1

ความร้�อนและอ ณหภู�ม� (Heat and Temperature)

2

อ ณหภู�ม�และความร้�อนTemperature and heat

• “ความร้�อน” หร้�อ “ความเย็�น” ของว�ตถุ แสดงได�ด�วย็ปร้�มาณที่!"เร้!ย็กว$า อ ณหภู�ม�

• เคร้�"องม�อที่!"ใช้�บอกอ ณหภู�ม� อาศั�ย็ความส�มพั�นธ์+ของสมบ�ต�ที่างกาย็ภูาพัของสสาร้ที่!"ว�ดได�ก�บอ ณหภู�ม�

3

• “ถุ�าว�ตถุ A และ ว�ตถุ B ต$างก�อย็�$ในสมด ลความร้�อนก�บว�ตถุ C แล�ว ว�ตถุ A และว�ตถุ B จะอย็�$ในสมด ลความร้�อนซึ่."งก�นและก�นด�วย็”

• ว�ตถุ สองอ�นอย็�$ในสมดุ�ลความร้อนซึ่."งก�นและก�นก�ต$อเม�"อม!อ ณหภู�ม�เที่$าก�น

4

กฎข�อที่!"ศั�นย็+ของเที่อร้+โมไดนาม�กส+ (The Zeroth Law of Thermodynamics)

5

เที่อร้+โมม�เตอร้+และสเกลที่!"ใช้�บอกอ ณหภู�ม�Thermometers and temperature scales• ต�วอย็$างของเที่อร้+โมม�เตอร้+ที่!"น�ย็มใช้�ม!โคร้งสร้�าง

ปร้ะกอบด�วย็ ปร้อที่หร้�อแอลกอฮอล+บร้ร้จ ในหลอดแก�ว เล�ก ซึ่."งอาศั�ย็การ้เปล!"ย็นแปลงปร้�มาตร้ของสสาร้ที่!"ใช้�ก�บ

ความร้�อน (หร้�อความเย็�น) บอกอ ณหภู�ม�

6

สเกลที่!"ใช้�บอกอ ณหภู�ม�

F C

932

5T T

C F

532

9T T

ความส�มพั�นธ์+ร้ะหว$างสเกลฟาร้+เร้นไฮต+ก�บสเกลเซึ่ลเซึ่!ย็สช่�วงอ�ณหภู�ม�ถู�กก�าหนดุโดุยใช่ช่�วงอ�ณหภู�ม�ถู�กก�าหนดุโดุยใช่จุ�ดุเย�อกแข็ งและจุ�ดุเดุ�อดุข็องน�"าจุ�ดุเย�อกแข็ งและจุ�ดุเดุ�อดุข็องน�"าบร้�ส�ทธิ์�&บร้�ส�ทธิ์�&

7

ตั(วอย�าง ที่องม!จ ดหลอมเหลวที่!" และจ ดเด�อดที่!"

ก. จงเข!ย็นอ ณหภู�ม�เหล$าน!3ในหน$วย็ และ ข. จงหาผลต$างร้ะหว$างอ ณหภู�ม�ที่!"สองจ ดน!3ในหน$วย็ และ

ว�ธิ์)ท�า ก )

ข ) ผลต$างร้ะหว$างสองจ ด

F

F K

1064 C 2660 C

C K

Melting

91064 32 1974 F

5T

Melting 1064 273.15 1337 KT

Boiling

92660 32 4820 F

5T

Boiling 2660 273.15 2933 KT

2660 1064 1596 C 1596 K

8Gas Thermometer

Gas thermometer เป็+นเทอร้,โมม�เตัอร้,ท)-ว(ดุอ�ณหภู�ม�โดุยอาศั(ยการ้เป็ล)-ยนแป็ลงข็องความดุ(นก/าซก(บอ�ณหภู�ม�เม�-อป็ร้�มาตัร้คงท)-

Gas Thermometer

9

กร้าฟแสดุงความส(มพั(นธิ์,ร้ะหว�างอ�ณหภู�ม�ก(บความดุ(นท)-ไดุจุาก Gas thermometer

p T

อ�ณหภู�ม�และความดุ(นส(มพั(นธิ์,แบบเช่�งเสน

10

? เม�-อ gas thermometer อ�านค�าอ�ณหภู�ม�ไดุ -1000C ความดุ(นข็องก/าซท)-ใช่ม)ค�าเท�าใดุ

4000 Pa

11

กร้าฟจุาก gas thermometer ตั(ดุแกนนอนท)-ค�าคงท)-ส�าหร้(บค�าความดุ(นเร้�-มตันตั�างๆ

12

อ ณหภู�ม�ในสเกลเคลว�นหร้�อสเกลส�มบ�ร้ณ+Kelvin or absolute temperature scale

• สเกลเคลว�นถุ�กก5าหนดให�ส�มพั�นธ์+ก�บค$าความด�นศั�นย็+ อ ณหภู�ม� ณ ค$าความด�นน!3ค�อ O K หร้�อศั�นย็+องศัาส�มบ�ร้ณ+ ส�มพั�นธ์+ก�บค$าอ ณหภู�ม� -273.150C

273.15K CT T

13

การ้ขย็าย็ต�วตามอ ณหภู�ม�หร้�อความร้�อนThermal expansion

• การ้ขย็าย็ต�วเช้�งเส�น (Linear expansion)

• การ้ขย็าย็ต�วเช้�งพั�3นที่!" (Area expansion)

• การ้ขย็าย็ต�วเช้�งปร้�มาตร้ (Volume expansion)

โดุยท(-วไป็สสาร้เม�-อไดุร้(บความร้อนจุะเก�ดุการ้ข็ยายตั(ว เม�-อไดุร้(บความเย นจุะเก�ดุการ้หดุตั(วการ้ข็ยายตั(วม) 3 แบบ ค�อ

14

การ้ขย็าย็ต�วเช้�งเส�นLinear expansion

0L L T

ความยาวข็องว(ตัถู�ท)-เป็ล)-ยนแป็ลงแป็ร้ตัามความยาวเดุ�มข็องว(ตัถู�และอ�ณหภู�ม�ท)-เป็ล)-ยนไป็

ค�อ ส(มป็ร้ะส�ทธิ์�&การ้ข็ยายตั(วเช่�งเสน (coefficient of linear expansion)

15

?อ�ณหภู�ม�ตัองเพั�-มเป็+นเท�าใดุจุ6งท�าใหช่�องว�างร้ะหว�างแท�งโลหะท("งสองป็7ดุพัอดุ) ก�าหนดุใหอ�ณหภู�ม�เร้�-มตันเป็+น 280C

Brass        : 19 x 10-6 C-1

Aluminum  : 23 x 10-6 C-1

16

ช่�องว�างร้ะหว�างร้อยตั�อข็องร้างร้ถูไฟ

17

โคร้งสร้างบร้�เวณร้อยตั�อข็องผิ�วสะพัานเม�-อค�าน6งถู6งผิลข็อง thermal expansion

18

การ้ขย็าย็ต�วเช้�งพั�3นที่!"Area expansion

0A A T

พั�"นท)-ข็องว(ตัถู�ท)-เป็ล)-ยนแป็ลงแป็ร้ตัามพั�"นท)-เดุ�มข็องว(ตัถู�และอ�ณหภู�ม�ท)-เป็ล)-ยนไป็

ค�อ ส(มป็ร้ะส�ทธิ์�&การ้ข็ยายตั(วเช่�งพั�"นท)- (coefficient of area expansion)

19

ก�าหนดุให เป็+นส(มป็ร้ะส�ทธิ์�&การ้ข็ยายตั(วเช่�งเสนข็องโลหะ และม)การ้ข็ยายตั(วในท�กท�ศัทางเท�าก(น

20

การ้ขย็าย็ต�วเช้�งปร้�มาตร้Volume expansion

0V V T

ป็ร้�มาตัร้ข็องว(ตัถู�ท)-เป็ล)-ยนแป็ลงแป็ร้ตัามป็ร้�มาตัร้เดุ�มข็องว(ตัถู�และอ�ณหภู�ม�ท)-เป็ล)-ยนไป็

ค�อ ส(มป็ร้ะส�ทธิ์�&การ้ข็ยายตั(วเช่�งป็ร้�มาตัร้ (coefficient of volume expansion)

21

การ้ข็ยายตั(วตัามอ�ณหภู�ม�ส�าหร้(บข็องแข็ งแบบไอโซทร้อป็7ก (isotropic)

22

ปร้�มาณความร้�อนQuantity of heat

• ความร้�อนเป7นพัล�งงานร้�ปหน."งซึ่."งถุ�กส$งผ$านจากร้ะบบที่!"ม!อ ณหภู�ม�ส�งไปย็�งร้ะบบที่!"อ ณหภู�ม�ต5"า

• ปร้�มาณความร้�อน 1 cal ค�อปร้�มาณความร้�อนที่!"ใช้�ในการ้ที่5าให�น53า 1 กร้�ม ม!อ ณหภู�ม�เพั�"มจาก 14.50C เป7น 15.50C ที่!"ความด�น 1 atm

• Joule equivalence : 1.00 cal = 4.19 J

23

ความร้�อน (Heat); Q

T1 T2

ท�ศัการ้ไหลข็องความร้อน Q

T1 >T2

ร้ะบบ SI หน$วย็ของความร้�อน ค�อ J (จ�ล)

หน$วย็ของความร้�อน อ�"นๆ ค�อ แคลอร้! (cal)1 cal =4.186 J

1 Btu = 522 ft.lb = 252 cal = 1055 J

24

ความจ ความร้�อนจ5าเพัาะSpecific heat capacity

Qc

m T

ความจุ�ความร้อนจุ�าเพัาะ c ค�อป็ร้�มาณความร้อนท)-ใช่เพั�-มหร้�อลดุอ�ณหภู�ม�ข็องสสาร้มวลหน6-งหน�วยไป็ 1 องศัา

สสาร้ท)-ม)ค�าความจุ�ความร้อนตั�-าสามาร้ถูเป็ล)-ยนอ�ณหภู�ม�ไดุง�ายกว�าสสาร้ท)-ม)ค�าความจุ�ความร้อนส�ง

25

เม�-อเป็ร้)ยบเท)ยบร้ะหว�างน�"า (water) และ เหล ก (iron) ซ6-งม)มวลเท�าก(น โดุยไดุร้(บความร้อนป็ร้�มาณเท�าก(น ในช่�วงเวลาเท�าก(นและม)อ�ณหภู�ม�เร้�-มตันเท�าก(น พับว�าเหล กม)อ�ณหภู�ม�ส�งกว�าน�"า เน�-องจุากความจุ�ความร้อนจุ�าเพัาะข็องเหล กนอยกว�าน�"า

C เหล�ก = 0.11 cal/g 0C

C น53า = 1.00 cal/g 0C

QT

mc

พั�จุาร้ณาไดุจุาก

26

การ้เปล!"ย็นสถุานะและความร้�อนแฝงPhase changes and Latent heat

VQ mL

fQ mL fQ mL

VQ mL

27

กร้าฟแสดุง การ้เป็ล)-ยนแป็ลงสถูานะข็องน�"า เม�-ออ�ณหภู�ม�เป็ล)-ยนไป็

Q mc T

vQ mL

fQ mL

5

5

3.34 10 J/kg 79.6cal/g 143Btu/lb

2.256 10 J/kg 539cal/g 970Btu/lb

f

v

L

L

28

230c

29

ว�ธิ์)ลดุความร้อนออกจุากร้�างกายในข็ณะท)-ม)ไข็ส�งค�อใช่ ผิาช่�บแอลกอฮอล,เช่ ดุตั(ว การ้ร้ะเหยข็องแอลกอฮอล,

น("นเก�ดุข็6"นอย�างร้วดุเร้ วมาก ถูามว�าเร้าตัองใช่แอลกอฮอล,ท("งหมดุก)-กร้(มในการ้ร้ะเหยออกจุาก

ผิ�วหน(งข็องช่ายท)-หน(ก 70 kg เพั�-อลดุอ�ณหภู�ม�ลง1.5 0C

สมมตั�ใหพัล(งงานความร้อนท)-ตัองการ้ใช่ในการ้ ร้ะเหยข็องแอลกอฮอล,มาจุากช่ายคนน)" ดุ(งน("น

alcohol manQ Q

,v alcohol man man manmL m c T

3 o(70 10 g)(0.83 cal/g C)(1.5 C)

, 204 cal/g

427 g

man man man

alcohol

m c Tm

Lv

30

31

การ้ส$งผ$านความร้�อนHeat transfer

• การ้น5าความร้�อน (Heat conduction)

• การ้พัาความร้�อน (Heat convection)

• การ้แผ$ร้�งส!ความร้�อน (Heat radiation)

32

การ้น5าความร้�อน(Heat conduction)

การ้น�าความร้อน เป็+นการ้ส�งผิ�านความร้อนดุวยการ้ช่นก(นข็องอน�ภูาคตั(วกลางท)-อย��ตั�ดุก(น โดุยไม�ม)การ้เคล�-อนท)-ข็องอน�ภูาคตั(วกลาง การ้ไหลข็องความร้อนม)ท�ศัทางจุากท)-ท)-ม)อ�ณภู�ม�ส�งไป็ย(งท)-ท)-ม)อ�ณหภู�ม�ตั�-า

แสดุงการ้น�าความร้อนในฉนวน

33

การ้น�าความร้อนในโลหะเก�ดุข็6"นไดุร้วดุเร้ วกว�าในฉนวนเน�-องจุากม)อ�เล กตัร้อนอ�สร้ะช่�วยในการ้ส�งผิ�านความร้อน

34

ว�เคร้าะห+การ้น5าความร้�อน

พั�จุาร้ณาแท�งตั(วน�าท)-ม)พั�"นท)-หนาตั(ดุ A ยาว L ตั�อก(บแหล�งอ�ณหภู�ม�ส�ง TH และแหล�งอ�ณหภู�ม�ตั�-า TC แท�งตั(วนน�าถู�กห�มดุวยฉนวนอ(ตัร้าการ้ไหลข็อง

ความร้อนหร้�อกร้ะแสความร้อน

H CH

T TdQI kA

dt L

k = สภูาพัน5าความร้�อน (Thermal conductivity)

35

( )hot coldH

kA T TdQI

dt L

IH = กร้ะแสความร้อน (J/s หร้�อ W)Q = พัล(งงานความร้อน (J)k = สภูาพัน�าความร้อน (W/m.K)A= พั�"นท)-หนาตั(ดุข็องตั(วกลางท)-ความร้อนไหลผิ�าน (m2)t= เวลา (s)T= อ�ณหภู�ม� (K)L= ความหนาข็องตั(วกลางท)-ความร้อนไหลผิ�าน (m)

การ้น�าความร้อน (heat conduction)

36

สภูาพัน�าความร้อน (Thermal conductivity)

37

การ้น�าความร้อนข็องว(สดุ�ตั�างช่น�ดุ

38

ตั(วอย�าง เตาอบอาหาร้ม!พั�3นที่!"ผ�วที่�3งหมด 020. m2 และผน�งหนา 1 .5 cm ซึ่."งม!

สภูาพัน5าความร้�อน จงหาว$าใน 30 นาที่! ม!การ้ส�ญเส!ย็ความร้�อนเที่$าไร้ เม�"ออ ณหภู�ม�ในเตาเป7น และภูาย็นอกเป7น

H CT TdQkA

dt L

2 24.0 10 W/m C 0.20 m 245 30 C0.11 kW

0.015 mH

dQI

dt

อ�ตร้าการ้ไหลของความร้�อนผ$านผน�งเตา

ด�งน�3นใน 30 นาที่! ม!การ้ส�ญเส!ย็ความร้�อนไป 50.11 kW 30 60 s 2.0 10 J

24.0 10 W/m C k

39

40

การ้พัาความร้�อน(Convection)

การ้พัาความร้อน เก�ดุข็6"นโดุยอาศั(ยการ้เคล�-อนท)-ข็อง มวลข็องข็องไหล เช่�น น�"า หร้�อ อากาศัท)-ถู�กท�าใหร้อน

จุากท)-หน6-งไป็ย(งอ)กท)-หน6-ง จุากร้�ป็ โมเลก�ลข็อง

น�"าพัาความร้อนจุากบร้�เวณกนภูาช่นะไป็ย(งส�วนตั�างๆข็องภูาช่นะ

41

การ้พัาความร้�อน

การ้พัาความร้อนอย�างไม�อ�สร้ะ (forced convection) เก�ดุข็6"นเม�-อการ้เคล�-อนท)-ข็องข็องไหลถู�กบ(งค(บ

การ้พัาความร้อนอย�างอ�สร้ะ (free convection) เก�ดุข็6"นเม�-อการ้เคล�-อนท)-ข็องข็องไหลเก�ดุจุากผิลตั�างข็องความหนาแน�น

42

ลมทะเล

ลมบก

การ้พัาความร้อนในธิ์ร้ร้มช่าตั�

43

ลมทะเลและลมบกเก�ดุเน�-องจุากความแตักตั�างข็องความจุ�ความร้อนจุ�าเพัาะข็องทร้ายก(บน�"า

ลมทะเล ลมบก

44

การ้แผ$ร้�งส!ความร้�อน(Radiation)

การ้แผิ�ร้(งส)ความร้อนเป็+นการ้ส�งผิ�านความร้อนโดุย คล�-นแม�เหล กไฟฟ;า การ้แผิ�ร้(งส)เก�ดุข็6"นไดุโดุยไม�ตัอง

อาศั(ยตั(วกลาง เช่�น ความร้อนท)-มาจุากดุวงอาท�ตัย, หร้�อความร้อนท)-มาจุากกองไฟ

45

การ้แผิ�ร้(งส)ความร้อน (heat radiation)

46

ความส(มพั(นธิ์,ร้ะหว�างพัล(งงานการ้แผิ�ร้(งส)ก(บความยาวคล�-น

แสดงค$าอ ณหภู�ม�ของว�ตถุ

ว(ตัถู�ท�กช่น�ดุท)-ม)อ�ณหภู�ม�ส�งกว�า 0 K จุะแผิ�ร้(งส)ออกมาท�กช่�วงความยาวคล�-น

47

max

1

Object's Temperature

กร้ะแสข็องความร้อน IH เน�-องจุากการ้แผิ�ร้(งส) หร้�ออ(ตัร้าการ้แผิ�ร้(งส)ข็องว(ตัถู�พั�"นท)- A ท)-ม)อ�ณหภู�ม�ส(มบ�ร้ณ, T ค�อ

4H

dQI Ae T

dt

max

b

T

b 32.898 10 m K

เม�"อ

= Wein’s displacement constant =

48

4H

dQI Ae T

dt

Stefan-Boltzmann Law

e = emissivity หร้�อ สภูาพัการ้แผิ�ร้(งส) ม)ค�าอย��ร้ะหว�าง 0 ถู6ง 1 ข็6"นอย��ก(บช่น�ดุและอ�ณหภู�ม�ข็องว(ตัถู�ว�ตถุ ด5า (black body) ม!ค$า emissivity เป7น 1 ว(ตัถู�ดุ�าค�อ ว(ตัถู�ท)-ดุ�ดุกล�นพัล(งงานร้(งส)ท("งหมดุท)-

ตักลงบนว(ตัถู� ท)-สภูาวะสมดุ�ลทางความร้อน ม(นจุะแผิ�ร้(งส)ออกมาเท�าก(บท)-ม(นดุ�ดุเข็าไป็

8 2 4(Stefan-Boltzmann Constant) 5.67 10 / . x W m K

49

Thermal imagings

50

Infrared

51

การ้ร้ะบาย็ความร้�อนออกจากร้$างกาย็

กร้ะบวนการ้ส�งผิ�านความร้อนแบบใดุท)-ช่�วยร้ะบายความร้อนจุากร้�างกายไดุดุ)ท)-ส�ดุ?

52

สมการ้ข็องสภูาวะ (Equation of state)

ร้ะบบ (System)P, V, T, m

ส�-งแวดุลอม (surrounding)

ข็อบเข็ตั (boundary)

53

สมการ้ข็องสภูาวะส�าหร้(บก/าซอ�ดุมคตั� (The Ideal Gas Equation of state)

- ปร้�มาตร้ V แปร้ผ�นตร้งก�บจ5านวนโมล n เม�"อ p และ T คงต�ว

- ปร้�มาตร้ V แปร้ผกผ�นก�บความด�นส�มบ�ร้ณ+ (absolute pressure) p จะได�ว$า pV = ค$าคงต�ว เม�"อ n และ T คงต�ว

- ความด�น p แปร้ผ�นตร้งก�บอ ณหภู�ม�ส�มบ�ร้ณ+ (สเกลเคลว�น) T จะได�ว$า p = (ค$าคงต�ว ) T เม�"อ n และ V คงต�ว

pV=nRT

pV nRT

8.31450 J/mol.KR

(The Ideal-gas equation of state)

n ค�อจ5านวนโมลR ค�อ ค$าคงต�วสากลของก;าซึ่ = 8.31450 J/mol.K

54

เข!ย็นในร้�ป มวลที่�3งหมดtotm nM

totmpV RT

M

จาก pV nRT

nR ค$าคงต�วpV

Tค$าคงต�ว

1 1 2 2

1 2

pV p V

T T

ร้ะบบมวลของก;าซึ่อ ดมคต�คงต�ว (จ5านวนโมลคงต�ว)ในสองสภูาวะที่!"ต$างก�น ค�อ

mtot ค�อ มวลท("งหมดุM ค�อ มวลข็องโมลเลก�ล 1 โมเลก�ล

55

พั�จาร้ณาสมการ้ของสภูาวะของก;าซึ่ในเที่อมของจ5านวนโมเลก ล N

AN nN236.022 10 molecules/molAN เลขอาโวกาโดร้

จาก pV nRT

A

NpV RT

N

pV NkT

ก5าหนดให� 231.381 10 J/molecules.KA

Rk

N

k หร้�อ kB ค�อ ค$าคงต�วของ Boltzmann

56

สมการ้ Van der waals ส�าหร้(บก/าซจุร้�ง (Van der waals Equation for Real Gas)

2

2( )( )

anp V nb nRT

V

bค�อ ปร้�มาตร้ของก;าซึ่ 1 โมลa ค�อ แร้งด.งด�ดของร้ะหว$างโมเลก ลของก;าซึ่ที่!"อย็�$ต�ดก�น

57

ทฤษฎี)จุลน,ข็องก/าซy

x

z

l

l

l

m vx

( )

2x x

x

P mv mv

P mv

pressure

58

2

2 2 21 2

2

2

(2 / )

( ... )

x

x x

x

x x xn

P mv

mv mvPF

t l v l

mF v v v

l

ความเร้�วก5าล�งสองเฉล!"ย็ของโมเลก ลที่�3งหมด ค�อ2 2 2

2 1 2 ...x x xnx

v v vv

N

จะได�ว$า 2x

mF N v

l

เน�"องจาก 2 2 2 2

2 2 2 2

2 2 2

2 23

x y z

x y z

x y z

x

v v v v

v v v v

v v v

v v

เม�"อจะได�

59

2

2

3x

vv

2x

mF N v

lแที่นค$าใน

22 1

3 2pV N m v

เข!ย็นใหม$ได�เป7น

จาก pV NkT

2

2

2 1

3 2

1 3

2 2

N m v NkT

K m v kT

2

2 2

3

1 1

3 3

vmF N

l

Nm v Nm vFP

A Al V

หาค$าความด�น

60

2

2

2 1

3 2

3

N m v NkT

kTv

m

ความเร้�วเฉล!"ย็ของโมเลก ล

2 3rms

kTv v

m

ความเร้�วร้ากที่!"สองของก5าล�งสองเฉล!"ย็ (root-mean-square velocity)

http://www.7stones.com/Homepage/Publisher/Thermo1.html

PV=nRT

61

แผินภูาพั pV (pV- diagram)

62

กฎข�อที่!"หน."งของเที่อร้+โมไดนาม�กส+ (The First Law of Thermodynamics)

ร้ะบบ ค�อ บร้�เวณ หร้�อ สสาร้ท)-เร้าก�าล(งศั6กษา ซ6-งแยกออกจุากส�-งแวดุลอม

ร้ะบบที่างเที่อร้+โมไดนาม�กส+ ค�อ ร้ะบบที่!"สามาร้ถุม!อ�นตร้ก�ร้�ย็า และแลกเปล!"ย็นพัล�งงาน ก�บ ส�"งแวดล�อม เช้$น การ้ถุ$าย็เที่ความร้�อน (Q)กร้ะบวนการ้ที่างเที่อร้+โมไดนาม�กส+ ค�อ การ้เปล!"ย็นสภูาวะ

ของร้ะบบ

63

งานท)-กร้ะท�าร้ะหว�างการ้เป็ล)-ยนป็ร้�มาตัร้

dx

F = pA

dW Fdx pAdx

dW pdV

dW pdV

2

1

V

V

W pdV

64

pV-diagram

2

1

0V

V

W pdV 2

1

0V

V

W pdV 2 1W p V V

Work by system

65

(a)

เส�นที่างการ้เปล!"ย็นสภูาวะที่างเที่อร้+โมไดนาม�กส+

งานที่!"กร้ะที่5าโดย็ร้ะบบจะข.3นอย็�$ก�บสภูาวะต�3ง ต�นและสภูาวะส ดที่�าย็ ร้วมที่�3งเส�นที่างที่!"ใช้�ใน

การ้เปล!"ย็นสภูาวะ

66

(a) การ้ขย็าย็ต�วแบบไอโซึ่เที่อร้+ม�ลของก;าซึ่ แบบควบค มอย็$างช้�าๆ ความด�นต5"าๆ

(b) การ้ขย็าย็ต�วของก;าซึ่อย็$างร้วดเร้�ว แบบไม$ควบค ม

ความร้�อน (Q) ข.3นก�บสภูาวะเร้�"มต�น และและสภูาวะส ดที่�าย็ ร้วมที่�3งเส�นที่างในการ้เปล!"ย็นแปลง

67

พัล(งงานภูายใน และกฎีข็อท)-หน6-งข็องเทอร้,โมไดุนาม�กส,

ถุ�าพัล�งงานภูาย็ในของร้ะบบเพั�"มข.3น ΔU เป7น บวกถุ�าพัล�งงานภูาย็ในของร้ะบบลดลง ΔU เป7น ลบ

U Q W

2 1U U U

(กฎการ้อน ร้�กษ์+พัล�งงาน)

ΔU ข็6"นอย��ก(บสภูาวะตั("งตัน และสภูาวะส�ดุทาย เท�าน("น ไม�ข็6"นก(บเสนทางท)-ใช่ในการ้เป็ล)-ยนสภูาวะ

68

ความร้อน Q Q เป็+น บวก ส�าหร้(บป็ร้�มาณความร้อนไหลเข็าไป็ในร้ะบบQ เป็+น ลบ ส�าหร้(บป็ร้�มาณความร้อนไหลออกจุากร้ะบบ

งาน W W เป็+น บวก ส�าหร้(บงานท)-ท�าตั�อร้ะบบ (โดุยส�-งแวดุลอม)

W เป็+น ลบ ส�าหร้(บงานท)-ท�าโดุยร้ะบบ (หร้�อร้ะบบส�-งแวดุลอม)

69

ตั(วอย�างในกร้ะบวนการ้เปล!"ย็นสภูาวะของร้ะบบที่างเที่อร้+โมไดนาม�กส+ร้ะบบหน."ง พับว$าพัล�งงานภูาย็ในของร้ะบบลดลง 500 J ในขณะที่!"ม!การ้ที่5างานให�แก$ร้ะบบ 220 J จงหาปร้�มาณความร้�อนที่!"ถุ�กส$งผ$านในกร้ะบวนการ้น!3พัร้�อมที่�3งบอกที่�ศัที่างด�วย็

ว�ธิ์)ท�า 500 JU 220 JW

U Q W

500 J 220 J 720 JQ U W

(เป็+นลบเพัร้าะพัล(งงานภูายในข็องร้ะบบลดุลง)

จากกฎข�อที่!" 1 จะได�

เคร้�"องหมาย็ลบบอกว$าความร้�อนไหลออกจากร้ะบบ

(เป็+นบวกเพัร้าะส�-งแวดุลอมท�างานตั�อร้ะบบ)

70

ป็ร้ะเภูทข็องกร้ะบวนการ้ทางเทอร้,โมไดุนาม�กส, (1) Adiabatic Process

ป7นกร้ะบวนการ้ที่!"ไม$ม!การ้ส$งผ$านความร้�อนเข�าหร้�อออกจากร้ะบบ น�"นค�อ 0Q

จากกฎข�อที่!"หน."งเร้าพับว$าส5าหร้�บกร้ะบวนการ้แบบน!3

2 1U U U W

71

ป็ร้ะเภูทข็องกร้ะบวนการ้ทางเทอร้,โมไดุนาม�กส,

จากกฎข�อที่!"หน."งเร้าพับว$าส5าหร้�บกร้ะบวนการ้แบบน!3

0W

2 1U U U Q

(2) Isochoric Process (หร้�อ Isovolumetric Process)

เป7นกร้ะบวนการ้ที่!"ปร้�มาตร้ของร้ะบบคงที่!" แสดงว$าร้ะบบไม$ม!การ้ที่5างานต$อส�"งแวดล�อม หร้�อ

72

ป็ร้ะเภูทข็องกร้ะบวนการ้ทางเทอร้,โมไดุนาม�กส,

,U Q W W

2 1W p V V

(3) Isobaric Processเป7นกร้ะบวนการ้ที่!"ความด�นคงของร้ะบบม!ค$าที่!" โดย็ที่!"ไม$ม!ปร้�มาณ

ใด หร้�อ เป7นศั�นย็+ แต$การ้ค5านวณหา

ที่5าได�ง$าย็ ค�อ

73

ป็ร้ะเภูทข็องกร้ะบวนการ้ทางเทอร้,โมไดุนาม�กส,

,U Q W

(4) Isothermal Processเป7นกร้ะบวนการ้ที่!"อ ณหภู�ม�ของร้ะบบม!ค$าคงที่!" เช้$น

เด!ย็วก�บกร้ะบวนการ้ที่!"แล�ว ไม$ม!ปร้�มาณใด เป7นศั�นย็+ หร้�อ

แต$ความร้�อนที่!"ไหลเข�าหร้�อออกจากร้ะบบจะ ต�องเป7นไปอย็$างช้�า ๆ โดย็ที่!"ไม$ที่5าลาย็สมด ล

ความร้�อนของร้ะบบ0U

Q W

ก/าซอ�ดุมคตั� ส5าหร้�บร้ะบบแบบน!3 ถุ�าอ ณหภู�ม�คงที่!" ด�งน�3น

น�"นค�อพัล�งงานความร้�อนที่�3งหมดที่!"ร้ะบบได�ร้�บจะกลาย็ไปเป7นงานที่!"ร้ะบบที่5า

74

ป็ร้ะเภูทข็องกร้ะบวนการ้ทางเทอร้,โมไดุนาม�กส,

p

V

a Isobaric T3 > Ta

Isothermal T4 = Ta

Adiabatic T1 < Ta

Isochoric T2 < Ta

1

3

2

4

ร้�ป็ท)- 10-9

pV-diagram และการ้เป็ล)-ยนสภูาวะท("ง 4 แบบข็องก/าซอ�ดุมคตั�

75

ความจุ�ความร้อนโมลาร้,ข็องก/าซอ�ดุมคตั� (Molar Heat Capacity of an Ideal Gas)

p

V V1 V2

p1

p2 ปร้�มาตร้คงที่!" ความด�นคงที่!"

pV -diagram และการ้เป็ล)-ยนสภูาวะแบบป็ร้�มาตัร้คงท)-และความดุ(นคงท)-

76

1 2 1Q U W U p V V

จากกฎข�อที่!"หน."ง

77

78