บทที่ 17

บทท��บทท�� 1717

ที่��มาของอณหพลศาสตร์�ที่��มาของอณหพลศาสตร์�•• เดิ�มที่�เดิ�มที่� จลนศาสตร์�ความร์�อนและกลศาสตร์�ถู�กมองว าเป็"นศาสตร์�จลนศาสตร์�ความร์�อนและกลศาสตร์�ถู�กมองว าเป็"นศาสตร์�

ต างสาขาต างสาขา–– จนกร์ะที่#�งป็$จนกร์ะที่#�งป็$ พพ..ศศ..23932393–– James Joule and James Joule and น#กว�ที่ยาศาสตร์�อ�กหลายที่ านไดิ�ที่'าการ์น#กว�ที่ยาศาสตร์�อ�กหลายที่ านไดิ�ที่'าการ์

ที่ดิลองให�เห)นว าม�ความเก��ยวข�องก#นร์ะหว างศาสตร์�ที่#*งสองน�*ที่ดิลองให�เห)นว าม�ความเก��ยวข�องก#นร์ะหว างศาสตร์�ที่#*งสองน�*•• ความเก��ยวข�องก#นน#*นถู�กพบการ์ถู ายโอนพล#งงานโดิยความร์�อนในความเก��ยวข�องก#นน#*นถู�กพบการ์ถู ายโอนพล#งงานโดิยความร์�อนใน

กร์ะบวนการ์ความร์�อนกร์ะบวนการ์ความร์�อน ก#บการ์ถู ายโอนพล#งงานในกลไกการ์ก#บการ์ถู ายโอนพล#งงานในกลไกการ์ที่'างานที่'างาน

•• แนวค�ดิเก��ยวก#บพล#งงานถู�กที่'าให�อย� ในร์�ป็ที่#�วไป็เม-�อไดิ�ร์วมเอาแนวค�ดิเก��ยวก#บพล#งงานถู�กที่'าให�อย� ในร์�ป็ที่#�วไป็เม-�อไดิ�ร์วมเอาพล#งงานภายในเข�าไป็ดิ�วยพล#งงานภายในเข�าไป็ดิ�วย

•• กฎอนร์#กษ์�พล#งงานกลายมาเป็"นกฎสากลของธร์ร์มชาต�กฎอนร์#กษ์�พล#งงานกลายมาเป็"นกฎสากลของธร์ร์มชาต�กฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

2

ที่��มาของอณหพลศาสตร์�ที่��มาของอณหพลศาสตร์�• เดิ�มที่� จลนศาสตร์�ความร์�อนและกลศาสตร์�ถู�กมองเดิ�มที่� จลนศาสตร์�ความร์�อนและกลศาสตร์�ถู�กมอง

ว าเป็"นศาสตร์�ต างสาขาว าเป็"นศาสตร์�ต างสาขา– จนกร์ะที่#�งป็$ พจนกร์ะที่#�งป็$ พ..ศศ.. 2393 2393– James Joule and James Joule and น#กว�ที่ยาศาสตร์�อ�กหลายน#กว�ที่ยาศาสตร์�อ�กหลาย

ที่ านไดิ�ที่'าการ์ที่ดิลองให�เห)นว าม�ความเก��ยวข�องที่ านไดิ�ที่'าการ์ที่ดิลองให�เห)นว าม�ความเก��ยวข�องก#นร์ะหว างศาสตร์�ที่#*งสองน�*ก#นร์ะหว างศาสตร์�ที่#*งสองน�*

• ความเก��ยวข�องก#นน#*นถู�กพบการ์ถู ายโอนพล#งงานความเก��ยวข�องก#นน#*นถู�กพบการ์ถู ายโอนพล#งงานโดิยความร์�อนในกร์ะบวนการ์ความร์�อน ก#บการ์ถู ายโดิยความร์�อนในกร์ะบวนการ์ความร์�อน ก#บการ์ถู ายโอนพล#งงานในกลไกการ์ที่'างานโอนพล#งงานในกลไกการ์ที่'างาน

• แนวค�ดิเก��ยวก#บพล#งงานถู�กที่'าให�อย� ในร์�ป็ที่#�วไป็เม-�อแนวค�ดิเก��ยวก#บพล#งงานถู�กที่'าให�อย� ในร์�ป็ที่#�วไป็เม-�อไดิ�ร์วมเอาพล#งงานภายในเข�าไป็ดิ�วยไดิ�ร์วมเอาพล#งงานภายในเข�าไป็ดิ�วย

• กฎอนร์#กษ์�พล#งงานกลายมาเป็"นกฎสากลของกฎอนร์#กษ์�พล#งงานกลายมาเป็"นกฎสากลของธร์ร์มชาต�ธร์ร์มชาต�

James Prescott JouleJames Prescott Joule•• พพ..ศศ..2361 2361 ––24322432•• ส วนใหญ่ ศ3กษ์าหาความร์� �ดิ�วยส วนใหญ่ ศ3กษ์าหาความร์� �ดิ�วย

ต#วเองต#วเอง•• งานของที่ านเป็"นพ-*นฐานของงานของที่ านเป็"นพ-*นฐานของ

กฎอนร์#กษ์�พล#งงานกฎอนร์#กษ์�พล#งงาน•• เป็"นผู้��ก'าหนดิสมม�ลร์ะหว างเป็"นผู้��ก'าหนดิสมม�ลร์ะหว าง

พล#งงานกลก#บความร์�อนพล#งงานกลก#บความร์�อน

กฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

3

พลั�งงานภายในพลั�งงานภายใน•• พลั�งงานภายในพลั�งงานภายใน((Internal energyInternal energy) ) ค-อพล#งงานของค-อพล#งงานของ

ร์ะบบที่#*งหมดิที่��เก��ยวเน-�องก#บส วนป็ร์ะกอบของร์ะบบที่#*งหมดิที่��เก��ยวเน-�องก#บส วนป็ร์ะกอบของพล#งงานร์ะดิ#บจลที่ร์ร์ศน�พล#งงานร์ะดิ#บจลที่ร์ร์ศน�–– ส วนป็ร์ะกอบหมายถู3งอะตอมและโมเลกลส วนป็ร์ะกอบหมายถู3งอะตอมและโมเลกล–– ร์ะบบถู�กมองจากกร์อบอ�างอ�งที่��อย� น��งเม-�อเที่�ยบก#บร์ะบบร์ะบบถู�กมองจากกร์อบอ�างอ�งที่��อย� น��งเม-�อเที่�ยบก#บร์ะบบ


4

พล#งงานภายในและพล#งงานร์�ป็แบบอ-�นพล#งงานภายในและพล#งงานร์�ป็แบบอ-�น ๆๆ

•• ไม ไดิ�ร์วมพล#งงานจลน�ของการ์เล-�อนต'าแหน งไป็ในอวกาศไม ไดิ�ร์วมพล#งงานจลน�ของการ์เล-�อนต'าแหน งไป็ในอวกาศ•• พล#งงานจลน�ที่��น#บเป็"นพล#งงานภายในต�องม�สมบ#ต�ดิ#งน�*พล#งงานจลน�ที่��น#บเป็"นพล#งงานภายในต�องม�สมบ#ต�ดิ#งน�*

–– การ์ย�ายต'าแหน งอย างส มการ์ย�ายต'าแหน งอย างส ม((สะเป็ะสะป็ะสะเป็ะสะป็ะ))–– การ์เคล-�อนที่��อย างหมนการ์เคล-�อนที่��อย างหมน–– การ์เคล-�อนที่��อย างส#�นการ์เคล-�อนที่��อย างส#�น

•• พล#งงานศ#กย�ของโมเลกลก)น#บร์วมเป็"นพล#งงานภายในดิ�วยพล#งงานศ#กย�ของโมเลกลก)น#บร์วมเป็"นพล#งงานภายในดิ�วย


5

ความร้�อนความร้�อน•• ความร์�อนเป็"นกลไกที่��พล#งงานถู ายโอนร์ะบบและความร์�อนเป็"นกลไกที่��พล#งงานถู ายโอนร์ะบบและ

ส��งแวดิล�อมส��งแวดิล�อม เก��ยวข�องก#บความแตกต างร์ะหว างเก��ยวข�องก#บความแตกต างร์ะหว างอณหภ�ม�อณหภ�ม�

•• ค'าว าความร์�อนจะใช�เพ-�อแสดิงป็ร์�มาณพล#งงานค'าว าความร์�อนจะใช�เพ-�อแสดิงป็ร์�มาณพล#งงาน QQที่��ที่��ถู ายโอนเม-�อเก�ดิความแตกของอณหภ�ม�ถู ายโอนเม-�อเก�ดิความแตกของอณหภ�ม�


6

ความร้�อนความร้�อน กั�บกั�บ งานงาน•• งานที่��ที่'าให�ร์ะบบหร์-องานที่��ร์ะบบที่'างานที่��ที่'าให�ร์ะบบหร์-องานที่��ร์ะบบที่'า ค-อการ์ว#ดิป็ร์�มาณค-อการ์ว#ดิป็ร์�มาณ

พล#งงานที่��ถู ายโอนร์ะหว างร์ะบบก#บส��งแวดิล�อมพล#งงานที่��ถู ายโอนร์ะหว างร์ะบบก#บส��งแวดิล�อม•• ความร์�อนเป็"นพล#งงานที่��ถู ายโอนร์ะหว างร์ะบบก#บความร์�อนเป็"นพล#งงานที่��ถู ายโอนร์ะหว างร์ะบบก#บ

ส��งแวดิล�อมอ#นเน-�องมาจากความแตกต างของอณหภ�ม�ส��งแวดิล�อมอ#นเน-�องมาจากความแตกต างของอณหภ�ม�


7

หน�วยของความร้�อนหน�วยของความร้�อน•• แต ก อนใช�แต ก อนใช� ““แคลอร์�แคลอร์�””(calorie) (calorie) เป็"นหน วยของความร์�อนเป็"นหน วยของความร์�อน

–– หน3�งหน3�งแคลอร์�แคลอร์� ค-อพล#งงานความร์�อนที่��ที่'าให�น'*าจ'านวนค-อพล#งงานความร์�อนที่��ที่'าให�น'*าจ'านวน 11 กร์#มกร์#ม ม�อณหภ�ม�ม�อณหภ�ม�เพ��มข3*นจากเพ��มข3*นจาก 14 14.5.5ooC C เป็"นเป็"น 15 15.5.5ooCC•• 1 1 แคลอร์�แคลอร์� ที่��ใช�ในอาหาร์ที่��ใช�ในอาหาร์ ที่��จร์�งแล�วค-อที่��จร์�งแล�วค-อ 11 ก�โลก�โลแคลอร์�แคลอร์�

•• ในสหร์#ฐในสหร์#ฐ ใช�หน วยใช�หน วย BTU BTU (British Thermal Unit)(British Thermal Unit)–– 1 BTU 1 BTU ค-อพล#งงานความร์�อนที่��ที่'าให�น'*าจ'านวนค-อพล#งงานความร์�อนที่��ที่'าให�น'*าจ'านวน 11lblb ม�อณหภ�ม�เพ��มข3*นม�อณหภ�ม�เพ��มข3*น

จากจาก 63 63ooF F เป็"นเป็"น 64 64ooFF•• ในร์ะบบในร์ะบบ SI SI จะใช�เป็"นจะใช�เป็"น Joules Joules เหม-อนงานเหม-อนงาน และและ พล#งงานที่กชน�ดิพล#งงานที่กชน�ดิ


8

พล#งงานกลสมม�ลก#บความร์�อนพล#งงานกลสมม�ลก#บความร์�อน•• 1 cal = 4.186 J1 cal = 4.186 J

–– ค-อค าพล#งงานกลสมม�ลก#บความร์�อนค-อค าพล#งงานกลสมม�ลก#บความร์�อน

–– ป็9จจบ#นถู-อเป็"นน�ยามของป็9จจบ#นถู-อเป็"นน�ยามของ 1 1 caloriecalorie

•• 1 joule 1 joule ถู�กใช�เป็"นหน วยความร์�อนในร์ะบบถู�กใช�เป็"นหน วยความร์�อนในร์ะบบ SI SI มาต#*งแต มาต#*งแต พพ..ศศ.. 24912491


9

ความร้�อนจุ�ความร้�อนจุ�าเพาะความร้�อนจุ�ความร้�อนจุ�าเพาะ•• ความจความร์�อนจ'าเพาะความจความร์�อนจ'าเพาะ((Specific heat capacity)Specific heat capacity)

c c ค-อป็ร์�มาณความร์�อนต อหน3�งหน วยมวลที่��ใช�ในค-อป็ร์�มาณความร์�อนต อหน3�งหน วยมวลที่��ใช�ในการ์เป็ล��ยนอณหภ�ม�ของสาร์ไป็การ์เป็ล��ยนอณหภ�ม�ของสาร์ไป็ 11°°CC

•• ถู�าพล#งงานถู�าพล#งงาน QQ ถู ายโอนไป็ให�สาร์ต#วอย างมวลถู ายโอนไป็ให�สาร์ต#วอย างมวล mm และอณหภ�ม�เป็ล��ยนไป็และอณหภ�ม�เป็ล��ยนไป็ TTดิ#งน#*นความจความร์�อนจ'าเพาะค-อดิ#งน#*นความจความร์�อนจ'าเพาะค-อ


10TmQ

c

Specific Heat Capacity, contSpecific Heat Capacity, cont•• ความร์�อนจความร์�อนจ'าเพาะเป็"นค าส'าค#ญ่ที่��ใช�บอกค าความร์�อนจความร์�อนจ'าเพาะเป็"นค าส'าค#ญ่ที่��ใช�บอกค า

ความจความร์�อนของว#ตถูความจความร์�อนของว#ตถู–– ถู�าสาร์ใดิม�ความจความร์�อนจ'าเพาะม�ค ามากกว าถู�าสาร์ใดิม�ความจความร์�อนจ'าเพาะม�ค ามากกว า ก)ก)

หมายความว าในการ์เพ��มอณหภ�ม�ของสาร์น#*นต�องใช�หมายความว าในการ์เพ��มอณหภ�ม�ของสาร์น#*นต�องใช�พล#งงานมากกว าพล#งงานมากกว า

•• สมการ์ม#กเข�ยนในร์�ป็สมการ์ม#กเข�ยนในร์�ป็ Q = m c Q = m c TT•• หน วยของความจความร์�อนจ'าเพาะค-อหน วยของความจความร์�อนจ'าเพาะค-อ J J/ / kgkg°°CC


11

ตาร้าง แสดงความจุ�ความร้�อนจุ�าเพาะของสาร้บางชน"ดท��อ�ณหภ$ม" 25oC แลัะความด�น 1 บร้ร้ยากัาศ


12

Sign ConventionsSign Conventions•• เม-�ออณหภ�ม�เพ��มข3*นเม-�ออณหภ�ม�เพ��มข3*น ::

QQ และและ TT เป็"นบวกเป็"นบวกพล#งงานถู ายโอนเข�าส� ร์ะบบพล#งงานถู ายโอนเข�าส� ร์ะบบ

•• เม-�ออณหภ�ม�ลดิลงเม-�ออณหภ�ม�ลดิลง ::QQ และและ TT เป็"นลบเป็"นลบพล#งงานถู ายโอนออกจากร์ะบบพล#งงานถู ายโอนออกจากร์ะบบ


13

ความร้�อนจุ�าเพาะของน�&าความร้�อนจุ�าเพาะของน�&า•• สาร์ที่��เร์าร์� �จ#กก#นโดิยที่#�วไป็สาร์ที่��เร์าร์� �จ#กก#นโดิยที่#�วไป็ น'*าม�ความร์�อนจ'าเพาะมากน'*าม�ความร์�อนจ'าเพาะมาก

ที่��สดิที่��สดิ–– ไฮโดิร์เจนไฮโดิร์เจนและฮ�และฮ�เส�ยมม�ความร์�อนจ'าเพาะส�งกว าเส�ยมม�ความร์�อนจ'าเพาะส�งกว า

•• ซึ่3�งผู้ลให�เก�ดิกาลอากาศซึ่3�งผู้ลให�เก�ดิกาลอากาศ–– ความแตกต างของอณหภ�ม�เม-�ออย� ใกล�แหล งน'*าใหญ่ ความแตกต างของอณหภ�ม�เม-�ออย� ใกล�แหล งน'*าใหญ่ –– เป็"นร์ะบบการ์เก�ดิลมของที่#*งโลกเป็"นร์ะบบการ์เก�ดิลมของที่#*งโลก–– ลมบกและลมที่ะเลลมบกและลมที่ะเล


14

การ์ว#ดิป็ร์�มาณความร์�อนการ์ว#ดิป็ร์�มาณความร์�อน(Calorimetry(Calorimetry))

•• กลว�ธ�หน3�งในการ์ว#ดิค าความร์�อนจ'าเพาะเก��ยวข�องกลว�ธ�หน3�งในการ์ว#ดิค าความร์�อนจ'าเพาะเก��ยวข�องก#บการ์ให�ความร์�อนก#บว#สดิก#บการ์ให�ความร์�อนก#บว#สดิ โดิยหย อนลงในน'*าโดิยหย อนลงในน'*าต#วอย างต#วอย าง และบ#นที่3กการ์เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�และบ#นที่3กการ์เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�

•• กลว�ธ�น�*เร์�ยกว าการ์ว#ดิป็ร์�มาณความร์�อนกลว�ธ�น�*เร์�ยกว าการ์ว#ดิป็ร์�มาณความร์�อน–– แคลอร์�ม�เตอร์�แคลอร์�ม�เตอร์�(calorimeter(calorimeter) ) เป็"นเคร์-�องม-อซึ่3�งม�การ์ถู ายเป็"นเคร์-�องม-อซึ่3�งม�การ์ถู าย

โอนพล#งงานภายในโอนพล#งงานภายใน


15

Calorimetry, contCalorimetry, cont

•• สาร์ต#วอย างและน'*าเป็"นร์ะบบเอกเที่ศสาร์ต#วอย างและน'*าเป็"นร์ะบบเอกเที่ศ–– แคลอร์�ม�เตอร์�แคลอร์�ม�เตอร์�ไม ป็ล อยในพล#งงานผู้ านไม ป็ล อยในพล#งงานผู้ าน

เข�าหร์-อออกร์ะบบเข�าหร์-อออกร์ะบบ•• กฎอนร์#กษ์�พล#งงานบอกว ากฎอนร์#กษ์�พล#งงานบอกว า ความร์�อนที่��ออกจากความร์�อนที่��ออกจาก

สาร์ต#วอย างเที่ าก#บความร์�อนที่��เข�าไป็ในน'*าสาร์ต#วอย างเที่ าก#บความร์�อนที่��เข�าไป็ในน'*า–– สมการ์คณ�ตศาสตร์�ของการ์อนร์#กษ์�พล#งงานเข�ยนเป็"นสมการ์คณ�ตศาสตร์�ของการ์อนร์#กษ์�พล#งงานเข�ยนเป็"น

QQcoldcold= = QQhothot


16

Calorimetry, finalCalorimetry, final

•• เคร์-�องหมายลบในสมการ์ใช�เพ-�อให�ถู�กต�องก#บความเคร์-�องหมายลบในสมการ์ใช�เพ-�อให�ถู�กต�องก#บความสะดิวกในการ์ใช�เคร์-�องหมายสะดิวกในการ์ใช�เคร์-�องหมาย

•• เพร์าะเพร์าะ Q = m cQ = m cTT ใช�เพ-�อหาค าใช�เพ-�อหาค า ccunknownunknown

–– กลว�ธ�ค-อกลว�ธ�ค-อ,, มวลของภาชนะใส น'*าจะต�องน'ามาค'านวณมวลของภาชนะใส น'*าจะต�องน'ามาค'านวณดิ�วยดิ�วย แต ถู�าแต ถู�า mmw w >>>>mmcontainercontainer

ก)สามาร์ถูต#ดิที่�*งไดิ�ก)สามาร์ถูต#ดิที่�*งไดิ�

TTm

TTcmc

xx

wwwx


17

สถานะเปลั��ยนสถานะเปลั��ยน•• สถูานะเป็ล��ยนเม-�อสาร์เป็ล��ยนจากร์�ป็แบบหน3�งไป็ย#งอ�กสถูานะเป็ล��ยนเม-�อสาร์เป็ล��ยนจากร์�ป็แบบหน3�งไป็ย#งอ�ก

ร์�ป็แบบหน3�งร์�ป็แบบหน3�ง–– โดิยที่#�วไป็ที่��พบก#นก)ม�สองแบบโดิยที่#�วไป็ที่��พบก#นก)ม�สองแบบ ค-อค-อ

•• จากของแข)งเป็"นของเหลวจากของแข)งเป็"นของเหลว ( (melting)melting)

•• จากของเหลวเป็"นแก<สจากของเหลวเป็"นแก<ส ( (boiling)boiling)

•• ขณะที่��เป็ล��ยนสถูานะขณะที่��เป็ล��ยนสถูานะ ไม ม�การ์เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�ไม ม�การ์เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�


18

ความร้�อนแฝงความร้�อนแฝง((Latent Heat)Latent Heat)

•• สาร์ต างชน�ดิก#นต างใช�พล#งงานหร์-อคายพล#งงานในสาร์ต างชน�ดิก#นต างใช�พล#งงานหร์-อคายพล#งงานในการ์เป็ล��ยนสถูานะไม เที่ าก#นการ์เป็ล��ยนสถูานะไม เที่ าก#น–– ข3*นอย� ก#บการ์จ#ดิเร์�ยงต#วของโมเลกลข3*นอย� ก#บการ์จ#ดิเร์�ยงต#วของโมเลกล

•• ป็ร์�มาณพล#งงานย#งคงข3*นก#บมวลของสาร์ต#วอย างดิ�วยป็ร์�มาณพล#งงานย#งคงข3*นก#บมวลของสาร์ต#วอย างดิ�วย•• ถู�าถู�า QQ แที่นพล#งงานที่��ใช�ในการ์เป็ล��ยนสถูานะของสาร์แที่นพล#งงานที่��ใช�ในการ์เป็ล��ยนสถูานะของสาร์

ต#วอย างมวลต#วอย างมวล mm,,QQ = = mLmL


19

Latent Heat, contLatent Heat, cont

•• LL แที่นค าความร์�อนแฝงจ'าเพาะของว#สดิแที่นค าความร์�อนแฝงจ'าเพาะของว#สดิ–– แฝงแฝง((Latent) Latent) หมายถู3งซึ่ อนไว�หมายถู3งซึ่ อนไว�–– ค าค า LL ข3*นก#บชน�ดิของสาร์และสถูานะที่��เป็ล��ยนข3*นก#บชน�ดิของสาร์และสถูานะที่��เป็ล��ยน

อย างไร์อย างไร์


20

Latent Heat, finalLatent Heat, final•• ความร์�อนแฝงจ'าเพาะของการ์หลอมเหลวความร์�อนแฝงจ'าเพาะของการ์หลอมเหลว LLf f ใช�เม-�อสถูานะใช�เม-�อสถูานะ

ของสาร์ก'าล#งหลอมเหลวหร์-อก'าล#งเย-อกแข)งของสาร์ก'าล#งหลอมเหลวหร์-อก'าล#งเย-อกแข)ง•• ความร์�อนแฝงจ'าเพาะของการ์กลายเป็"นไอความร์�อนแฝงจ'าเพาะของการ์กลายเป็"นไอ LLvv ใช�เม-�อสถูานะใช�เม-�อสถูานะ

ของสาร์ก'าล#งเดิ-อดิหร์-อควบแน นของสาร์ก'าล#งเดิ-อดิหร์-อควบแน น•• เคร์-�องหมายบวกเคร์-�องหมายบวก ใช�เม-�อใช�เม-�อ ร์ะบบไดิ�ร์#บการ์ถู ายโอนพล#งงานร์ะบบไดิ�ร์#บการ์ถู ายโอนพล#งงาน

–– ใช�เม-�อก'าล#งหลอมเหลวหร์-อก'าล#งเดิ-อดิใช�เม-�อก'าล#งหลอมเหลวหร์-อก'าล#งเดิ-อดิ•• เคร์-�องหมายลบเคร์-�องหมายลบ ใช�เม-�อใช�เม-�อ ม�การ์ถู ายโอนพล#งงานออกจากร์ะบบม�การ์ถู ายโอนพล#งงานออกจากร์ะบบ

–– ใช�เม-�อก'าล#งเย-อกแข)งหร์-อก'าล#งควบแน นใช�เม-�อก'าล#งเย-อกแข)งหร์-อก'าล#งควบแน น


21

ตาร์างตาร์าง แสดิงค าความร์�อนแฝงจ'าเพาะแสดิงค าความร์�อนแฝงจ'าเพาะ


22


23

กัร้าฟ แสดงกัาร้เปลั��ยนสถานะจุากัน�&ากัร้าฟ แสดงกัาร้เปลั��ยนสถานะจุากัน�&าแข,งไปเป.นไอน�&าแข,งไปเป.นไอน�&า


24

กัร้าฟส�วน กัร้าฟส�วน AA กั�าลั�งอ� �นน�&าแข,งกั�าลั�งอ� �นน�&าแข,ง• เร์��มต�นดิ�วยน'*าแข)ง เร์��มต�นดิ�วยน'*าแข)ง 11 กร์#มกร์#ม

อณหภ�ม�อณหภ�ม�––30.0ºC30.0ºC

• ช วงช วง A A อณหภ�ม�น'*าแข)งเพ��มข3*นอณหภ�ม�น'*าแข)งเพ��มข3*นจากจาก––30.0ºC 30.0ºC เป็"นเป็"น 0ºC0ºC

• ใช�สมการ์ใช�สมการ์ QQ = = m cm ciceice TT– ม�การ์เต�มพล#งงานม�การ์เต�มพล#งงาน 62.7 J 62.7 J เข�าไป็เข�าไป็

ในร์ะบบในร์ะบบ


25

• การ์หลอมเหลวการ์หลอมเหลว((เป็ล��ยนสถูานะเป็ล��ยนสถูานะ))เร์��มข3*นเม-�อเร์��มข3*นเม-�ออณหภ�ม�อณหภ�ม� 0º C0º C

• อณหภ�ม�อย� คงเดิ�มแม�จะม�การ์เต�มอณหภ�ม�อย� คงเดิ�มแม�จะม�การ์เต�มพล#งงานพล#งงานเข�ามาเร์-�อย ๆเข�ามาเร์-�อย ๆ

• ใช�ใช� QQ = = mm LLff – บนกร์าฟ ค าจะเป็ล��ยนจากบนกร์าฟ ค าจะเป็ล��ยนจาก 62.7 J 62.7 J เป็"นเป็"น

396 J396 J– พล#งงานที่��ใช�เที่ าก#บพล#งงานที่��ใช�เที่ าก#บ 333 J333 J

กัร้าฟส�วนกัร้าฟส�วน B, B, น�&าแข,งน�&าแข,งกั�าลั�งหลัอมเหลัวกั�าลั�งหลัอมเหลัว


26

• ไม ม�การ์เป็ล��ยนสถูานะเม-�ออณหภ�ม�ไม ม�การ์เป็ล��ยนสถูานะเม-�ออณหภ�ม�อย� ร์ะหว างอย� ร์ะหว าง 0º C 0º C ก#บก#บ 100º C100º C

• เม-�อเต�มพล#งงานเข�ามา อณหภ�ม�ก)เม-�อเต�มพล#งงานเข�ามา อณหภ�ม�ก)เพ��มข3*นเพ��มข3*น

• ใช�สมการ์ใช�สมการ์ Q = mQ = m ccwaterwater TT– พล#งงานที่��เพ��มค-อ พล#งงานที่��เพ��มค-อ 419 J419 J– ตอนน�* พล#งงานที่#*งหมดิเป็"นตอนน�* พล#งงานที่#*งหมดิเป็"น 815 815

JJ

กัร้าฟส�วนกัร้าฟส�วน C, C, น�&าน�&ากั�าลั�งอ� �นข/&นกั�าลั�งอ� �นข/&น

•• ที่��ที่�� 100 100 ººC, C, น'*าก'าล#งเดิ-อดิน'*าก'าล#งเดิ-อดิ ((เป็ล��ยนสถูานะเป็ล��ยนสถูานะ))อณหภ�ม�ไม เป็ล��ยนอณหภ�ม�ไม เป็ล��ยน

•• ใช�สมการ์ใช�สมการ์ Q = mQ = mLLvv

–– ตอนน�*ตอนน�* พล#งงานที่#*งหมดิเป็"นพล#งงานที่#*งหมดิเป็"น 3 070 3 070 JJ

–– ใช�พล#งงานใช�พล#งงาน 2 255 J2 255 J

กัร้าฟส�วนกัร้าฟส�วน D D, , น�&ากั�าลั�งเด0อดน�&ากั�าลั�งเด0อด


27

กัร้าฟส�วนกัร้าฟส�วน D, D, น�&าน�&ากั�าลั�งเด0อดกั�าลั�งเด0อด

• ที่��ที่�� 100 ºC, 100 ºC, น'*าก'าล#งเดิ-อดิน'*าก'าล#งเดิ-อดิ ((เป็ล��ยนเป็ล��ยนสถูานะสถูานะ))อณหภ�ม�ไม เป็ล��ยนอณหภ�ม�ไม เป็ล��ยน

• ใช�สมการ์ใช�สมการ์ Q = mQ = m LLvv – ตอนน�* พล#งงานที่#*งหมดิเป็"นตอนน�* พล#งงานที่#*งหมดิเป็"น 3 070 J3 070 J– ใช�พล#งงาน ใช�พล#งงาน 2 255 J2 255 J

กัาร้ให�ความร้�อนกั�บไอน�&ากัาร้ให�ความร้�อนกั�บไอน�&า EE•• หล#งจากน'*าไดิ�กลายเป็"นไอหมดิแล�วหล#งจากน'*าไดิ�กลายเป็"นไอหมดิแล�ว

ไอน'*าจะร์�อนข3*นไอน'*าจะร์�อนข3*น•• ไม ม�การ์เป็ล��ยนสถูานะไม ม�การ์เป็ล��ยนสถูานะ•• พล#งงานที่��เต�มเข�าไป็เพ��มอณหภ�ม�พล#งงานที่��เต�มเข�าไป็เพ��มอณหภ�ม�•• ใช�สมการ์ใช�สมการ์ QQ= = m m ccsteamsteamTT

–– พล#งงานที่#*งหมดิตอนน�*พล#งงานที่#*งหมดิตอนน�* 3 110 3 110 JJ–– กร์ณ�น�*ใช�พล#งงานกร์ณ�น�*ใช�พล#งงาน 40 40 JJ–– อณหภ�ม�ข3*นไป็ถู3งอณหภ�ม�ข3*นไป็ถู3ง 120 120ooCC


28

ต�วแปร้สถานะต�วแปร้สถานะ(State(StateVariables)Variables)•• ต#วแป็ร์สถูานะบร์ร์ยายสถูานะของร์ะบบต#วแป็ร์สถูานะบร์ร์ยายสถูานะของร์ะบบ•• ต#วแป็ร์หลายต#วใช�เพ-�ออธ�บายสถูานะของร์ะบบต#วแป็ร์หลายต#วใช�เพ-�ออธ�บายสถูานะของร์ะบบ

มหที่ร์ร์ศน�มหที่ร์ร์ศน�ที่างที่างอณหพลอณหพลศาสตร์�ศาสตร์�–– ความดิ#นความดิ#น PP อณหภ�ม�อณหภ�ม� TT ป็ร์�มาตร์ป็ร์�มาตร์ VV พล#งงานภายในพล#งงานภายใน EEintint

เป็"นต#วอย างของต#วแป็ร์สถูานะเป็"นต#วอย างของต#วแป็ร์สถูานะ•• สถูานะมหที่ร์ร์ศน�สถูานะมหที่ร์ร์ศน�ของร์ะบบเอกเที่ศสามาร์ถูร์ะบไดิ�ก)ต อเม-�อของร์ะบบเอกเที่ศสามาร์ถูร์ะบไดิ�ก)ต อเม-�อ

ร์ะบบอย� ในสมดิลความร์�อนภายในร์ะบบอย� ในสมดิลความร์�อนภายใน( internal thermal ( internal thermal equilibrium)equilibrium)


29

ต�วแปร้ถ�ายโอนต�วแปร้ถ�ายโอน((Transfer Variables)Transfer Variables)•• ต#วแป็ร์ถู ายโอนม�ค าเม-�อกร์ะบวนการ์อย� ในร์ะหว างม�การ์ถู ายต#วแป็ร์ถู ายโอนม�ค าเม-�อกร์ะบวนการ์อย� ในร์ะหว างม�การ์ถู าย

โอนพล#งงานผู้ านขอบเขตร์ะบบเที่ าน#*นโอนพล#งงานผู้ านขอบเขตร์ะบบเที่ าน#*น•• ต#วแป็ร์ถู ายโอนไม เก��ยวก#บสถูานะใดิใดิของร์ะบบต#วแป็ร์ถู ายโอนไม เก��ยวก#บสถูานะใดิใดิของร์ะบบ เก��ยวเม-�อเก��ยวเม-�อ

สถูานะเป็ล��ยนเที่ าน#*นสถูานะเป็ล��ยนเที่ าน#*น•• ความร้�อนแลัะงานค0อต�วแปร้ถ�ายโอนความร้�อนแลัะงานค0อต�วแปร้ถ�ายโอน

–– ต#วอย างของความร์�อนต#วอย างของความร์�อน :: เร์าสามาร์ถูก'าหนดิค าของความเร์าสามาร์ถูก'าหนดิค าของความร์�อนก)เม-�อพล#งงานที่��ผู้ านขอบเขตค-อความร์�อนร์�อนก)เม-�อพล#งงานที่��ผู้ านขอบเขตค-อความร์�อน


30

Work in ThermodynamicsWork in Thermodynamics•• งานที่'าไดิ�บนร์ะบบที่��เป็ล��ยนร์�ป็ไดิ�เช นแก<สงานที่'าไดิ�บนร์ะบบที่��เป็ล��ยนร์�ป็ไดิ�เช นแก<ส•• พ�จาร์ณาป็ร์ะบอกก#บล�กส�บที่��เคล-�อนที่��ไดิ�พ�จาร์ณาป็ร์ะบอกก#บล�กส�บที่��เคล-�อนที่��ไดิ�•• เพ��มแร์งเข�าไป็เพ-�ออ#ดิแก<สอย างช�าเพ��มแร์งเข�าไป็เพ-�ออ#ดิแก<สอย างช�า ๆๆ

–– การ์อ#ดิดิ'าเน�นช�าเพ�ยงพอที่��จะให�ร์ะบบการ์อ#ดิดิ'าเน�นช�าเพ�ยงพอที่��จะให�ร์ะบบม�อณหภ�ม�คงต#วม�อณหภ�ม�คงต#ว

–– เร์�ยกว าเป็"นกร์ะบวนการ์เสม-อนสถู�ตเร์�ยกว าเป็"นกร์ะบวนการ์เสม-อนสถู�ต((quasiquasi--static process)static process)

–– เป็"นแบบจ'าลองอย างง ายเป็"นแบบจ'าลองอย างง ายกฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

31

Work, 2Work, 2

•• ล�กส�บถู�กแร์งกดิลงจนม�การ์กร์ะจ#ดิล�กส�บถู�กแร์งกดิลงจนม�การ์กร์ะจ#ดิ ::•• งานที่��ไดิ�งานที่��ไดิ�•• AAddyyis the change in volume of the gas, dis the change in volume of the gas, dVV

•• ดิ#งน#*นดิ#งน#*น งานที่��ที่'าให�ก#บแก<สค-องานที่��ที่'าให�ก#บแก<สค-อ d dWW= = PPddVV

jr ˆdd y

yPAyW dˆddd extext jFrF


32

Work, 3Work, 3

•• การ์ต�ความสมการ์การ์ต�ความสมการ์ dW dW = = P dVP dV–– ถู�าแก<สถู�กอ#ดิถู�าแก<สถู�กอ#ดิ dVdV ม�เคร์-�องหมายเป็"นลบม�เคร์-�องหมายเป็"นลบ –– งานที่��ที่'าบนแก<สเป็"นบวกงานที่��ที่'าบนแก<สเป็"นบวก–– ถู�าแก<สขยายต#วถู�าแก<สขยายต#ว dVdV เป็"นบวกเป็"นบวก และงานที่��ที่'าบนและงานที่��ที่'าบน

แก<สเป็"นลบแก<สเป็"นลบ–– ถู�าป็ร์�มาตร์ย#งคงเที่ าเดิ�มถู�าป็ร์�มาตร์ย#งคงเที่ าเดิ�ม งานที่��ที่'าเป็"นศ�นย�งานที่��ที่'าเป็"นศ�นย�

•• งานที่��ที่'าที่#*งหมดิค-องานที่��ที่'าที่#*งหมดิค-อ f

i

dV

VVPW


33

PP--VV DiagramDiagram

•• เม-�อที่ร์าบความดิ#นและป็ร์�มาตร์เม-�อที่ร์าบความดิ#นและป็ร์�มาตร์ในแต ละล'าดิ#บข#*นของกร์ะบวนการ์ในแต ละล'าดิ#บข#*นของกร์ะบวนการ์

•• สามาร์ถูน'าค าที่��ไดิ�มาเข�ยนกร์าฟสามาร์ถูน'าค าที่��ไดิ�มาเข�ยนกร์าฟเร์�ยกว าเร์�ยกว า PP--VVdiagramdiagram–– ซึ่3�งที่'าให�เร์าเห)นภาพกร์ะบวนการ์ที่��ดิ'าเน�นไป็ของแก<สซึ่3�งที่'าให�เร์าเห)นภาพกร์ะบวนการ์ที่��ดิ'าเน�นไป็ของแก<ส

•• เร์�ยกเส�นโค�งว าเร์�ยกเส�นโค�งว า เส�นที่างเส�นที่าง((path)path)


34

PVPVDiagrams, contDiagrams, cont

•• งานที่��ที่'าให�ก#บแก<สในกร์ะบวนการ์ที่��เสม-อนสถู�ตงานที่��ที่'าให�ก#บแก<สในกร์ะบวนการ์ที่��เสม-อนสถู�ต(quasi(quasi--static process) static process) จากสถูานะต#*งต�นจนถู3งสถูานะจากสถูานะต#*งต�นจนถู3งสถูานะสดิที่�ายค-อสดิที่�ายค-อ ค าลบของพ-*นที่��ใต�กร์าฟค าลบของพ-*นที่��ใต�กร์าฟ PVPVdiagram diagram ที่��ที่��หาค าร์ะหว างสถูานะต#*งต�นจนถู3งสดิที่�ายหาค าร์ะหว างสถูานะต#*งต�นจนถู3งสดิที่�าย–– ข�อสร์ป็น�*ใช�ไดิ�ไม ว าความดิ#นจะเป็"นค าคงต#วหร์-อไม ข�อสร์ป็น�*ใช�ไดิ�ไม ว าความดิ#นจะเป็"นค าคงต#วหร์-อไม –– งานที่��ไดิ�ม�ค าข3*นก#บเส�นที่างที่��เล-อกงานที่��ไดิ�ม�ค าข3*นก#บเส�นที่างที่��เล-อก


35

การ์ที่'างานในเส�นที่างที่��ต างก#นการ์ที่'างานในเส�นที่างที่��ต างก#น

•• แต ละกร์ะบวนการ์ม�สถูานะต#*งต�นและสดิที่�ายเหม-อนก#นแต ละกร์ะบวนการ์ม�สถูานะต#*งต�นและสดิที่�ายเหม-อนก#น•• งานที่��ที่'าในแต ละกร์ะบวนการ์ม�ค าไม เที่ าก#นงานที่��ที่'าในแต ละกร์ะบวนการ์ม�ค าไม เที่ าก#น•• งานที่��ที่'าไดิ�ม�ค าข3*นก#บเส�นที่างงานที่��ที่'าไดิ�ม�ค าข3*นก#บเส�นที่าง


36

ต#วอย างต#วอย าง 11 หางานจากแผู้นภาพหางานจากแผู้นภาพ PVPV

•• ป็ร์�มาตร์แก<สลดิลงจากป็ร์�มาตร์แก<สลดิลงจาก VVii ไป็ไป็ VVff โดิยความดิ#นคงต#วที่��โดิยความดิ#นคงต#วที่�� PPii

•• ต อไป็ความดิ#นเพ��มจากค าต อไป็ความดิ#นเพ��มจากค า PPii ไป็ไป็ PPf f โดิยการ์ให�ความร์�อนโดิยการ์ให�ความร์�อนที่��ป็ร์�มาตร์คงต#วที่��ป็ร์�มาตร์คงต#ว VVff

•• WW= = PPii((VVff––VVii))


37


•• เพ��มความดิ#นให�ก#บแก<สจากเพ��มความดิ#นให�ก#บแก<สจาก PPii ไป็ไป็ PPff ที่��ป็ร์�มาตร์คงต#วที่��ป็ร์�มาตร์คงต#ว VVii

•• ลดิป็ร์�มาตร์ลงจากลดิป็ร์�มาตร์ลงจาก VVii เป็"นเป็"น VVff

•• WW= = PPff((VVff––VVii))


38


•• ที่#*งความดิ#นและป็ร์�มาตร์ที่#*งความดิ#นและป็ร์�มาตร์เป็ล��ยนแป็ลงพร์�อมก#นอย างเป็ล��ยนแป็ลงพร์�อมก#นอย างต อเน-�องต อเน-�อง

•• งานจะม�ค าอย� ร์ะหว างงานจะม�ค าอย� ร์ะหว าง ––PPff((VVff––VVii) ) ก#บก#บ ––PPii((VVff––VVii))

•• จะต�องที่ร์าบฟ9งก�ช#นจะต�องที่ร์าบฟ9งก�ช#น P P((VV) ) จ3งจะหาค างานที่��ถู�กต�องไดิ�จ3งจะหาค างานที่��ถู�กต�องไดิ�


39


40

แบบฝ?กห#ดิข�อ แบบฝ?กห#ดิข�อ 17.20 17.20 หน�า หน�า 564 564 จงหาจงหางานที่��งานที่��ท�าให�กั�บแกั2สท�าให�กั�บแกั2ส เม-�อเร์��มต�นจาก เม-�อเร์��มต�นจาก ii และและ

ส�*นสดิที่�� ส�*นสดิที่�� ff• จาก จาก

f

i

dV

V

VPW

ให�เวลัา 3 นาท� จุงหางานท��แกั2สท�า เม0�อเร้"�มต�นจุากั i

แลัะส"&นส�ดท�� f

Heat Transfer, Example 1Heat Transfer, Example 1

•• พล#งงานพล#งงาน QQ ถู ายโอนเข�าหร์-อออกถู ายโอนเข�าหร์-อออกร์ะบบข3*นก#บกร์ะบวนการ์ร์ะบบข3*นก#บกร์ะบวนการ์

•• แหล งร์วมแหล งร์วม(reservoir)(reservoir)พล#งงานพล#งงาน เป็"นเป็"นแหล งพล#งงานที่��พ�จาร์ณาว าสามาร์ถูแหล งพล#งงานที่��พ�จาร์ณาว าสามาร์ถูจ ายพล#งงานไดิ�อย างไม จ'าก#ดิโดิยต#วจ ายพล#งงานไดิ�อย างไม จ'าก#ดิโดิยต#วม#นไม เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�ม#นไม เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�

•• ล�กส�บเคล-�อนที่��ข3*นล�กส�บเคล-�อนที่��ข3*น แก<สที่'างานให�ก#บแก<สที่'างานให�ก#บล�กส�บล�กส�บ


41

Heat Transfer, Example 2Heat Transfer, Example 2•• ข�อน�*ข�อน�* แก<สม�ป็ร์�มาตร์แก<สม�ป็ร์�มาตร์ ความดิ#นความดิ#น

อณหภ�ม�อณหภ�ม� เช นเดิ�ยวก#บต#วอย างก อนเช นเดิ�ยวก#บต#วอย างก อนหน�าน�*หน�าน�*

•• สถูานะสดิที่�ายก)เหม-อนก#นดิ�วยสถูานะสดิที่�ายก)เหม-อนก#นดิ�วย•• พล#งงานไม สามาร์ถูถู ายโอนผู้ านพล#งงานไม สามาร์ถูถู ายโอนผู้ าน

ผู้น#งที่��เป็"นฉนวนไดิ�ผู้น#งที่��เป็"นฉนวนไดิ�•• แก<สไม ไดิ�ที่'างานในการ์ขยายต#วแก<สไม ไดิ�ที่'างานในการ์ขยายต#ว

ไป็ในอวกาศไป็ในอวกาศกฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

42

สร้�ปกัาร้ถ�ายโอนพลั�งงานสร้�ปกัาร้ถ�ายโอนพลั�งงาน•• พล#งงานถู ายโอนโดิยความร์�อนน#*นพล#งงานถู ายโอนโดิยความร์�อนน#*น เหม-อนก#นก#บการ์เหม-อนก#นก#บการ์

ที่'างานที่'างาน ซึ่3�งข3*นก#บสถูานะต#*งต�นซึ่3�งข3*นก#บสถูานะต#*งต�น ร์ะหว างร์ะหว าง และสดิที่�ายและสดิที่�าย ของของร์ะบบร์ะบบ

•• ที่#*งงานและความร์�อนที่#*งงานและความร์�อน ข3*นก#บเส�นที่างที่��เล-อกข3*นก#บเส�นที่างที่��เล-อก•• ต างก)ข3*นก#บกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นในร์ะหว างสถูานะต#*งต�นต างก)ข3*นก#บกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นในร์ะหว างสถูานะต#*งต�น

และสดิที่�ายของร์ะบบและสดิที่�ายของร์ะบบ


43

The First Law of ThermodynamicsThe First Law of Thermodynamics•• กฎข�อที่��หน3�งของจลนศาสตร์�ความร์�อนกฎข�อที่��หน3�งของจลนศาสตร์�ความร์�อน เป็"นเป็"น กร์ณ�พ�เศษ์ของกร์ณ�พ�เศษ์ของ

กฎอนร์#กษ์�พล#งงานกฎอนร์#กษ์�พล#งงาน–– เป็"นเร์-�องของการ์เป็ล��ยนแป็ลงพล#งงานภายในและการ์ถู ายโอนเป็"นเร์-�องของการ์เป็ล��ยนแป็ลงพล#งงานภายในและการ์ถู ายโอน

พล#งงานดิ�วยความร์�อนและการ์ที่'างานพล#งงานดิ�วยความร์�อนและการ์ที่'างาน•• กฎข�อที่��หน3�งของจลนศาสตร์�ความร์�อนกล าวว ากฎข�อที่��หน3�งของจลนศาสตร์�ความร์�อนกล าวว า

EEintint= = QQ+ + WW–– เป็"นกร์ณ�พ�เศษ์ของสมการ์ความต อเน-�องเป็"นกร์ณ�พ�เศษ์ของสมการ์ความต อเน-�อง–– ป็ร์�มาณที่กต#วต�องใช�หน วยเดิ�ยวก#นป็ร์�มาณที่กต#วต�องใช�หน วยเดิ�ยวก#น


44

The First Law of Thermodynamics, contThe First Law of Thermodynamics, cont•• ในกร์ณ�ที่��เก�ดิการ์เป็ล��ยนแป็ลงที่�ละน�อยในกร์ณ�ที่��เก�ดิการ์เป็ล��ยนแป็ลงที่�ละน�อย

ddEEintint= d= dQQ+ d+ dWW•• ในที่างป็ฏิ�บ#ต�ไม พบความแตกต างร์ะหว างผู้ลของความร์�อนและในที่างป็ฏิ�บ#ต�ไม พบความแตกต างร์ะหว างผู้ลของความร์�อนและ

การ์ที่'างานการ์ที่'างาน–– ต างสามาร์ถูที่'าให�เก�ดิการ์เป็ล��ยนแป็ลงพล#งงานภายในให�ก#บต างสามาร์ถูที่'าให�เก�ดิการ์เป็ล��ยนแป็ลงพล#งงานภายในให�ก#บ

ร์ะบบไดิ�ร์ะบบไดิ�–– เม-�อก'าหนดิเส�นที่างหร์-อกร์ะบวนการ์เม-�อก'าหนดิเส�นที่างหร์-อกร์ะบวนการ์ ที่'าให�สามาร์ถูค'านวณที่'าให�สามาร์ถูค'านวณ

หร์-อว#ดิค าหร์-อว#ดิค า QQ และและ WW ไดิ�ไดิ�กฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

45

Adiabatic ProcessAdiabatic Process

•• กร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแบต�กกร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแบต�กเป็"นกร์ะบวนการ์ที่��เป็"นกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นโดิยไม ม�การ์ถู ายโอนพล#งงานเข�าหร์-อเก�ดิข3*นโดิยไม ม�การ์ถู ายโอนพล#งงานเข�าหร์-อออกจากร์ะบบดิ�วยความร์�อนออกจากร์ะบบดิ�วยความร์�อน–– QQ= 0= 0

–– ที่'าไดิ�โดิยที่'าไดิ�โดิย•• ผู้น#งของร์ะบบเป็"นฉนวนความร์�อนผู้น#งของร์ะบบเป็"นฉนวนความร์�อน•• เป็"นกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิอย างร์วดิเร์)วจนไม ม�เป็"นกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิอย างร์วดิเร์)วจนไม ม�

การ์แลกเป็ล��ยนความร์�อนการ์แลกเป็ล��ยนความร์�อนกฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

46

Adiabatic Process, contAdiabatic Process, cont

•• เพร์าะว าเพร์าะว า QQ= 0, = 0, ดิ#งน#*นดิ#งน#*น EEintint= = WW

•• ถู�าแก<สถู�กอ#ดิอย างถู�าแก<สถู�กอ#ดิอย างแอเดิ�ยแบต�กแอเดิ�ยแบต�ก,,WW เป็"นบวกเป็"นบวก ดิ#งน#*นดิ#งน#*น EEintint เป็"นบวกและแก<สม�อณหภ�ม�เพ��มข3*นเป็"นบวกและแก<สม�อณหภ�ม�เพ��มข3*น–– แก<สถู�กที่'างานแก<สถู�กที่'างาน

•• ถู�าแก<สขยายต#วอย างถู�าแก<สขยายต#วอย างแอเดิ�ยแบต�กแอเดิ�ยแบต�ก,,WW เป็"นลบเป็"นลบ ดิ#งน#*นดิ#งน#*น EEintint เป็"นลบและแก<สม�อณหภ�ม�ลดิลงเป็"นลบและแก<สม�อณหภ�ม�ลดิลง–– แก<สที่'างานเองแก<สที่'างานเอง


47

Adiabatic Processes, ExamplesAdiabatic Processes, Examples

•• ต#วอย างส'าค#ญ่ในต#วอย างส'าค#ญ่ในกร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแบต�กกร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแบต�ก ที่��เก��ยวข�องที่��เก��ยวข�องก#บว�ศวกร์ร์มศาสตร์�ค-อก#บว�ศวกร์ร์มศาสตร์�ค-อ–– การ์ขยายต#วของแก<สร์�อนในเคร์-�องยนต�ส#นดิาป็ภายในการ์ขยายต#วของแก<สร์�อนในเคร์-�องยนต�ส#นดิาป็ภายใน–– การ์ที่'าการ์ที่'าแก<สแก<สให�เป็"นของเหลวให�เป็"นของเหลว(liquefaction(liquefactionof gas) of gas) ในร์ะบบในร์ะบบ

ที่'าความเย)นที่'าความเย)น–– จ#งหวะอ#ดิในเคร์-�องยนต�ดิ�เซึ่ลจ#งหวะอ#ดิในเคร์-�องยนต�ดิ�เซึ่ล


48

การ์ขยายต#วอ�สร์ะอย างการ์ขยายต#วอ�สร์ะอย างแอเดิ�ยแบต�กแอเดิ�ยแบต�ก•• ต#วอย างในภาพที่างขวาต#วอย างในภาพที่างขวา•• น#บเป็"นกร์ะบวนการ์น#บเป็"นกร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแบต�กแอเดิ�ยแบต�ก เพร์าะเพร์าะ

เหตการ์ณ�เก�ดิในภาชนะที่��เป็"นฉนวนเหตการ์ณ�เก�ดิในภาชนะที่��เป็"นฉนวน•• เพร์าะเป็"นการ์ขยายต#วออกไป็ในอวกาศเพร์าะเป็"นการ์ขยายต#วออกไป็ในอวกาศ

ซึ่3�งไม ม�แร์งกร์ะที่'าซึ่3�งไม ม�แร์งกร์ะที่'า จ3งไม ม�งานที่��เก�ดิก#บจ3งไม ม�งานที่��เก�ดิก#บล�กส�บล�กส�บ WW= 0= 0

•• เพร์าะว าเพร์าะว า QQ= 0 = 0 และและ WW= 0, = 0, EEintint= 0 = 0 สถูานะต#*งต�นและสดิที่�ายเหม-อนก#นสถูานะต#*งต�นและสดิที่�ายเหม-อนก#น–– คาดิไดิ�ว าไม ม�อณหภ�ม�เป็ล��ยนแป็ลงคาดิไดิ�ว าไม ม�อณหภ�ม�เป็ล��ยนแป็ลง


49

กร์ะบวนการ์คงความดิ#นกร์ะบวนการ์คงความดิ#น((Isobaric Process)Isobaric Process)

•• กร์ะบวนการ์คงความดิ#นกร์ะบวนการ์คงความดิ#น ค-อกร์ะบวนที่��เก�ดิข3*นโดิยค-อกร์ะบวนที่��เก�ดิข3*นโดิยความดิ#นเป็"นค าคงต#วความดิ#นเป็"นค าคงต#ว

•• ป็ร์�มาณความร์�อนและงานป็ร์�มาณความร์�อนและงาน โดิยป็กต�ไม เป็"นศ�นย�ที่#*งค� โดิยป็กต�ไม เป็"นศ�นย�ที่#*งค� •• งานที่��ไดิ�ที่'าค-องานที่��ไดิ�ที่'าค-อ WW= = PP( ( VVff––VVi i ) )

โดิยโดิย PP แที่นความดิ#นคงต#วแที่นความดิ#นคงต#ว


50

Isovolumic ProcessIsovolumic Process•• IsovolumicIsovolumicprocess process ค-อกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นโดิยป็ร์�มาตร์ค-อกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นโดิยป็ร์�มาตร์

ไม เป็ล��ยนแป็ลงไม เป็ล��ยนแป็ลง•• เม-�อป็ร์�มาตร์ไม เป็ล��ยนเม-�อป็ร์�มาตร์ไม เป็ล��ยน ดิ#งน#*นดิ#งน#*น WW= 0= 0

•• จากกฎอณหพลศาสตร์�ข�อที่��หน3�งจากกฎอณหพลศาสตร์�ข�อที่��หน3�ง EEintint= = QQ

•• เม-�อม�การ์เต�มพล#งงานให�ก#บร์ะบบดิ�วยความร์�อนเม-�อม�การ์เต�มพล#งงานให�ก#บร์ะบบดิ�วยความร์�อน และและควบคมป็ร์�มาตร์ให�คงต#วไว�ควบคมป็ร์�มาตร์ให�คงต#วไว� พลั�งงานท�&งหมดท��ถ�ายโอนพลั�งงานท�&งหมดท��ถ�ายโอนเข�ามาย�งร้ะบบท�าให�พลั�งงานภายในร้ะบบเพ"�มข/&นเข�ามาย�งร้ะบบท�าให�พลั�งงานภายในร้ะบบเพ"�มข/&น


51

กร์ะบวนการ์กร์ะบวนการ์คงอณหภ�ม�คงอณหภ�ม�(Isothermal(IsothermalProcess)Process)•• กร์ะบวนการ์กร์ะบวนการ์คงอณหภ�ม�คงอณหภ�ม� หร์-อหร์-อไอโซึ่เที่อร์�ม#ลไอโซึ่เที่อร์�ม#ล เป็"นเป็"น

กร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นโดิยอณหภ�ม�เป็"นค าคงต#วกร์ะบวนการ์ที่��เก�ดิข3*นโดิยอณหภ�ม�เป็"นค าคงต#ว•• เม-�ออณหภ�ม�ไม เป็ล��ยนเม-�ออณหภ�ม�ไม เป็ล��ยน ดิ#งน#*นดิ#งน#*น EEintint= 0= 0

•• จะไดิ�จะไดิ� QQ= = WW•• พล#งงานความร์�อนที่��เข�ามาย#งร์ะบบที่#*งหมดิพล#งงานความร์�อนที่��เข�ามาย#งร์ะบบที่#*งหมดิ จะต�องออกไป็จะต�องออกไป็

จากร์ะบบดิ�วยการ์ที่'างานจากร์ะบบดิ�วยการ์ที่'างาน


52

Isothermal Process, contIsothermal Process, cont

•• ที่างขวาน�*เป็"นที่างขวาน�*เป็"น PVPVdiagram diagram ของแก<สที่��ขยายต#วดิ�วยการ์ของแก<สที่��ขยายต#วดิ�วยการ์คงอณหภ�ม�คงอณหภ�ม�

•• เส�นโค�งเป็"นแบบเส�นโค�งเป็"นแบบ hyperbola hyperbola

•• เร์�ยกเส�นโค�งน�*ว าเร์�ยกเส�นโค�งน�*ว า ““ไอโซึ่เที่�ร์�มไอโซึ่เที่�ร์�ม””(isotherm(isotherm))


53

เร์-�องร์าวของการ์ขยายต#วดิ�วยการ์คงอณหภ�ม�เร์-�องร์าวของการ์ขยายต#วดิ�วยการ์คงอณหภ�ม�•• เส�นโค�งบนเส�นโค�งบน PVPVdiagram diagram

บ งช�*ว าบ งช�*ว า PVPV= constant= constant

–– เป็"นสมการ์ของเป็"นสมการ์ของไฮเพอร์�โบลาไฮเพอร์�โบลา

•• ค'านวณงานที่��ที่'าบนแก<สค'านวณงานที่��ที่'าบนแก<สอดิมคต�ไดิ�เป็"นอดิมคต�ไดิ�เป็"น

i

flnVV

nRTW


54

สร์ป็สร์ป็ กร์ะบวนการ์พ�เศษ์แบบต างกร์ะบวนการ์พ�เศษ์แบบต าง ๆๆ•• AdiabaticAdiabatic

–– ไม ม�การ์แลกเป็ล��ยนความร์�อนไม ม�การ์แลกเป็ล��ยนความร์�อน–– QQ= 0 and = 0 and EEintint= = WW

•• IsobaricIsobaric–– ความดิ#นคงต#วความดิ#นคงต#ว–– WW= = PP((VVff––VVii) ) และและ EEintint= = Q + WQ + W

•• IsothermalIsothermal–– อณหภ�ม�คงต#วอณหภ�ม�คงต#ว–– EEintint= 0 and = 0 and QQ= = WW


55

กร์ะบวนการ์ที่��กร์ะบวนการ์ที่��เป็"นว#ฏิเป็"นว#ฏิจ#กร์จ#กร์((Cyclic Processes)Cyclic Processes)•• กร์ะบวนการ์ที่��กร์ะบวนการ์ที่��เป็"นว#ฏิเป็"นว#ฏิจ#กร์จ#กร์ เป็"นกร์ะบวนการ์ที่��สถูานะต#*งต�นและสดิที่�ายเป็"นกร์ะบวนการ์ที่��สถูานะต#*งต�นและสดิที่�าย

เหม-อนก#นเหม-อนก#น–– กร์ะบวนการ์น�*เป็"นเอกเที่ศไม ไดิ�กร์ะบวนการ์น�*เป็"นเอกเที่ศไม ไดิ�–– บนบน PVPVdiagram, diagram, กร์ะบวนการ์ที่��กร์ะบวนการ์ที่��เป็"นว#ฏิเป็"นว#ฏิจ#กร์จ#กร์ จะป็ร์ากฏิเป็"นเส�นป็Bดิจะป็ร์ากฏิเป็"นเส�นป็Bดิ

•• ส-บเน-�องจากต#วแป็ร์สถูานะส-บเน-�องจากต#วแป็ร์สถูานะ กร์ะบวนการ์ว#ฏิกร์ะบวนการ์ว#ฏิจ#กร์ไม ม�การ์เป็ล��ยนแป็ลงพล#งงานจ#กร์ไม ม�การ์เป็ล��ยนแป็ลงพล#งงานภายในภายใน

•• ถู�าถู�า EEintint= 0 = 0 Q = Q = WW

•• ภายใต�กร์ะบวนการ์ที่��ภายใต�กร์ะบวนการ์ที่��เป็"นว#ฏิเป็"นว#ฏิจ#กร์จ#กร์ งานที่��ที่'าในแต ละร์อบเที่ าก#บพ-*นที่��ที่��อย� ในงานที่��ที่'าในแต ละร์อบเที่ าก#บพ-*นที่��ที่��อย� ในเส�นที่างของกร์ะบวนการ์บนเส�นที่างของกร์ะบวนการ์บน PVPVdiagramdiagram


56

ความร้�อนจุ�าเพาะโมความร้�อนจุ�าเพาะโมลัาร้3ลัาร้3•• กร์ะบวนการ์หลายอย างที่��เป็ล��ยนกร์ะบวนการ์หลายอย างที่��เป็ล��ยนอณหภ�ม�ของแก<สอดิมคต�อณหภ�ม�ของแก<สอดิมคต�

•• เพร์าะว าเพร์าะว า TT ม�ค าเที่ าก#นที่กม�ค าเที่ าก#นที่กกร์ะบวนการ์กร์ะบวนการ์,,EEintint จ3งเที่ าก#นดิ�วยจ3งเที่ าก#นดิ�วย

•• ส วนความร์�อนในแต ละเส�นที่างน#*นส วนความร์�อนในแต ละเส�นที่างน#*นต างก#นต างก#น

•• ความร์�อนที่��เก��ยวข�องก#บการ์เป็ล��ยนความร์�อนที่��เก��ยวข�องก#บการ์เป็ล��ยนอณหภ�ม�ค าหน3�งก)ไม เที่ าก#นดิ�วยอณหภ�ม�ค าหน3�งก)ไม เที่ าก#นดิ�วย((อณหภ�ม�เป็ล��ยนเที่ าก#นแต ใช�ความร์�อนอณหภ�ม�เป็ล��ยนเที่ าก#นแต ใช�ความร์�อนไม เที่ าก#นไม เที่ าก#น))


57

Molar Specific Heat, 2Molar Specific Heat, 2

•• เร์าก'าหนดิค าความร์�อนจ'าเพาะในสองกร์ะบวนการ์ที่��ม#กเร์าก'าหนดิค าความร์�อนจ'าเพาะในสองกร์ะบวนการ์ที่��ม#กเก�ดิข3*นบ อยเก�ดิข3*นบ อย ๆๆ

1.1. เป็ล��ยนแป็ลงดิ�วยความดิ#นคงต#วเป็ล��ยนแป็ลงดิ�วยความดิ#นคงต#ว2.2. เป็ล��ยนแป็ลงดิ�วยป็ร์�มาตร์คงต#วเป็ล��ยนแป็ลงดิ�วยป็ร์�มาตร์คงต#ว

•• ใช�จ'านวนโมลใช�จ'านวนโมล,,nn, , เป็"นต#วร์ะบค าความร์�อนจ'าเพาะในเป็"นต#วร์ะบค าความร์�อนจ'าเพาะในกร์ะบวนการ์เหล าน�*กร์ะบวนการ์เหล าน�*


58

Molar Specific Heat, 3Molar Specific Heat, 3

•• ความร์�อนจ'าเพาะโมความร์�อนจ'าเพาะโมลาร์�ลาร์� ::–– Q = n CQ = n CvvTT ส'าหร์#บกร์ะบวนการ์ป็ร์�มาตร์คงต#วส'าหร์#บกร์ะบวนการ์ป็ร์�มาตร์คงต#ว–– Q = n CQ = n CppTT ส'าหร์#บกร์ะบวนการ์ความดิ#นคงต#วส'าหร์#บกร์ะบวนการ์ความดิ#นคงต#ว

•• QQ((ในในกร์ะบวนการ์ความดิ#นคงต#วกร์ะบวนการ์ความดิ#นคงต#ว)) จะต�องเก��ยวข�องก#บจะต�องเก��ยวข�องก#บที่#*งการ์เพ��มพล#งงานภายในและการ์ถู ายโอนพล#งงานจากที่#*งการ์เพ��มพล#งงานภายในและการ์ถู ายโอนพล#งงานจากการ์ที่'างานการ์ที่'างาน

•• QQ(constant(constantP)P)> > QQ(constant V)(constant V) ส'าหร์#บค าส'าหร์#บค า nn และและ TT ที่��ก'าหนดิให�ที่��ก'าหนดิให�กฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

59

แก<สอดิมคต�อะตอมเดิ��ยวแก<สอดิมคต�อะตอมเดิ��ยว•• แก<สอะตอมเดิ��ยวแก<สอะตอมเดิ��ยว ค-อแก<สที่��ค-อแก<สที่�� หน3�งโมเลกลม�หน3�งอะตอมหน3�งโมเลกลม�หน3�งอะตอม•• เม-�อให�พล#งงานก#บแก<สอะตอมเดิ��ยวในภาชนะที่��ม�เม-�อให�พล#งงานก#บแก<สอะตอมเดิ��ยวในภาชนะที่��ม�

ป็ร์�มาตร์คงต#วป็ร์�มาตร์คงต#ว พล#งงานที่#*งหมดิจะเป็"นพล#งงานจลน�ต อพล#งงานที่#*งหมดิจะเป็"นพล#งงานจลน�ต อการ์เล-�อนต'าแหน งของโมเลกลแก<สการ์เล-�อนต'าแหน งของโมเลกลแก<ส–– ไม ม�ว�ธ�ที่��แก<สจะเก)บพล#งงานไว�ดิ�วยว�ธ�อ-�นไดิ�ไม ม�ว�ธ�ที่��แก<สจะเก)บพล#งงานไว�ดิ�วยว�ธ�อ-�นไดิ�


60

Ideal Monatomic Gas, contIdeal Monatomic Gas, cont

•• ดิ#งน#*นดิ#งน#*น พล#งงานภายในพล#งงานภายใน EEintint= 3/2 = 3/2 nnRRTT

–– EE เป็"นฟ9งก�ช#นของอณหภ�ม�เป็"นฟ9งก�ช#นของอณหภ�ม� TT เพ�ยงอย างเดิ�ยวเพ�ยงอย างเดิ�ยว•• โดิยที่#�วไป็แล�วโดิยที่#�วไป็แล�ว พล#งงานภายในของแก<สอดิมคต�เป็"นฟ9งก�ช# �นของพล#งงานภายในของแก<สอดิมคต�เป็"นฟ9งก�ช# �นของ

อณหภ�ม�อณหภ�ม� T T เที่ าน#*นเที่ าน#*น–– ความส#มพ#นธ�อย างแที่�จร์�งย#งข3*นว าเป็"นแก<สชน�ดิใดิความส#มพ#นธ�อย างแที่�จร์�งย#งข3*นว าเป็"นแก<สชน�ดิใดิ

•• เม-�อป็ร์�มาตร์คงต#วเม-�อป็ร์�มาตร์คงต#ว QQ= = EEintint= = nnCCvvTT

–– ข�อสร์ป็น�*ใช�ไดิ�ก#บแก<สอดิมคต�ที่กอย างข�อสร์ป็น�*ใช�ไดิ�ก#บแก<สอดิมคต�ที่กอย าง ไม ไดิ�จ'าก#ดิเฉพาะแก<สไม ไดิ�จ'าก#ดิเฉพาะแก<สอะตอมเดิ��ยวอะตอมเดิ��ยว


61

Monatomic Gases, finalMonatomic Gases, final

•• ค'านวณหาค าค'านวณหาค า CCVV ไดิ�ไดิ� CCV V = (3/2)= (3/2)RR= 12.5 J/= 12.5 J/molmolKK

–– ใช�ไดิ�ก#บแก<สอะตอมเดิ��ยวที่กชน�ดิใช�ไดิ�ก#บแก<สอะตอมเดิ��ยวที่กชน�ดิ–– ข�อสร์ป็น�*สอดิคล�องเป็"นอย างดิ�ก#บผู้ลการ์ที่ดิลองก#บแก<สข�อสร์ป็น�*สอดิคล�องเป็"นอย างดิ�ก#บผู้ลการ์ที่ดิลองก#บแก<ส

อะตอมเดิ��ยวอะตอมเดิ��ยว•• ในกร์ะบวนการ์ความดิ#นคงต#วในกร์ะบวนการ์ความดิ#นคงต#ว,,EEintint= = QQ+ + WW

และและ CCPP––CCVV= = RR

–– ข�อสร์ป็น�*ใช�ไดิ�ก#บแก<สอดิมคต�ใดิข�อสร์ป็น�*ใช�ไดิ�ก#บแก<สอดิมคต�ใดิ ๆๆ ก)ไดิ�ก)ไดิ�–– CCPP= (5/2)= (5/2)RR= 20.8 J/= 20.8 J/molmolKK


62

อ#ตร์าส วนของความร์�อนจ'าเพาะโมอ#ตร์าส วนของความร์�อนจ'าเพาะโมลาร์�ลาร์�•• ก'าหนดิให�ก'าหนดิให�

•• ค าตามที่ฤษ์ฎ�ของค าตามที่ฤษ์ฎ�ของ CCVV, , CCPP, , และและ สอดิคล�องอย างเย��ยมที่��สดิก#บแก<สอะตอมเดิ��ยวสอดิคล�องอย างเย��ยมที่��สดิก#บแก<สอะตอมเดิ��ยว

67.1/23/25

VP R

RCC

γ


63


64

กร์ะบวนการ์กร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแบต�กแอเดิ�ยแบต�กส'าหร์#บแก<สอดิมคต�ส'าหร์#บแก<สอดิมคต�•• ไม ว าขณะใดิใดิร์ะหว างกร์ะบวนการ์ไม ว าขณะใดิใดิร์ะหว างกร์ะบวนการ์ สมการ์สมการ์ PV = nRTPV = nRT ใช�ไดิ�ใช�ไดิ�

เสมอเสมอ–– ไม ม�ต#วแป็ร์ใดิเลยที่��เป็"นค าคงต#วโดิดิโดิดิไม ม�ต#วแป็ร์ใดิเลยที่��เป็"นค าคงต#วโดิดิโดิดิ–– การ์ร์วมก#นของต#วแป็ร์อาจเป็"นค าคงต#วไดิ�การ์ร์วมก#นของต#วแป็ร์อาจเป็"นค าคงต#วไดิ�

•• ความดิ#นและป็ร์�มาตร์ของแก<สอดิมคต�ที่��เวลาใดิใดิในความดิ#นและป็ร์�มาตร์ของแก<สอดิมคต�ที่��เวลาใดิใดิในกร์ะบวนการ์กร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแอเดิ�ยแบแบต�กต�ก ส#มพ#นธ�โดิยส#มพ#นธ�โดิย PVPV= = ค าคงต#วค าคงต#ว

•• ต#วแป็ร์ที่#*งสามของแก<สอดิมคต�ต#วแป็ร์ที่#*งสามของแก<สอดิมคต� ( (P, V, TP, V, T) ) สามาร์ถูเป็ล��ยนไดิ�ในสามาร์ถูเป็ล��ยนไดิ�ในกร์ะบวนการ์กร์ะบวนการ์แอเดิ�ยแอเดิ�ยแบแบต�กต�ก


65

การ์แบ งส วนเที่ าก#นของพล#งงานการ์แบ งส วนเที่ าก#นของพล#งงาน(Equipartition of Energy)(Equipartition of Energy)

•• หากโมเลกลม�ความหากโมเลกลม�ความซึ่#บซึ่�อนซึ่#บซึ่�อน พล#งงานภายในพล#งงานภายในร์�ป็แบบอ-�นที่��ม�ต�องน'ามาร์�ป็แบบอ-�นที่��ม�ต�องน'ามาค�ดิร์วมดิ�วยค�ดิร์วมดิ�วย

•• อ#นดิ#บแร์กที่��ต�องม�ก)ค-ออ#นดิ#บแร์กที่��ต�องม�ก)ค-อพล#งงานจลน�ที่��เก�ดิจากพล#งงานจลน�ที่��เก�ดิจากการ์เล-�อนต'าแหน งการ์เล-�อนต'าแหน ง


66

Equipartition of Energy, 2Equipartition of Energy, 2

•• การ์หมนร์อบแกนต างการ์หมนร์อบแกนต าง ๆๆ ก)ต�องน'ามาค�ดิก)ต�องน'ามาค�ดิ–– เร์าสามาร์ถูต#ดิการ์เร์าสามาร์ถูต#ดิการ์

หมนร์อบแกนหมนร์อบแกน yy ออกไป็ไดิ�ออกไป็ไดิ� เพร์าะม�ค าเพร์าะม�ค าน�อยมากเม-�อเที่�ยบก#บน�อยมากเม-�อเที่�ยบก#บอ�กสองแกนอ�กสองแกน


67


•• การ์เคล-�อนที่��แบบเล-�อนต'าแหน งการ์เคล-�อนที่��แบบเล-�อนต'าแหน งม�สามม�สามร์ะดิ#บข#*นความเสร์�ร์ะดิ#บข#*นความเสร์�

•• การ์เคล-�อนที่��แบบหมนม�สองการ์เคล-�อนที่��แบบหมนม�สองร์ะดิ#บข#*นความเสร์�ร์ะดิ#บข#*นความเสร์�

•• ดิ#งน#*นดิ#งน#*น EEintint= 5/2 = 5/2 nnRRTT และและ CCVV= 5/2= 5/2RR= 20.8 J/= 20.8 J/molmolKK

•• ดิ�วยแบบจ'าลองน�*ที่'านายว าดิ�วยแบบจ'าลองน�*ที่'านายว า ==7/5 = 1.407/5 = 1.40กฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

68


•• โมเลกลสามาร์ถูส#�นไดิ�ดิ�วยโมเลกลสามาร์ถูส#�นไดิ�ดิ�วย•• การ์ส#�นป็ร์ะกอบดิ�วยการ์ส#�นป็ร์ะกอบดิ�วย

พล#งงานจลน�และพล#งงานศ#กย�พล#งงานจลน�และพล#งงานศ#กย�•• ที่'าให�เพ��มข3*นมาอ�กสองที่'าให�เพ��มข3*นมาอ�กสอง

ร์ะดิ#บช#*นความเสร์�ร์ะดิ#บช#*นความเสร์�


69


•• เม-�อร์วมร์ะดิ#บช#*นความเสร์�ที่#*งหมดิเข�าดิ�วยก#นเม-�อร์วมร์ะดิ#บช#*นความเสร์�ที่#*งหมดิเข�าดิ�วยก#น ::

–– EEintint= 7/2 = 7/2 nnRRTT

–– CCVV= 7/2= 7/2RR= 29.1 J= 29.1 J//molmolKK

–– = 1.29= 1.29

•• แต ไม ค อยสอดิคล�องก#บผู้ลการ์ที่ดิลองมากน#กแต ไม ค อยสอดิคล�องก#บผู้ลการ์ที่ดิลองมากน#ก•• จะต�องพ�จาร์ณาช วงอณหภ�ม�ที่��กว�างข3*นกว าเดิ�มจะต�องพ�จาร์ณาช วงอณหภ�ม�ที่��กว�างข3*นกว าเดิ�ม


70

ความสอดิคล�องก#บผู้ลการ์ที่ดิลองความสอดิคล�องก#บผู้ลการ์ที่ดิลอง

•• ความร์�อนจ'าเพาะความร์�อนจ'าเพาะโมโมลาร์�ลาร์�เป็"นเป็"นฟ9งก�ช#นก#บฟ9งก�ช#นก#บอณหภ�ม�อณหภ�ม�

ที่��อณหภ�ม�ต'�าที่��อณหภ�ม�ต'�า แก<สอะตอมค� แก<สอะตอมค� ((diatomic gas) diatomic gas) ที่'าต#วเหม-อนก#บที่'าต#วเหม-อนก#บแก<สอะตอมเดิ��ยวแก<สอะตอมเดิ��ยว((monatomic gas)monatomic gas) CCVV= 3/2= 3/2RR


71

Agreement with Experiment, contAgreement with Experiment, cont

•• ที่��อณหภ�ม�ห�องที่��อณหภ�ม�ห�อง ค าเพ��มข3*นเป็"นค าเพ��มข3*นเป็"น CCVV= 5/2= 5/2RR–– เพร์าะม�ส วนของพล#งงานในการ์หมนเพ��มเข�ามาเพร์าะม�ส วนของพล#งงานในการ์หมนเพ��มเข�ามา แต ย#งไม ม�แต ย#งไม ม�

พล#งงานของการ์ส#�นพล#งงานของการ์ส#�น•• ที่��อณหภ�ม�ส�งข3*นที่��อณหภ�ม�ส�งข3*น ค าเพ��มข3*นเป็"นค าเพ��มข3*นเป็"น CCVV= 7/2= 7/2RR

–– ซึ่3�งม�พล#งงานการ์ส#�นซึ่3�งม�พล#งงานการ์ส#�น การ์หมนและการ์เล-�อนต'าแหน งการ์หมนและการ์เล-�อนต'าแหน งร์วมก#นที่#*งหมดิร์วมก#นที่#*งหมดิ


72

โมเลกลซึ่#บซึ่�อนโมเลกลซึ่#บซึ่�อน((Complex Molecules)Complex Molecules)

•• ส'าหร์#บโมเลกลที่��ม�มากกว าสองอะตอมส'าหร์#บโมเลกลที่��ม�มากกว าสองอะตอม การ์ส#�นจะการ์ส#�นจะซึ่#บซึ่�อนมากข3*นซึ่#บซึ่�อนมากข3*น

•• ร์ะดิ#บช#*นความเสร์�ก)เพ��มมากข3*นร์ะดิ#บช#*นความเสร์�ก)เพ��มมากข3*น•• ย��งม�ร์ะดิ#บช#*นความเสร์�มากข3*นย��งม�ร์ะดิ#บช#*นความเสร์�มากข3*น ก)ย��งม�ว�ธ�ในการ์เก)บก)ย��งม�ว�ธ�ในการ์เก)บ

พล#งงานไว�ภายในโมเลกลมากข3*นพล#งงานไว�ภายในโมเลกลมากข3*น–– ส งผู้ลให�ความร์�อนจ'าเพาะโมส งผู้ลให�ความร์�อนจ'าเพาะโมลาร์�ลาร์�ม�ค ามากข3*นไป็ดิ�วยม�ค ามากข3*นไป็ดิ�วย


73

กลไกการ์ถู ายโอนความร์�อนกลไกการ์ถู ายโอนความร์�อน•• เร์าต�องการ์ที่ร์าบอ#ตร์าการ์ถู ายโอนพล#งงานเร์าต�องการ์ที่ร์าบอ#ตร์าการ์ถู ายโอนพล#งงาน•• ม�กลไกหลายอย างในการ์ถู ายโอนพล#งงานม�กลไกหลายอย างในการ์ถู ายโอนพล#งงาน•• กลไกต างกลไกต าง ๆๆ ป็ร์ะกอบดิ�วยป็ร์ะกอบดิ�วย

–– การ์น'าความร์�อนการ์น'าความร์�อน((Conduction)Conduction)

–– การ์พาความร์�อนการ์พาความร์�อน((Convection)Convection)

–– การ์แผู้ ร์#งส�ความร์�อนการ์แผู้ ร์#งส�ความร์�อน((Radiation)Radiation)


79

การ์น'าความร์�อนการ์น'าความร์�อน•• การ์ถู ายโอนพล#งงานสามาร์ถูมองไดิ�ถู3งร์ะดิ#บอะตอมการ์ถู ายโอนพล#งงานสามาร์ถูมองไดิ�ถู3งร์ะดิ#บอะตอม

–– ซึ่3�งก)ค-อการ์แลกเป็ล��ยนพล#งงานจลน�ร์ะหว างการ์ชนก#นของซึ่3�งก)ค-อการ์แลกเป็ล��ยนพล#งงานจลน�ร์ะหว างการ์ชนก#นของอนภาคอนภาค•• ร์ะดิ#บจลที่ร์ร์ศน�สามาร์ถูเป็"นร์ะดิ#บจลที่ร์ร์ศน�สามาร์ถูเป็"น อะตอมอะตอม โมเลกลหร์-ออ�เล)กตร์อนโมเลกลหร์-ออ�เล)กตร์อน

–– อนภาคที่��ม�พล#งงานน�อยกว าจะไดิ�ร์#บพล#งงานจากการ์ชนก#บอนภาคที่��ม�พล#งงานน�อยกว าจะไดิ�ร์#บพล#งงานจากการ์ชนก#บอนภาคที่��ม�พล#งงานมากกว าอนภาคที่��ม�พล#งงานมากกว า

•• อ#ตร์าการ์น'าความร์�อนข3*นก#บล#กษ์ณะเฉพาะของสสาร์อ#ตร์าการ์น'าความร์�อนข3*นก#บล#กษ์ณะเฉพาะของสสาร์


80

Conduction, cont.Conduction, cont.

•• โดิยที่#�วไป็โดิยที่#�วไป็ โลหะเป็"นต#วน'าความร์�อนที่��ดิ�โลหะเป็"นต#วน'าความร์�อนที่��ดิ�–– โลหะโลหะม�อ�เลกตม�อ�เลกตร์อนอ�สร์ะเป็"นจ'านวนมากที่��สามาร์ถูเคล-�อนที่��ร์อนอ�สร์ะเป็"นจ'านวนมากที่��สามาร์ถูเคล-�อนที่��

ไป็ไดิ�ตลอดิช�*นโลหะไป็ไดิ�ตลอดิช�*นโลหะ–– อ�เล)กตร์อนสามาร์ถูขนถู ายพล#งงานจากบร์�เวณหน3�งไป็ย#งอ�เล)กตร์อนสามาร์ถูขนถู ายพล#งงานจากบร์�เวณหน3�งไป็ย#ง

อ�กที่��ไดิ�อ�กที่��ไดิ�•• ต#วน'าที่��ไม ดิ�เช นต#วน'าที่��ไม ดิ�เช น asbestos asbestos, paper, gases, paper, gases

•• การ์น'าสามาร์ถูเก�ดิข3*นไดิ�เม-�อสองข�างของต#วกลางที่��น'าการ์น'าสามาร์ถูเก�ดิข3*นไดิ�เม-�อสองข�างของต#วกลางที่��น'าความร์�อนม�ความแตกต างของอณหภ�ม�ความร์�อนม�ความแตกต างของอณหภ�ม�


81

•• ว#สดิที่��เป็"นแผู้ นสามาร์ถูว#สดิที่��เป็"นแผู้ นสามาร์ถูถู ายโอนความร์�อนจากถู ายโอนความร์�อนจากดิ�านที่��ม�อณหภ�ม�ส�งกว าไป็ดิ�านที่��ม�อณหภ�ม�ส�งกว าไป็ย#งดิ�านที่��ม�อณหภ�ม�ต'�ากว าย#งดิ�านที่��ม�อณหภ�ม�ต'�ากว า

•• อ#ตร์าการ์ถู ายโอนพล#งงานอ#ตร์าการ์ถู ายโอนพล#งงานเข�ยนไดิ�เป็"นเข�ยนไดิ�เป็"น

xTkA

tQ

dd

P

สมกัาร้กัาร้น�าความร้�อนสมกัาร้กัาร้น�าความร้�อน


82

ค'าอธ�บายสมการ์การ์น'าความร์�อนค'าอธ�บายสมการ์การ์น'าความร์�อน•• AA แที่นพ-*นที่��หน�าต#ดิของแผู้ นน'าความร์�อนแที่นพ-*นที่��หน�าต#ดิของแผู้ นน'าความร์�อน•• xxแที่นความหนาของแผู้ นฯแที่นความหนาของแผู้ นฯ

–– อาจหมายถู3งความยาวของแที่ งต#วน'าอาจหมายถู3งความยาวของแที่ งต#วน'า•• ก'าล#งม�หน วยเป็"นว#ตต�ก'าล#งม�หน วยเป็"นว#ตต�((watt) watt) เม-�อเม-�อ QQ ม�หน วยเป็"นจ�ลม�หน วยเป็"นจ�ล((joule) joule)

และเวลาและเวลา tt เป็"นว�นาที่�เป็"นว�นาที่�((seconds)seconds)•• kk แที่นแที่น ““ความน'าความร์�อนความน'าความร์�อน””(thermal conductivity) (thermal conductivity)

ของว#สดิของว#สดิ–– kk ม�ค ามากส'าหร์#บต#วน'าที่��ดิ�ม�ค ามากส'าหร์#บต#วน'าที่��ดิ�

kk ม�ค าน�อยม�ค าน�อย ส'าหร์#บฉนวนที่��ดิ�ส'าหร์#บฉนวนที่��ดิ�กฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

83

เกัร้เด�ยนต3เกัร้เด�ยนต3((GradientGradient) ) ของอ�ณหภ$ม"ของอ�ณหภ$ม"•• ป็ร์�มาณป็ร์�มาณ ||ddTT//ddxx| | ถู�กเร์�ยกว าถู�กเร์�ยกว า

เกร์เดิ�ยนต�เกร์เดิ�ยนต�ของอณหภ�ม�ของว#สดิของอณหภ�ม�ของว#สดิ–– หมายถู3งหมายถู3ง

อ�ตร้ากัาร้เปลั��ยนแปลังอ�ณหภ$ม"เท�ยบกั�บต�าแหน�งอ�ตร้ากัาร้เปลั��ยนแปลังอ�ณหภ$ม"เท�ยบกั�บต�าแหน�ง–– ส'าหร์#บว#ตถูที่��เป็"นแที่ งส'าหร์#บว#ตถูที่��เป็"นแที่ ง สามาร์ถูเข�ยนสามาร์ถูเข�ยนเกร์เดิ�ยนต�เกร์เดิ�ยนต�ของของ

อณหภ�ม�ไดิ�เป็"นอณหภ�ม�ไดิ�เป็"นLTT

xT ch

dd


84

อ#ตร์าการ์ส งผู้ านพล#งงานของว#สดิที่��เป็"นแที่ งอ#ตร์าการ์ส งผู้ านพล#งงานของว#สดิที่��เป็"นแที่ ง

•• เข�ยนให�อย� ในร์�ป็ของเข�ยนให�อย� ในร์�ป็ของเกร์เดิ�ยนต�เกร์เดิ�ยนต�ของอณหภ�ม�ของอณหภ�ม�ของว#ตถูไดิ�เป็"นของว#ตถูไดิ�เป็"น

LTT

kA ch P


85


86

Some Some Thermal Thermal

ConductiviConductivitiesties

กัาร้พาความร้�อนกัาร้พาความร้�อน((Convection)Convection)•• เป็"นการ์ถู ายโอนพล#งงานโดิยการ์เคล-�อนไหวของของไหลเป็"นการ์ถู ายโอนพล#งงานโดิยการ์เคล-�อนไหวของของไหล

–– หากการ์เคล-�อนไหวเก�ดิจากความแตกต างของความหนาแน นหากการ์เคล-�อนไหวเก�ดิจากความแตกต างของความหนาแน น จะเร์�ยกว าเป็"นจะเร์�ยกว าเป็"น ““การ์พาความร์�อนแบบธร์ร์มชาต�การ์พาความร์�อนแบบธร์ร์มชาต�””(natural convection)(natural convection)

–– หากการ์พาความร์�อนเก�ดิข3*นโดิยพ#ดิลมหร์-อเคร์-�องป็9Eมเร์�ยกว าหากการ์พาความร์�อนเก�ดิข3*นโดิยพ#ดิลมหร์-อเคร์-�องป็9Eมเร์�ยกว า ““การ์พาแบบบ#งค#บการ์พาแบบบ#งค#บ””(forced(forcedconvection)convection)


87

ต�วอย�างของกัาร้พาความร้�อนต�วอย�างของกัาร้พาความร้�อน•• อากาศที่��อย� เหน-อเคร์-�องที่'าอากาศที่��อย� เหน-อเคร์-�องที่'า

ความร์�อนความร์�อน ม�อณหภ�ม�ม�อณหภ�ม�ส�งข3*นและขยายต#วส�งข3*นและขยายต#ว

•• ความหนาแน นของอากาศความหนาแน นของอากาศลดิลงและเคล-�อนที่��ส�งข3*นลดิลงและเคล-�อนที่��ส�งข3*น

•• กร์ะแสอากาศเคล-�อนกร์ะแสอากาศเคล-�อนต#วอย างต อเน-�องต#วอย างต อเน-�อง


88

กัาร้แผ่�ร้�งส�ความร้�อนกัาร้แผ่�ร้�งส�ความร้�อน ( (Radiation)Radiation)

•• การ์แผู้ ร์#งส�ไม ต�องการ์ส#มผู้#สที่างกายภาพการ์แผู้ ร์#งส�ไม ต�องการ์ส#มผู้#สที่างกายภาพ•• ว#ตถูที่กช�*นแผู้ ร์#งส�อย างต อเน-�องในร์�ป็ของคล-�นว#ตถูที่กช�*นแผู้ ร์#งส�อย างต อเน-�องในร์�ป็ของคล-�น

แม เหล)กไฟฟFาอ#นเน-�องมาจากการ์ส#�นของโมเลกลแม เหล)กไฟฟFาอ#นเน-�องมาจากการ์ส#�นของโมเลกล•• อ#ตร์าการ์แผู้ ร์#งส�เป็"นไป็ตามกฎของอ#ตร์าการ์แผู้ ร์#งส�เป็"นไป็ตามกฎของ

““สเตสเตฟานฟาน””(Stefan(Stefan’’s Law)s Law)


89

•• PP= = AAeeTT44

–– PP แที่นอ#ตร์าการ์ถู ายโอนพล#งงานม�หน วยเป็"นว#ตต�แที่นอ#ตร์าการ์ถู ายโอนพล#งงานม�หน วยเป็"นว#ตต�–– = 5.6696= 5.66961010--88W/mW/m22KK44

•• ค-อค-อ Stefan Stefan ––Boltzmann constantBoltzmann constant–– AA แที่นพ-*นที่��ผู้�วของว#ตถูแที่นพ-*นที่��ผู้�วของว#ตถู–– ee เป็"นค าคงต#วที่��เร์�ยกว าเป็"นค าคงต#วที่��เร์�ยกว า ““สภาพเป็ล งร์#งส�สภาพเป็ล งร์#งส�””(emissivity(emissivity))

•• ee แป็ร์ค าไดิ�จากแป็ร์ค าไดิ�จาก 0 0 ถู3งถู3ง 1 1•• สภาพเป็ล งร์#งส�ม�ค าเที่ าก#บสภาพเป็ล งร์#งส�ม�ค าเที่ าก#บ ““สภาพดิ�ดิกล-นสภาพดิ�ดิกล-น””

((absorptivityabsorptivity))–– TT แที่นอณหภ�ม�หน วยแที่นอณหภ�ม�หน วยเคลว�นเคลว�น

StefanStefan’’s Laws Law


90

Energy Absorption and Emission by RadiationEnergy Absorption and Emission by Radiation

•• ว#ตถูที่��อณหภ�ม�ว#ตถูที่��อณหภ�ม� TT อย� ในส��งแวดิล�อมอณหภ�ม�อย� ในส��งแวดิล�อมอณหภ�ม� TToo ม�อ#ตร์าการ์ม�อ#ตร์าการ์แผู้ ร์#งส�เป็"นแผู้ ร์#งส�เป็"น–– PPnetnet= = AAee((TT44––TToo

44) )

–– เม-�อว#ตถูสมดิลความร์�อนก#บส��งแวดิล�อมเม-�อว#ตถูสมดิลความร์�อนก#บส��งแวดิล�อม จะม�จะม� อ#ตร์าแผู้ ร์#งส�และอ#ตร์าการ์ดิ�ดิกล-นเที่ าก#นอ#ตร์าแผู้ ร์#งส�และอ#ตร์าการ์ดิ�ดิกล-นเที่ าก#น•• อณหภ�ม�จะไม เป็ล��ยนอณหภ�ม�จะไม เป็ล��ยน


91

สมด�ลัพลั�งงานของโลักัสมด�ลัพลั�งงานของโลักั•• โลกไดิ�ร์#บพล#งงานจากการ์แผู้ ร์#งส�คล-�นแม เหล)กไฟฟFาจากโลกไดิ�ร์#บพล#งงานจากการ์แผู้ ร์#งส�คล-�นแม เหล)กไฟฟFาจาก

ดิวงอาที่�ตย�ดิวงอาที่�ตย�•• โลกดิ�ดิกล-นพล#งงานน�*เอาไว�แล�วแผู้ ร์#งส�กล#บออกไป็ส� โลกดิ�ดิกล-นพล#งงานน�*เอาไว�แล�วแผู้ ร์#งส�กล#บออกไป็ส�

อวกาศอวกาศ–– เป็"นไป็ตามเป็"นไป็ตาม StefanStefan’’s Laws Law

•• ถู-อว าถู-อว า การ์เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�ของโลกในช วงเวลาหน3�งการ์เป็ล��ยนแป็ลงอณหภ�ม�ของโลกในช วงเวลาหน3�งป็ร์ะมาณไดิ�เที่ าก#บศ�นย�ป็ร์ะมาณไดิ�เที่ าก#บศ�นย�


92

EarthEarth’’s Energy Balance, 2s Energy Balance, 2•• พล#งงานจากดิวงอาที่�ตย�มาย#งพล#งงานจากดิวงอาที่�ตย�มาย#ง

โลกในที่�ศที่างเดิ�ยวโลกในที่�ศที่างเดิ�ยว•• โลกแผู้ พล#งงานออกไป็ที่กโลกแผู้ พล#งงานออกไป็ที่ก

ที่�ศที่างที่�ศที่าง•• จากการ์ว�เคร์าะห�จากการ์ว�เคร์าะห� อณหภ�ม�อณหภ�ม�

ของโลกจะป็ร์ะมาณของโลกจะป็ร์ะมาณ 255 255 KK–– อณหภ�ม�จร์�งเป็"นอณหภ�ม�จร์�งเป็"น 288 288 KK

ส-บเน-�องมาจากสภาพบร์ร์ยากาศส-บเน-�องมาจากสภาพบร์ร์ยากาศกฎข�อที่��หน3�งของอณหพลศาสตร์�

93

บทที่ 17

Documents