การเปรียบเทียบอุณหภูมิในหนวยตาง

ตัวอยาง... เมื่อนําปรอทมาวัดที่คนไขปรากฎวาอานคา

อุณหภูมิได 38 องศาเซนเซียส...

พลงังานความรอน (Heat Energy)

พลังงานความรอน (Heat Energy)พลงังานความร้อน เปนรูปแบบหนึง่ของพลังงาน ซึ่งมนุษยเราไดพลังงาน

ความรอนมาจากหลายแหงดวยกนั เชน จากดวงอาทิตย, พลังงานในของเหลวรอนใตพื้นพิภพ, การเผาไหมของเชื้อเพลิง, พลังงานไฟฟา, พลังงานนิวเคลียร, พลงังานน้ําในหมอตมน้ํา, พลงังานเปลวไฟ

ผลของความรอนทําใหสารเกิดการเปลี่ยนแปลง เชน อุณหภูมิสูงขึ้น หรือมีการเปลีย่นสถานะไป และนอกจากนีแ้ลว พลังงานความรอนยังสามารถทําใหเกิดการเปลีย่นแปลงทางเคมีไดอีกดวย หนวยทีใ่ชวัดปรมิาณความรอน คือ แคลอรี่ (cal) หรือจูล (J) โดยใชเครื่องมือที่เรยีกวา แคลอรี่มิเตอร

หน่วยทีใ่ช้วดัปริมาณความร้อนในระบบต่างๆ ระบบเมตริก ใชพลังงานความรอนในหนวยของ แคลอรี่ (Cal) หรอืกิโลแคลอรี่ (Kcal) ระบบเอสไอ ใชพลังงานความรอนในหนวยของ จูล (J) หรือกิโลจูล (KJ) ระบบอังกฤษ ใชพลังงานความรอนในหนวยของ บีทียู (Btu)

นิยามของปริมาณความรอน

ปริมาณความรอน 1 Cal คือ

ปริมาณความรอนทีท่ําใหน้ํา มวล 1 กรมัมีอุณหภูมิสูงข้ึน 1 องศาเซลเซยีส

ปริมาณความรอน 1 Kcal คือ

ปริมาณความรอนท่ีทําใหนํ้ามวล 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1

องศาเซลเซียส (ปริมาณความรอน 1 กโิลแคลอรี ่= 1,000 Cal)

ปริมาณความรอน 1 Btu คือ

ปริมาณความรอนทีท่ําใหน้ํามวล 1 ปอนดมีอุณหภูมิสูงขึ้น 1

องศาฟาเรนไฮด โดยที่ปริมาณความรอน 1 Btu = 252 Cal

หนวยการวัดน้ําหนัก

ในระบบเมตริกเทียบกับระบบอังกฤษ (โดยประมาณ)

1 กิโลกรัม เทากบั 2.2046 ปอนด

BTU แอรคืออะไร คํานวณ BTU แอรอยางไร เรามีคําตอบ

BTU (British Thermal Unit) คือ หนวยที่ใชวัดปริมาณความรอนหนวยหนึง่ ( ซึ่งเปนทีน่ิยมใชกนัมากในระบบของแอร ) สามารถเทียบไดกับหนวยจลูหรือแคลอรีในระบบสากล โดยที่ความรอน 1

Btu คือปริมาณความรอนทีท่ําใหน้าํ 1 ปอนดมีอุณหภมูทิี่เพ่ิมข้ึนหรือลดลง 1 องศาฟาเรนไฮด แอรนั้นจะวัดกําลังความเย็นหรือความสามารถในการดึงความ รอน ( ถายเทความรอน ) ออกจากหองปรับ

อากาศในหนวยบีทียู ( Btu ) เชนแอรขนาด 14,000 บีทียูตอชั่วโมง หมายความวาแอรเคร่ืองนั้นมีความสามารถในการดึงความรอนออกจาก หองปรับอากาศ 14,000 บีทยีูภายในเวลา 1 ชัว่โมง

วิธีคํานวน BTU แอร นัน้มีคนถามมาเปนจาํนวนมาก การคํานวณคา BTU นัน้ถาจะใหไดคาทีต่รงจริง

ข้ึนอยูกับหลายปจจัยมาก วันนี้เราจึงมีวิธีคํานวณ BTU โดยประมาณมาแนะนํา

BTU = พ้ืนที่หอง(กวางxยาว) x ตวัแปร ]ตัวแปรแบงได 2 ประเภท

700 = หองที่มีความรอนนอยใชเฉพาะกลางคืน

800 = หองที่มีความรอนสูงใชกลางวันมาก

Note:กรณีที่หองสูงกวา 2.5 เมตร บวกเพ่ิม 5 %

ทราบหรือ ...ไม รูไวใชวา... ใสบาแบกหาม

• เจมส จูล นักวิทยาศาสตรชาวอังกฤษพบวาพลังงานความรอน 1 แคลอร่ีเกิดจากการทํางาน 4.2 จูล ดังนั้นเราจึงใชตัวเลขคานี้คํานวณพลังงานความรอนจากแคลอร่ีเปนจูลได นั่นคือ 1 Cal = 4.2 J หรือ

1 Kcal = 4,200 Jโดยปริมาณความรอน 1 จูล (1 J) คือ ปริมาณความรอนที่มีขนาดเทากับ

งานที่เกิดจากแรง 1 นิวตัน (N) กระทําตอวัตถุแลวมีผลใหวัตถุนั้นเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรงกระทําเปนระยะทาง 1 เมตร (m)

อุณหภูมิ (Temperature)

• อุณหภูมิ (Temperature) คือ คุณสมบัติทางกายภาพของระบบ โดยจะใชเพื่อแสดงถึงระดับพลังงานความรอน เปนการแทนความรูสึก

ทั่วไปของคําวา "รอน" และ "เย็น" โดยสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงกวาจะถูกกลาว

วารอนกวา หนวย SI ของอุณหภูมิ คือ เคลวินมาตราวัดอุณหภูมิ

มาตรฐานวัดหลัก ไดแก

เทอรโมมิเตอร (Thermometer)เทอรโมมิเตอรเปนเคร่ืองมือสําหรับวัดระดับความรอนหรืออุณหภูมิ

ประดิษฐขึ้นโดยอาศัยหลักการขยายตัวของของเหลวเม่ือไดรับความรอน และหดตัวเม่ือคายความรอน ของเหลวท่ีใชบรรจุในกระเปาะแกวของเทอรโมมิเตอร คอืปรอทหรือแอลกอฮอลท่ีผสมกับสีแดง เม่ือแอลกอฮอลหรือปรอทไดรับความรอน จะขยายตัวขึ้นไปตามหลอดแกวเล็กๆ เหนือกระเปาะแกว และจะหดตัวลงไปอยูในกระเปาะตามเดิมถาอุณหภูมิลดลง สาเหตุท่ีใชแอลกอฮอลหรือปรอทบรรจลุงในเทอรโมมิเตอรเพราะของเหลวท้ังสองน้ีไวตอการเปลี่ยนแปลงของอุณหภมิู และไมเกาะผิวของหลอดแกว แตถาเปนของเหลวชนิดอื่น เชน นํ้าจะเกาะผิวหลอดแกว เม่ือขยายตัวหรือหดตัว จะติดคางอยูในหลอดแกวไมยอมกลับมาท่ีกระเปาะ การอานเทอรโมมิเตอรตองใหระดับของของเหลวในหลอดแกวอยูในระดับสายตา ถาเปนเทอรโมมิเตอรชนิดบรรจุดวยปรอท ใหอานตัวเลขบริเวณฐานของสวนนูน สวนเทอรโมมิเตอรชนิดแลกอฮอล ใหอานตัวเลขบริเวณสวนท่ีเวาท่ีสุด

การวัดอุณหภูมิ

• การวัดอุณภูมิ เราสามารถทราบไดโดยการ วัดระดับความรอนของสิ่งน้ันๆ เครื่องมือท่ีใชวัดระดัความรอน เรียกวา "เทอรโมมิเตอร" ซึ่งท่ัวไปนิยมใชบอกองศาเซลเซียส และองศาฟาเรนไฮต การใชโดยการใหกระเปาะเทอรโมมิเตอรสัมผสักบัสิ่งท่ีตองการวัดโดยตรงจริงๆเทาน้ันและต้ังตรง อานสเกลตองอานในระดับสายตาและระดับเดียวกับของเหลวในเทอรโมมเิตอร

• หลักการทํางานของเทอรโมมิเตอร จะบรรจุของเหลวท่ีในปรอท หรือ แอลกอฮอลผสมสี เหตุท่ีใชของเหลวน้ีเพราะมีคุณสมบติัในการขยายและหดตัว หลักการสาํคัญของเทอรโมมเิตอรมีอยูวา สารเมื่อไดรบัความรอนจะขยายตัว และเมื่อลดความรอนจะหดตัว หรือมีการเปลี่ยนแปลงอุญหภูมิ

การอานคาอุณหภูมิจากเทอรโมมิเตอร

การถายโอนพลังงาน (Heat Transfer)การถายโอนพลังงานความรอน (Heat Transfer) วัตถุทีม่ีอุณหภมูติางกัน วัตถุหนึ่ง

มีอุณหภมูิสูงกวาวัตถุหนึ่งจะทําใหเกิดการถายพลังงานความรอนจากวัตถุทีม่ีอุณหภมูิสงูไปยังวัตถุ

ทีม่ีอุณหภมูิต่ํากวา การถายเทพลังงานความรอนจากทีห่นึ่งไปยังอีกที่หนึ่งนี้เรียกวา การถายโอน

พลังงานความรอน นักเรียนคดิวา การถายโอนพลังงานความรอนจะเกิดขึ้นไดดวยวิธีใดบาง เมื่อนํา

เสนลวดเสนหนึ่งมาลนไฟ แลวใชมือจับปลายเสนลวดใหหางจากเปลวไฟประมาณ 10 เซนตเิมตร

เราจะรูสึกรอนและเมื่อเวลาผานไปนาน ๆ จะรูสึกรอนข้ึนเร่ือย ๆ ทั้งๆทีบ่ริเวณดังกลาวจะไมรูสึก

รอนถาไมมีเสนลวด แสดงวาความรอนเคลื่อนที่ผานเสนลวดมาถึงมือเรา ตามทฤษฎีแลวสามารถ

อธิบายไดวา โมเลกุลของเสนลวด เมื่อไดรับความรอนกจ็ะมีพลังงานจลนมากข้ึน เกิดการสั่นแรงข้ึน

ทําใหเกิดการชน เกิดการขัดสีดกับโมเลกุลขางเคียง ทําใหโมเลกุลขางเคียงมีอณุหภมูิสงูข้ึน มี

พลังงานจลนมากข้ึน เกิดการสั่นแรงข้ึนและเกิดการขัดสีกับโมเลกุลที่อยูถัดไปเชนนี้เร่ือยๆ จนความ

รอนถูกสงมาถึงมอืเรา เราสามารถกลาวไดอีกวาความรอนสามารถสงผานเสนลวดได เสนลวดเปน

เสมือนทางทีน่ําความรอนมาสูมือเรา และสรุปไดวา "ความรอนสามรถถายโอนไดดวยวิธีการนํา

ความรอน" ซึ่งกรณีการนําความรอนนีต้องอาศัยตัวกลางในการถายโอนพลังงานความรอน ในการ

ถายโอนพลังงานความรอนจะมี 3 แบบดวยกัน คือ การนําความรอน การพาความรอน และ การแผ

รังสีความรอน โดยการนําความรอนและพาความรอนตองอาศัยตัวกลางในการถายโอนพลังงาน

ความรอน สวนในการแผรังสีความรอนไมตองใชตัวกลางในการถายโอนพลังงานความรอน

พิจารณาจากรปู...

สมดลุทางความรอน (Thermal equilibrium)

อุณหภูมิเปนคุณสมบตัิตัวหนึ่งที่ใชบอกระดับพลังงานของระบบ ถานําวัตถสุองกอนที่อุณหภูมิตางกันมาสัมผัสกันก็จะเกิดการถายเทความรอนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกวาไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ํากวา จนกวาอุณหภูมิของวัตถุทั้งสองเทากันกระบวนการการถายเทความรอนจึงจะส้ินสุดลง ณ จุดที่อุณหภูมิของวัตถุทั้งสองเทากันนี้เราเรียกวาสมดุลทางความรอน (Thermal equilibrium) สําหรับกฏขอที่ศูนยของเทอรโมไดนามิกสซึ่งเปนกฏที่กลาวถึงสมดุลทางความรอนไดกลาววา "ถาวัตถสุองกอนตางก็มีความสมดุลทางความรอนกับวัตถกุอนที่สามวัตถุทั้งสามกอนก็จะมีความสมดุลทางความรอนตอกัน" ดังตวัอยางเชน ถานําน้ํารอนอุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียสผสมกับน้ําที่อุณหภูมิหอง (25 องศาเซลเซียส) น้ําที่ไดจะมีอุณหภูมิสูงกวาอุณหภูมิหอง แตต่ํากวา 70 องศาเซลเซียส ซึ่งที่เปนเชนนี้เนื่องจากน้ํารอนไดถายโอนพลังงานความรอนใหกับน้ําเย็น จนกระทั่งน้ําที่ผสมกันมีอุณหภูมิเทากัน การถายโอนพลังงานความรอนจึงหยุด

ความรอนกับอุณหภูมิ

อุณหภูมิเปนปริมาณท่ีบอกระดับความรอนในวัตถุ เราใชเทอรโมมิเตอรในการวัดอุณหภูมิ เทอรโมมิเตอรจะมีขนาด รูปรางและลักษณะแตกตางกันไปตามลักษณะการใชงาน อุณหภูมิมีหนวยเปนเคลวิน (K) เราเรยีกความสามารถในการกกัเกบ็ความรอนของวัตถวุา ความจุความรอน และถาพิจารณาความจุความรอนเทียบตอหน่ึงหนวยมวลจะเรียกวา

ความจุความรอนจําเพาะ

โดยท่ีเราสามารถหาความจุความรอนจําเพาะไดจากสมการ เมือ่

Q = พลังงานความรอนมีหนวยเปนจูล (J)m = มวลของวัตถุ (g)t = อุณหภูมิของวัตถุท่ีเปลี่ยนไป (K)c = ความจคุวามรอนจาํเพาะ (J/g.K) โดยท่ี ความจุความรอนจาํเพาะของนํ้าและนํ้าแขง็เทากบั 4,000 J/kg.Kความจุความรอนจาํเพาะของเหลก็เทากบั 450 J/kg.K

ความรอนกับสถานะของสาร

สสารมี 3 สถานะคือ ของแข็ง, ของเหลว และกาซ สารบางอยางจะ

มีทั้งหมดได 3 สถานะ เชน น้ํา กลาวคือน้ําแข็งเม่ือไดรับความรอนจะ

หลอมเหลวจนหมดเปลี่ยนสถานะจากของแข็งกลายเปนของเหลว

จากนั้นเม่ือน้ําไดรับความรอนที่อุณหภูมิประมาณ 100 ํC จะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเปนไอ

• ซึ่งขณะที่วัตถุเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะ อุณหภูมิของวัตถุจะมีคาคงที่

แมเราจะใหความรอนอยางตอเนื่องกับวตัถุ ที่เปนเชนนี้เพราะความรอน

ถูกนําไปใชในการเปลี่ยนสถานะของวัตถุ เราเรียกความรอนที่ใชในการ

เปลี่ยนสถานะวา ความรอนแฝง หากเราพิจารณาความรอนแฝงเทียบ

หนึ่งหนวยมวล จะเรียกชื่อใหมนี้วา ความรอนแฝงจําเพาะ ใช

สัญลักษณ L เราสามารถหาคาพลังงานความรอนแฝงของการเปลี่ยนสถานะไดจากสมการ

กราฟแสดงการดูด และการคายความรอนของสสาร

ความรอน(Thermal) • ความรอน (Thermal)• ความรอนเปนพลงังานรูปหน่ึงท่ีเปลีย่นมาจากพลังงานรูปอืน่ เชน พลังงานไฟฟา พลงังาน

กล (พลงังานศกัยและพลงังานจลน) พลงังานเคมี พลังงานนิวเคลยีร หรืองาน เปนตน

• พลงังานความรอนมีหนวยเปนจูล (Joule, J ) ในระบบเอสไอ (SI) แตบางคร้ังอาจบอกเปนหนวยอืน่ได เชน แคลอรี (cal) และบีทีย ู(BTU)

• พลงังานความรอน 1 แคลอรี คอืพลงังานความรอนท่ีทาํใหนํ้ามวล 1 กรัม มีอณุหภูเพิ่มขึน้ 1 องศาเซลเซียส (°C ) ในชวง 14.5 °C ถงึ 15.5 °C

• พลงังานความรอน 1 บทียี ูคอื พลงังานความรอนท่ีทาํใหนํ้าท่ีมีมวล 1 ปอนด มีอณุหภูมิเพิ่มขึน้ 1 องศาฟาเรนไฮต (°F) ในชวง 58.1 °F ถึง 59.1 °F

• จากการทดลองพบวา

• 1 cal = 4.186 J• 1 BTU = 252 cal = 1055 J

ปริมาณความรอนของวัตถุ (HEAT, Q)เปนพลังงานความรอนท่ีวัตถุรับเขามาหรอืคายออกไป จากการศึกษาผล

ของความรอนตอสสารหรือวัตถุในชั้นน้ีจะศึกษาเพียงสองดาน คือ

1. ความรอนจําเพาะ ( Specific heat ) หมายถงึ พลงังานความรอนท่ีทําใหวัตถุมีอุณหภูมิสูงขึ้นหรือตํ่าลงโดยสถานะยังคงรูปเดิม

2. ความรอนแฝง (Latent Heat) หมายถงึ พลงังานความรอนท่ีทําใหวัตถุเปลี่ยนสถานะโดยอุณหภูมิคงท่ี

ความจุความรอน ( Heat capacity, C ) คือความรอนท่ีทําใหสารท้ังหมดท่ีกําลังพิจารณามีอุณหภูมิเปลี่ยนไปหน่ึงหนวย โดยสถานะไมเปลี่ยน

ถาใหปรมิาณความรอน ΔQ แกวัตถุ ทําใหอุณหภูมิของวัตถุเปลี่ยนไป

ΔT ดังน้ันถาอุณหภูมิของวัตถุเปลีย่นไป 1 หนวย จะใชความรอน C คือ

การเปล่ียนสถานะของสาร

สารและสิ่งของท่ีอยูรอบตัวเราจะพบวามีอยู 3 สถานะ คอื ของแข็ง (นํ้าแข็ง) ของเหลว (นํ้า) และแกส (ไอนํ้า) ได

I. ของแข็ง แรงดึงดูดระหวางโมเลกุลมีคามาก ทําใหโมเลกุลอยูใกลกัน จึงทําใหรูปทรงของของแข็งไมเปลี่ยนแปลงมากเม่ือมีแรงขนาดไมมากนักมากระทํา ตามคําจํากัดความน้ี เหล็ก คอนกรีต กอนหิน เปนของแข็ง

II. ของเหลว แรงดึงดูดระหวางโมเลกุลมีคานอย โมเลกุลจึงเคลือ่นท่ีไปมาไดบาง จึงทําใหรูปทรงของของเหลวเปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะท่ีท่ีบรรจ ุนํ้า นํ้ามัน ปรอท เปนของเหลว

III. แกส แรงดึงดูดระหวางโมเลกุลมีคานอยมาก จนโมเลกุลของแกสอยูหางกันมากและเคลื่อนท่ีไดสะเปะสะปะ ฟุงกระจายเตม็ภาชนะท่ีบรรจ ุเชนอากาศและแกสชนิดตางๆ

กิจกรรมที่ 1

พลังงานความรอนกับการเปลี่ยนแปลงของสาร

• วัตถุประสงค 1. ทดลองและอธบิายผลของพลังงานความรอน

ที่ทําใหสาร/วัตถุเกิดการเปล่ียนแปลง

• อุปกรณการทดลอง

• วธิีการทดลอง

• ตารางบันทึกผลการทดลอง

• อภิปรายและสรุปผลการทดลอง

• จากการทดลอง....เมื่อนํา........พบวา.........(เกิดอะไรขึ้น)