[ บทท�� 14 กฎข้อท��หนึ่ �งและสองข้องเทอร์�โมไดนึ่าม�กส� ]

งานึ่และพล�งงานึ่

ความร้�อน (Heat) คอพลั งงานที่��ถู�กส่�งผ่�านจากร้ะบบที่��ม�อ�ณหภู�ม�ส่�งกว�าไปยั งร้ะบบที่��ม�อ�ณหภู�ม�ต่ำ$�ากว�า

เม�อร้ะบบอยั��ในส่ภูาวะส่มดุ�ลัความร้�อน พลั งงานที่ (งหมดุที่��อยั��ภูายัในร้ะบบ คอ พลั งงานภูายัใน (Internal Energy) ของร้ะบบ ม�ค�าข*(นอยั��ก บต่ำ วแปร้ส่ภูาวะ

การ้ส่�งผ่�านพลั งงานโดุยักร้ะบวนการ้ที่��ไม�ข*(นก บอ�ณหภู�ม�ของร้ะบบ เร้�ยักพลั งที่��ถู�กส่�งผ่�านว�างาน (Work)

ร้ะบบ Ts

Q

ร้ะบบ Ts

Q = 0

ร้ะบบ Ts

QS ET T S ET T

S ET T

2

งานึ่และพล�งงานึ่

งาน งาน W เป-น + เม�อร้ะบบ

เป-นผ่��ที่$างาน งาน W เป-น – เม�องาน

กร้ะที่$าต่ำ�อร้ะบบ งานที่��กร้ะที่$าโดุยัก.าซในการ้

ที่$าให�ปร้�มาต่ำร้เปลั��ยันไป dV

3

W Fd

dW PdV

งานึ่และพล�งงานึ่

4

งานที่��ที่$าโดุยัร้ะบบที่ (งหมดุในการ้เปลั��ยันแปลังปร้�มาต่ำร้จากส่ภูาวะที่�� 1 ไปยั งส่ภูาวะที่�� 2 คอ

งานข*(นอยั��ก บเส่�นที่าง หร้อ กร้ะบวนการ้ในการ้เปลั��ยันแปลังส่ภูาวะดุ�วยั

2

1

V

V

W PdV

กร้ะบวนการ้เปลั��ยันแปลังที่��ความดุ นคงที่��

2 1W P V V

หางานไดุ�จากพ(นที่��ใต่ำ�กร้าฟ PV

งานึ่และพล�งงานึ่

5

จงหางานจากการ้เปลั��ยันแปลังปร้�มาต่ำร้โดุยักร้ะบวนการ้ดุ งร้�ป (a) (b) (c) แลัะ (d)

งานึ่ในึ่การ์เปล��ยนึ่สภาวะข้องก#าซอ%ดมคติ�

6

จากส่มการ้

ส่มการ้ส่ภูาวะส่$าหร้ บก.าซในอ�ดุมคต่ำ� ดุ งน (นความดุ น

งานที่��ไดุ�จากกร้ะบวนการ้อ�ณหภู�ม�คงที่��ของก.าซในอ�ดุมคต่ำ�

จากส่มการ้จะไดุ�ว�าในกร้ณ�ที่��เป-นการ้ขยัายัต่ำ ว (V2>V1) โดุยัที่�� T คงที่�� งานจะม�ค�าเป-น +

2

1

V

V

W PdV

PV nRTnRT

PV

2

1

V

V

dVW nRT

V 2

1

lnV

W nRTV

7

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-1 14-1 จงหางานที่��ที่$าโดุยัก.าซอ�ดุมคต่ำ�ขยัายัต่ำ วที่��อ�ณหภู�ม�คงต่ำ ว จากปร้�มาต่ำร้เดุ�ม 3 ลั�ต่ำร้ ที่�� 20 atm จนม�ปร้�มาต่ำร้เที่�าก บ 24 ลั�ต่ำร้

งานที่��ไดุ�จากการ้ขยัายัต่ำ วที่��อ�ณหภู�ม�คงที่��

2

1

lnV

W nRTV

จากส่มการ้ส่ภูาวะของก.าซอ�ดุมคต่ำ�

PV nRT

ดุ งน (น 5 321 1

1

24ln 20 10 3 10 ln

3

VW PV

V

12476.64 J

กฎข้อท��หนึ่ �งข้องเทอร์�โมไดนึ่าม�กส� เม�อให�ความร้�อนแก�ร้ะบบปร้�มาณ Q พลั งงานส่�วนหน*�งจะ

ถู�กเก1บไว�ในร้ะบบ ที่$าให�ร้ะบบม�พลั งงานภูายัในส่�งข*(น พลั งงานส่�วนที่��เหลัอถู�กส่�งออกมาจากร้ะบบในร้�ปของงาน W ที่��ที่$าโดุยัร้ะบบ

จากหลั กการ้คงพลั งงาน

8

Q U W The First Law of Thermodynamic

กร์ะบวนึ่การ์ทางเทอร์�โมไดนึ่าม�กส�

9

ร้ะบบที่��ม�การ้เปลั��ยันแปลังไปจากส่ภูาวะเดุ�ม แลั�วส่ามาร้ถูยั�อนกลั บมาอยั��ในส่ภูาวะเดุ�มไดุ�

การ้เปลั��ยันของพลั งงานภูายัในของร้ะบบในกร้ะบวนการ้ที่างเที่อร้2โมไดุนาม�กส่2ข*(นอยั��ก บส่ภูาวะต่ำ (งต่ำ�นแลัะส่ภูาวะส่�ดุที่�ายัเที่�าน (น จะไม�ข*(นก บเส่�นที่างที่��ใช้�ในการ้เปลั��ยันส่ภูาวะ

ดุ งน (น U1 = U2 แส่ดุงว�า U = 0

จะไดุ�ว�า Q = W

กร้ะบวนการ้ที่��ไม�ม�การ้ส่�งผ่�านความร้�อนเข�าหร้อออกจากร้ะบบ (Q = 0)

จากกฎข�อที่��หน*�งจะไดุ� U = -W

ในกร้ณ�ที่��ร้ะบบม�การ้หดุต่ำ วงานจะม�ค�าเป-น –

U เป-น + น (นคอ U แลัะ T ม�ค�าเพ��มข*(น

กร์ะบวนึ่การ์ทางเทอร์�โมไดนึ่าม�กส�

10

กร้ะบวนการ้การ้เปลั��ยันแปลังที่��ปร้�มาต่ำร้ของร้ะบบคงที่��

งานที่��ที่$าโดุยัร้ะบบ W = 0 พลั งงานความร้�อน

ที่ (งหมดุที่��ร้ะบบไดุ�ร้ บจะที่$าให�ร้ะบบม�พลั งงานภูายัในส่�งข*(น U = Q

กร้ะบวนการ้เปลั��ยันแปลังภูายัใต่ำ�ความดุ นคงที่��

งาน W = P(V2-V1) โดุยัที่ �วไปแลั�ว Q , U

แลัะ W ไม�เป-นศู�นยั2

กร์ะบวนึ่การ์ทางเทอร์�โมไดนึ่าม�กส�

11

กร้ะบวนการ้เปลั��ยันส่ภูาวะที่��อ�ณหภู�ม�ของร้ะบบม�ค�าคงที่��

ในร้ะบบที่��พลั งงานภูายัในม�ค�าข*(นก บอ�ณหภู�ม�เพ�ยังอยั�างเดุ�ยัว (ก.าซในอ�ดุมคต่ำ�)

U = 0 แลัะ Q = W2

1

lnV

W nRTV

12

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-2 14-2 ในกร้ะบวนการ้หน*�งร้ะบบไดุ�ร้ บความร้�อน 8.0 kcal ในขณะที่��ร้ะบบที่$างาน 6.0 kJ ในร้ะหว�างกร้ะบวนการ้น�(พลั งงานภูายัในของร้ะบบเปลั��ยันไปเที่�าไร้

ความร้�อน

J8000 cal 4.184 33.5 kJ

calQ

จากกฎข�อที่��หน*�งของเที่อร้2โมไดุนาม�กส่2

Q U W

ดุ งน (น 33.5 6 27.5 kJU Q W

13

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-3 14-3 กร้ะบวนการ้ที่างความร้�อนแส่ดุงไดุ�ดุ�วยัแผ่นภูาพ p-V ดุ งร้�ป ร้ะบบเก�ดุกร้ะบวนการ้ที่างความร้�อนเปลั��ยันแปลังจากส่ภูาวะ a ไปยั งส่ภูาวะ d ต่ำามเส่�นที่าง ab ม�ความร้�อนไหลัเข�าส่��ร้ะบบ 600 J แลัะต่ำามเส่�นที่าง bd ม� ความร้�อนไหลัเข�าส่��ร้ะบบ 200 J จงหาก ). การ้เปลั��ยันแปลังของพลั งงานภูายัในต่ำามที่าง abข ). การ้เปลั��ยันแปลังของพลั งงานภูายัในต่ำามที่าง abdค ). ปร้�มาณความร้�อนที่��ไหลัเข�าส่��ร้ะบบต่ำามที่าง acd

14

ก ) การ้เปลั��ยันแปลังส่ภูาวะจาก a ไป b ม�ปร้�มาต่ำร้คงที่�� W = 0 จากกฎข�อที่��หน*�งจะไดุ�ว�า U = Q = 600 J

ข ) จาก b ไปยั ง d ความดุ นคงที่��ปร้�มาต่ำร้ขยัายัออก งานหาไดุ�จาก W = P(V2-V1) 4 3 38 10 Pa 5 10 2 10

240 J

W

800 240 560 JU Q W

ปร้�มาณความร้�อนที่��ไหลัเข�าส่��ร้ะบบในกร้ะบวนการ้จาก a ไป b 600 J แลัะจาก b ไป d อ�ก 200 J ดุ งน (นความร้�อนที่ (งหมดุในกร้ะบวนการ้เปลั��ยันส่ภูาวะ abd เป-น 300 J

15

ค ) U ไม�ข*(นก บเส่�นที่างแต่ำ�อยั��ที่��ส่ภูาวะเร้��มต่ำ�นแลัะส่ภูาวะส่�ดุที่�ายั ดุ งน (นกร้ะบวนการ้เปลั��ยันแปลังต่ำามเส่�นที่าง acd ม� U เที่�าก บ abd คอ U = 560 J

4 3 32 1 3 10 5 10 2 10 90 JW P V V

งานต่ำามเส่�นที่าง ac

จากกฎข�อที่��หน*�งของเที่อร้2โมไดุนาม�กส่2

560 90 650 JQ U W

ความจุ%ความร์อนึ่โมลาร์�ข้องก#าซอ%ดมคติ� ความจ�ความร้�อนโมลัาร้2 (c) ปร้�มาณความร้�อนที่��ต่ำ�องใช้�

ในการ้ที่$าให�ส่าร้หน*�งโมลัม�อ�ณหภู�ม�เปลั��ยันไปหน*�งองศูา ปร้�มาณความร้�อนที่��ที่$าให�เก�ดุการ้เปลั��ยันแปลังโดุยัให�

ปร้�มาต่ำร้คงที่�� เพ�อให�ก.าซที่��ม�โมลั n ม�อ�ณหภู�ม�ของร้ะบบเพ��มข*(น dT

เม�อ cV คอความจ�ความร้�อนโมลัาร้2ที่��ปร้�มาต่ำร้คงที่�� เม�อร้ะบบม�ปร้�มาต่ำร้คงที่��ดุ งน (นงานที่��ที่$าโดุยัร้ะบบ W = 0 จากกฎข�อที่��หน*�งจะไดุ�

16

V VdQ nc dT

VdU nc dT

ความจุ%ความร์อนึ่โมลาร์�ข้องก#าซอ%ดมคติ�

17

ถู�ากร้ะบวนการ้เป-นกร้ะบวนการ้ความดุ นคงที่��

เม�อ cP คอความจ�ความร้�อนโมลัาร้2เม�อความดุ นคงที่�� งาน dW = PdV จากกฎข�อที่��หน*�ง ส่$าหร้ บก.าซอ�ดุมคต่ำ�ส่มการ้ส่ภูาวะคอ PV = nRT ในกร้ณ�ที่��ความดุ นคงที่�� PdV = nRdT เพร้าะฉะน (น

P PdQ nc dT

PdU dQ dW

PdU nc nR dT

ความจุ%ความร์อนึ่โมลาร์�ข้องก#าซอ%ดมคติ�

18

พลั งงานภูายัในของก.าซอ�ดุมคต่ำ�ข*(นอยั��ก บอ�ณหภู�ม�เพ�ยังอยั�างเดุ�ยัว ดุ งน (นไม�ว�ากร้ะบวนการ้เปลั��ยันแปลังจะเป-นแบบใดุ พลั งงานภูายัในที่��เปลั��ยันไป (dU) จะม�ค�าเที่�าก น เม�ออ�ณหภู�ม�เร้��มต่ำ�นก บอ�ณหภู�ม�ส่�ดุที่�ายัของที่ (งส่องกร้ะบวนการ้เป-นอ�ณหภู�ม�เดุ�ยัวก น

จะไดุ�

จากส่มการ้ cP > cV เส่มอ แลัะไดุ� เพร้าะฉะน (น เส่มอ

V P

P V

nc nc nR

c c R

P

V

c

c

1

ความจุ%ความร์อนึ่โมลาร์�ข้องก#าซอ%ดมคติ�อะติอมเด�ยว

19

พลั งงานภูายัในของก.าซอ�ดุมคต่ำ�ที่��โมเลัก�ลัปร้ะกอบดุ�วยัอะต่ำอมเพ�ยังอะต่ำอมเดุ�ยัว

ดุ งน (น

จะไดุ�

3

2U nRT

3

2 VdU nRdT nc dT

3

25

2

V

p

c R

c R

5

3P

V

c

c

กร์ะบวนึ่การ์ความร์อนึ่คงท��ส*าหร์�บก#าซในึ่อ%ดมคติ�

20

กร้ะบวนการ้ความร้�อนคงที่�� คอกร้ะบวนการ้เปลั��ยันแปลังที่��เก�ดุอยั�างร้วดุเร้1ว จนที่$าให�ปร้ะมาณไดุ�ว�าไม�ม�ความร้�อน เข�า-ออก ร้ะบบ

หร้อเก�ดุไดุ�จากการ้อ ดุต่ำ วหร้อขยัายัต่ำ วของร้ะบบอยั�างช้�าๆ ภูายัในร้ะบบที่��ห��มฉนวนก นความร้�อน

1 1 2 2

1 11 1 2 2

1 / 1 /1 1 2 2

2 2 1 1

1

PV PV

TV T V

T P T P

PV PVW

21

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-4 14-4 ก.าซอะต่ำอมเดุ��ยัว 20 cm3 ที่�� 12 ๐C แลัะ 100 kPa ถู�กอ ดุอยั�างฉ บพลั น (Adiabatic process) ให�ม�ปร้�มาต่ำร้เที่�าก บ 0.5 cm3 จงหาความดุ นแลัะอ�ณหภู�ม�ใหม�

ก.าซอ�ดุมคต่ำ�

1 1 2 2PV PV

ส่$าหร้ บก.าซอ�ดุมคต่ำ�ส่$าหร้ บอะต่ำอมเดุ��ยัว

5

3

ดุ งน (น

12 1

2

VP P

V

5

33 20

100 100.5

74.68 10 Pa

อ�ณหภู�ม�หาไดุ�จากส่มการ้ส่ภูาวะของก.าซอ�ดุมคต่ำ�ซ*�งจะไดุ�

1 1 2 2

1 2

PV PV

T T

7

2 2 12 3

1 1

4.68 10 0.5 273 12

100 10 20

3334

PV TT

PV

K

ท�ศทางข้องกร์ะบวนึ่การ์เทอร์�โมไดนึ่าม�กส�

22

กร้ะบวนการ้ที่��การ้เปลั��ยันแปลังส่ภูาวะของร้ะบบเก�ดุข*(นอยั�างช้�าๆ เส่มอนอยั��ในส่มดุ�ลัที่างเที่อร้2โมไดุนาม�กส่2อยั��ต่ำลัอดุเวลัา

ส่ามาร้ถูบอกต่ำ วแปร้ส่ภูาวะม�การ้เปลั��ยันแปลังอยั�างไร้ในร้ะหว�างกร้ะบวนการ้

เข�ยันเส่�นที่างการ้เปลั��ยันแปลังใน PV diagram หร้อ diagram อ�นๆ ไดุ�

ที่$าให�ร้ะบบเปลั��ยันส่ภูาวะโดุยัยั�อนเส่�นที่างเดุ�มไดุ�

ม�การ้เปลั��ยันแปลังส่ภูาวะอยั�างร้วดุเร้1ว

ในร้ะหว�างการ้เปลั��ยันแปลังไม�ส่ามาร้ถูบอกไดุ�ว�าต่ำ วแปร้ส่ภูาวะม�ค�าเป-นอยั�างไร้

ไม�ส่ามาร้ถูเข�ยันเส่�นที่างการ้เปลั��ยันแปลังส่ภูาวะของร้ะบบใน diagram ใดุๆ ไดุ�

ไม�ส่ามาร้ถูที่$าให�ร้ะบบกลั บไปอยั��ในส่ภูาวะเร้��มต่ำ�นไดุ�

เคร์,�องจุ�กร์ความร์อนึ่

23

แหลั�งจ�ายัความร้�อนอ�ณหภู�ม�ส่�ง; TH

แหลั�งร้ บความร้�อนอ�ณหภู�ม�ต่ำ$�า; TC

QH

QC

W = QH + QC

= QH - QC

องค2ปร้ะกอบของเคร้�องจ กร้ความร้�อน

ปร์ะส�ทธิ�ภาพข้องเคร์,�องจุ�กร์ความร์อนึ่

24

น�ยัามปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพอ�ณหภูาพของเคร้�องจ กร้ความร้�อน คอ อ ต่ำร้าส่�วนร้ะหว�างงานที่��ไดุ�ก บความร้�อนที่��ให�

เม�อแที่นงานที่��ไดุ�ดุ�วยั ปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพของเคร้�องจ กร้ความร้�อน

H

WeQ

H CW Q Q

1 1C C

H H H

Q QWeQ Q Q

เคร์,�องยนึ่ติ�ส�นึ่ดาปภายในึ่

25

เคร้�องยันต่ำ2แก.ส่โซลั�น 4 จ งหวะม�การ้ที่$างานดุ งน�(

จ งหวะดุ�ดุจ งหวะดุ�ดุ  ((Intake strokeIntake stroke ) )ร้�ป (a) ลั�กส่�บเคลั�อนที่��ลังขณะที่��ลั�(นไอดุ�เป<ดุดุ�ดุอากาศูเข�าไปภูายัในกร้ะบอกส่�บ แลัะลั�(นไอดุ�จะป<ดุเม�อปร้�มาต่ำร้ของกร้ะบออกส่�บเพ��มถู*งค�าส่�งส่�ดุ rV เร้�ยัก r ว�า อ ต่ำร้าส่�วนการ้อ ดุ“ ”

จ งหวะอ ดุ จ งหวะอ ดุ ((Compression Compression strokestroke ) ) เม�อลั�(นไอดุ�ป<ดุกร้ะบอกส่�บเคลั�อนที่��ข*(น ส่�วนผ่ส่มถู�กอ ดุแบบ adiabatic ให�ม�ปร้�มาต่ำร้น�อยัที่��ส่�ดุ V ต่ำามร้�ป (b)

เคร์,�องยนึ่ติ�ส�นึ่ดาปภายในึ่

26

จ งหวะก$าลั ง จ งหวะก$าลั ง ((Power strokePower stroke ) ) แร้งดุ นของก.าซจะที่$าให�เก�ดุการ้เผ่าไหม� (Spark) ดุ งร้�ป (c) แลัะก.าซที่��ร้ �อนขยัายัต่ำ วแบบ adiabatic กลั บไปที่��ปร้�มาต่ำร้ rV อ�กคร้ (ง ดุ งร้�ป (d)

เคร์,�องยนึ่ติ�ส�นึ่ดาปภายในึ่

27

จ งหวะคายั จ งหวะคายั ((Exhaust StokeExhaust Stoke)) เม�อลั�กส่�บเร้��มเลั�อนข*(น  จะผ่ลั กดุ นให�ไอเส่�ยัที่��ค�างในกร้ะบอกส่�บ  ออกไปภูายันอกโดุยัผ่�านลั�(นไอเส่�ยัที่��เป<ดุอยั�� แลัะที่�(งให�กร้ะบอกส่�บให�พร้�อมส่$าหร้ บจ งหวะดุ�ดุต่ำ�อไป

QH

QC

28

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-5 14-5 เคร้�องจ กร้แก.ส่โซลั�นไดุ�ร้ บความร้�อน 2500 J แลัะที่$างาน 500 J ต่ำ�อร้อบ ก$าหนดุให�ความร้�อนแฝงจ$าเพาะของการ้เผ่าไหม�เช้(อเพลั�ง LC = 5.0 x 104 Jg-1 ในแต่ำ�ลัะร้อบของเคร้�องจ กร้ จงหาค�าก ). ปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพที่างความร้�อนข ). ความร้�อนที่��ไอเส่�ยัถู�ายัเที่ออกมาค ). จ$านวนเช้(อเพลั�งที่��ใช้�ง ). ถู�าเคร้�องจ กร้หม�นดุ�วยัความเร้1ว 100 ร้อบต่ำ�อว�นาที่� จงค$านวณหาก$าลั งเป-นว ต่ำต่ำ2 แลัะก$าลั งม�าจ ). อ ต่ำร้าการ้เผ่าไหม�ของเช้(อเพลั�ง

29

จากโจที่ยั2ความร้�อนที่��ร้ะบบไดุ�ร้ บ QH = 2500 J แลัะงานที่��ที่$าโดุยัร้ะบบ W = 500 J

ก . ปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพ500

0.252500H

WeQ

หร้อ 25%

ข . จาก H CW Q Q

500 2500

2000 JC

C

Q

Q

เคร้�องหมายั – แส่ดุงว�าเป-นความร้�อนที่��คายัออกมาจากร้ะบบค . ในการ้เผ่าไหม�เช้(อเพลั�งต่ำ�องใช้�

HQ mL

42500 5 10

0.05 g

m

m

30

ง . ก$าลั ง คอ อ ต่ำร้าการ้ที่$างานหาไดุ�จากงานต่ำ�อร้อบค�ณดุ�วยัจ$านวนร้อบต่ำ�อว�นาที่� -1Power 500 J 100 s 50000 Watt

จาก 1 hp (ก$าลั งม�า ) = 746 Watt จะไดุ�ก$าลั งของเคร้�องยันต่ำ2 50,000 watt เป-น50000

hp = 67 hp746

จ . อ ต่ำร้าการ้เผ่าไหม�ของเช้(อเพลั�ง หาไดุ�จากเช้(อเพลั�งที่��ถู�กเผ่าไหม�ต่ำ�อร้อบค�ณดุ�วยัจ$านวนร้อบต่ำ�อว�นาที่� จากข�อ ค . 1 ร้อบใช้� m = 0.05 กร้ มอ ต่ำร้าการ้เผ่าไหม�ต่ำ�อว�นาที่� = (0.05)(100) = 5 g/s หร้อ 18 kg/h

ติ.เย/นึ่

31

H C H CQ Q Q Q Q

เน�องจากการ้เปลั��ยันส่ภูาวะเป-นแบบว ฏจ กร้ดุ งน (น

H CW Q Q Q

C HW Q Q หร้อปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพของเคร้�องจ กร้

ความเยั1น คอ อ ต่ำร้าส่�วนของปร้�มาณความร้�อนที่��ส่ามาร้ถูดุ*งออกมาต่ำ�องานที่��ต่ำ�องให�แก�เคร้�องจ กร้

CC

H C

QQK

W Q Q

กฎข้อท��สองข้องเทอร์�โมไดนึ่าม�กส� กฎข�อที่��ส่องของเที่อร้2โมไดุนาม�กส่2 ที่��เส่นอโดุยั Lord Kelvin แลัะ

Max Planck จากการ้ศู*กษาเคร้�องจ กร้ความร้�อน น กว�ที่ยัาศูาส่ต่ำร้2แลัะว�ศูวกร้พบว�

า “ปร์ะส�ทธิ�ภาพข้องเคร์,�องจุ�กร์ความร์อนึ่ (e) ม�ค(านึ่อยกว(าหนึ่ �งเสมอ” น �นคอ “ไม(ม�เคร์,�องจุ�กร์ความร์อนึ่แบบว�ฏจุ�กร์ใดท��สามาร์ถเปล��ยนึ่

พล�งงานึ่ความร์อนึ่ท��ไดร์�บไปเป2นึ่งานึ่ท�3งหมดได” กฎข�อที่��ส่องของเที่อร้2โมไดุนาม�กส่2ที่��เส่นอโดุยั Rodolph

Clausius จากการ้ศู*กษาเคร้�องจ กร้ที่$าความเยั1นพบว�า “ W ไม(เคยเป2นึ่ศ.นึ่ย�” น �นคอ “ไม(ม�เคร์,�องจุ�กร์ท*าความเย/นึ่แบบว�ฏจุ�กร์ชนึ่�ดใด ท��สามาร์ถด ง

ความร์อนึ่ออกจุากบร์�เวณท��ม�อ%ณหภ.ม�ติ*�า และถ(ายเทความร์อนึ่ใหบร์�เวณท��ม�อ%ณหภ.ม�ส.งกว(าโดยท��ไม(ติองท*างานึ่ภายนึ่อกใหแก(ร์ะบบ”

ในเที่อมของ เอนโที่ร้ป@ (Entropy, S) “กร์ะบวนึ่การ์ท��สามาร์ถเก�ดข้ 3นึ่ไดในึ่ธิร์ร์มชาติ�จุะเก�ดข้ 3นึ่ในึ่ท�ศทางท��จุะ

ท*าใหเอนึ่โทร์ป6ร์วมข้องร์ะบบและส��งแวดลอมม�ค(าเพ��มข้ 3นึ่”

32

ว�ฏจุ�กร์คาร์�โนึ่ติ�

33

ว�ฏจุ�กร์คาร์�โนึ่ติ� (Carnot Cycle)

34

เส่นอโดุยั Sadi Carnot ว�ศูวกร้ช้าวฝร้ �งเศูส่ ในป@ 1824 ที่$างานโดุยัใช้�ก.าซอ�ดุมคต่ำ� ส่$าหร้ บเคร้�องจ กร้คาร้2โนต่ำ2

ปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพของเคร้�องจ กร้ความร้�อนแบบคาร้2โนต่ำ2

จะเห1นไดุ�ว�าปร้ะส่�ที่ธิ�ภูาพส่�งส่�ดุเป-น 1 เม�อ TC = 0 K = -273 ๐C

C C

H H

Q T

Q T หร้อ 0C C

H H

Q T

Q T

1 1C CCarnot

H H

Q Te

Q T

เอนึ่โทร์ป6 เอนโที่ร้ป@ (Entropy : S) เป-นเคร้�องมอว ดุความไม�เป-น

ร้ะเบ�ยับเช้�งปร้�มาณ ในกร้ะบวนการ้ผ่ นกลั บไดุ�

เอนโที่ร้ป@ร้วมของร้ะบบ

ส่$าหร้ บกร้ะบวนการ้ความร้�อนคงที่�� (Adiabatic) dQ = 0 ดุ งน (น S2=S1 เอนโที่ร้ป@ร้วมของร้ะบบม�ค�าคงที่��

35

dQdS

T

2

2 1

1

dQS S S

T

36

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-6 14-6 น$(าแข1ง 1 ก�โลักร้ ม ที่�� 0o C ลัะลัายัแลัะเปลั��ยันส่ภูาวะเป-นน$(าที่�� 0o C จงค$านวณหาการ้เปลั��ยันแปลังของเอนโที่ร้ป@ขณะที่��เปลั��ยันส่ภูาวะ อ�ณหภู�ม�คงที่��ที่�� 273 K

QS

T

Q คอความร้�อนแฝงของการ้หลัอมเหลัวของน$(า = 334 x 103 J ดุ งน (น 3334 10

1223 J/K273

S

37

ติ�วอย(างท�� ติ�วอย(างท�� 14-7 14-7 น$(า 1 ก�โลักร้ ม ที่�� 0o C ถู�กที่$าให�ร้�อนข*(นเป-น 100o C จงค$านวณหาการ้เปลั��ยันแปลังของเอนโที่ร้ป@อ�ณหภู�ม�ไม�คงที่��

2

2 1

1

dQS S S

T

แที่น dQ ดุ�วยั mcdT จะไดุ� 2 2

22 1

11 1

lnTmcdT dT

S S S mc mcT T T

3731000 4.19 ln 1308 J/K

273S

38