ความร้อน

ความร้อน [HEAT]

พลังงานความร้อน (Thermal energy)
โดย : ครูธีรวัฒน์ ดวงสิน ความร้อน [HEAT]
James Pascott Joule;
(1818–1889) ให้แนวคิดสมมูล
เชิงกลความร้อน (Mechanical
equivalent of heat) หรือ
ส ม มู ล ข อ ง จู ล ( Joule’s
equivalent) นับว่าเป็นจุดที่
สาคัญที่เชื่อมระหว่างปริมาณ
ความร้อนเข้ากับพลังงานความ
ร้อนได้เป็นอย่างดี

ความร้อน (HEAT)
ความร้อน (Heat) คือ รูปหนึ่งของพลังงานความร้อนที่เปลี่ยนมาจากพลังงานอื่น มีหน่วยเป็น จูล (J)
หน่วยของความร้อน
แคลอรี (calorie : cal) : 1 cal = ความร้อนที่ทาให้นา 1 g มีอุณหภูมิสูงขึน 1oC
BTU (British Thermal Unit) : 1 BTU = ความร้อนที่ทาให้นา 1 pound มีอุณหภูมิสูงขึน
1 oF (63 oF ไปเป็น 64 oF)
จากการทดลองได้ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยต่างๆ ดังนี
 1 cal = 4.186 J ***
 1 BTU = 252 cal = 1055 J

อุณหภูมิ (Temperature : T)
อุณหภูมิ
 เป็นปริมาณที่สื่อให้เห็นว่าวัตถุนัน
ร้อน หรือ เย็น เพียงใด.

เทอร์โมมิเตอร์ (Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์ คือ อุปกรณ์ที่ใช้วัดอุณหภูมิ T โดยใช้หลักการ สมดุลทางความร้อน
(Thermal equilibrium) ที่กล่าวว่า “สสารทุกชนิด จะไม่มีการถ่ายเทความร้อนซึ่งกันและกัน เมื่อ
สสารเหล่านั้นมีอุณหภูมิหรือระดับความร้อนเท่ากัน”
ชนิดเทอร์โมมิเตอร์

สเกลอุณหภูมิ (Temperature scales)
032 273
212 32 100 0 373 273
x CF Kt FP tt t
BP FP
  
  
   
32 273
180 100 100
x CF Kt FP tt t
BP FP
  
  

สูตรความสัมพันธ์
หรือ

ตัวอย่าง
1. ถ้าต้องการเปลี่ยนอุณหภูมิ 32 องศาเซลเซียส ให้เป็นระบบเคลวินและองศาฟาเรนไฮร์ จะมีค่า
เท่าใด ?

ความจุความร้อน (Heat capacity; C )
 ความจุความร้อน (Heat Capacity; C ) คือ ความร้อนที่เปลี่ยนแปลงต่ออุณหภูมิ ดังนันจะได้
 ความร้อนจาเพาะ (Specific Heat ; c ) คือ ความร้อนที่ทาให้มวลสาร 1 kg มีอุณหภูมิเพิ่มขึน
1 เคลวิน ดังนันจะได้
***หมายเหตุ ทังค่า C และ c จะไม่คงที่ โดยจะขึนกับอุณหภูมิ T
T
Q
C



หน่วย จูลต่อเคลวิน (J/K)
1 Q
c
m T



หน่วย จูลต่อกิโลกรัม เคลวิน (J/kg K)

ความจุความร้อน (Heat capacity; C )
จากสมการข้างต้น เขียนใหม่ได้เป็น
เมื่อ Q แทน พลังงานความร้อน [ J ]
m แทน มวลของสาร [ kg ]
c แทน ความร้อนจาเพาะ [J/kg.oC หรือ J/kg.K ]
แทน ผลต่างของอุณหภูมิ ใช้ Tมาก - Tน้อย เสมอ [ K หรือ oC ]
ใช้เมื่อ เปลี่ยนอุณหภูมิ
แต่ไม่เปลี่ยนสถานะ
ΔQ = mcΔT
ΔT

ตารางความร้อนจาเพาะของสาร
ΔQ = mcΔT
cน้ำ = 4.2 kJ/kg.oC หรือ cน้ำ = 1 cal/g.oC
ใช้เมื่อ บอก Q มำในหน่วย cal
และ m มำในหน่วย g
ใช้เมื่อ บอก Q มำในหน่วย J
และ m มำในหน่วย kg
1
2

การขยายตัวของวัตถุเนื่องจากความร้อน
ขยำยตัวตำมเส้น
ขยำยตัวตำมพืนที่
ขยำยตัวตำมปริมำตร

ผลการขยายตัวของวัตถุเนื่องจากความร้อน

ความร้อนแฝง (Latent heat ; L)
A
การเปลี่ยนสถานะของนา มวล 1 กิโลกรัม
B C
D E
F

ความร้อนแฝง คือ ความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนสถานะของสาร เช่น
 จากของแข็งเป็นของเหลว : ความร้อนแฝงของการหลอม (Latent heat of fusion)
 จากของเหลวเป็นแก๊ส : ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (Latent heat of vaporization)
หลอมเหลว กลายเป็นไอ(เดือด)

ตัวอย่าง การเปลี่ยนของสารเมื่อได้รับความร้อน

จากนิยามข้างต้น จะได้ความสัมพันธ์เป็น
เมื่อ Q แทน พลังงานความร้อน [ J ]
m แทน มวลของสาร [ kg ]
L แทน ความร้อนแฝง [ kJ/kg หรือ J/g]
ข้อควรจา!
 ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว(Lm) = 333 J/g
 ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ(Lv) = 2,256 J/g
ใช้เมื่อ ไม่เปลี่ยนอุณหภูมิ
แต่เปลี่ยนสถานะQ = mL

สมดุลความร้อน
ปริมาณความร้อนที่วัตถุอุณหภูมิสูงคายออกมาหรือลดลง จะเท่ากับปริมาณความร้อนที่วัตถุ
อุณหภูมิต่าได้รับเข้าไปหรือเพิ่มขึน กล่าวสันๆ ว่า “ความร้อนลดเท่ากับความร้อนเพิ่ม” เขียน
ความสัมพันธ์ได้ว่า
Q Q
ลด
=
เพิ่ม

การถ่ายโอนความร้อน (Heat transferring)
การถ่ายโอนความร้อน แบ่งออกเป็น 3 วิธี ดังนี การนาความร้อน (conduction)
การพาความร้อน (convection)
การแผ่รังสีความร้อน (radiation)

กฎของแก๊ส (Gag laws)
กฎของแก๊ส (Gas laws) เป็นกฎที่ใช้สาหรับอธิบายสมบัติต่าง ๆ ของแก๊ส ได้แก่ ปริมาตร (V)
ความดัน (P) และอุณหภูมิอุณหพลวัต (T) ของแก๊สนัน ๆ กฎของแก๊สที่เราควรรู้จัก ประกอบด้วย
กฎของบอยล์ กฎของชาร์ล และกฎของเก-ลูซัก สาหรับรายละเอียดของกฎข้างต้นและกฎอื่น ๆ จะได้
อธิบายข้างล่างนี

กฎของบอยล์ (Boyle’s law)
การทดลองของบอยล์
Simulator

กฎของบอยล์ (Boyle’s law)
“สาหรับแก๊สในภาชนะปิด ถ้าอุณหภูมิ (T) ของแก๊สคงตัว ปริมาตร (V) ของแก๊ส
จะแปรผกผันกับความดัน (P) ของแก๊ส” เขียนความสัมพันธ์ได้เป็น
1
V α
P
PV constant
[เมื่อ T คงที่]หรือ
จะได้ 1 1 2 2PV = P V ใช้เมื่อ T คงที่
***หมายเหตุ P และ V ใช้หน่วยไหนก็ได้ ขอให้เป็นหน่วยเดียวกัน
Robert Boyle

กฎของชาร์ล (Charles’s law)
การทดลองของชาร์ล
Simulator

กฎของชาร์ล (Charles’s law)
V α T
V
= constant
T
[เมื่อ P คงที่]
หรือ
จะได้ 1 2
1 2
V V
=
T T ใช้เมื่อ P คงที่
***หมายเหตุ V ใช้หน่วยเดียวกัน แต่ T ต้องเป็นหน่วยเคลวิน (K) เท่านัน!
“สาหรับแก๊สในภาชนะปิด ถ้าความดัน (P) ของแก๊สคงตัว ปริมาตร (V) ของ
แก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ (T) ของแก๊ส” เขียนความสัมพันธ์ได้เป็น
Cesar Charles

กฎของเกย์-ลูสแซค (Gay-Lussac’s law)
การทดลองของเกย์-ลูสแซค
ได้กราฟ เส้นตรงของ T กับ P

กฎของเกย์-ลูสแซค (Gay-Lussac’s law)
P α T
P
= constant
T
[เมื่อ V คงที่]
หรือ
จะได้ 1 2
1 2
P P
=
T T ใช้เมื่อ V คงที่
***หมายเหตุ P ใช้หน่วยเดียวกัน แต่ T ต้องเป็นหน่วยเคลวิน (K) เท่านัน!
Gay-Lussac
“สาหรับแก๊สในภาชนะปิด ถ้าปริมาตร(V) ของแก๊สคงตัว ความดัน(P) ของ
แก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ(T) ของแก๊ส” เขียนความสัมพันธ์ได้เป็น

กฎของอาโวกาโดร์ (Avogadro’s law)
ที่อุณหภูมิ T และความดัน P คงที่ ปริมาตร V จะแปรผันตามจานวนโมล n ของแก๊ส
constant,;α TPnV เมื่อ
4.22
V
n 

กฎรวมแก๊ส (Combine gas law)
กฎรวมแก๊สเป็นการรวมกฎของบอยล์ ชาร์ลส์ และเกย์ ลูสแซค ดังนี
จะได้
1 1 2 2
1 2
P V P V
=
T T
PV
= Constant
T

กฎของแก๊สอุดมคติ (Ideal gas law)
กฎรวมแก๊สเป็นการรวมกฎของบอยล์ ชาร์ลส์ และเกย์ ลูสแซค ดังนี
จากสมการข้างต้น พบว่าค่าคงตัวแปรผันตรงกับจานวนโมล (n) ของแก๊ส นั่นคือ
จะได้
โดย R เป็นค่าคงตัว เรียกว่า ค่าคงตัวแก๊ส (Gas constant) มีค่า 8.31 J/mol.K
1 1 2 2
1 2
P V P V
=
T T
PV
n
T

PV = nRT

กฎของแก๊สอุดมคติ (Ideal gas law)
ถ้า แทนลงในสมการข้างต้น จะได้
หรือ
โดย kB เรียกว่า ค่าคงโบลต์ซมันน์ (Boltzmann constant)
มีค่า 1.38 x 10-23 J/K
N เป็นจานวนโมเลกุลทังหมดของแก๊ส
A
N
n =
N
A
R
PV = N T
N
BPV = Nk T

ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
 เป็นทรงกลมขนาดเล็ก
 เคลื่อนที่ตลอดเวลาแบบสุ่ม แบบ Brownian
motion โดยมีทิศทางและความเร็วต่างกัน
การชนกันระหว่างโมเลกุลเป็นแบบยืดหยุ่น
สมบูรณ์ (KEก่อน = KEหลัง)
 หลังจากการชน ขนาดของความเร็วเท่าเดิม
 ใช้กฎความดันและกฎของนิวตันในการ
อธิบาย
แบบจาลองของแก๊สอุดมคติ (ideal gas model)
“เป็นการศึกษาการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุล”

ความดันและพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลแก๊ส
จะได้สมการ ดังนี
21
PV =
3
Nmv

อัตราเร็วโมเลกุลของแก๊ส
1. อัตราเร็วเฉลี่ยกาลังสองของแก๊ส หาได้จาก
2. อัตราเร็วเฉลี่ยรากที่สองของแก๊ส หาได้จาก
เมื่อ m เป็นมวลโมเลกุลของแก๊ส หน่วย กิโลกรัม [kg]
M เป็นมวลโมลาร์ของแก๊ส หน่วย กิโลกรัมต่อโมล [kg/mol]
2 2 2 2
2 1 2 3 ... Nv v v v
v
N
   

2 3 3
= = =B
rms
k T RT
v v
m M

พลังงานภายในระบบ
ระบบ (System)
ระบบในทางอุณหพลศาสตร์ คือ สิ่งใด ๆ ที่พิจารณาและมีขอบเขตที่แน่ชัด อธิบายได้ด้วยตัว
แปรสถานะ เช่น ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ ฯลฯ สิ่งที่อยู่นอกระบบเรียกว่า สิ่งแวดล้อม
(surrounding) ระบบแบ่งได้ดังนี
 ระบบโดดเดี่ยว (isolated system) : ไม่มีการ
แลกเปลี่ยนมวลและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม
 ระบบปิด (closed system) : พลังงานแลก
เปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมได้แต่มวลสารคงที่
 ระบบเปิด (opened system) : ทังมวลสารและ
พลังงานแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมได้

พลังงานภายในระบบ (U)
พลังงานภายในระบบ (internal energy ; U ) คือ
ผลรวมของพลังงานจลน์ทังหมดของโมเลกุล หาได้จาก
การพิจารณาเครื่องหมายบวก ลบ ของ ให้ดูจากค่าของ ดังนี
 ถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึนจะได้ค่า เป็นบวก ทาให้ เป็นบวกตาม
 ถ้าอุณหภูมิลดลงจะได้ค่า เป็นลบ ทาให้ เป็นลบตาม
ΔU ΔT
ΔT ΔU
ΔT ΔU
3 3
U = = =
2 2
k BN E Nk T nR T   

งานที่ทาโดยแก๊ส (W)
งาน(Work) คือ กลไกการส่งพลังงานที่สาคัญในระบบ
อุณหพลวัตร เช่นเดียวกับความร้อน ดังนัน งาน (W) ที่แก๊สทา
ต่อสิ่งแวดล้อมภายนอกสาหรับการขยายตัว หาได้จาก
W = PΔV
การคิดเครื่องหมาย
 แก๊สถูกอัด V < 0 งาน (W) เป็น – (ให้งานระบบ)
 แก๊สขยายตัว V > 0 งาน (W) เป็น + (ระบบทางานให้)
 แก๊สไม่ขยายตัว V = 0 งาน (W) เป็น 0

กฎข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์
(The first law of thermodynamics)
เป็นกฎที่กล่าวถึงการอนุรักษ์พลังงาน กล่าวคือ “ พลังงานความร้อนทั้งหมดที่ให้แก่ระบบ
(Q) จะเท่ากับ ผลรวมของพลังงานภายในระบบที่เพิ่มขึ้น (U) กับงานที่ทาโดยระบบ (W) ” จะ
ได้ว่า
เมื่อ Q = พลังงานความร้อนที่ให้แก่ระบบ
U = พลังงานภายในระบบที่เพิ่มขึน
W = งานที่ได้จากระบบ
ΔQ = U + W 

การคิดเครื่องหมาย
ปริมาณ ลักษณะ เครื่องหมาย
Q พลังงานความร้อนไหลเข้าสู่ระบบ +
พลังงานความร้อนไหลออกจากระบบ -
ไม่มีพลังงานความร้อนไหลเข้าหรือออกจากระบบ 0
U พลังงานภายในระบบเพิ่มขึน ( อุณหภูมิเพิ่มขึน ) +
พลังงานภายในระบบลดลง ( อุณหภูมิลดลง ) -
พลังงานภายในระบบคงตัว ( อุณหภูมิคงที่ ) 0
W งานที่ทาโดยระบบ ( ปริมาตรเพิ่มขึน ) +
งานที่สิ่งแวดล้อมทาให้ระบบ ( ปริมาตรลดลง ) -
ไม่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตร 0

17.1 ความหนาแน่น (Density)
V คือ ปริมาตร ( m3 )

ความร้อน

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (19)

Ähnlich wie ความร้อน

Ähnlich wie ความร้อน (20)

Mehr von Theerawat Duangsin

Mehr von Theerawat Duangsin (6)

ความร้อน