Weitere ähnliche Inhalte Ähnlich wie ความร้อน (18) Mehr von ชิตชัย โพธิ์ประภา (20) ความร้อน2. 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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