Transcript ภาพนิ่ง 1 - Learners.in.th

ในสมัยโบราณเชื่ อกันว่ าความร้ อนเป็ นของไหลอย่ างหนึ่งเรี ยกว่ า
คาลอริ ค (caloric)วัตถุจะมีการถ่ ายเท คาลอริ ค นี้ระหว่ างกัน ในปั จจุบันเรา
อธิบายว่ า ความร้ อนเป็ นพลังงานรู ปหนึ่งซึ่งรบเร้ าประสาทสั มผัสได้ ทาให้ เรา
อาจรู้ สึ ก ได้ ว่ า มีค วามร้ อ นด้ ว ยประสาทสั ม ผั ส และความร้ อ นจะสามารถ
ถ่ า ยเทจากวั ต ถุ ห นึ่ ง ไปยัง วั ต ถุ ห นึ่ ง หรื อ อี ก ที่ ห นึ่ ง ได้ พลั ง งานความร้ อ น
สามารถใช้ ในรู ปแบบต่ างๆได้ พลังงานความร้ อนนี้อยู่ในรู ปพลังงานจลน์ เนื่องจากการสั่ นของโมเลกุลของวัตถุ ถ้ าโมเลกุลของวัตถุ ถูกทาให้ สั่นด้ วย
ความถี่ประมาณ 10 ยกกาลัง 13 รอบต่ อวินาทีก็จะทาให้ เกิดพลังงานความ
ร้ อนขึน้
ผลของความร้ อนต่ อสิ่ งต่ างๆ ความร้ อนสามารถทาให้ เกิดผลต่ างๆต่ อวัตถุได้ ดังนี้
3.1 เปลีย่ นแปลงระดับความร้ อนและสถานะของวัตถุ เมือ่ วัตถุได้ รับความร้ อนจะทาให้
สภาพความร้ อนเย็นเปลีย่ นไป เช่ น น้าเมือ่ ได้ รับความร้ อนจากเตาไฟก็จะมีความร้ อนระดับ
ความร้ อนสู งขึน้ จนทาให้ น้าเดือดและเปลีย่ นสถานะกลายเป็ นไอน้าได้ เหล็กและโลหะต่ างๆ
ซึ่งเป็ นของแข็งในสภาพปกติ ถ้ าได้ รับความร้ อนมากๆก็สามารถจะหลอมเหลวได้ และ
กลายเป็ นไอสารในที่สุด ในทางตรงกันข้ าม ถ้ าสู ญเสี ยความร้ อนเป็ นจานวนมากก็กลายเป็ น
ของแข็ง เช่ น น้ากลายเป็ นน้าแข็งเป็ นต้ น
3.2 ความร้ อนทาให้ วตั ถุขยายตัว วัตถุต่างๆ เมือ่ ได้ รับความร้ อนจะขยายปริมาตรของวัตถุ
ได้ ไม่ ว่าวัตถุน้ันจะเป็ นของแข็งหรือของเหลวหรือแก๊ สก็ตามจากการที่เราทราบว่ าวัตถุจะ
ขยายตัวเมือ่ ได้ รับความร้ อนหรือเกิดความร้ อนขึน้ ทาให้ เรานาความรู้ เหล่ านี้มาปรับสภาพ
ของวัตถุให้ เหมาะสมกับวัตถุสภาพต่ างๆได้ เช่ น น้าจะกลายเป็ นน้าแข็ง เป็ นต้ น
3.3 ความร้ อนทาให้ เกิดไฟฟ้า เราพบว่ าถ้ าเราทาให้ ปลายสองด้ านของโลหะคู่หนึ่งๆมีระดับ
ความร้ อนต่ างกันมากๆ
ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าขึน้ ในโลหะนั้นได้ เราเรียกโลหะดังกล่ าวว่ าคู่ควบความร้ อนใน
ปัจจุบันพัฒนาเป็ นเครื่องวัดระดับความร้ อนอย่ างหนึ่ง
3.4 ความร้ อนช่ วยเร่ งปฏิกริ ิยาเคมี ในการทาปฏิกริ ิยาเคมีบางอย่ าง ถ้ าเราทาให้ ความ
ร้ อนแก่ สารที่จะทาปฏิกริ ิยาเคมีกจ็ ะทาให้ ปฏิกริ ิยาเคมีเกิดขึน้ ปฏิกริ ิยาเคมีบางอย่ างจะ
ไม่ เกิดขึน้ ถ้ าความร้ อนไม่ มากพอ เช่ น ผงเหล็กกับกัมมะถันจะไม่ เกิดปฏิกริ ิยาจนกว่ าจะ
ได้ รับความร้ อน
ถึงระดับหนึ่ง เป็ นต้ น
3.5 ความร้ อนทาให้ คุณสมบัติของวัตถุเปลีย่ นไปการไหลของของไหลจะมีความเร็ว
ต่ างกันเพราะความหนืดของของไหลจะเปลีย่ นตามระดับของความร้ อน วัตถุบางอย่ างที่
มีระดับของความร้ อนต่ างกันก็จะมีสภาพแข็ง-เปราะยืดหยุ่นแตกต่ างกันออกไปด้ วย
3.6 ความร้ อนมีท้งั โทษและประโยชน์ ต่อสิ่ งมีชีวิตโดยตรง สิ่ งมีชีวติ จาเป็ นต้ องดารงชีพ
อยู่ภายใต้ ระดับความร้ อนระดับหนึ่ง ถ้ าระดับความร้ อนเปลีย่ นแปลงไปมากๆ สิ่ งมีชีวติ
อาจจะตายได้
การทดลองของนักวิทยาศาสตร์ ผ้ หู นึ่ง คือ john loke
การวัดระดับความร้ อน ในหัวข้ อความร้ อนเรากล่ าวว่ าความร้ อนอาจรู้ สึกได้ ด้วยประสาท
สั มผัส ที่กล่ าวเช่ นนั้นเพราะประสาทสั มผัสไม่ อาจวัดระดับความร้ อนได้ เสมอไป ดังจะเห็นได้ จากการ
ทดลองของนักวิทยาศาสตร์ ผู้หนึ่ง คือ john loke การทดลองแบบง่ ายๆของเขาประกอบด้ วยภาชนะ
ใส่ นา้ 3 ใบ ใบที่ 1 มีระดับความร้ อนสู ง ใบที่ 3 มีระดับความร้ อนตา่ หรือเย็น ใบที่ 2 มีระดับความร้ อน
ระหว่ างใบที่ 1 กับ ใบที่ 3 หรืออยู่ในสภาพอุ่นๆดังรู ปที่ 1
อุณหภูมแิ ละเทอร์ โมมิเตอร์
อุณหภูมิ คือ ระดับความร้ อนของวัตถุ วัตถุทมี่ คี วามร้ อนสู งก็จะมีอุณหภูมสิ ู ง ทั้งนีข้ นึ้ อยู่กบั ขนาดของ
วัตถุด้วย “เมือ่ วัตถุมอี ุณหภูมไิ ม่ เท่ ากัน จะมีการถ่ ายเทความร้ อนแก่ กนั จนกระทัง่ วัตถุท้งั สองก้ อนมี
อุณหภูมเิ ท่ ากัน”ความจริงบางทีข้อนีเ้ รียกว่ า กฎข้ อทีศ่ ูนย์ ของอุณหพลศาสตร์ ดังนั้นปริมาณความร้ อน
กับอุณหภูมจิ ึงไม่ จาเป็ นต้ องเหมือนกัน หรือเป็ นปฏิภาคตรงกัน เราอาจเปรียบเทียบอุณหภูมแิ ละความ
ร้ อนกับระดับนา้ และปริมาณนา้ ดังรูป
1.หน่ วยของอุณหภูมิที่ใช้ ในปัจจุบัน มีอยู่หลายแบบเช่ น เป็ นองศาเซลเซียสเป็ นองศาฟาเรนไฮน์ เป็ นองศาโรเมอร์
เป็ นองศาเคลวิน การกาหนดอุณหภูมิรูปแบบต่ างๆใช้ คุณสมบัตกิ ารเปลี่ยนแปลงของวัตถุเทียบกับอุณหภูมิ เช่ น ใช้
นา้ เป็ นตัวเทียบดังรู ป
การคิดเทียบอุณหภูมแิ บบต่ างๆ เนื่องจากยังมีเครื่องใช้ ในระบบอืน่ นอกจากระบบ si
อยู่จึงเห็นสมควรทราบการเทียบอุณหภูมแิ บบต่ างๆด้ วย
สู ตรทีไ่ ด้ ต่อไปนีย้ งั เป็ นสู ตรทีไ่ ด้ จากการเทียบบัญญัติไตรยางค์ ระหว่ างจุดเดือดและจุดเยือกแข็งของนา้ ว่ า
C= F – 32 =R = K – 273.16
ตัวอย่ างที่ 1 เทอร์ โมมิเตอร์ แบบฟาเรนไฮน์ อนั หนี่งอ่ านได้ 59 องศา ขณะนั้นอุณหภูมิ
มีขนาดกีอ่ งศาเซลเซียส,กีอ่ งศาเคลวิน
วิธีทา
จาก C/100 = (F – 32)/180
แทนค่ า F = 59 จะได้ C/100 = (59 – 32)/180
C = (27X 100)/180 = 15 องศาเซลเซียส
C/100 = (k-273.16)/100
K = C+273.16
=15+273.16
=288.16 องศาเคลวิน
เทอร์โมมิเตอร์ เทอร์โมมิเตอร์เป็ นเครื่ องมือที่ใช้วดั อุณหภูมิหลักการที่ใช่ในเทอร์โมมิเตอร์
ส่ วนใหญ่ใช้หลักการขยายตัวของวัตถุเมื่อได้รับความร้อนกาลิเลโอถือว่าเป็ นบุคคลแรกที่สร้าง
เทอร์โมมิเตอร์ข้ ึน เขาใช้กระเปราะแก้วบรรจุแก๊สควา่ อยูใ่ นภาชนะบรรจุของเหลวเมื่อกระเปราะได้รับ
ความร้อนสูงแก๊สจะขยายตัวดันของเหลวให้มีระดับต่าลงในทางตรงกันข้ามถ้าอุณหภูมิต่าแก๊สจะหดตัวทา
ให้ระดับของของเหลวสูงขึ้นดังรู ป
ความร้ อนนอกจากจะเกิดจากแหล่ งกาเนิดความร้ อนแบบต่ างๆดังกล่ าวข้ างต้ น
แล้ ว เรายังอาจทาให้ เกิดความร้ อนได้ จากการนาวัตถุบางอย่ างกระทบกัน การเสี ยดสี ของ
วัตถุอย่ างรวดเร็ว การอัดวัตถุในกระบอกสู บอย่ างรวดเร็ว วิธีการดังกล่ าวมนุษย์ ใช้ ในการ
ก่ อไฟมานานแต่ กย็ งั ไม่ มกี ารคิดถึงหลักเกณฑ์ ทางวิทยาศาสตร์ เคาน์ รุมฟอร์ ดซึ่งมีชีวติ
อยู่ระหว่ าง พ.ศ. 2296-2357เป็ นักวิทยาศาสตร์ คนแรกที่ต้ังข้ อสั งเกตว่ าความร้ อนเกิดจาก
การเสี ยดสี กนั จากปรากฏการณ์ ดังกล่ าวข้ างต้ นทาให้ เชื่อแน่ ว่าพลังงานกลกับความร้ อน
ต้ องมีส่วนเกีย่ วข้ องกันแน่ นอนการทดลองของจูลในปี พ.ศ. 2392 ชาวอังกฤษทาการ
ทดลองเปลีย่ นพลังงานกลเป็ นพลังงานความร้ อนโดยใช้ เครื่องมือ ในลักษณะในรู ป
เมือ่ ปล่ อยก้ อนวัตถุ wลงไปใบพายในคาลอรีมเิ ตอร์ กจ็ ะหมุนไปจะเกิด
ความร้ อนขึน้ ทาให้ อุณหภูมขิ องน้าในคาลอรีมิเตอร์ มคี ่ าสู งขึน้ ปริมาณความร้ อนที่ทา
ให้ น้ามวล 1 กรัมมีอุณหภูมสิ ู งขึน้ 1 องศาเซลเซียสเรียกว่ าความร้ อน 1 คาลอรีหรือ
ปริมาณความร้ อนที่ทาให้ มวล 1 กิโลกรัมมีอุณหภูมเิ ปลี่ยน 1 องศาเซลเซียสก็คอื 1
กิโลคาลอรีนั่นเองจากผลการทดลองของจูล ปรากฏว่ าในการทางานขนาด 4.186 จูล
จะทาให้ เกิดความร้ อน 1 คาลอรี ค่ าของงานขนาดนีเ้ รียกว่ า ค่ าสมมูลกลความร้ อนใน
การเปลีย่ นแปลงหน่ วยของงานและความร้ อนเราจึงอาจเขียนเป็ นสู ตรความสั มพันธ์
ได้ ดังนี้
W = งานกลในหน่ วยเป็ นจูล
Q = ความร้ อนในหน่ วยเป็ นคาลอรี
J = ค่ าสมมูลย์ กลความร้ อนในหน่ วยจูลต่ อคอลอรี
= W/Q
โดยทั่วไปเมือ่ วัตถุได้ รับความร้ อนก็จะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรแต่ ในหัวข้ อนี้จะ
ถื อ ว่ า วั ต ถุ รั บ ความร้ อ นแล้ ว ยั ง มีป ริ ม าตรคงเดิ ม หรื อ เป็ นการเปลี่ ย นแปลงที่ เ กิด ขึ้น โดย
ปริ มาตรคงที่ เมื่อวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่ เท่ ากันมารวมอยู่ด้วยกันก็จะมีการถ่ ายเทความร้ อนแก่
กันจนมีอุณหภู มิเท่ ากันเรี ยกว่ าเกิดสมดุลความร้ อนขึ้น นอกจากนี้ยังรวมไปถึงการที่วัตถุ
ไ ด้ รั บ ค ว า ม ร้ อ น แ ล้ ว มี ก า ร เ ป ลี่ ย น ส ถ า น ะ โ ด ย อุ ณ ห ภู มิ ค ง ที่ ด้ ว ย
1.ปริมาณความร้ อน หมายถึง พลังความร้ อนขนาดหนึ่งโดยปริ มาณ – ความร้ อนหนึ่งหน่ วย
คือปริมาณความร้ อนที่พอดีทาให้ น้าบริสุทธิ์หนึ่งหน่ วยมวลมีอุณหภูมิเพิ่มขึน้ หรือลดลงหนึ่ง
องศาหน่ วยของปริมาณความร้ อนที่สาคัญในปัจจุบันคือ คาลอรี ,กิโลคาลอรี ,บี ที ยู ซึ่งยังคงมี
ใช้ กันอยู่และใช้ หน่ วยเป็ นจูลเหมือนหน่ วยของงานในระบบ siความร้ อนขนาด 1 คาลอรี คือ
ปริมาณความร้ อนที่ทาให้ น้าบริสุทธิ์ 1 กรัมมีอณ
ุ หภูมเิ ปลีย่ นแปลง 1 องศาเซลเซียส
ความร้ อนขนาด 1 กิโลคาลอรี คือ ปริ ม าณความร้ อ นที่ทาให้ น้า บริ สุ ท ธิ์ มวล 1
กิโลกรัม มีอณ
ุ หภูมเิ ปลีย่ นแปลง 1 องศาเซลเซียส
1.ความร้ อนหนึ่ง บีทียู (b.t.u.) คือ ปริมาณความร้ อนที่ทาให้ น้าหนัก 1 ปอนด์ มอี ุณหภูมิ
เปลีย่ นแปลง 1 องศาฟาเรนไฮน์ หน่ วยบีทียูนีไ้ ม่ ใช่ หน่ วยในระบบ si แต่ ที่นามากล่ าวในที่นีก้ เ็ พือ่ ให้
ผู้ศึกษาได้ ทราบไว้ เพราะในปัจจุบัน (พ.ศ. 2534) ยังมีเครื่องใช้ ต่างๆที่วัดความร้ อนในหน่ วย บีทียู
นีอ้ กี มาก
2.ความจุความร้ อน หมายถึง ปริมาณความร้ อนที่ทาให้ วตั ถุมอี ุณหภูมิเปลี่ยนไปหนึ่งหน่ วยองศา
โดยไม่ คานึงถึงมวลหรือขนาดของวัตถุเขียนเป็ นสมการได้ ว่า c = Q / ?T
3.ความจุความร้ อนจาเพาะ หมายถึง ปริมาณความร้ อนที่ทาให้ วตั ถุหนึ่งหน่ วยมวลมีอุณหภูมิ
เปลีย่ นแปลงหนึ่งหน่ วยองศา
C=Q/m?T
Q = mc ?T
ดังนั้น c = c/m ค่ าความจุความร้ อนจาเพาะมีหน่ วยเป็ นคาลอรี /กรัม เซลเซียสวัตถุต่างๆมีค่าความจุ
ความร้ อนจาเพาะต่ างๆกัน จากคาจากัดความของปริมาณความร้ อนค่ าความจุจาเพาะของน้าคือ 1
คาลอรี/กรัมเซลเซียส หรือ 4.18 กิโลจูล/กก.เคลวิน
ค่ าความจุความร้ อน จาเพาะของวัตถุต่างๆซึ่งนักวิทยาศาสตร์ ได้ ทาการทดลองไว้ มีค่าดังตารางที่1
จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ ว่าค่ าความจุความร้ อนจาเพาะของน้าที่อุณหภูมิต่างๆมีค่าไม่ เท่ ากัน ค่ า
ความจุความร้ อนจาเพาะของน้าบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิต่างๆในช่ วง 0 -100 องศาเซลเซียสเป็ นไปดังรู ป
ที่ 10 จะพบว่ าค่ าเซลเซียส ที่ 15 องศาเซลเซียส
15 องศาเซลเซียส = 4.186 j
ความร้ อนแฝงและการเปลีย่ นแปลงสถานะ โดยทั่วไปเมือ่ วัตถุได้ รับความร้ อนก็จะมีระดับ
ความร้ อนหรืออุณหภูมสิ ู งขึน้ ปรากฏว่ า ปรากฏการณ์ ดงั กล่ าวเป็ นจริงเมือ่ วัตถุอยู่ในสถานะเดียวกัน
เท่ านั้น เช่ น น้าที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส ได้ รับความร้ อนก็จะทาให้ อุณหภูมสิ ู งขึน้ เรื่อยๆ ปริมาณ
ความร้ อนจะเป็ นไปตามสมการ Q = mc?T ดังกล่ าวแล้ วแต่ ปรากฏว่ าเมือ่ น้ามีอุณหภูมิ 100 องศา
เซลเซียส และกาลังกลายเป็ นไอน้า น้าจะรับปริมาณความร้ อนต่ อไปอีกโดยที่อุณหภูมิยังคงเป็ น 100
องศาเซลเซียส แสดงว่ าความร้ อนที่ใช้ ไปโดยอุณหภูมคิ งที่นีม้ สี ่ วนเกีย่ วข้ องกับการเปลีย่ นสถานะ
ของวัตถุโดยตรง เราเรียกความร้ อนที่ใช้ ในระหว่ างการเปลี่ยนแปลงสถานะนีว้ ่ า ความร้ อนแฝง
ในการเปลีย่ นแปลงสถานะวัตถุ ปริมาณความร้ อนที่ใช้ ในการเปลี่ยนสถานะจะเป็ นปฏิภาคโดยตรงกับ
มวลของวัตถุที่มกี ารเปลีย่ นแปลงสถานะ
Q?m
เขียนได้ ว่า Q = mL
เมือ่ L เป็ นค่ าความร้ อนแฝงจาเพาะ
ค่ าความร้ อนแฝงข้ างต้ นยังแบ่ งออกเป็ นค่ าความร้ อนแฝงของการหลอมเหลว เมือ่ ใช้ เปลี่ยนสถานะ
ระหว่ างของเหลวกับของแข็งและความร้ อนแฝงของการกลายเป็ นไอ เมือ่ ใช้ เปลีย่ นสถานะของ
ของเหลวกับแก๊ ส
http://diary.yenta4.com/diary.php?0o_Champ_o0:1:1:2006:
165915