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

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (19)

Similaire à ความร้อน

Similaire à ความร้อน (20)

Plus de Theerawat Duangsin

Plus de Theerawat Duangsin (6)

ความร้อน