ความหมายเบื้องต้นของเทอร์โมไดนามิกส์

ความหมายเบื้องต้ นของ เทอร์ โมไดนามิกส์ BASIC DEFINITION OF THERMODYNAMICS เทอร์ โมไดนามิกส์ คืออะไร ? เทอร์ โมไดนามิกส์ (Thermodynamics) เป็ นศาสตร์ท่ีว่าด้วยเร่ื องของพลังงาน (Energy) โดยมี เน้ือหาครอบคลุมถึงเรื่ องของพลังงานในรูปแบบต่างๆ การเปล่ียนรูปของพลังงาน การถ่ายโอน พลังงาน รวมท้ังสมบัติต่าง ๆ ของสสารที่ใช้เป็ นตัวกลางในการเปล่ียนแปลง หลักการของเทอร์โมไดนามิกส์สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ตามธรรมชาติได้ มากมาย เช่น สมบัติของสสารใด ๆ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อระดับพลังงานในสสารน้ัน เปล่ียนแปลงไป ความร้อนมีการถ่ายเทจากแหล่งท่ีมีอุณหภูมิสูงไปสู่แหล่งที่มีอุณหภูมิต่า หรื อน้า จะไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่าเสมอ เป็ นต้น ในแง่ของการประยุกต์ใช้งาน เราสามารถใช้ทฤษฎีของ เทอร์โมไดนามิกส์มาช่วยในการวิเคราะห์ และออกแบบอุปกรณ์ต่างๆ ได้หลายอย่าง เช่น เครื่ อง ทาความเย็น เคร่ื องทาอาหาร ระบบรถยนต์ เคร่ื องบิน และโรงจักรกาลัง เป็ นต้น รูป อุปกรณ์ท่ีสามารถใช้หลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์มาช่วยในการวิเคราะห์ และออกแบบ

พลังงานคืออะไร ? พลังงาน (Energy) คือ ความสามารถในการทางานได้ โดยพลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปหน่ึง ไปเป็ นอีกรูปแบบหน่ึง และสามารถถ่ายโอนจากบริ เวณหน่ึงไปสู่อีกบริ เวณหน่ึงได้ ในการ เปล่ียนรู ป หรื อการถ่ายโอนพลังงานจะเป็ นไปตาม กฎอนุรักษ์พลังงาน (Energy conservation law) กล่าวคือ พลังงานท้ังหมดมีค่าคงท่ี เนื่องจากพลังงานไม่สามารถถูกทาลาย หรื อถูกสร้าง ข้ึนมาใหม่ได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อก้อนหินหล่นจากหน้าผาจะพบว่าความเร็วในการเคลื่อนที่ของ ก้อนหินจะสูงข้ึน เนื่องจากพลังงานศักย์ของก้อนหินถูกเปลี่ยนเป็ นพลังงานจลน์ หรื อเมื่อคน ได้รับพลังงานเข้าไป (โดยการรับประทานอาหาร) มากกว่าการใช้พลังงาน (โดยทางานหรื อการ ออกกาลังกาย) จะทาให้เกิดการสะสมพลังงานในรู ปไขมัน รูป กฎอนุรักษ์พลังงานในปรากฏการณ์หล่นของก้อนหิน รูป กฎอนุรักษ์พลังงานในร่างกายของคน

พลงั งานจลน์ (Kinetic Energy) คือพลงั งานท่ีเกิดกบั วตั ถุท่ีกาลงั เคลื่อนที่ เช่น รถยนตก์ าลงั แล่น เคร่ืองบิน กาลงั บิน พดั ลมกาลงั หมุน น้ากาลงั ไหลหรือน้าตกจากหนา้ ผา ธนูท่ีพุง่ ออกจากคนั ศร จกั รยานที่กาลงั เคล่ือนที่ เป็ นตน้ จึงกล่าวไดว้ า่ พลงั งานจลน์ ลว้ นเป็นพลงั งานกลท่ีสามารถเปลี่ยนรูปกลบั ไป กลบั มาได้ \"วตั ถุท่ีกาลงั เคลื่อนที่ลว้ นมีพลงั งานจลน์ท้งั สิ้น ปริมาณพลงั งานจลนใ์ นวตั ถุจะมีมากหรือนอ้ ยข้ึนอยกู่ บั มวล และความเร็วของวตั ถุน้นั \" ถา้ วตั ถุมีการเคลื่อนท่ีดว้ ยความเร็วสูงจะมีพลงั งานจลนม์ าก แต่ถา้ เคล่ือที่เทา่ กนั วตั ถุท่ีมีมวลมากกวา่ จะมีพลงั งานจลน์มากกวา่ พลงั งานศักย์ (Potential Energy) เป็นพลงั งานท่ีเกิดข้ึนเม่ือวตั ถุถูกวางอยใู่ นตาแหน่งที่สามารถ เคลื่อนที่ได้ ไม่วา่ จากแรงโนม้ ถ่วงหรือแรงดึงดูดจากแม่เหล็ก เช่น กอ้ นหินท่ีวางอยบู่ นขอบท่ีสูง พลงั งานศักย์(Potential Energy) แบ่งออกเป็ น 1. พลงั งานศักย์โน้มถ่วง (Gravitational Potential Energy) เป็นพลงั งานศกั ยท์ ี่สะสมในวตั ถุ เม่ืออยู่ บน ที่สูง พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วงจะมีคา่ มาก หรือ คา่ นอ้ ย ข้ึนอยกู่ บั ระดบั ความสูงจากพ้ืนโลก สามารถหาคา่ ไดจ้ ากงานที่ทาหรือการเปล่ียนตาแหน่งของวตั ถุในแนวดิ่ง เช่น การตกของลูกมะพร้าวจากตน้ การปล่อยตุม้ ตอกเสาเขม็ สามารถหาคา่ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง จากงานเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกที่กระทาต่อวตั ถุ เม่ืออยู่ บนท่ีสูง 2. พลงั งานศักย์ยืดหย่นุ (Elastic Potential Energy) เป็นพลงั งานศกั ยท์ ี่สะสมในวตั ถุที่ติดกบั สปริงที่ ถูกทาใหย้ ดื ออก หรือ หดเขา้ จากตาแหน่งสมดุล แรงที่กระทาต่อสปริงมีค่าไมค่ งที่ แต่จะมีค่าเพม่ิ ข้ึนจาก ศูนย์ แรงท่ีนาไปใชจ้ ึงเป็นค่าเฉลี่ย

งานคืออะไร ? งาน (Work) คือ ความสามารถที่แรงกระทาแก่วตั ถุให้เคลื่อนท่ีไปได้ ซ่ึงงานน้ีเป็ นปริมาณ เวกเตอร์ (Vector) แสดงว่าทิศทางของแรง (Force) และทิศทางของระยะทางท่ีวตั ถุเคลื่อนท่ี (Displacement) มีผลต่องานท่ีเกิดข้ึนเสมอ หน่วยงานในหน่วย SI คือ จูล (Joule) รูป ทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ท่ีทาให้เกิดงาน (Work) และไม่เกิดงาน (Not Work)

กาลังคืออะไร ? กาลัง (Power) คือ อัตราท่ีทางานหรืองานที่เกิดข้ึนในหน่ึงหน่วยเวลา หรื อปริ มาณงาน (Work) ท่ีทาให้วตั ถุเคลื่อนที่ต่อหน่ึงหน่วยเวลา บางคร้ังปริ มาณงานน้ันอาจจะทาให้วตั ถุเคลื่อนที่ได้เร็ว หรื อช้าก็ได้ เมื่อมีปริมาณงานท่ีเท่ากัน ถ้าวัตถุเคลื่อนท่ีได้เร็วแสดงว่า กาลังท่ีกระทาต่อวตั ถุน้ัน มาก ในทางกลับกันถ้าวตั ถุน้ันเคล่ือนที่ได้ช้าแสดงว่า กาลังที่กระทาต่อวตั ถุน้ันน้อย โดยท่ัวไป หน่วของกาลังจะอยู่ในรูปของ วัตต์ (Watts)