ความร้อนและอุณหภูมิ - wordpress.com · 2017-03-19 ·...

ความรอนและอณหภมดร.พรพฒน ค ำเกด

โครงสรำงของสสำร

อณหภมและควำมรอน

สมบตเชงควำมรอนของสสำร

กำรถำยเทควำมรอน

123

4

หวขอในกำรศกษำ

อณหภม (Temperature) หมายถง “ปรมาณของระดบความรอน หรอความเยนใด ๆ สามารถวดระดบอณหภมไดจาก เครองมอวดทเรยกวา “เทอรโมมเตอร (Thermometer)”

นำยเอนเดอรส เซลเซยส (Anders Celsius) (พ.ศ. 2244-2287) เปนนกดาราศาสตร และนกประดษฐ ชาวสวเดน เปนคนคดคนหนวยอณหภมองศาเซลเซยส (°C) โดยตงใหนาเปนมาตรฐานในการกาหนดสเกลอณหภม กาหนดใหจดเยอกแขงของนาเทากบ 0°C (ถาในทางเทอรโมไดนามกส คอจดรวม 3 จด) จดเดอดของนา เทากบ 100°C

http://1.bp.blogspot.com/-0oeP8JLBDK8/VAsBfhD8JgI/AAAAAAAAAuo/EusSl-naqOc/s1600/360px-Anders_Celsius.jpg

นำยกำรเบรยล ฟำหเรนไฮท (Gabriel Fahrenheit) (พ.ศ. 2229-2279) เปนนกฟสกส ชำวเยอรมน เปนคนคดคนหนวยอณหภมองศำฟำหเรนไฮท (°F) โดยก ำหนดใหจดเยอกแขงของน ำ อยท 32°F และจดเดอดของน ำ 212°F

วลเลยม จอหน แมคเควน แรงคน (William JohnMacQuorn Rankine) (พ.ศ. 2363-2415) เปนนกฟสกสชาวสกอตแลนด เปนคนคดคนหนวยอณหภมองศาแรงคน(°R) เปนหนวยอณหภมองศาสมบรณทจะนาไปเทยบกบอณหภมองศาฟาหเรนไฮท โดยจด 0°R อยท 459.67°F จด

เยอกแขงของนา เทากบ 491.67°R

วลเลยม ทอมสน เคลวน (William Thomson Kelvin) (พ.ศ. 2367-2450) เปนนกฟสกส ชาวองกฤษ เปนผคดคนหนวยอณหภมเคลวน (K : ไมมเครองหมายองศา) เปนหนวยอณหภมทใชในการศกษาในวชาเทอรโมไดนามกส โดยกาหนดใหศนยองศาสมบรณ (0K) เปนจดเรมตน โดยไมไดเทยบกบสสารใด ๆ อณหภมของหองอยท 300K

โดยมสมการการแปลงหนวยอณหภมดงน

32

5 9 4

C F R 273K C

ตวอยาง: อณหภมของรางกายมนษย 98.6°F คดเปนองศาเซลเซยส และเคลวน ไดเทาไร

วธท า แปลงเปนองศาเซลเซยส

C = (F -32) / 1.8

C = (98.6 -32) / 1.8

C = 37°C

Comparison of

temperature

scales.

• The reference temperature in the original Kelvin scale was the ice point,

273.15 K, which is the temperature at which water freezes (or ice melts).

• The reference point was changed to a much more precisely reproducible

point, the triple point of water (the state at which all three phases of water

coexist in equilibrium), which is assigned the value 273.16 K.

Comparison of

magnitudes of

various

temperature

units.

( ) ( ) 1.8 ( ) 1.8 ( )T R T F T K T C

เทอรโมมเตอร (Thermometer) เปนเครองมอส าหรบวดระดบความรอนหรออณหภม ประดษฐขนโดยอาศยหลกการขยายตวของของเหลวเมอไดรบความรอน และหดตวเมอคายความรอน ของเหลวทใชบรรจในกระเปาะแกวของเทอรโมมเตอร คอปรอทหรอแอลกอฮอลทผสมกบสแดง เมอแอลกอฮอลหรอปรอทไดรบความรอน จะขยายตวขนไปตามหลอดแกวเลกๆ เหนอกระเปาะแกว และจะหดตวลงไปอยในกระเปาะตามเดมถาอณหภมลดลง

การอานเทอรโมมเตอรตองใหระดบของของเหลวในหลอดแกวอยในระดบสายตาถาเปนเทอรโมมเตอรชนดบรรจดวยปรอทใหอานตวเลขบรเวณฐานของสวนนนสวนเทอรโมมเตอรชนดแอลกอฮอลใหอานตวเลขบรเวณสวนทเวาทสด

จาก

( ) ( ) 27T R T F R

( ) ( ) /1.8 27 /1.8 15T K T R K

( ) ( ) 1.8 ( ) 1.8 ( )T R T F T K T C

( ) ( ) 15T C T K C

ควำมรอนเปนพลงงำนรป แบบหนงซงสำมำรถถำยโอนจำกแหลงทมอณหภมสงไปสแหลงทมอณหภมต ำกวำ สำมำรถเปลยนไปเปนพลงงำนรปแบบอนๆ หรอเปลยนจำกพลงงำนรปแบบอนๆ มำเปนควำมรอนกได หนวยของควำมรอน (Unit of Heat)

1 calorie นยำมใหเปนควำมรอนทตองใชในกำรเพมอณหมของน ำ 1 g จำก 14.5 °C ไปเปน 15.5 °C

หนวย British Thermal Unit (Btu) เปนหนวยในระบบองกฤษ

1 Btu นยำมใหเปนควำมรอนทตองใชกำรเพมอณหภมของน ำ 1 lb จำก 63 °F ไปเปน 64 °F

ควำมรอน (heat)

กำรแปลงหนวยควำมรอน

cal 252.0J 1055Btu 1

Btu 9.478x10cal 0.2389J 1

Btu 3.968x10J 4.186cal 1

4

3

ความจความรอนและความรอนจ าเพาะ

(Heat Capacity and Specific Heat)

ความจความรอน (Heat Capacity)

ความจความรอน , C , ของสารใด ๆ เปนปรมาณความรอนทตองใหกบสารนน เพอใหอณหภมของสารนนเพมขน 1 0 C

ตวอยางเชน

ถาตองการใหน า 1 kg มอณหภมเพมขน 1 0 C ตองใหความรอนเขาไป 4186 J แตถาเปนทองแดงตองใหเขาไปเพยง 387 J

3.สมบตเชงควำมรอนของสสำร

จำกนยำมของควำมจควำมรอน

ถาให Q เปนปรมาณความรอน ทเพมเขามาใหแกสาร เพอใหอณหภมของสารทเปลยนไป แลวจะได

TCQ

ความจความรอน C ขนกบมวล m ของสาร เราจงนยามความจความรอนตอหนวยมวล ขนมา เรยกวาความรอนจาเพาะ C

m

Cc

ตวอยางเชน

พลงงานความรอนทท าใหน า 0.5 kg มอณหภมเพมขน3 0 C เทากบ (0.5 kg)(4186/kg. 0 C)(3 0 C) = 6280 J

TmcQ

ดงนน เราจะไดนพจนของพลงงานความรอน ทสงถายระหวางสารทมมวล กบสงแวดลอม แลวทาใหอณหภมของสารเปลยนไป เปน

Q

if TTT

กำรวดควำมรอน (Calorimetry)

เทคนคกำรวดควำมรอนจ ำเพำะของสำร (ของแขงหรอของเหลว อยำงงำย ๆ คอ

1. ใหควำมรอนแกสำร (ททรำบมวล แลว) แลววดอณหภม

2. ใสสำรลงไปในภำชนะบรรจน ำททรำบมวล และอณหภม ของน ำอยแลว

3. เมอสำรกบน ำผสมกนไดจนสมดลควำมรอนแลว ท ำกำรวดอณหภมสมดล

4. แทนสตรหำคำควำมรอนจ ำเพำะ

xm xΤ

Wm Τ

สตรการหาความรอนจ าเพาะทไดมาจาก

ความรอนทเขาไปสน า = ความรอนทออกไปจากสาร

(ใหความรอนออกมเครองหมายลบ) ดงนนจะได

xxxWWW ΤΤcmΤΤcm

ΤΤm

ΤΤcmc

xx

WWWx

ควำมรอนแฝง (Latent Heat)

ปกตกำรไหลของควำมรอนกอใหเกดกำรเปลยนอณหภม แตมสถำนะกำรหนงทมกำรไหลของควำมรอนโดยปรำศจำกกำรเปลยนอณหภม ซงเกดข นเมอวตถเปลยนสภำวะ เชน จำกของแขงเปนของเหลว หรอของเหลวเปนแกส หรอกำรเปลยนโครงสรำงผลกของของแขง ซงเรำมกเรยกกำรเปลยนสภำวะน วำ กำรเปลยนเฟส(phase transition)

สสำรใดๆ เมอไดรบควำมรอนอำจเกดกำรเปลยนแปลงได 2 แบบคอ 1. อำจมกำรเปลยนแปลงอณหภมของสสำรน นๆ 2. อำจมกำรเปลยนแปลงสถำนะของสสำรน นๆ

กำรเปลยนเฟส เกยวของกบกำรเปลยนพลงงำนภำยในพลงงำนทใชในกำรเปลยนเฟส จะเรยกวำ ควำมรอนของ กำรแปลงรป (heat of transformation)

ควำมรอนทใชในกำรเปลยนเฟสของสำรบรสทธทมมวล m จะก ำหนดใหโดย

mLQ

เมอ L เรยกวำ ควำมรอนแฝง (latent heat หรอ hidden heat) ข นอยกบธรรมชำตของกำรเปลยนเฟส และสมบตของสำร

ควำมรอนของกำรหลอมเหลว (heat of fusion)

เปนควำมรอนแฝงทใชในกำรเปลยนเฟสจำกของแขงไปเปนของเหลว

ควำมรอนของกำรกลำยเปนไอ (heat of vaporization)

เปนควำมรอนแผงทใชในกำรเปลยนเฟสจำกของเหลวไปเปนแกส

fL

L

ข นท 1 นาแขงจะดดความรอนเขาไปแลวทาใหอณหภมเพมขนจาก –10oC ไปเปน 0oC ข นท 2 ท 0oC นาแขงจะดดความรอนเขาไปเพอใชในการเปลยนสถานะจากของแขงไปเปนของเหลว ความรอนชวงนเรยก ความรอนแฝงสาหรบการหลอมเหลว ข นท 3 นาทเกดขนท 0oC จะดดความรอนเขาไปเพอใชเพมอณหภมของนาจาก 0oC ไปเปน 100oC

ข นท 4 ท 100oC นาจะดดความรอนเขาไปเพอใชในการเปลยนสถานะจากของเหลวไปเปนไอนา ความรอนชวงนเรยก ความรอนแฝงสาหรบการกลายเปนไอ ข นท 5 ไอนาทเกดขนท 100oC จะดดความรอนเขาไปเพอใชเพมอณหภมของไอนา

ขณะทสสารกาลงเปลยนสถานะ ( คอขน 2 และ 4 ) ความรอนทสสารดดเขาไปจะใชใน การเปลยนสถานะของสสารไมใชเพมอณหภม ดงนนขณะเปลยนสถานะนอณหภมจงคงท การเปลยนแปลงจาก ของแขง ไปเปนของเหลว และจากของเหลวไปเปนไอ ทกขนตอน จะเปนการเปลยนแปลงแบบดดความรอน ถาเปลยนยอนกลบจากไอเปนของเหลวหรอจากของ เหลวเปนของแขง จะเปนการเปลยนแปลงแบบคายความรอน

กำรค ำนวณหำคำพลงงำนควำมรอนน น อำจแบงเปน 2 กรณยอย ไดแก กรณท 1 กำรหำควำมรอนทใชเปลยนอณหภมของสสำร หำคำไดจำกสมกำร

ถำดน ำแขงทท ำจำกอลมเนยมบรรจน ำ 800 g มอณหภมท 0 °C ถำควำมรอนถกคำยออกมำดวยอตรำ 15 cal/s ถำมวำจะใชเวลำนำนเทำไรในกำรท ำใหน ำเปนน ำแขง

สมบตเชงควำมรอนของสสำร3.สมบตเชงควำมรอนของสสำร

3.สมบตเชงควำมรอนของสสำร

4.กำรถำยเทควำมรอนกำรน ำควำมรอน (Conduction)เปนกำรถำยเทควำมรอนของสสำรโดยกำรสมผส เชนทดำมจบเมอเรำสมผส

กำรพำควำมรอน (Convection)เปนกำรถำยเทควำมรอนโดยกำรเคลอนทของมวล เชนกำรทน ำในหมอเดอดไดทว

กำรแผรงส (Radiation) เปนกำรถำยเทควำมรอนเมอแสง รงสอนฟรำเรด หรอรปอนๆของคลนแมเหลกไฟฟ ำมกำรปลดปลอยหรอดดกลนพลงงำน ตวอยำงเชนกำรแผรงสของกองไฟ

กำรถำยเทควำมรอน – กำรน ำควำมรอน

โมเลกลทเทำม K.E. สงกวำ เมอพลงงำนถกถำยเทไปทพ นโมเลกลจะม K.E. ลดลง อณหภมลดลง เรำจงรสกเยนเทำ

โมเลกลของพ นไดรบพลงงำนท ำใหK.E. สงข น พลงงำนเพมข นอณหภมกเพมข นตำมไปดวย

กำรถำยเทควำมรอนเกดจำกกำรชนกนของโมเลกลทผวสมผส

4.กำรถำยเทควำมรอน

กำรถำยเทควำมรอน – การน าความรอน4.กำรถำยเทควำมรอน

กำรถำยเทควำมรอน – การน าความรอนใหหำอตรำกำรน ำควำมรอนออกจำกรำงกำยมนษย โดยมสมมตฐำนดงน ให

อณหภมภำยในรำงกำยเปน 37 oC อณหภมทผวหนงเปน 33 oC พ นทท งหมดของชำยคนน คอ 1.5 m2 และควำมหนำของเน อเยอโดยเฉลยคอ 1 cm

ตำมควำมจรงแลว ควำมรอนทสญเสยไปจำกกำรน ำควำมรอนไมไดมคำมำกเทำน เพรำะเรำสวมเส อผำ อตรำกำรน ำควำมรอนออกจำกรำงกำยจะลดลงอยำงมำก

แตถงแมเรำจะเปลอยเปลำ อตรำกำรสญเสยควำมรอนกจะไมสงเทำน เนองจำกอำกำศเปนตวน ำควำมรอนทไมด

นอกจำกกำรน ำควำมรอนแลว กำรพำควำมรอนในระบบกำรไหลของเลอดอำกำศและกำรระเหยของเหงอจ ำเปนตองน ำมำคดดวย


กำรถำยเทควำมรอน – การพาความรอน

กำรพำควำมรอนตำมธรรมชำตมกเกดข นเมอวตถขยำยตวในขณะทไดรบควำมรอน

ถงแมวำกำซและของเหลวจะไมเปนตวน ำควำมรอนทด แตท งคสำมำรถพำควำมรอนไดอยำงรวดเรวเพรำะว ำ โม เ ลก ลของก ำซและของเหลวสำมำรถเคลอนทไปไดในระยะไกลๆและน ำพลงงำนไปกบมนดวย

กำรพำควำมรอน(Convection)

เกดข นควบคไปกบกำรเคลอนทของตวกลำง


กำรถำยเทควำมรอน

• กำรพำควำมรอนเปนขบวนกำรทส ำคญส ำหรบสภำพอำกำศของโลกเรำเชน ลมบก ลมทะเล กระแสน ำอน หรออำกำศหนำวจำกจนถกพำลงมำถงประเทศไทยได• ใชในกำรใหควำมรอน ควำมเยนภำยในบำน

– การพาความรอน4.กำรถำยเทควำมรอน


กำรระเหยจะมประสทธภำพสงถำมกำรพำควำมรอนไปดวยถำไมมกำรพำควำมรอนอำกำศรอบๆจะอมตวเมอผำนไประยะหนง ท ำใหกำรระเหยหยด กำรพำควำมรอนของอำกำศท ำใหอำกำศรอบๆไมเกดกำรอมตว



ถำมถวยกำแฟรอนสองถวยทเหมอนกนทกอยำงวำงอยบนโตะ ใบหนงมชอนโลหะวำงอย แตอกใบไมม เมอท งไวสกหำนำท ถวยกำแฟใบไหน จะเยนเรวกวำกน ท ำไม

ค ำถำมชวนคด

ชอนโลหะสำมำรถน ำควำมรอนไดดจงน ำเอำควำมรอนจำกกำแฟไปยงบรเวณทจบ หลงจำกน นกระบวนกำรแผรงสและกำรพำควำมรอนจะพำเอำควำมรอนจำกบรเวณทจบออกไปท ำใหกำแฟถวยทมชอนโลหะวำงอยเยนเรวกวำ (วธแกไขคอใชชอนพลำสตก)



วธลดควำมรอนออกจำกรำงกำยในขณะทมไขสงคอใชผำชบแอลกอฮอลเชดตว กำรระเหยของแอลกอฮอลน นเกดข นอยำงรวดเรวมำกควำมช นของอำกำศไมมผลตอกำรระเหยของแอลกอฮอลเลย (มผลตอน ำอยำเดยว) ถำมวำเรำตองใชแอลกอฮอลท งหมดกกรมในกำรระเหยออกจำกผวหนงของชำยทหนก 70 kg เพอลดอณหภมลง 1.5 °C


กำรถำยเทควำมรอน – การแผรงส4.กำรถำยเทควำมรอน

กำรถำยเทควำมรอน – การแผรงส

• พ นผวทคลำยกระจกจะสะทอนรงสทเขำมำออกไปเกอบหมด (e ≥ 0) ดงน นจงเปนตวดดกลนทไมดและเปนตวปลดปลอยพลงงำนทไมดเชนกน• ในขณะทพ นผวสด ำเปนตวดดกลนพลงงำนทด (e ≥ 1) ตวอยำงเชนถนนยำงมะตอยจะรอนกวำถนนทท ำดวยปนซเมนต• ตวดดกลนพลงงำนทดกจะเปนตวปลดปลอยพลงงำนทด



ดเหมอนวาวตถจะแผรงสไปเรอยจนกระทง มอณหภมเปน 0 Kแตทจรงแลว วตถนอกจำกแผรงสสสงแวดลอมแลว ตวมนยงดดกลนพลงงำนจำกสงแวดลอมดวยเชนเดยวกน

สมมตวำ อณหภมเรมตนของวตถ คอ T2 และสงแวดลอมคอ T1 โดย T2

> T1เรำจะพบวำอณหภมของวตถจะลดลงไปเรอยๆๆ จนกระทง มนมอณหภมเทำกบ T1 ณ ทอณหภมน วตถจะแผรงสและดดกลนรงสจำกสงแวดลอมดวยอตรำทเทำกน



ใหหำอตรำกำรถำยเทควำมรอนโดยกำรแผรงสจำกมนษยทเปลอยกำยในหองมดทมอณหภม 20 oC ผวหนงของคนๆน มอณหภม 33 oCและพ นทผวท งหมดคอ 1.5 m2

เนองจำกหองน เปนหองมด ไมมแสง คำ e = 0.97 ของอนฟรำเรดจงเปนคำทใชหมำยเหตเส อผำจะมบทบำทอยำงมำกในกำรลดอตรำกำรสญเสยพลงงำนควำมรอนดวยกำรแผรงส เหมอนกบทมนมบทบำทตอกำรน ำควำมรอน


ความร้อนและอุณหภูมิ - wordpress.com · 2017-03-19 ·...

Documents