ความร้อน
1. ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิหน่วยต่างๆ
ความสัมพันธ์ระหว่างค่าที่อ่านได้ในหน่วยเซลเซียส, ฟาเรนไฮด์, โรเมอร์, เคลวิน และหน่วยที่ทำขึ้นเอง
กำหนดให้เทอร์โมมิเตอร์ขนาดเท่ากันอยู่ 5 อัน วัดอุณหภูมิในหน่วยเซลเซียส, ฟาเรนไฮด์, โรเมอร์, เคลวิน และหน่วยทำขึ้นเอง นำเทอร์โมมิเตอร์ทั้ง 5 อัน วัดอุณหภูมิของวัตถุชนิดหนึ่งปรากฏว่า อุณหภูมิที่อ่านได้จากเทอร์โมมิเตอร์ทั้ง 5 อัน เป็น C, F, R, K และ X ตามลำดับ จะได้ความสัมพันธ์ของค่าที่อ่านได้จากเทอร์โมมิเตอร์ทั้ง 5 อันดังนี้
รูปแสดงค่าที่อ่านได้จากเทอร์โมมิเตอร์แบบต่างๆ
จากรูป เป็นเทอร์โมมิเตอร์ที่มีขนาดเท่ากันทั้ง 5 อัน วัดอุณหภูมิชนิดเดียวกันจะได้ความสัมพันธ์ดังนี้
หมายเหตุ ในการคำนวณเทอร์โมมิเตอร์อันใดมีจุดเยือกแข็งและจุดเดือดไม่ตรงกับของ
เซลเซียส, ฟาเรนไฮด์, โรเมอร์ และเคลวิน ถือว่าเทอร์โมมิเตอร์นั้นเป็น เทอร์โมมิเตอร์ที่ทำขึ้นเอง
2.ความจุความร้อนจำเพาะของสาร
ความจุความร้อน คือ ค่าที่แสดงถึงคุณสมบัติในการรับความร้อนของวัตถุ
ความจุความร้อนของสาร (C) หมายถึง ปริมาณความร้อนที่ทำให้สารมวล 1 หน่วย มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 หน่วย
ตัวอย่างเช่น
- ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ =
- ความจุความร้อนจำเพาะของเหล็ก =
หน่วยปริมาณความร้อน คือ แคลอรี่ (cal) หรือ จูล (J)
จากนิยามของค่าความจุความร้อนจำเพาะของสารที่หาได้จากการทดลอง นำมาใช้ได้ในการหาปริมาณความร้อนที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนอุณหภูมิได้ดั้งนี้
3.ความร้อนแฝงจำเพาะของสาร
ความร้อนแฝง คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะโดยอุณหภูมิคงที่
ความร้อนแฝงจำเพาะของสาร (L) หมายถึง ปริมาณความร้อนที่ทำให้สารมวลหน่วย เปลี่ยนสถานะ โดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิมี 2 ประเภท คือ
1.) ความร้อนแฝงจำเพาะของการหลอมเหลว คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้แข็งมวล 1 หน่วยกลายเป็นของเหลว โดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิ
2.) ความร้อนแฝงจำเพาะของการกลายเป็นไอ คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้ของเหลวมวล 1 หน่วย กลายเป็นไอ โดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิ
ตัวอย่างเช่น
- ความร้อนแฝงจำเพาะของการหลอมเหลวของน้ำแข็ง =
หรือ 80 cal /g
- ความร้อนแฝงจำเพาะของการกลายป็นไอของน้ำ =
หรือ 540 cal /g
จากนิยามของความร้อนแฝงจำเพาะของสารที่หาได้จากการทดลอง นำมาใช้ในการหาปริมาณความร้อนที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะได้ดังนี้
มวล 1 หน่วย เปลี่ยนสถานะต้องใช้ความร้อน = L
มวล m หน่วย เปลี่ยนสถานะต้องใช้ความร้อน = mL
ถ้าให้ QL เป็นปริมาณความร้อนที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะ จะได้ความสัมพันธ์
โดย QL คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้สารเปลี่ยนสถานะ ( cal, J )
m คือ มวลของสารที่เปลี่ยนสถานะ ( g, kg )
L คือ ความร้อนแฝงจำเพาะของสาร ( cal /g, J /kg )
4. การถ่ายเทความร้อน
เมื่อวัตถุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปที่มีอุณหภูมิต่างกันมาแตะกันหรือผสมกัน วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจะคายความร้อนออก ส่วนวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจะรับความร้อนเข้าไว้จนกระทั่งอุณหภูมิเท่ากัน จึงหยุดถ่ายเทความร้อน
ถ้าการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ไม่มีการเสียความร้อนให้กับสิ่งแวดล้อม จะได้ปริมาณความร้อนที่วัตถุอุณหภูมิสูงคายออกเท่ากับปริมาณความร้อนที่วัตถุอุณหภูมิต่ำได้รับ หรือกล่าวสั้นๆ ว่า “ความร้อนลดเท่ากับความร้อนเพิ่ม”
หลักการคำนวณโจทย์ที่เกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อน
1. ให้ยกตัวอย่างเป็น 2 พวก พวกที่มีอุณหภูมิสูงและพวกที่มีอุณหภูมิต่ำ แล้วสมมุติตัวแปรที่โจทย์ต้องการทราบ
2. หาปริมาณความร้อนที่วัตถุต่างๆ ที่อุณหภูมิสูงคายออกมาทั้งหมด ( ความร้อนลด )
3. หาปริมาณความร้อนที่วัตถุต่างๆ ที่อุณหภูมิต่ำรับไว้ทั้งหมด ( ความร้อนเพิ่ม )
4. คำนวณหาค่าตัวแปรที่ต้องการจาก ความร้อนลด = ความร้อนเพิ่ม ซึ่งเขียนเป็นแผนภาพได้ดังรูป
จะได้
บทความ
