองมีจดุ หลอมเหลวที่ 1064C และจุดเดือดที2660
่ C
ก. จงเขียนอุณหภูมิเหล่านี ้ในหน่วย F และ K
ข. จงหาผลต่างระหว่างอุณหภูมิที่สองจุดนี ้ในหน่วย C และK
วิธีทา
ก)
TMelting 
9
1064   32  1974F
5
TMelting  1064  273.15  1337 K
9
TBoiling   2660   32  4820F
5
TBoiling  2660  273.15  2933 K
ข) ผลต่างระหว่างสองจุด  2660  1064  1596C  1596 K
7
Gas Thermometer
Gas thermometer
เป็ นเทอร์ โมมิเตอร์ ทวี่ ดั อุณหภูมิโดย
อาศัยการเปลีย่ นแปลงของความดัน
ก๊าซกับอุณหภูมิเมื่อปริมาตรคงที่
Gas Thermometer
8
อุณหภูมิและความดันสั มพันธ์
แบบเชิงเส้ น
p T
กราฟแสดงความสั มพันธ์ ระหว่ างอุณหภูมกิ บั ความดัน
ทีไ่ ด้ จาก Gas thermometer
9
? เมื่อ gas thermometer อ่านค่ าอุณหภูมิได้ -1000C ความดันของก๊าซที่ใช้ มี
ค่ าเท่ าใด
4000 Pa
10
กราฟจาก gas thermometer ตัดแกนนอนที่ค่าคงที่สาหรับค่ าความดัน
เริ่มต้ นต่ างๆ
11
อุณหภูมิในสเกลเคลวินหรื อสเกลสัมบูรณ์
Kelvin or absolute temperature scale
• สเกลเคลวินถูกกาหนดให้สมั พันธ์กบั ค่า
ความดันศูนย์ อุณหภูมิ ณ ค่าความดันนี้คือ
O K หรื อศูนย์องศาสัมบูรณ์ สัมพันธ์
กับค่าอุณหภูมิ -273.150C
TK  TC  273.15
12
การขยายตัวตามอุณหภูมิหรื อความร้อน
Thermal expansion
โดยทัว่ ไปสสารเมื่อได้ รับความร้ อนจะเกิดการ
ขยายตัว เมื่อได้ รับความเย็นจะเกิดการหดตัว
การขยายตัวมี 3 แบบ คือ
• การขยายตัวเชิงเส้น
(Linear expansion)
• การขยายตัวเชิงพื้นที่
(Area expansion)
• การขยายตัวเชิงปริ มาตร
(Volume expansion)
13
การขยายตัวเชิงเส้น
Linear expansion
ความยาวของวัตถุทเี่ ปลีย่ นแปลงแปรตามความยาวเดิมของวัตถุและอุณหภูมิ
ที่เปลีย่ นไป
L   L0T

คือ สั มประสิ ทธิ์การขยายตัวเชิงเส้ น (coefficient of linear expansion)
14
?อุณหภูมติ ้ องเพิม่ เป็ นเท่ าใดจึงทาให้ ช่องว่ างระหว่ างแท่ งโลหะทั้งสองปิ ดพอดี กาหนดให้
อุณหภูมเิ ริ่มต้ นเป็ น 280C
Brass: 19 x 10-6 C-1
Aluminum: 23 x 10-6 C-1
15
ช่ องว่ างระหว่ างรอยต่ อของรางรถไฟ
16
โครงสร้ างบริเวณรอยต่ อของผิวสะพานเมือ่ คานึงถึงผลของ thermal
expansion
17
การขยายตัวเชิงพื้นที่
Area expansion
พืน้ ทีข่ องวัตถุทเี่ ปลีย่ นแปลงแปรตามพืน้ ทีเ่ ดิมของวัตถุและอุณหภูมิที่
เปลีย่ นไป
A   A0 T

คือ สั มประสิ ทธิ์การขยายตัวเชิงพืน้ ที่ (coefficient of area expansion)
18
กาหนดให้ เป็ นสั มประสิ ทธิ์การขยายตัวเชิงเส้ นของโลหะ และมีการขยายตัวในทุกทิศทางเท่ ากัน
19
การขยายตัวเชิงปริ มาตร
Volume expansion
ปริมาตรของวัตถุทเี่ ปลีย่ นแปลงแปรตามปริมาตรเดิมของวัตถุและอุณหภูมิที่
เปลีย่ นไป
V  V0T

คือ สั มประสิ ทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตร (coefficient of volume expansion)
20
การขยายตัวตามอุณหภูมสิ าหรับของแข็งแบบไอโซทรอปิ ก (isotropic)
21
ปริ มาณความร้อน
Quantity of heat
• ความร้อนเป็ นพลังงานรู ปหนึ่งซึ่งถูกส่ งผ่านจากระบบที่มอี ุณหภูมิสูงไป
ยังระบบที่อุณหภูมิต่า
• ปริ มาณความร้อน 1 cal คือปริ มาณความร้อนที่ใช้ในการทาให้น้ า 1
กรัม มีอุณหภูมิเพิ่มจาก 14.50C เป็ น 15.50C ที่ความดัน 1
atm
• Joule equivalence : 1.00 cal = 4.19 J
22
ความร้อน (Heat); Q
T1 >T2
T1
T2
ทิศการไหลของความร้ อน Q
ระบบ SI หน่วยของความร้อน คือ J (จูล)
หน่วยของความร้อน อื่นๆ คือ แคลอรี (cal)
1 cal =4.186 J
1 Btu = 522 ft.lb = 252 cal = 1055 J
23
ความจุความร้อนจาเพาะ
Specific heat capacity
ความจุความร้ อนจาเพาะ c คือปริมาณความร้ อนทีใ่ ช้ เพิม่ หรือลดอุณหภูมิของ
สสารมวลหนึ่งหน่ วยไป 1 องศา
Q
c
mT
สสารทีม่ ีค่าความจุความร้ อนตา่ สามารถเปลีย่ นอุณหภูมิได้ ง่ายกว่ าสสาร
ทีม่ ีค่าความจุความร้ อนสู ง
24
เมื่อเปรียบเทียบระหว่ างนา้ (water) และ เหล็ก (iron) ซึ่งมีมวลเท่ ากัน โดยได้ รับ
ความร้ อนปริมาณเท่ ากัน ในช่ วงเวลาเท่ ากันและมีอุณหภูมิเริ่มต้ นเท่ ากัน พบว่ าเหล็ก
มีอุณหภูมิสูงกว่ านา้ เนื่องจากความจุความร้ อนจาเพาะของเหล็กน้ อยกว่ านา้
พิจารณาได้ จาก
Q
T 
mc
C เหล็ก = 0.11 cal/g 0C
C น้ า = 1.00
cal/g 0C
25
การเปลี่ยนสถานะและความร้อนแฝง
Phase changes and Latent heat
Q  mLV
Q  mLf
Q  mLV
Q  mLf
26
L f  3.34 105 J/kg  79.6cal/g  143Btu/lb
Lv  2.256  105 J/kg  539cal/g  970Btu/lb
Q  mLv
Q  mcT
Q  mL f
กราฟแสดง การเปลีย่ นแปลงสถานะของนา้ เมือ่ อุณหภูมเิ ปลีย่ นไป
27
230c
28
วิธีลดความร้อนออกจากร่างกายในขณะที่มีไข้สงู คือใช้ผา้ ชุบแอลกอฮอล์
เช็ดตัว การระเหยของแอลกอฮอล์นัน้ เกิดขึน้ อย่างรวดเร็วมาก ถามว่าเรา
ต้องใช้แอลกอฮอล์ทงั ้ หมดกี่กรัมในการระเหยออกจากผิวหนังของชายที่
หนัก 70 kg เพื่อลดอุณหภูมิลง 1.5 0C
สมมติให้พลังงานความร้อนที่ต้องการใช้ในการระเหยของแอลกอฮอล์
มาจากชายคนนี้ ดังนัน้
Qalcohol  Qman
mLv ,alcohol  mmancman Tman
mmancman Tman (70  103 g)(0.83 cal/g C)(1.5 o C)
m

Lv ,alcohol
204 cal/g
 427 g
29
30
การส่ งผ่านความร้อน
Heat transfer
• การนาความร้อน
(Heat conduction)
• การพาความร้อน
(Heat convection)
• การแผ่รังสี ความร้อน
(Heat radiation)
31
การนาความร้อน
(Heat conduction)
การนาความร้ อน เป็ นการส่ งผ่ านความร้ อนด้ วยการชนกันของอนุภาคตัวกลาง
ทีอ่ ยู่ติดกัน โดยไม่ มีการเคลือ่ นทีข่ องอนุภาคตัวกลาง การไหลของความร้ อนมี
ทิศทางจากทีท่ มี่ ีอุณภูมิสูงไปยังทีท่ มี่ อี ุณหภูมติ ่า
แสดงการนาความร้ อนในฉนวน
32
การนาความร้ อนในโลหะเกิดขึน้ ได้ รวดเร็วกว่ าในฉนวน
เนื่องจากมีอเิ ล็กตรอนอิสระช่ วยในการส่ งผ่ านความร้ อน
33
วิเคราะห์การนาความร้อน
พิจารณาแท่ งตัวนาที่มีพนื้ ทีห่ น้ าตัด A ยาว L ต่ อกับแหล่ งอุณหภูมิสูง TH
และแหล่งอุณหภูมิต่า TC แท่ งตัวนนาถูกหุ้มด้ วยฉนวน
อัตราการไหลของความร้ อน
หรือ กระแสความร้ อน
TH  TC 

dQ
IH 
 kA
dt
L
k = สภาพนาความร้อน (Thermal conductivity)
34
การนาความร้ อน (heat conduction)
dQ kA(Thot  Tcold )
IH 

dt
L
IH = กระแสความร้ อน (J/s หรือ W)
Q = พลังงานความร้ อน (J)
k = สภาพนาความร้ อน (W/m.K)
A= พืน้ ที่หน้ าตัดของตัวกลางที่ความร้ อนไหลผ่าน
(m2)
t= เวลา (s)
T= อุณหภูมิ (K)
L= ความหนาของตัวกลางที่ความร้ อนไหลผ่าน (m)
35
สภาพนาความร้ อน (Thermal conductivity)
36
การนาความร้ อนของวัสดุต่างชนิด
37
ตัวอย่ าง เตาอบอาหารมีพื ้นที่ผิวทังหมด
้
0.20 m2 และผนังหนา 1.5 cm ซึง่
มีสภาพนาความร้ อน จงหาว่าใน 30 นาที มีการสูญเสียความร้ อนเท่าไร
เมื่ออุณหภูมิในเตาเป็ น และภายนอกเป็ น k  4.0 10 W/m C
2
อัตราการไหลของความร้ อนผ่านผนังเตา

TH  TC
dQ
 kA
dt
L

2
2
dQ  4.0 10 W/m C 0.20 m   245  30 C 
IH 

 0.11 kW
dt
0.015 m
ดังนันใน
้ 30 นาที มีการสูญเสียความร้ อนไป
0.11 kW30 60 s  2.0105 J
38
39
การพาความร้อน
(Convection)
การพาความร้ อน เกิดขึน้ โดยอาศัยการเคลือ่ นที่ของมวลของของไหล เช่ น นา้
หรือ อากาศทีถ่ ูกทาให้ ร้อนจากทีห่ นึ่งไปยังอีกทีห่ นึ่ง
จากรูป โมเลกุลของนา้ พา
ความร้ อนจากบริเวณก้น
ภาชนะไปยังส่ วนต่ างๆของ
ภาชนะ
40
การพาความร้อน
การพาความร้ อนอย่ างไม่ อสิ ระ (forced
convection) เกิดขึน้ เมือ่ การเคลือ่ นที่ของของ
ไหลถูกบังคับ
การพาความร้ อนอย่ างอิสระ (free convection)
เกิดขึน้ เมือ่ การเคลือ่ นที่ของของไหลเกิดจาก
ผลต่ างของความหนาแน่ น
41
ลมทะเล
ลมบก
การพาความร้ อนในธรรมชาติ
42
ลมทะเลและลมบกเกิดเนื่องจากความแตกต่ างของความจุความร้ อนจาเพาะ
ของทรายกับนา้
ลมทะเล
ลมบก
43
การแผ่รังสี ความร้อน
(Radiation)
การแผ่ รังสี ความร้ อนเป็ นการส่ งผ่ านความร้ อนโดยคลืน่ แม่ เหล็กไฟฟ้า การแผ่ รังสี
เกิดขึน้ ได้ โดยไม่ ต้องอาศัยตัวกลาง เช่ น ความร้ อนที่มาจากดวงอาทิตย์ หรือความ
ร้ อนที่มาจากกองไฟ
44
การแผ่ รังสี ความร้ อน
(heat radiation)
45
แสดงค่าอุณหภูมิของวัตถุ
ความสั มพันธ์ ระหว่ างพลังงานการแผ่รังสี กบั ความยาวคลืน่
วัตถุทุกชนิดทีม่ ีอณ
ุ หภูมสิ ู งกว่ า 0 K จะแผ่ รังสี ออกมาทุกช่ วงความยาวคลืน่ 46
max
1

Object's Temperature
max
b

T
เมื่อ
b = Wein’s displacement constant = 2.898 10
3
mK
กระแสของความร้ อน IH เนื่องจากการแผ่ รังสี หรืออัตราการแผ่ รังสี ของวัตถุพนื้ ที่ A ทีม่ ี
อุณหภูมสิ ั มบูรณ์ T คือ
dQ
IH 
 Ae T 4
dt
47
Stefan-Boltzmann Law
dQ
4
IH 
 Ae T
dt
 (Stefan-Boltzmann Constant)  5.67x108W / m2 .K 4
e = emissivity หรือ สภาพการแผ่ รังสี มีค่าอยู่ระหว่ าง 0 ถึง 1 ขึน้ อยู่กบั
ชนิดและอุณหภูมิของวัตถุ
วัตถุดา (black body) มีค่า emissivity เป็ น 1
วัตถุดำคือ วัตถุทดี่ ูดกลืนพลังงำนรั งสีทงั้ หมดทีต่ กลงบนวัตถุ ทีส่ ภำวะสมดุลทำง
ควำมร้ อน มันจะแผ่ รังสีออกมำเท่ ำกับทีม่ ันดูดเข้ ำไป
48
Thermal imagings
49
Infrared
50
การระบายความร้อนออกจากร่ างกาย
กระบวนการส่ งผ่านความร้ อนแบบใดทีช่ ่ วยระบายความร้ อนจากร่ างกายได้ ดีทสี่ ุ ด?
51
สมการของสภาวะ (Equation of state)
ขอบเขต (boundary)
สิ่ งแวดล้ อม (surrounding)
ระบบ (System)
P, V, T, m
52
สมการของสภาวะสาหรับก๊าซอุดมคติ (The Ideal Gas Equation of state)
-
-
ปริ มาตร V แปรผันตรงกับจานวนโมล n เมื่อ p และ T คงตัว
ปริ มาตร V แปรผกผันกับความดันสัมบูรณ์ (absolute pressure) p จะ
ได้ ว่า pV = ค่าคงตัว เมื่อ n และ T คงตัว
ความดัน p แปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ (สเกลเคลวิน) T จะได้ ว่า
p = (ค่าคงตัว) T เมื่อ n และ V คงตัว
pV=nRT
(The Ideal-gas equation of state)
pV  nRT
R  8.31450 J/mol.K
R คือ ค่าคงตัวสากลของก๊าซ = 8.31450 J/mol.K
n คือจานวนโมล
53
เขียนในรู ป มวลทั้งหมด
mtot  nM
mtot คือ มวลทัง้ หมด
M คือ มวลของโมลเลกุล 1 โมเลกุล
mtot
pV 
RT
M
จาก
pV  nRT
nR 
pV

T
ค่าคงตัว
ค่าคงตัว
ระบบมวลของก๊าซอุดมคติคงตัว (จานวนโมลคงตัว)ในสองสภาวะที่ต่างกัน คือ
p1V1 p2V2

T1
T2
54
พิจารณาสมการของสภาวะของก๊าซในเทอมของจานวนโมเลกุล N
N  nN A
เลขอาโวกาโดร
จาก
N A  6.022 1023 molecules/mol
pV  nRT
N
pV 
RT
NA
pV  NkT
กาหนดให้
R
k
 1.3811023 J/molecules.K
NA
k หรื อ kB คือ ค่าคงตัวของ Boltzmann
55
สมการ Van der waals สาหรับก๊าซจริง (Van der waals Equation for Real Gas)
2
an
( p  2 )(V  nb)  nRT
V
b
คือ ปริ มาตรของก๊าซ 1 โมล
a
คือ แรงดึงดูดของระหว่างโมเลกุลของก๊าซที่อยูต่ ิดกัน
56
ทฤษฎีจลน์ ของก๊าซ
y
m
vx
l
x
l
l
z
pressure
P  mvx  (mvx )
P  2mvx
57
P  2mvx
2mvx
mvx2
P
F


t (2l / vx )
l
m 2
2
F  (vx1  vx22  ...  vxn
)
l
ความเร็ วกาลังสองเฉลี่ยของโมเลกุลทั้งหมด คือ
v
จะได้วา่
เนื่องจาก
2
x
vx21  vx22  ...  v 2 xn

N
m
F  N vx2
l
v 2  vx2  v y2  vz2
v 2  vx2  v y2  vz2
เมื่อ
จะได้
vx2  v y2  vz2
v 2  3 vx2
58
2
x
v
แทนค่าใน
หาค่าความดัน
เขียนใหม่ได้เป็ น
จาก

v2
3
m
N v2x
l
v2
m
F N
l
3
F
2
2
F 1 Nm v
1 Nm v
P 

A 3 Al
3 V
pV 
2 1

N  m v2 
3 2

pV  NkT
2 1

N  m v 2   NkT
3 2

1
 3
K   m v 2   kT
2
 2
59
ความเร็ วเฉลี่ยของโมเลกุล
2 1

N  m v 2   NkT
3 2

3kT
2
v 
m
ความเร็ วรากที่สองของกาลังสองเฉลี่ย (root-mean-square velocity)
vrms 
v2 
3kT
m
http://www.7stones.com/Homepage/Publisher/Thermo1.html
PV=nRT
60
แผนภาพ pV (pV- diagram)
61
กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ (The First Law of Thermodynamics)
ระบบ คือ บริเวณ หรือ สสารทีเ่ รากาลังศึกษา ซึ่งแยกออกจากสิ่ งแวดล้ อม
ระบบทางเทอร์โมไดนามิกส์ คือ ระบบที่สามารถมีอนั ตรกิริยา และแลกเปลี่ยนพลังงาน
กับ สิ่ งแวดล้อม เช่น การถ่ายเทความร้อน (Q)
กระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกส์ คือ การเปลี่ยนสภาวะของระบบ
62
งานทีก่ ระทาระหว่ างการเปลีย่ นปริมาตร
F = pA
dx
dW  Fdx  pAdx
dW  pdV
dW   pdV
V2
W    pdV
V1
63
V2
W    pdV  0
V1
V2
W    pdV  0
W   p V2 V1 
V1
pV-diagram
Work by system
64
เส้นทางการเปลี่ยนสภาวะทางเทอร์โมไดนามิกส์
(a)
งานที่กระทาโดยระบบจะขึ้นอยูก่ บั สภาวะตั้งต้นและสภาวะ
สุ ดท้าย รวมทั้งเส้นทางที่ใช้ในการเปลี่ยนสภาวะ
65
(a) การขยายตัวแบบไอโซเทอร์มลั ของก๊าซ
แบบควบคุมอย่างช้าๆ ความดันต่าๆ
(b) การขยายตัวของก๊าซอย่างรวดเร็ว
แบบไม่ควบคุม
ความร้ อน (Q) ขึน้ กับสภาวะเริ่ มต้ น และและสภาวะสุดท้ าย รวมทั้งเส้ นทางในการเปลี่ยนแปลง
66
พลังงานภายใน และกฎข้ อที่หนึ่งของเทอร์ โมไดนามิกส์
U  Q  W
(กฎการอนุรักษ์พลังงาน)
U  U 2  U1
ถ้าพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น ΔU เป็ น บวก
ถ้าพลังงานภายในของระบบลดลง ΔU เป็ น ลบ
ΔU ขึ้นอย่ กู บั สภำวะตั้งต้ น และสภำวะสุดท้ ำย เท่ ำนั้น ไม่ ขึ้นกับเส้ นทำงทีใ่ ช้ ในกำร
เปลีย่ นสภำวะ
67
ความร้ อน Q
Q เป็ น บวก สาหรับปริมาณความร้ อนไหลเข้ าไปใน
ระบบ
Q เป็ น ลบ สาหรับปริมาณความร้ อนไหลออกจากระบบ
งาน W
W เป็ น บวก สาหรับงานที่ทาต่ อระบบ (โดย
สิ่งแวดล้อม)
W เป็ น ลบ สาหรับงานที่ทาโดยระบบ
(หรือระบบสิ่งแวดล้อม)
68
ตัวอย่ าง
ในกระบวนการเปลี่ยนสภาวะของระบบทางเทอร์โมไดนามิกส์ระบบหนึ่ง พบว่า
พลังงานภายในของระบบลดลง 500 J ในขณะที่มีการทางานให้แก่ระบบ 220 J
จงหาปริ มาณความร้อนที่ถูกส่ งผ่านในกระบวนการนี้ พร้อมทั้งบอกทิศทางด้วย
วิธีทาU  500 J
W  220 J
จะได้
จากกฎข้ อที่ 1
(เป็ นลบเพราะพลังงานภายในของระบบลดลง)
(เป็ นบวกเพราะสิ่ งแวดล้อมทางานต่ อระบบ)
U  Q  W
Q  U W   500 J    220 J   720 J
เครื่ องหมายลบบอกว่าความร้ อนไหลออกจากระบบ
69
ประเภทของกระบวนการทางเทอร์ โมไดนามิกส์
(1) Adiabatic Process
ป็ นกระบวนการที่ไม่มีการส่งผ่านความร้ อนเข้ าหรื อออกจากระบบ นัน่ คือ
Q0
จากกฎข้อที่หนึ่งเราพบว่าสาหรับกระบวนการแบบนี้
U2  U1  U  W
70
ประเภทของกระบวนการทางเทอร์ โมไดนามิกส์
(2) Isochoric Process (หรื อ Isovolumetric Process)
เป็ นกระบวนการที่ปริมาตรของระบบคงที่ แสดงว่าระบบไม่มีการ
ทางานต่อสิง่ แวดล้ อม หรื อ W  0
จากกฎข้อที่หนึ่งเราพบว่าสาหรับกระบวนการแบบนี้
U2  U1  U  Q
71
ประเภทของกระบวนการทางเทอร์ โมไดนามิกส์
(3) Isobaric Process
เป็ นกระบวนการที่ความดันคงของระบบมีค่าที่ โดยที่ไม่มีปริมาณใด
U , Q หรื อ W เป็ นศูนย์ แต่การคานวณหา
W
ทาได้ ง่าย คือ W   p V2 V1 
72
ประเภทของกระบวนการทางเทอร์ โมไดนามิกส์
(4) Isothermal Process
เป็ นกระบวนการที่อุณหภูมิของระบบมีค่าคงที่ เช่นเดียวกับกระบวนการที่
U , Q หรื อW
แล้ ว ไม่มีปริมาณใด
เป็ นศูนย์
แต่ความร้ อนที่ไหลเข้ าหรื อออกจากระบบจะต้ องเป็ นไปอย่างช้ า
ๆ โดยที่ไม่ทาลายสมดุลความร้ อนของระบบ
ก๊ าซอุดมคติ สาหรับระบบแบบนี ้ ถ้ าอุณหภูมิคงที่ U  0
ดังนัน้
Q  W
นัน่ คือพลังงานความร้ อนทังหมดที
้
่ระบบได้ รับจะกลายไปเป็ นงานที่ระบบทา
73
ประเภทของกระบวนการทางเทอร์ โมไดนามิกส์
p
a
3
Isobaric
T3 > Ta
Isothermal
รูปที่ 10-9
T4 = Ta
Isochoric
T2 < Ta
2
4
1
Adiabatic
T1 < Ta
V
pV-diagram และการเปลีย่ นสภาวะทั้ง 4 แบบของก๊าซอุดมคติ
74
ความจุความร้ อนโมลาร์ ของก๊ าซอุดมคติ
(Molar Heat Capacity of an Ideal Gas)
p
ปริ มาตรคงที่
p2
ความดันคงที่
p1
V1
V2
V
pV -diagram และการเปลีย่ นสภาวะแบบปริมาตรคงทีแ่ ละความดันคงที่
75
จากกฎข้อที่หนึ่ง
Q  U W  U  p1 V2 V1 
76
77
78