ฟิสิกส์ทั่วไป 1 105)...ฟ ส กส ท วไป 1...

ฟสกสทวไป 1 (ฟส105)

อ.ดร.สรยพร สราภรมยสาขาวชาฟสกสประยกต คณะวทยาศาสตร

มหาวทยาลยแมโจ

2562

บทท 6 ความรอนและอณหพลศาสตร


วชาฟสกสทวไป 1 - ฟส105

ความรอน (Heat)

• ความรอน (Q) คอ พลงงานประเภทหนง ทสะสมอยในสสารและสามารถถายเทไปยงสสาร อน ๆ และสงแวดลอมได

ความรอนเกดจากการสนของอะตอมหรอโมเลกลของสสารนน ๆ

• ความรอน เปน ปรมาณ สเกลารมหนวยเปน จล (J)• ความรอนยงมอก 1 หนวย ทเปนทรจกกนด คอ

แคลอร(cal) โดย 1 cal = 4.18 J


อณหภม(Temperature)

• อณหภมคอ ปรมาณทบอกวาสสารรอนหรอเยน หรอ อณหภมเปนปรมาณทบอกระดบความรอนของสสารนนเอง

• อณหภมเปน ปรมาณ สเกลารมหนวยเปน เคลวน ( K)• นอกจากนอณหภมยงมหนวยอน ๆ ทใชกนอยางแพรหลาย เชน

องศาเซลเซยส ( C) และ องศาฟาเรนไฮต ( F)



ความจความรอนและความจความรอนจาเพาะ Heat capacity and specific heat capacity

ความจความรอน C คอปรมาณความรอน ΔQ จล ททาใหมวลสารมวล

m กโลกรม มอณหภมเปลยนไป 1 เคลวน มหนวยเปนจล/เคลวน

ความจความรอนจาเพาะ c คอปรมาณความรอน ΔQ จล ททาใหมวลสารมวล 1 กโลกรม มอณหภมเปลยนไป 1 เคลวน มหนวยเปนจล/กโลกรม.เคลวน

เมอ c คอ ความจความรอนจาเพาะของสาร

ΔQ คอ ปรมาณความรอนทมวลสารไดรบ

Δt คอ อณหภมของมวลสารทเปลยนไป

m คอ ปรมาณมวลสาร



ความรอนแฝงจาเพาะ (Specific latent heat :L)ความรอนแฝงจาเพาะ คอปรมาณความรอน ΔQ จล ททาใหมวลสารมวล 1 กโลกรมเปลยนสถานะจน

หมด โดยอณหภมไมเปลยนแปลง มหนวยเปนจล/กโลกรม

ความรอนแฝงจาเพาะของการหลอมเหลว คอ ปรมาณความรอน ΔQ จล ททาใหมวลสารมวล 1 กโลกรมหลอมเหลวจนหมด โดยอณหภมไมเปลยนแปลงทจดหลอมเหลวของสารนน ความรอนแฝงจาเพาะของนาแขงเทากบ 333 kJ/kgความรอนแฝงจาเพาะของการกลายเปนไอ คอ ปรมาณความรอน ΔQ จล ททาใหมวลสารมวล 1 กโลกรมกายเปนไอจนหมด โดยอณหภมไมเปลยนแปลงทจดเดอดของสารนน ความรอนแฝงจาเพาะของนาเดอดเทากบ 2,256 kJ/kg



การถายเทความรอน (Heat Transfer)การสงถายความรอน คอ การถายเทพลงงานความรอนของสสารจากทหนงไปยงอกทหนง การสงถายความรอน แบงออกเปน 3 เภท คอ

1. การนาความรอน

การสงผานความรอนผานแทงโลหะ, การนาความรอนของผนงอาคาร

2. การพาความรอน

การพาความรอนของอากาศ

3. การแผรงส

การแผรงสของดวงอาทตย, การแผรงสของกองไฟ




ใหเขยน การสงผานความรอนของแตละภาพใหถกตองชอ – สกล รหสนกศกษา กลมทเรยน

1 2

3


กฎเทอรโมไดนามกส

กฎขอท ศนย

กลาววา "หากเรามระบบ (หรอวตถ) อย 3 ระบบ เชน ระบบ ก, ข, ค แลวระบบทงสามนสมผสกนอยและสามารถถายเทความรอนไปมาระหวางกนได ถาหากวา ระบบ ก กบ ระบบ ข อยในสภาวะสมดลกนทางความรอน (มความรอนเทากนนนเอง) และ ระบบ ข กบ ระบบ ค อยในสภาวะสมดลกนทางความรอนเชนกน นนยอมหมายความวา ระบบ ก กบ ระบบ ค อยในสภาวะสมดลกนทางความรอนเหมอนกน"




ตวอยางการใชงานกฎขอท ศนย



ตวอยาง จงหา พลงงานความรอนทจะตองใชในการตมชาบ ขนาด 1000 มล. จากนา 25 องศาเซลเซยส จนเดอด ถาคาความจความรอนจาเพาะของนา คอ 4.187 KJ/kg oC

Q = mc∆T



ตวอยาง จงหา พลงงานความรอนทจะตองใชในการตมชาบ ขนาด 1000 มล. จากนา 25 oCจนเดอด ถาคาความจความรอนจาเพาะของนา คอ 4.187 KJ/kg oC

Q = mc∆TQ = 1x4.187x1000x(100-25)Q = 314,025 J



ตวอยาง จงหา พลงงานความรอนทจะตองใชในการตมชาบ ขนาด 1000 มล. จากนา 25 oC -65 oC ถาคาความจความรอนจาเพาะของนา คอ 5.0 KJ/kg oC

Q = mc∆T



ตวอยาง จงหา พลงงานความรอนทจะตองใชในการตมชาบ ขนาด 1000 มล. จากนา 25 oC -75 oC ถาคาความจความรอนจาเพาะของนา คอ 5.0 KJ/kg oC

Q = mc∆TQ = 1x5.0x1000x(75-25)Q = 250,000 J



ตวอยาง ถาพลงงานความรอนทจะตองใชในการตมชาบ ขนาด 1000 มล. เทากบ 300 KJ จงหาอณหภมทเปลยนไปของนาซป จากนา 25 oC กาหนดคาความจความรอนจาเพาะของนา คอ 5.0 KJ/kg oC

Q = mc∆T300,000 J = 1x5.0x1000x(X-25)



ตวอยาง ถาพลงงานความรอนทจะตองใชในการตมชาบ ขนาด 1000 มล. เทากบ 300 KJ จงหาอณหภมทเปลยนไปของนาซป จากนา 25 oC กาหนดคาความจความรอนจาเพาะของนา คอ 5.0 KJ/kg oC

Q = mc∆T300,000 J = 1x5.0x1000x(X-25)

60 = X-2560+25 = X

85 = X



Medlum-rare 63°C (145°F)Medlum 71°C (160°F)Well done 77°C (170°C)

85°C (185°F)

71°C (160°F)

63°C (145°F)

74°C (165°F)



• โซน A

• อาหารปรงสก 72°C-82°C เกบอาหารทอณหภม 60°C หรอรอนกวา คออณหภมท

เหมาะสมสาหรบการปรงอาหารชนดตางๆ จะมคาเรมตนตงแต 60 ºC ขนไป โดยการปรง เนอสตวตางชนดกนกมอณหภมทควรจะตอง ทาใหเนอประเภทนนๆสกโดยไมกอใหเกด

แบคทเรยแตกตางกนไป

• โซน B

• คอโซนอนตราย เพราะเปนชวงอณหภมทแบคทเรยสามารถเตบโตไดอยางรวดเรว คอ ชวง

4 ºC ถง 60 ºC ซงโดยสวนมากจะเกดจากการปรงอาหารไมสกด หรอการวางอาหารทปรงสกแลวทงไวจนอณหภมลดลง

• โซน C

• การเกบอาหารในต เยนทอณหภม 4°C หรอเยนกวา ซงจะเปนการแชเยนวตถดบทเปนของสด เชน เนอสตว, นม, ไข เปนตน

• โซน D

• การเกบอาหารแชแขงในชวงอณหภม -18 ºC หรอ ตากวา



ตวอยาง จงหาพลงงานความรอนในการปงหม ขนาดชนละ 10 กรม ใหสก




c = 0.68 BTU = 4.187x0.68= 2.847 KJ




85°C (185°F)

71°C (160°F)

63°C (145°F)

74°C (165°F)




c = 0.68 BTU = 4.187x0.68= 2.847 KJ

Q = mc∆TQ = 0.01x2.847x1000x(71-25)




c = 0.68 BTU = 4.187x0.68= 2.847 KJ

Q = mc∆TQ = 0.01x2.847x1000x(71-25)Q = 1309.62 J



ตวอยาง จงหาพลงงานความรอนในการปงเนอวากว ขนาดชนละ 20 กรม ใหสก

c = 0.60 BTU = 4.187x0.60




c = 0.60 BTU = 4.187x0.60= 2.512 KJ




85°C (185°F)

71°C (160°F)

63°C (145°F)

74°C (165°F)




c = 0.60 BTU = 4.187x0.60= 2.512 KJ

Q = mc∆T




c = 0.60 BTU = 4.187x0.60= 2.512 KJ

Q = mc∆TQ = 0.02x2.512x1000x(71-25)




c = 0.60 BTU = 4.187x0.60= 2.512 KJ

Q = mc∆TQ = 0.02x2.512x1000x(71-25)Q = 2311.04 J



กฎขอท1

“ในกระบวนการเปลยนแปลงตางๆ นน พลงงานจะไมถกสรางขนมาใหมและไมมการสญหายไป แตสามารถเปลยนไปอยในรปอนได”

กฎของการอนรกษพลงงาน (conservation of energy)


กฎขอท1 ของเทอรโมไดนามกส

ความรอนทงหมด Q ทใหกบระบบปดใด ๆ บวกกบงานกล W ท กระทาบนระบบปดนน ตองเทากบ การเพมของพลงงานภายในของ ระบบ U

Q + W = ∆ U




กฎขอท1 ของเทอรโมไดนามกส

Q + W = ∆ U



ตวอยางท 1

จงหาอณหภมทเพมขนของกาซจานวน 2/3 x10 24 โมเลกล เมอใหความรอนแกระบบ 100 จล และใหงานแกระบบอก 38 จล

วธทา

จาก Q + W = ΔUΔU = Q + WΔU = 100 + 38ΔU = 138 J




จงหาอณหภมทเพมขนของกาซจานวน 2/3 x10 24 โมเลกล เมอใหความรอนแกระบบ 100 จล และใหงานแกระบบอก 38 จล

วธทา




จงหาอตราเรว Vrms ของโมเลกลของออกซเจน และฮเลยม ทอณหภม 27℃

จากสตร Vrms = 3𝑅𝑅𝑅𝑅𝑀𝑀

= 3𝑘𝑘𝑘𝑘𝑅𝑅𝑚𝑚0



จงหาอตราเรว Vrms ของโมเลกลของออกซเจน และ ฮเลยม ทอณหภม 27℃

Vrms = 3𝑅𝑅𝑅𝑅𝑀𝑀


R คาคงทของกาซ 8.314 J/mol.K

KB คาคงทของโบลตมานต 1.38 x 10 -23 J/K

T อณหภม องศาเคลวน K

m0 คอ มวลของกาซ 1 โมเลกล M = 𝑛𝑛𝑁𝑁𝑚𝑚0

, mo = 𝑛𝑛𝑁𝑁𝑀𝑀




จงหาอตราเรว Vrms ของโมเลกลของออกซเจน และ ฮเลยม ทอณหภม 27℃


M มวลโมเลกลออกซเจน

16 x 2 = 32 กรม gเปน 32 x 10 -3 kg

M มวลโมเลกลฮเลยม

4 x 2 = 8 กรม gเปน 8 x 10 -3 kg


T เคลวน = T C + 273T เคลวน = 27 + 273T เคลวน = 300 K

O2 Vrms = 3𝑅𝑅𝑅𝑅𝑀𝑀

= 3 8.314 𝐽𝐽

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚.𝐾𝐾 (300𝐾𝐾)

32 𝑥𝑥 10_3 𝑘𝑘𝑘𝑘

= 483.44 m/s

He2 = 3 8.314 𝐽𝐽


8 𝑥𝑥 10_3 𝑘𝑘𝑘𝑘

= 1,367.39 m/s




TN = 265.13 K

จาก TK = TC + 273

TK- 273 = TC

265.13 - 273 = TC

- 7.87 ℃ = TC



คาพลงงานจลยเฉลย ของกาซ

𝐸𝐸𝐾𝐾 = 12

𝑚𝑚0𝑉𝑉𝑟𝑟𝑚𝑚𝑟𝑟2 = 3

2𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇


𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇คาพลงงานภายใน ของกาซ

U = N𝐸𝐸𝐾𝐾

U = N( 32

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇)

U = 32

N𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇



จงหาพลงงานจลนเฉลย และพลงงานภายในของระบบของ โมเลกลของกาซนออน (Ne) ทมวลโมเลกลของกาซ 2.98×10 22 โมเลกล ท อณหภม 30 ℃ (𝑘𝑘𝑘𝑘 = 1.38x10-23)

วธทา



𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇คาพลงงานภายใน ของกาซ

U = N𝐸𝐸𝐾𝐾 = 32

N𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇



วธทา



𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇

= 32

(1.38𝑥𝑥10 − 23 𝐽𝐽/𝐾𝐾𝑥𝑥303𝐾𝐾)

= 6.27 x 10 − 21 J




วธทา



𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇= 6.27 x 10 − 21 Jคาพลงงานภายใน ของกาซ

U = N𝐸𝐸𝐾𝐾 = N 32

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇= (2.98x 1022 โมเลกล x 6.27 x 10 − 21 J)= 1.87x 102 J




การบาน จงหา

1. อตราเรวเฉลยของกาซอารกอน ทอณหภม 27 องศาเซลเซยส

2. อตราเรวเฉลยของกาซฮเลยม ทอณหภม 37 องศาเซลเซยส

3. พลงงานจลนของระบบ ของกาซฮเลยม ทอณหภม 37 องศาเซลเซยส

4. พลงงานภายในของระบบ ของกาซฮเลยม ทอณหภม 45 องศาเซลเซยส

เมอกาซในระบบมจานวน 1.22×1021 โมเลกล


• 1.อตราเรวเฉลยของกาซอารกอน ทอณหภม 27 องศาเซลเซยส2.อตราเรวเฉลยของกาซฮเลยม ทอณหภม 37 องศาเซลเซยส

• วธทา



27 C T เคลวน = T C + 273 37 C T เคลวน = T C + 273

T เคลวน = 27 + 273 T เคลวน = 37 + 273

T เคลวน = 300 K T เคลวน = 310 K




R คาคงทของกาซ 8.314 J/mol.K

M มวลโมเลกลอารกอน 40 x 2 = 80 กรม g เปน 80 x 10 -3 kgM มวลโมเลกลฮเลยม 4 x 2 = 8 กรม g เปน 8 x 10 -3 kg

T อณหภมอารกอน 300 องศาเคลวน KT อณหภมฮเลยม 310 องศาเคลวน K



ดงนน หาอตราเรว Vrms ของโมเลกลของกาซอารกอน และกาซฮเลยม

กาซอารกอน Vrms = 3𝑅𝑅𝑅𝑅𝑀𝑀

=3 8.314 𝐽𝐽


80 𝑥𝑥 10_3 𝑘𝑘𝑘𝑘= 305.8 m/s

กาซฮเลยม Vrms = 3𝑅𝑅𝑅𝑅𝑀𝑀

=3 8.314 𝐽𝐽


8 𝑥𝑥 10_3 𝑘𝑘𝑘𝑘= 983.1 m/s



3. พลงงานจลนของระบบ ของกาซฮเลยม ทอณหภม 37 องศาเซลเซยส จาก TK = TC + 273

TK = 37 + 273TK = 310 K

วธทา



𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇= 3

2(1.38𝑥𝑥10 − 23 𝐽𝐽/𝐾𝐾𝑥𝑥310𝐾𝐾)

= 6.41 x 10 − 21 J



4. พลงงานภายในของระบบ ของกาซฮเลยม ทอณหภม 37 องศาเซลเซยสเมอกาซในระบบมจานวน 1.22×1021 โมเลกล

คาพลงงานภายใน ของกาซ

U = N𝐸𝐸𝐾𝐾 = N 32

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑇𝑇= (1.22x 1021 โมเลกล x 6.27 x 10 − 21 J)= 7.65 J


ฟสกสทวไป 1 (ฟส105)

อ.ดร.สรยพร สราภรมยสาขาวชาฟสกสประยกต คณะวทยาศาสตร

มหาวทยาลยแมโจ

2562

บทท 7 คณสมบตของสสาร


วชาฟสกสทวไป 1 - ฟส105 2



การบาน

ฟิสิกส์ทั่วไป 1 105)...ฟ ส กส ท วไป 1...

Documents