Empfohlen
Weitere ähnliche Inhalte
Was ist angesagt?
Was ist angesagt? (20)
Ähnlich wie ความร้อน
Mehr von ชิตชัย โพธิ์ประภา
Mehr von ชิตชัย โพธิ์ประภา (20)
ความร้อน
- 1. เรื่อง ความร้ อน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 1
- 2. สิ่ งทีจะศึกษาในบทนีได้ แก่ หน่ วยของ ่ ้ พลังงานความร้ อน ระดับความร้ อน การ เปลียนสถานะและความร้ อนแฝง และกฎ ่ ของก๊ าซ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 2
- 3. ความร้ อน ความร้ อนเป็ นพลังงานรู ปหนึ่ง ซึ่งแปลง รู ปมาจากพลังงานรู ปอืน เช่ น ความร้ อนที่ ่ แปลงรู ปมาจากการเผาไหม้ พลังงานความ ร้ อนของเตารีดไฟฟาซึ่งแปลงรู ปมาจาก ้ พลังงานไฟฟา ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 3
- 4. และพลังงานความร้ อนเองก็สามารถ แปลงไปเป็ นพลังงานรู ปแบบอืน ๆ ได้ ่ เช่ นกัน เช่ น เครื่องจักรกลไอนา ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 4
- 5. หน่ วยของพลังงานความร้ อน พลังงานความร้ อนมีหน่ วยเป็ น จูล(Joule:J) เช่ นเดียวกับพลังงานในรู ปแบบอืน ่ และยังมีหน่ วยอืน ๆ อีกที่นิยมใช้ กน เช่ น ่ ั แคลอรี (Calory : cal) และบีทยู (British ี Thermal Unit : BTU) สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 5
- 6. โดย พลังงาน 1 แคลอรี คือพลังงานความ ร้ อนทีทาให้ นามวล 1 กรัม มีอณหภูมเิ พิม ่ ้ ุ ่ ขึน 1 องศาเซลเซียส ้ และ พลังงาน 1 บีทยู คือพลังงานความ ี ร้ อนทีทาให้ นามวล 1 ปอนด์ มีอณหภูมเิ พิม ่ ้ ุ ่ ขึน 1 องศาฟาเรนไฮต์ ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 6
- 7. โดย 1 cal = 4.186 J 1 BTU = 252 cal = 1055 J สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 7
- 8. อุณหภูมิ ถ้ าเราทราบมวลและความเร็วของแต่ ละ โมเลกุลเราก็สามารถหาพลังงานจลน์ เฉลีย ่ ของก๊ าซได้ โดยกาหนดให้ อุณหภูมเิ ป็ น ปริมาณทีแปรผันตรงกับความเร็วเฉลียของ ่ ่ ก๊ าซ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 8
- 9. การทีเ่ ราจะบอกว่ าวัตถุร้อนมากหรือน้ อย เท่ าใด เราสามารถบอกได้ ด้วยอุณหภูมของ ิ วัตถุน้ัน ซึ่งวัตถุทมระดับความร้ อนมากจะมี ี่ ี อุณหภูมสูง ถ้ าเอาวัตถุทมอณหภูมสูงไปสั มผัส ิ ี่ ี ุ ิ กับวัตถุทมอุณหภูมตา พลังงานความร้ อนจะ ่ี ี ิ ่ ถูกถ่ ายโอนไปจากทีอณหภูมสูงไปทีอณหภูมตา ุ่ ิ ุ่ ิ ่ จนกระทังวัตถุท้งสองมีอณหภูมเิ ท่ ากัน ่ ั ุ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 9
- 10. เครื่องมือทีใช้ วดอุณหภูมิ ่ ั เทอร์ มอมิเตอร์ เทอร์ มอมิเตอร์ ทางานโดยอาศัยสมบัติ ของสารทีเ่ ปลียนแปลงตามอุณหภูมิ เช่ น ่ สารขยายตัวคือมีปริมาตรเพิมขึน เมื่อ ่ ้ อุณหภูมสูงขึน หรือ การเปลียนสี ของสาร ิ ้ ่ ตามอุณหภูมิ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 10
- 11. สเกลของอุณหภูมิ 1. สเกลองศาเซลเซียส(celsius: oc หรือบางที เรียกองศาเซนติเกรต สเกลนีกาหนดว่ าที่ ้ ความดัน 1 บรรยากาศ จุดเยือกแข็งของนา ้ เป็ น 0 oc และจุดเดือดของนาเป็ น 100 oc ้ และระยะระหว่ างจุดเดือดกับจุดเยือกแข็ง ของนาแบ่ งออกเป็ น 100 ส่ วนเท่ า ๆ กัน ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 11
- 12. สเกลของอุณหภูมิ 2. สเกลฟาเรนไฮต์ สเกลนีกาหนดว่ าที่ ้ จุดเยือกแข็งของนาเป็ น 32 ้ oF และ จุดเดือดของนาเป็ น 212 ้ oF และระยะ ระหว่ างจุดเดือดกับจุดเยือกแข็งของนา ้ แบ่ งออกเป็ น 180 ส่ วนเท่ า ๆ กัน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 12
- 13. สเกลของอุณหภูมิ 3. สเกลโรเมอร์ สเกลนีกาหนดว่ าที่ ้ จุดเยือกแข็งของนาเป็ น 0 ้ oR และ จุดเดือดของนาเป็ น 80 ้ oR และระยะ ระหว่ างจุดเดือดกับจุดเยือกแข็งของนา้ แบ่ งออกเป็ น 80 ส่ วนเท่ า ๆ กัน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 13
- 14. สเกลของอุณหภูมิ 4. สเกลเคลวิน(Kelvin : K) เป็ นหน่ วยขององศา สั มบูรณ์ จึงไม่ ต้องใช้ คาว่ าองศานาหน้ าโดย อุณหภูมตาทีสุดคือ 0 K โดยได้ กาหนดว่ าจุดเยือก ิ ่ ่ แข็งของนาเป็ น 273.16 K และจุดเดือดของนา ้ ้ เป็ น 373.16 K และระยะระหว่ างจุดเดือดกับจุด เยือกแข็งของนาแบ่ งออกเป็ น 100 ส่ วนเท่ า ๆ กัน ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 14
- 15. การเปลียนหน่ วยการวัดอุณหภูมิ ่ X - M.P. = C-0 B.P. - M.P. 100 = F-0 180 = R-0 80 = K - 273 100 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 15
- 16. C = F - 32 = R = K - 273 5 9 4 5 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 16
- 17. ความจุความร้ อนจาเพาะ การจะทาให้ สารมีอณหภูมเิ พิมขึน โดย ุ ่ ้ ปกติจะต้ องให้ ความร้ อนแก่ สาร อัตราส่ วน ของพลังงานทีให้ ต่ ออุณหภูมทเี่ พิมขึน ่ ิ ่ ้ เรียกว่ าความจุความร้ อน ค่ านีจะขึนอยู่กบมวลของสารนั้น ๆ ้ ้ ั สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 17
- 18. DQ J C= หน่ วย DT K และสาหรับสารหนึ่ง ๆ ค่ าความร้ อนต่ อ มวลหนึ่งหน่ วย มีค่าเฉพาะ เรียกว่ า ความจุความร้ อนจาเพาะ 1 DQ J c หน่ วย m DT kg K สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 18
- 19. หรือ c = C / m DQ = mcDT เมื่อ C คือความจุความร้ อน c คือความจุความร้ อนจาเพาะ DQ คือความร้ อนทีเปลียนแปลง ่ ่ DT คืออุณหภูมทเปลียนแปลง ิ ี่ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 19
- 20. ตัวอย่ าง 1 จงหาพลังงานความร้ อนทีทาให้ ่ เหล็กมวล 200 g ที่ 20 oC มีอุณหภูมเพิมขึน ิ ่ ้ เป็ น 60 oC กาหนดให้ ความจุความร้ อน จาเพาะของเหล็กเท่ ากับ 450 J/kg K สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 20
- 21. ตัวอย่ าง 2 เครื่องทานาร้ อนทีใช้ ก๊าซหุงต้ ม ้ ่ เป็ นเชื้อเพลิง เมื่อต้ ม 1000 kg ให้ ร้อนขึน ้ จาก 20 oC เป็ น 70oC โดยไม่ มการสู ญเสี ย ี ความร้ อนอืนใด กาหนดให้ ความจุความร้ อน ่ จาเพาะของนาเป็ น 4.2 kJ/kg K และก๊ าซหุง ้ ต้ มที่ใช้ มีค่าความร้ อน 50,000 kJ / kg จะต้ องใช้ ก๊าซหุงต้ มกีกโลกรัม ่ิ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 21
- 22. สมบัติเกียวกับการขยายตัวของของแข็ง ่ 1. ของแข็งต่ างชนิดกัน ถ้ าเดิมมีความยาว เท่ ากัน เมื่อได้ รับความร้ อนและร้ อนขึน ้ เท่ ากัน จะมีส่วนขยายเพิมขึนไม่ เท่ ากัน ่ ้ 2. ของแข็งชนิดเดียวกัน ถ้ าเดิมมีความยาว เท่ ากัน เมื่อได้ รับความร้ อนและร้ อนขึน ้ เท่ ากัน จะมีส่วนขยายเพิมขึนเท่ ากัน ่ ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 22
- 23. สถานะของสาร 1. ของแข็ง แรงดึงดูดระหว่ างโมเลกุลมีค่า มากทาให้ โมเลกลอยู่ใกล้ กน และรูปทรงของ ุ ั ของแข็งไม่ เปลียนแปลงมากเมื่อมีแรงขนาด ่ พอสมควรมากระทา สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 23
- 24. สถานะของสาร 2. ของเหลว แรงดึงดูดระหว่ างโมเลกุลมีค่า น้ อย โมเลกลจึงเคลือนทีไปมาได้ บ้าง ทาให้ ุ ่ ่ รู ปทรงของของเหลวเปลียนแปลงไปตาม ่ ภาชนะทีบรรจุ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 24
- 25. สถานะของสาร 3. ของก๊ าซ แรงดึงดูดระหว่ างโมเลกุลมีค่า น้ อยมาก จนโมเลกลของก๊ าซอยู่ห่างกันมาก ุ และเคลือนทีได้ สะเปะสะปะ ฟุ้ งกระจายเต็ม ่ ่ ภาชนะทีบรรจุ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 25
- 26. การเปลียนสถานะของสาร ่ T( oC) 100 0 10 t สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 26
- 27. สาหรับนา พบว่ าทีความดัน 1 atm ้ ่ นาแข็งมีจุดหลอมเหลวที่ 0 ้ 0C และความ ร้ อนที่ทาให้ นาแข็ง 1 kg หลอมเหลวหมด ้ เป็ น ความร้ อนแฝงของการหลอมเหลว (Lm) โดย Lm = 333 kJ/kg = 333 J/g สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 27
- 28. และ ทีความดัน 1 atm นาจะเดือดที่ ่ ้ 100 0C โดยความร้ อนทีทาให้ นา 1 kg กลาย ่ ้ เป็ นไอหมดเป็ น ความร้ อนแฝงของการ กลายเป็ นไอ (Lv) โดย Lv = 2256 kJ/kg = 2256 J/g สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 28
- 29. ถ้ า L เป็ นความร้ อนแฝงของการเปลียน ่ สถานะของสาร เราจะได้ ว่าความร้ อนทีทาให้ ่ สารมวล m เปลียนสถานะหมดคือ ่ Q = mL และความร้ อนแฝงต่ อหนึ่งหน่ วยมวล เรียกว่ า ความร้ อนแฝงจาเพาะ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 29
- 30. คายความร้ อน เดือด ก๊าซ หลอมเหลว ของเหลว ควบแน่ น ของแข็ง แข็งตัว รับความร้ อน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 30
- 31. ความร้ อนแฝงจาเพาะของการควบแน่ น เท่ ากับ ความร้ อนแฝงจาเพาะของการกลาย เป็ นไอ ความร้ อนแฝงจาเพาะของการแข็งตัว เท่ ากับ ความร้ อนแฝงจาเพาะของการหลอม เหลว สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 31
- 32. การเปลียนสถานะของสาร ่ T( oC) 100 0 10 t สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 32
- 33. ตัวอย่ าง 3จงหาปริมาณความร้ อนที่ทาให้ นา้ แข็งมวล 250 g อุณหภูมิ 0 oC กลายเป็ นนา้ หมด และสุ ดท้ ายนา 10 g เดือดกลายเป็ นไอ ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 33
- 34. การถ่ ายโอนความร้ อน ความร้ อนจะเกิดการถ่ ายโอนจากวัตถุทมี ี่ อุณหภูมสูงกว่ าไปสู่ วตถุทมอณหภูมตากว่ า ิ ั ี่ ี ุ ิ ่ โดยการถ่ ายโอนความร้ อนมี 3 รู ปแบบคือ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 34
- 35. 1. การนาความร้ อน เป็ นการถ่ ายโอนความร้ อนผ่ านตัวนา ความร้ อน โดยโมเลกุลไม่ ได้ เคลือนที่ ่ 2. การพาความร้ อน เป็ นการถ่ ายโอนความร้ อนโดยอาศัยการ เคลือนทีของโมเลกุลของสารเป็ นพาหะนา ่ ่ ความร้ อนจากทีหนึ่งไปสู่ อกทีหนึ่ง ่ ี ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 35
- 36. 3. การแผ่ รังสี ความร้ อน เป็ นการถ่ ายโอนความร้ อนโดยไม่ ต้อง อาศัยตัวกลาง โดยทัวไปวัตถุทมการแผ่ รังสี ได้ ดจะมี ่ ี่ ี ี การดูดกลืนรังสี ได้ ดด้วย วัตถุทสามารถ ี ี่ แผ่ รังสี และดูดกลืนรังสี ทมากระทบได้ ท้ง ี่ ั หมดเรียกว่ า วัตถุดา สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 36
- 37. สาหรับสารในสถานะก๊ าซ โมเลกุลทั้ง หลายสามารถเคลือนทีได้ อย่ างอิสระ และ ่ ่ ฟุ้ งกระจายเต็มภาชนะทีบรรจุ และจาก ่ การทดลองพบว่ าปริมาตรของก๊ าซขึนกับ ้ ความดัน อุณหภูมและมวลของก๊ าซ ิ สมการทีแสดงความสั มพันธ์ ระหว่ าง ่ ปริมาณทั้งหลายนี้ เรียกว่ ากฎของก๊ าซ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 37
- 38. ก๊ าซแบ่ งได้ เป็ น 3 ชนิดคือ 1. ก๊ าซอะตอมเดี่ยว โมเลกุลของก๊ าซชนิดนี้ จะประกอบด้ วยอะตอมเพียงอะตอมเดียว เช่ น ก๊ าซฮีเลียม (He) ,นีออน (Ne),อาร์ กอน (Ar) เป็ นต้ น สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 38
- 39. 2. ก๊ าซอะตอมคู่ โมเลกุลของก๊ าซชนิดนี้ จะประกอบด้ วยอะตอม 2 อะตอม เช่ น ก๊ าซ ไฮโดรเจน(H2) ,ไนโตรเจน(N2) ออกซิเจน(O2) เป็ นต้ น 3. ก๊ าซหลายอะตอม โมเลกุลของก๊ าซชนิด นีจะประกอบด้ วยอะตอม 3 อะตอมขึนไป ้ ้ เช่ น ก๊ าซ โอโซน(O3) ,มีเทน(CH4) สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 39
- 40. เลขอโวกาโดร (NA) คือจานวนอะตอมของคาร์ บอน 12 (C-12) ซึ่งรวมกันได้ 12 กรัม สาหรับสารชนิดเดียวกันทีมจานวนโมเลกุล ่ ี รวมกันได้ NA จะเรียกว่ าเป็ น 1 โมล(mol) NA = 6.02 x 10 23 โมเลกลต่ อโมล ุ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 40
- 41. ดังนั้น ถ้ าก๊ าซ n โมล จะมีจานวน โมเลกุล(N) เป็ น n เท่ าของ NA N = nNA หรือ n = N N A สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 41
- 42. มวลของก๊ าซชนิดต่ าง ๆ จานวน 1 โมล เรียกว่ า มวลโมลาร์ (M) ของก๊ าซ ถ้ า m เป็ นมวลของ 1 โมเลกุล จะได้ ว่า M = m NA สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 42
- 43. กฎของบอยล์ (Boyle’s law) โรเบิร์ต บอยล์ พบว่ า สาหรับก๊ าซในภาชนะ ปิ ด ถ้ าอุณหภูมิ (T) ของก๊ าซคงตัว ปริมาตร (V) ของก๊ าซจะแปรผกผันกับความดัน(P) ของก๊ าซ หรือ V 1 เมื่อ T คงตัว P หรือ PV = ค่ าคงตัว สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 43
- 44. กฎของชาร์ ลส์ (Charles’s law) ชาร์ ลส์ พบว่ า สาหรับก๊ าซในภาชนะปิ ด ถ้ า ความดัน(P) ของก๊ าซคงตัว ปริมาตร (V) ของก๊ าซจะแปรผันตรงกับ อุณหภูมิ (T) ของก๊ าซ หรือ V T เมื่อ P คงตัว V = ค่ าคงตัว หรือ T สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 44
- 45. สาหรับก๊ าซปริมาณเดียวกัน เมื่อนากฎของ บอยล์ และกฎของชาร์ ลส์ มาพิจารณาร่ วมกัน จะได้ ว่า เมืออุณหภูมคงตัว V ่ ิ 1 P เมื่อความดันคงตัว V T ดังนั้น V T P สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 45
- 46. PV = ค่ าคงตัว T จากสมการสรุปได้ ว่า สาหรับก๊ าซปริมาณ หนึ่ง ถ้ าทาให้ มความดัน ปริมาตร และอุณห- ี ภูมเิ ปลียนไปจากเดิมแต่ ค่า T ่ PV ยังคงเท่ าเดิม P1V1 P2V2 T1 = T 2 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 46
- 47. จากสมการ จะเห็นว่ า ถ้ าปริมาตรของก๊ าซ คงตัว จะได้ ความสั มพันธ์ ระหว่ างความดัน P1 P2 กับอุณหภูมเิ ป็ น T = T 1 2 P = ค่ าคงตัว T กฎของเกย์ ลูสแซก สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 47
- 48. ตัวอย่ าง 4 ยางรถยนต์ บรรจุอากาศ 0.03 m3 มีความดัน 2 atm จะต้ องสู บอากาศทีมี่ ความดัน 1 atm เข้ าไปเท่ าไร เพือทาให้ ่ ความดันเพิมเป็ น 3 atm โดยอุณหภูมและ ่ ิ ปริมาตรของยางคงที่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 48
- 49. ตัวอย่ าง 5 กระบอกสู บอันหนึ่งมีพนที่ ื้ หน้ าตัด100 cm 2 บรรจุอากาศไว้ ภายในที่ ความดันบรรยากาศ และมีปริมาตร v ถ้ านา มวล 300kg มากดลูกสู บไว้ ปริมาตรภายใน กระบอกสู บจะลดลงเหลือเท่ าใด สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 49
- 50. ตัวอย่ าง 6 ถังก๊ าซใบหนึ่งทนแรงดันได้ 6 atmขณะทีเ่ กิดเพลิงไหม้ อุณหภูมเิ พิม่ จาก 27 0C เป็ น 2270C เดิมนั้นก๊ าซในถัง มีความดัน 3 atm อยากทราบว่ าความดัน ในถังขณะเกิดเพลิงไหม้ เป็ นเท่ าไร และจะเกิดการระเบิดหรือไม่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 50
- 51. ตัวอย่ าง 7 ภาชนะใบหนึ่งมีปริมาตรคงที่ ภายในบรรจุก๊าซไว้ 2 mg ทีความดัน 200 ่ ปาสคาลและอุณหภูมิ 27 0C ถ้ าเราให้ พลัง งานความร้ อนแก่ ภาชนะ 5,000 J จงหา ความดันภายในภาชนะใบนี้ ให้ ค่าความจุ ความร้ อนจาเพาะของก๊ าซเท่ ากับ 2 kJ/kg K สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 51
- 52. จากการทดลอง โดยใช้ ก๊าซหลายชนิด PV = ค่ าคงตัว พบว่ าค่ าคงตัวในสมการ T แปรผันโดยตรงกับจานวนโมล (n) ของก๊ าซ PV PV n nR T T โดย R เป็ นค่ าคงตัว เรียก ค่ าคงตัวของก๊ าซ R = 8.31 J/mol K สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 52
- 53. จะได้ PV nRT สมการนีเ้ รียกว่ า กฎของก๊ าซอุดมคติ ก๊ าซทีมีการเปลียนแปลงสอดคล้ องกับ ่ ่ สมการนีเ้ รียกว่ า ก๊ าซอุดมคติ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 53
- 54. ถ้ าแทน n = N/NA จะได้ PV N RT NA เนื่องจาก R และ NA ต่ างเป็ นค่ าคงตัวของ ก๊ าซทุกชนิด ดังนั้น จะเป็ นค่ าคงตัว R N ค่ าคงตัวนีเ้ รียกว่ า ค่ าคงตัวโบลต์ ซมันน์ A ใช้ สัญลักษณ์ kB โดย kB = 1.38 x 10 -23 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 54
- 55. ได้ ว่า PV = NkBT สมการ PV = nRT และ PV = NkBT ใช้ อธิบายการทดลองต่ าง ๆ เกียวกับก๊ าซได้ ่ และยังทานายความดัน ปริมาตร จานวน โมล จานวนโมเลกุลของก๊ าซได้ ด้วย จึง ได้ รับการยอมรับให้ เป็ นกฎเรียกว่ า กฎของก๊ าซ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 55
- 56. ตัวอย่ าง 8ภาชนะทีมีปริมาตร 4.15 m ่ 3 บรรจุก๊าซทีมความดัน 6x10 ่ ี 4 N/m2 ที่ อุณหภูมิ 27 0C ถ้ าปล่ อยให้ ก๊าซนีรั่วออก ้ จากภาชนะจนความดันเหลือ 1/4 ของ ความดันเดิมและอุณหภูมเิ ท่ าเดิม จงหาจานวนโมลของก๊ าซทีรั่วออกไป ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 56
- 57. ตัวอย่ าง 9 กระบอกสู บลูกหนึ่งบรรจุก๊าซ ฮีเลียม 1 g ทีอุณหภูมิ 10 ่ 0C ความดัน 1.6 atm ถ้ าพืนทีหน้ าตัดของกระบอกลูกสู บ ้ ่ เป็ น 100 cm 2ความยาวของกระบอกสู บจาก ก้ นกระบอกถึงลูกสู บเป็ นเท่ าไร สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 57
- 58. ตัวอย่ าง 10 ก๊ าซในถังขนาด 10 ลิตร มี ความดัน 2 เท่ าของบรรยากาศ ทีอุณหภูมิ ่ 15 oC รั่วไหลออกไปจานวนหนึ่ง ความดัน ลดลงเป็ น1.5 เท่ าของบรรยากาศ จานวน โมเลกุลของก๊ าซทีเ่ หลือจะเป็ นกีเ่ ท่ าของเดิม หากอุณหภูมคงที่ ิ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 58
- 59. 1. บอลลูนลูกหนึ่งอยู่ในสภาพแบนแฟบ บรรจุบอลลูนด้ วยก๊ าซฮีเลียมจากถังก๊ าซ ซึ่งมีความดัน 5,100 kN/m 2 จนกระทัง ่ บอลลูนมีปริมาตร 100 m 3 ปรากฏว่ าความ ดันภายในถังเท่ ากับความดันในบอลลูน เท่ ากับ 100 kN/m 2 สมมติอุณหภูมคงทีตลอด ิ ่ จงหาว่ าก๊ าซมีปริมาตรเท่ าใด สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 59
- 60. 2. ตู้อบมีความจุ 9 m3 อากาศภายในตู้อบมี อุณหภูมิ 27 oC ต่ อมาอุณหภูมของอากาศ ิ ภายในตู้อบเพิมขึนเป็ น 27 ่ ้ oC อากาศภาย ในตู้อบจะไหลออกไปข้ างนอกกี่ m3 ถ้ า ความดันภายในตู้อบมีค่าคงที่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 60
- 61. 3. รถโดยสารคันหนึ่งจุผู้โดยสารได้ 60ที่นั่งเริ่มออก เดินทางตอนเช้ าขณะทีอุณหภูมิของอากาศและผิว ่ ถนนเป็ น 27 oC ก่ อนออกเดินทางตรวจสอบยางทุก เส้ น มีความดันเกจ2.5x105N/m2 เมื่อถึงปลายทาง เป็ นเวลาบ่ าย อุณหภูมิของผิวถนนเป็ น 57oC คนขับ รถทราบว่ ายางซึมเล็กน้ อย แต่ ยงคงถือว่ าปริมาตร ั ไม่ เปลียนแปลง เมื่อถึงปลายทางจะคานวณความดัน ่ เกจของยางรถยนต์ ได้ เท่ าไร สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 61
- 62. แบบจาลองของก๊ าซ แนวความคิดเบืองต้ น คือก๊ าซประกอบด้ วย ้ โมเลกุลทีเ่ คลือนทีด้วยความเร็วสู งตลอดเวลา ่ ่ ความดันทีผนังเกิดจากการทีโมเลกุลของก๊ าซ ่ ่ ชนผนังและกระดอนกลับอย่ างต่ อเนื่อง ความคิดนีได้ รับการสนับสนุนจากปรากฏ ้ การณ์ การเคลือนทีแบบบราวน์ ่ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 62
- 63. การเคลือนทีของอนุภาค ่ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 63
- 64. จากการสั งเกตการเคลือนทีของอนุภาค ่ ่ ทาให้ ได้ แนวความคิดว่ า โมเลกุลของก๊ าซ เป็ นการเคลือนทีอย่ างไร้ ระเบียบ การเปลียน ่ ่ ่ ทิศการเคลือนทีของโมเลกุลของก๊ าซ เกิดจาก ่ ่ การชนกันเองของอนุภาค หรือชนกับผนัง สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 64
- 65. การเคลือนทีของโมเลกุลของก๊ าซทีบรรจุ ่ ่ ่ ในภาชนะนอกจากจะชนกันเองแล้ วยังชนกับ ผนังภาชนะทีบรรจุก๊าซด้ วย ถ้ าการชนดัง ่ กล่ าวเป็ นการชนแบบไม่ ยดหยุ่น พลังงาน ื จลน์ รวมของระบบจะสู ญเสี ยระหว่ างการชน จะทาให้ การชนแต่ ละครั้ง พลังงานจลน์ ของ ระบบลดลง โดยจะลดลงไปเรื่อย ๆ จนเป็ น สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 65
- 66. จนเป็ นศูนย์ ในทีสุด ซึ่งหมายความว่ าทุก ่ โมเลกุลจะหยุดนิ่ง ทาให้ โมเลกุลของก๊ าซ ไม่ สามารถฟุ้ งกระจายได้ เต็มภาชนะอีกต่ อ ไปแต่ เหตุการณ์ ดงกล่ าวนีไม่ เกิดขึน ดังนั้น ั ้ ้ เราสามารถสรุปได้ ว่า การชนของโมเลกุล เป็ น การชนแบบยืดหยุ่น สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 66
- 67. แบบจาลองของก๊ าซ 1. ก๊ าซประกอบด้ วยอนุภาคเล็ก ๆ ทีเ่ รียกว่ า โมเลกลเป็ นจานวนมาก โดยปริมาตรของ ุ โมเลกุลมีค่าน้ อยมากเมือเทียบกับปริมาตร ่ ก๊ าซทั้งหมด สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 67
- 68. แบบจาลองของก๊ าซ 2. แต่ ละโมเลกุลของก๊ าซมีการเคลือนที่ ่ อย่ างไร้ ระเบียบ การเปลียนทิศการเคลือนที่ ่ ่ ของโมเลกุลเกิดจากการชนกันเองระหว่ าง โมเลกุลของก๊ าซหรือชนกับผนังภาชนะ เท่ านั้น สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 68
- 69. แบบจาลองของก๊ าซ 3. การชนของโมเลกุลของก๊ าซเป็ นการชน แบบยืดหย่ ุน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 69
- 70. ทฤษฎีจลน์ ของก๊ าซ 1. ความดันตามทฤษฎีจลน์ ของก๊ าซ ความดันของก๊ าซเกิดจากการทีโมเลกุลของ ่ ก๊ าซชนผนังภาชนะ ค่ าของความดันจะขึนกับ ้ อัตราเร็วทีโมเลกุลชนผนังภาชนะ และจานวน ่ ครั้งทีโมเลกุลชนผนังภาชนะ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 70
- 71. เมือโมเลกุลของก๊ าซซึ่งมีมวล m อัตราเร็ว ่ v ชนผนังภาชนะ เนื่องจากการชนเป็ นแบบ ยืดหยุ่นซึ่งพลังงานจลน์ รวมมีค่าคงตัว ดังนั้น หลังการชนโมเลกุลจะกระดอนออกมาจาก ผนังด้ วยความเร็วเท่ าเดิม สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 71
- 72. โมเมนตัมก่ อนชน = mv โมเมนตัมหลังชน = -mv ดังนั้น โมเมนตัมทีเ่ ปลียนไป = (-mv) - mv ่ = -2mv สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 72
- 73. ในการชนผนัง โมเลกุลมีโมเมนตัมเปลียนไป ่ แสดงว่ ามีแรงจากผนังมากระทากับโมเลกุล ซึ่งมีขนาดเท่ ากับแรงทีโมเลกุลกระทากับผนัง ่ แต่ มีทิศตรงข้ าม แรงนีจะเท่ ากับโมเมนตัมของ ้ โมเลกุลทีเ่ ปลียนไปในหนึ่งหน่ วยเวลา ่ DP F Dt สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 73
- 74. พิจารณาการชนกลับไปกลับ มาเวลาทีใช้ ในการชนทีผนัง ่ ่ l เดิมแต่ ละครั้ง คือเวลาที่ใช้ ในการเคลือนทีจากผนังด้ านหนึ่งไปผนังอีก ่ ่ ด้ านหนึ่งแล้ วกระดอนกลับมาทีผนังเดิม ่ จะได้ ว่า 2l Dt v สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 74
- 75. DP v F 2mv Dt 2l 2 mv F l l mvx 2 F l l l สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 75
- 76. แรงทีได้ นีเ้ ป็ นแรงเนื่องจากโมเลกุลของ ่ ก๊ าซ 1 โมเลกุลกระทากับผนังภาชนะ พิจารณาก๊ าซ N โมเลกุลบรรจุในกล่ องรู ป ลูกบาศก์ มด้านยาวด้ านละ l ี ถ้ าให้ v1x, v2x, v3x, … , vNx เป็ นความเร็ว ของโมเลกุลที่ 1, 2, 3, … , N ในแนวตั้งฉาก กับผนังตามลาดับ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 76
- 77. รวมแรงทั้งหมดของแต่ ละโมเลกุลเข้ าด้ วยกัน จะได้ แรงลัพธ์ Fx ซึ่งก๊ าซ N โมเลกุลกระทา กับผนังด้ านหนึ่ง คือ Fx F1x F2 x F3 x ... FNx 2 2 2 2 mv mv mv mv Fx 1x 2x ... 3x Nx l l l l m 2 Fx (v1x v2 x v3 x ... vNx ) 2 2 2 l สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 77
- 78. m N 2 Fx vix l i 1 ดังนั้นความดันทีผนังด้ านหนึ่งเป็ น ่ m N 2 Fx vix l i 1 Px 2 A l N m v 2 ix m N 2 Px i 1 3 vix l V i 1 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 78
- 79. N N N m m m Px vix 2 Py viy 2 Pz viz 2 V i 1 V i 1 V i 1 ค่ าความดันที่แต่ ละผนังจะต้ องเป็ น ค่ าเดียวกัน Px = Py = Pz N N N v i 1 2 ix v v i 1 2 iy i 1 2 iz สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 79
- 80. y v v vx v y vz vy v v v v 2 2 2 2 vx x x y z vz vx v y z N N N N N v v v v i 1 2 i i 1 2 ix i 1 2 iy i 1 2 iz 3 v i 1 2 i ... สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 80
- 81. N N N 1 N 2 vix viy viz 3 vi i 1 2 i 1 2 i 1 2 i 1 1m N 2 Px Py Pz vi 3 V i 1 1 N 2 v vi 2 N i 1 1m 1 P ( Nv 2 ) PV m( Nv 2 ) 3V 3 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 81
- 82. 1 PV m( Nv ) 2 3 2 1 PV N ( mv ) 2 3 2 1 Ek mv 2 2 2 PV NEk 3 จาก PV Nk BT 3 E k k BT 2 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 82
- 83. 3 E k k BT 2 จากสมการจะเห็นว่ า พลังงานจลน์ เฉลีย่ จะขึนอยู่กบอุณหภูมสัมบูรณ์ ของก๊ าซเพียง ้ ั ิ อย่ างเดียวไม่ ขนกับชนิดของก๊ าซ ึ้ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 83
- 84. ตัวอย่ าง 11 จงหาพลังงานจลน์ เฉลียของ ่ โมเลกุลของก๊ าซที่ 30 o C กาหนดค่ าคงตัว ของโบลต์ ซมันน์ kB = 1.38 x 10 -23 J/K 3 E k k BT 2 3 23 Ek 1.38 10 303 2 Ek 6.2 1021 J สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 84
- 85. 2. อัตราเร็วของโมเลกุลของก๊ าซ จาก E k T mv k 3 1 B 2 2 2 ให้ vrms v 2 v 2 rms v 2 3 1 2 k BT mv rms 2 2 3k BT v rms 2 m สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 85
- 86. 3k BT v 2 rms m 3(k B N A )T v 2 rms mN A 3RT v 2 rms M 3RT vrms M สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 86
- 87. ตัวอย่ าง 12 จงหา vrms ของโมเลกุลของ ก๊ าซออกซิเจนทีมอุณหภูมิ 27 ่ ี oC M = 32 x 10 -3 kg/mol R = 8.31 J/mol K , T = 300 K 3(8.31)(300) vrms 3 32 10 483.4 m / s สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 87
- 88. หลักสาคัญ อัตราเร็ว vrms จะไม่ เท่ ากับ v แต่ จะมีค่า ใกล้ เคียงกัน และ v v เสมอ rms 2 เราอาจทราบค่ าประมาณของ v ได้ จาก vrms ซึ่งจะคานวณได้ ง่ายกว่ า สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 88
- 89. 1. จงหาค่ า vrms ของโมเลกุลของ H2 ที่ 27 oc กาหนดให้ ค่านิจของก๊ าซ (R) = 8 J/mol K 2. จงหาอุณหภูมททาให้ vrms ของ H2 เท่ ากับ ิ ี่ vrms ของ O2 ทีอุณหภูมิ 27 ่ oc 3. He 2 mol มีปริมาตร 30 ลิตร ทีความดัน ่ 16.62 atm และ vrms = 4323.5 m/s จงหาว่ า แต่ ละโมเลกุลจะมีพลังงานจลน์ เฉลียกีจูล ่ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 89
- 90. พลังงานภายในของระบบ ระบบ คือองค์ ประกอบของสิ่ งต่ าง ๆ ทีเ่ ราต้ องการศึกษา เช่ นถ้ าต้ องการศึกษา การชนกันของวัตถุ 3 ก้ อน ระบบก็คอวัตถุ ื ทั้ง 3 ก้ อน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 90
- 91. ในการศึกษาพลังงานของโมเลกุลของ ก๊ าซในภาชนะ ระบบจะประกอบไปด้ วย อะไรบ้ าง ? สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 91
- 92. ในการศึกษาพลังงานของโมเลกุลของ ก๊ าซในภาชนะ ระบบจะประกอบไปด้ วย โมเลกุลของก๊ าซทั้งหมดในภาชนะนั้น พลังงานของโมเลกลของก๊ าซในระบบ ุ เรียกว่ า พลังงานภายในระบบ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 92
- 93. การหาค่ าพลังงานภายในระบบ จากสมการของพลังงานจลน์ เฉลียของ ่ โมเลกุล E k T k 3 B 2 ให้ U เป็ นพลังงานภายในของระบบที่ ประกอบไปด้ วยก๊ าซ N โมเลกุล จะได้ 3 U Nk BT 2 สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 93
- 94. 3 U Nk BT 2 จากสมการ สรุปได้ ว่าพลังงานภายใน ของระบบแปรผันตรงกับจานวนโมเลกุล และอุณหภูมสัมบูรณ์ ของก๊ าซ ิ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 94
- 95. พิจารณาการเคลือนทีของกระบอกสู บ ่ ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 95
- 96. เมื่อให้ ความร้ อนแก่ ระบบ จากกฎการอนุรักษ์ พลังงาน พลังงานความร้ อนทั้งหมดที่ ให้ กบระบบจะต้ องมีค่าเท่ ากับ ั ผลรวมของพลังงานภายใน ระบบที่เพิมขึนกับงานที่ทา ่ ้ โดยระบบ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 96
- 97. ถ้ าให้ DQ เป็ นพลังงานความร้ อนที่ให้ แก่ระบบ DU เป็ นพลังงานภายในระบบที่เพิมขึน ่ ้ DW เป็ นงานที่ระบบทา จากกฎการอนุรักษ์ พลังงาน สรุ ปได้ ว่า DQ = DU + DW สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 97
- 98. ตัวอย่ าง 13 ระบบปิ ดรับพลังงานความร้ อน ไว้ 100 kJ โดยใช้ พลังงานในการทางานของ ระบบไป 30 kJ ในช่ วงเวลา 50 วินาที ระบบจะมีพลังงานภายในลดหรือเพิม ่ เท่ าใด สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 98
- 99. ตัวอย่ าง 14 ถังปิ ดบรรจุของเหลวชนิดหนึ่ง ถูกกวนด้ วยใบพัดโดยใส่ งานให้ ใบพัด 5090 kJ ความร้ อนทีไหลออกจากถังสู่ สิ่งแวดล้ อม ่ 1500 kJ พิจารณาให้ ถงและของเหลวคือ ั ระบบ จงหาการเปลียนแปลงพลังงานภายใน ่ สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 99
- 100. ตัวอย่ าง 15 ก๊ าซภายในกระบอกสู บลูกหนึ่ง ถูกอัดจนกระทังอุณหภูมเิ ปลียนจาก 27 ่ ่ oC เป็ น 37 oC โดยจะต้ องให้ งานกับก๊ าซ 2.4942 x 10 4 J อยากทราบว่ าก๊ าซจานวนนี้ มีกโมล ถ้ ากระบอกสู บไม่ มการถ่ ายเทความ ี่ ี ร้ อน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 100
- 101. 4. อุณหภูมิ 30 0C เท่ ากับกีองศาฟาเรนไฮต์ ่ และเท่ ากับกีเ่ คลวิน สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 101
- 102. 5. ถ้ าต้ องการให้ นาแข็งมวล 3kg 0 ้ oC กลายเป็ นไอนาที่ 120 ้ oC ต้ องใช้ พลังงาน ความร้ อนเท่ าไร สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 102
- 103. 6. ก๊าซปริมาตร 1 ลิตร ความดัน 1 atm ที่ 27 oC ถูกทาให้ มความดันเพิมขึนเป็ น 1.1 atm และมี ี ่ ้ ปริมาตรเป็ น 1.5 ลิตร ก๊ าซนีจะมีอณหภูมเิ ป็ น ้ ุ เท่ าใด สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 103
- 104. 7. ห้ องหนึ่งกว้ าง 10 m ยาว 10 สู ง 4 m ทีความดัน 1 บรรยากาศ อุณหภูมิ 27 ่ oC จะมีอากาศกีโมล่ (กาหนดให้ R = 8 J/mol K) สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 104
- 105. 8. ก๊ าซหนึ่งบรรจุในภาชนะมีปริมาตร 0.05 m ่3 ทีความดัน 105 N/m2 อุณหภูมิ 50 ่oC เมือได้ รับความร้ อนจนมีอณหภูมิ ุ 100 oC จะมีพลังงานจลน์ เฉลียเพิมขึน ่ ่ ้ เท่ าใด สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 105
- 106. 9. ในการเลือนลูกสู บโดยให้ งาน 500 J ่ และทาให้ ระบบมีพลังงานภายในเพิมขึน่ ้ 300 J จงหาพลังงานความร้ อนที่ระบบ คายออกมา สอนโดยครู ชิตชัย โพธิ์ประภา 106