พลังงานความร้อน

     พลังงานความร้อน ( Thermal energy )  เป็นพลังงานรูปหนึ่งซึ่งสามารถนิยามได้ว่า “ พลังงานความร้อน 1 แคลอรี่ที่ทำให้น้ำ 1 กรัม มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1^๐C ”

                ความร้อน ( Heat ) คือ พลังงานความร้อนที่ถ่ายโอนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยกระบวนการ 3 อย่างคือ

1.การนำความร้อน คือการถ่ายโอนความร้อนที่ตัวกลางเป็นของแข็ง โดยอนุภาคตัวกลางจะไม่มีการเคลื่อนที่

2.การพาความร้อน คือการถ่ายโอนความร้อนที่ตัวกลางเป็นของเหลว หรือแก๊ส โดยอนุภาคตัวกลางจะพาความร้อนโดยการเคลื่อนที่

3.การแผ่รังสีความร้อน คือการถ่ายโอนความร้อนที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลาง เช่นการแผ่รังสีความร้อน

ของดวงอาทิตย์

อุณหภูมิ คือ เป็นตัววัดระดับความร้อน โดยการถ่ายเทความร้อนนั้นจะถ่ายเทจากที่ๆมีอุณหภูมิมากไปน้อย เครื่องมือที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิ เรียกว่าเทอร์โมมิเตอร์

เทอร์โมมิเตอร์ ที่ใช้อยู่หลักๆมีอยู่ 4 ชนิด คือ

จะได้ความสัมพันธ์ ดังนี้

*X คือองศาที่เรากำหนดขึ้นมาเอง

ความจุความร้อนจำเพาะของสาร(c) หมายถึง ปริมาณความร้อนที่ทำให้สาร มวล 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 1 เคลวิน (มีหน่วยเป็น J/kg K)

ความร้อนแฝงของสาร(L) หมายถึง ปริมาณความร้อน(J) ที่ทำให้สารมวล 1 กิโลกรัม เปลี่ยนแปลงสถานะโดยที่อุณหภูมิไม่ได้เปลี่ยนแปลงไป (มีหน่วยเป็นJ/kg)

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 

 การเปลี่ยนแปลงสถานะ

Q                         –  พลังงานความร้อน (J)

m                         –  มวลของสาร (kg)

–  อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป (K)

*c  ของน้ำ มีค่าเท่ากับ 1 cal/g^๐C  และ c  ของน้ำแข็ง

และไอน้ำ มีค่าเท่ากับ 1/2 cal/g^๐C

**L  การหลอมเหลวของน้ำ มีค่าเท่ากับ 80 cal/g  และ L  การกลายเป็นไอของน้ำ

มีค่าเท่ากับ 540 cal/g

***1 cal = 4.2 J

การถ่ายเทพลังงานความร้อน จะถ่ายเทจากที่ๆมีอุณหภูมิสูงไปต่ำและจะหยุดเมื่อวัตถุเหล่านั้นมีอุณหภูมิเท่ากัน ซึ่งเรียกสภาพนี้ว่า “สมดุลความร้อน (Thermal eqillibrium)”

ตัวอย่าง

1.อุณหภูมิ 0^๐C มีค่าเท่ากับกี่องศาในหน่วยอื่นๆ

จะได้ว่า

2.ใส่น้ำแข็ง 50 กรัม อุณหภูมิ0  ลงในน้ำ 200 กรัม ที่อุณหภูมิ 30  จะได้อุณหภูมิสุดท้ายเท่าไร

ให้ X คืออุณหภูมิสุดท้าย

จาก Q_ลด = Q_{เพิ่ม}

200(30-X)(1) = 50(80) + (1/2)(50)(X)

X = 8.89