48 ผลรวมของพลงั งานจลน์ของโมเลกุลทง้ั หมด เทา่ กับพลังงานจลนเ์ ฉลย่ี ต่อโมเลกลุ คูณดว้ ยจานวน โมเลกุลทงั้ หมด นั้นคอื 3 ������ = ���������̅��������� 2 แทนค่า ���̅��������� = ������������ ������ จะได้ ������ = 3 ������������������������ 2 สาหรับแกส๊ อุดมคติในภาชนะปดิ จานวนโมเลกลุ จะมีคา่ คงตวั พลงั งานภายในจงึ ข้นึ กับอณุ หภูมิเทา่ นน้ั และ จากความสมั พนั ธ์ ������ = ������������������และ ������������ = ������ เมื่อแทนในสมการ ������ = 3 ������������������ ������ ������������ 2 จะได้ ������ = 3 (������������������)(������������������)������ 2 ������ = 3 ������������������ 2 สมการ ������ = 3 ������������������ ������ และ ������ = 3 ������������������ แสดงใหเ้ หน็ วา่ พลงั งานภายในของแกส๊ หรอื พลังงาน 2 2 ภายในระบบแปรผนั ตรงกบั จานวนโมเลกลุ (หรอื จานวนโมล) และอณุ หภูมสิ มั บรู ณข์ องแก๊ส 2. งานทที่ าโดยแกส๊ แก๊สในกระบอกสูบเดมิ มีปรมิ าตร ������ และความดัน ������ ถา้ แกส๊ ในกระบอกสูบเกิดการขยายตัวดัน ลูกสูบให้เคล่ือนท่ีออกในขณะท่ีความดันมีค่าคงตวั ทาใหแ้ ก๊สมปี รมิ าตรเพิ่มขน้ึ ∆������ แสดงวา่ แก๊สทางานหาก พจิ ารณางานดังกลา่ วท่เี กิดข้นึ กบั ลกู สบู ท่ีมพี ืน้ ท่ีหน้าตดั ������ โดยแรงทแ่ี กส๊ ดนั ลูกสูบมคี า่ คงตัว ������ = ������������ ถ้าแรงดังกลา่ วทาให้ลูกสูบเคล่ือนท่เี ปน็ ระยะ ∆������ จะไดป้ รมิ าตรเพ่ิมขึ้น ∆������ = ������∆������ ดงั รูป 16.17 รูป 16.17 การทางานของแกส๊ เม่ือขยายตวั จนมีปรมิ าตรเพมิ่ ขึ้น ∆������ ดงั น้นั งาน ������ ที่แก๊สทาต่อลูกสบู คือ ������ = ������∆������ ������ = ������������∆������
49 นนั่ คือ W =P∆V พิจารณาลูกสูบ จะมแี รงทแ่ี ก๊สดันลกู สูบออกและแรงจากภายนอกดนั ลกู สบู เข้า งาน ที่เกดิ จากแรงท่แี ก๊สดนั ลกู สูบ เรียกวา่ งานทีท่ าโดยแกส๊ (work done by gas) และงานทเี่ กดิ จากแรง ภายนอกกระทาต่อลูกสูบเรียกว่า งานที่ทาตอ่ แกส๊ (work done on gas) กรณลี กู สบู อยูน่ ่ิง แกส๊ มีปริมาตรคงตัว แสดงวา่ ไมม่ งี านที่ทาโดยแกส๊ ไม่มีงานท่ที าตอ่ แกส๊ ดงั รปู 1618 ก. กรณีลกู สบู เคล่อื นทอ่ี อก แก๊สมีปริมาตรเพ่มิ ข้ึน งานทีท่ าโดยแกส๊ เป็นบวก และงานทที่ าตอ่ แก๊สเป็น ลบดงั รปู 16.18 ข. ส่วนในกรณีลกู สบู เคลอื่ นที่เข้า แกส๊ มปี รมิ าตรลดลง งานท่ที าโดยแกส๊ เปน็ ลบและงานทที่ า ตอ่ แก๊สเปน็ บวก ดังรูป 16.18 ค. ขัน้ ท่ี 4 ขั้นขยายความรู้ (Elaboration) 4.1 นาเสนอโจทยต์ ัวอยา่ งการคานวณหาตวั แปรท่ีเกยี่ วข้อง 1. ทรงกระบอกท่มี ลี กู สบู เคลื่อนท่ไี ดค้ ล่อง ภายในบรรจุแก๊สจานวนหนงึ่ มีปรมิ าตร 1.50×10-3 ลกู บาศก์เมตร ทม่ี คี วามดันคงตวั เท่ากบั 1.00×105 พาสคัล จงหางานทท่ี าโดยแกส๊ เมอ่ื ลูกสบู เคลอ่ื นท่ีจนแก๊สในกระบอกสูบมี ปรมิ าตร 1.65×10-3ลูกบาศก์เมตร (15 J) 2. แก๊สอุดมคตจิ านวน 0.050 โมล ความดนั 100 กิโลพาสคัล อยใู่ นกระบอกสูบท่ีมีลูกสูบทีเ่ คลือ่ นท่ีไดค้ ลอ่ ง เมอ่ื ใหค้ วามร้อนจนแก๊สมีอณุ หภูมเิ พ่มิ จาก 300 เคลวนิ เป็น 350 เคลวนิ โดยความดนั คงตวั จงหาพลังงาน ภายในของแก๊สทีเ่ พิ่มขึ้น (+31.16 J) 3. พลังงานของแกส๊ อารก์ อนจานวน 1 โมล ที่ 27 องศาเซลเซียส มีค่าเท่าใด (3741.4 ) 4. พลังงานภายในของแกส๊ ฮีเลียม 10 โมล จะเปล่ียนไปเทา่ ใด เมอื่ อุณหภูมขิ องฮเี ลียมเปล่ยี นไป 20 องศา เซลเซียส (2493 J) 5. แกส๊ อดุ มคติมวล 20 กรมั บรรจใุ นขวดปดิ มิดชิดมอี ุณหภูมิ 293 เควนิ ถ้าอุณหภูมิของแก๊สเพ่ิมขึ้น 20 เควนิ พลงั งานภายในจะเพิม่ ข้นึ เท่าใด เม่ือกาหนดใหม้ วลโมลาร์ของแกส๊ นเี้ ท่ากับ 20 กรัมต่อโมล (249.3 J)
50 6. .ระบบหน่งึ ประกอบด้วยกระบอกสบู บรรจุแก๊สอดุ มคติ ถ้าแกส๊ ภายในกระบอกสูบมกี ารเปลย่ี นแปลงความ ดันและปริมาตร ดงั กราฟจาก จงหางานที่แก๊สทาในขบวนการนใ้ี นหนว่ ยกโิ ลจลู (30 kJ) 4.2 อภปิ ายความรูเ้ พิม่ เตมิ เกย่ี วกับงานที่ทาโดยแกส๊ จากรูป 16.19 ของหนังสือเรยี น ข้ันที่ 5 ข้นั ประเมนิ ผล (Evaluation) 5.1 ตรวจสอบความร้เู ก่ยี วกับเร่อื ง พลงั งานภายในระบบ โดยการตอบคาถาม 5.2 สงั เกตจากพฤตกิ รรมของผู้เรยี นระหว่างเรียน 10. สื่อ/แหลง่ เรยี นรู้ 1. หนงั สอื รายวิชาเพม่ิ เติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฟิสิกส์) ชัน้ มธั ยมศึกษาปีที่ 6 เล่ม 5 (ฉบับปรบั ปรุง พ.ศ. 2560) 2. เอกสารประกอบการเรยี น เรอื่ ง ความร้อนและแก๊ส 3. ใบงานท่ี 5 เร่อื ง พลงั งานภายในระบบ 11. การวัดและการประเมินผล จุดประสงค์การเรยี นรู้ วธิ กี ารประเมนิ เกณฑก์ ารประเมิน นกั เรียนมีความเข้าใจเก่ยี วกับพลังงานภายในระบบ ใบงาน/คาถาม ผ่านร้อยละ 80 นักเรยี นสามารถคานวณหาปรมิ าณต่าง ๆ ท่ีเกย่ี วขอ้ งพลังงาน ใบงาน/คาถาม ผ่านรอ้ ยละ 80 ภายในระบบได้ นกั เรียนสามารถคานวณหาปริมาณตา่ ง ๆ ท่เี กยี่ วขอ้ งงานท่ีทา ใบงาน ผ่านรอ้ ยละ 80 โดยแก๊สได้ นักเรยี นมีความร่วมมอื ในการทางาน นักเรียนสง่ ภาระงานท่ี ใบงาน ได้รบั มอบหมายตาม เวลาทีก่ าหนด
51 ใบงานที่ 5 เรื่อง พลงั งานภายในระบบ ชือ่ .................................................................................ชั้น.................เลขท.ี่ ................ 1. จงหางานทเ่ี กิดข้นึ เน่ืองจากกา๊ ซหุงต้มในถังบรรจุขนาด 5 ลติ ร มีความดันเพิ่มข้ึนจาก 1 บรรยากาศเป็น 3 บรรยากาศ โดยปริมาตรเท่าเดิม (0 J) 2. จากการาฟทกี่ าหนดให้ กระบอกสูบน้ีได้รบั งานเขา้ สรู่ ะบบเท่าใด (2000 J) 3. จากการาฟทกี่ าหนดให้ กระบอกสูบนี้ได้รบั งานเขา้ สู่ระบบเท่าใด (1 atm = 105 N/m2) (800 J) 4. สาหรับแก๊สอุดมคตใิ นภาชนะปดิ จานวนโมเลกุลจะมีค่าคงตัว พลังงานภายในจึงขึน้ กบั ค่าใด .............................................................................................................................................................................. 5. พลงั งานภายในของแกส๊ หรอื พลงั งานภายในระบบแปรผนั ตรงกบั ค่าใดบา้ ง ..............................................................................................................................................................................
52
53
54 แผนการจดั การเรยี นรู้ที่ 6 ภาคเรยี นท่ี 1 รายวิชา ฟิสิกส์เพิม่ เตมิ 5 สาระการเรียนรูว้ ิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี รหัสวิชา ว30205 จานวน 12 ชวั่ โมง หน่วยการเรียนรู้ ความร้อนและแกส๊ ชนั้ มัธยมศกึ ษาปที ่ี 6 แผนการจดั การเรียนรู้ เรอ่ื ง กฎข้อท่ีหนึ่งของอุณหพลศาสตร์ สอนโดย นายภานเุ ดช คาหลา้ เวลา 2 ชัว่ มง 1. สาระวทิ ยาศาสตรเ์ พม่ิ เติม เร่ือง กฎข้อทห่ี น่ึงของอณุ หพลศาสตร์ 2. มาตรฐานการเรียนรู้ สาระท่ี 4 เข้าใจความสัมพันธ์ของความร้อนกับการเปลยี่ นอณุ หภมู แิ ละสถานะของสสาร สภาพยดื หยนุ่ ของวสั ดแุ ละมอดลุ ัสของยงั ความดนั ในของไหล แรงพยุงและหลกั ของอาร์คมิ ีดีส ความตงึ ผวิ และแรงหนืดของ ของเหลว ของไหลอุดมคตลิ ะสมการแบรน์ ลู ลี กฎของแกส๊ ทฤษฎีจลน์ของแกส๊ อุดมคติ และพลังงานในระบบ ทฤษฎีอะตอมของโบร์ ปรากฏการณ์โฟโตอเิ ลก็ ทริก ทวิภาวะของคลน่ื และอนุภาค กัมมันตภาพรังสี แรง นิวเคลยี ร์ ปฏิกริ ยิ านวิ เคลยี ร์ พลงั งานนิวเคลยี ร์ ฟิสกิ ส์อนุภาค รวมทั้งนาความรไู้ ปใช้ประโยชน์ 3. ผลการเรยี นรู้ 9. อธบิ ายและคานวณงานท่ที าโดยแกส๊ ในภาชนะปิดโดยความดันคงตัว และอธิบายความสัมพนั ธ์ระหว่าง ความร้อน พลังงานภายในระบบ และงานรวมท้ังคานวณปรมิ าณตา่ งๆ ท่เี ก่ียวขอ้ งและนาความรู้เร่อื งพลังงาน ภายในระบบไปอธิบายหลักการทางานของเครอ่ื งใช้ในชีวติ ประจาวนั 4. สาระสาคญั พลังงานทงั้ หมดของโมเลกลุ ของแกส๊ ที่บรรจอุ ยใู่ นระบบ เรียกว่า พลังงานภายในระบบ (internal energy of a system) ซง่ึ จะหมายถงึ พลงั งานภายใน (internal energy) ของแก๊ส แทนด้วยสญั ลักษณ์ U สาหรบั แก๊สอุดมคติสามารถหาพลงั งานภายในระบบไดจ้ ากสมการ ������ = 3 ������������������������ = 3 ������������������ พลังงาน 2 2 ภายในระบบมคี วามสมั พนั ธ์กบั ความร้อนและงานซงึ่ เป็นไปตามกฎการอนุรักษพ์ ลงั งาน เรยี กวา่ กฎขอ้ ท่หี น่งึ ของอุณหพลศาสตร์ (first law of thermodynamics) เขียนแทนดว้ ยสมการ ������ = ∆������ + ������ตาม กฎข้อทห่ี น่งึ ของอุณหพลศาสตรท์ าใหท้ ราบวา่ ความรอ้ น (heat, Q) เปน็ เพียงพลังงานที่ถ่ายโอน ในรูป งานและพลังงานภายในระบบเท่าน้ัน ความรู้พลังงานภายในระบบสามารถนาไปประยกุ ต์ด้านต่าง ๆ เชน่ การ ทางานของเคร่อื งยนต์ความรอ้ น ตู้เย็น และเคร่อื งปรับอากาศ
55 5. จุดประสงค์การเรยี นรู้ 5.1 จดุ ประสงค์ดา้ นความรู้ (K) 1. นกั เรยี นมีความเข้าใจเกย่ี วกบั ความสมั พันธ์ระหวา่ งความรอ้ น พลงั งานภายในระบบ กับงานที่ทา โดยแกส๊ ได้ 5.2 จุดประสงคด์ า้ นกระบวนการ (P) 1. นกั เรยี นสามารถคานวณหาปรมิ าณต่าง ๆ ทีเ่ กี่ยวข้องได้ 5.3 จุดประสงคด์ ้านคณุ ลักษณะ (A) 1. นักเรียนมีความรว่ มมือในการทางาน 6. สมรรถนะสาคัญของผู้เรยี น 1. ความสามารถในการส่ือสาร - การอธิบาย การเขียน การพดู หนา้ ช้ันเรียน 2. ความสามารถในการคดิ - การสังเกต การคิดวเิ คราะห์ การเปรยี บเทยี บ การจัดระบบความคิดเป็นแผนภาพ การสร้าง คาอธิบาย การอภปิ ราย การสือ่ ความหมาย การสบื ค้นโดยใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ 3. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 4. ความสามารถในการแก้ปญั หา 7. คณุ ลักษณะอันพงึ ประสงค์ ใฝเ่ รยี นรู้ แสวงหาความรจู้ ากแหลง่ เรียนรตู้ า่ ง ๆ ทง้ั ภายในและภายนอกโรงเรยี นด้วยการเลือกใช้ส่อื อยา่ ง เหมาะสม บันทึกความรู้ วิเคราะห์ สรปุ เป็นองคค์ วามรู้ สามารถนาไปใช้ในชีวิตประจาวันได้ มุ่งมน่ั ในการทางาน มีความตั้งใจปฏิบัตหิ นา้ ท่ีท่ีได้รับมอบหมายดว้ ยความเพยี รพยายาม ท่มุ เทกาลังกาย กาลงั ใจ ในการ ปฏิบัตกิ ิจกรรมตา่ งๆ ให้สาเรจ็ ลุล่วงตามเป้าหมายทกี่ าหนดดว้ ยความรบั ผิดชอบ และมคี วามภาคภูมิใจใน ผลงาน 8. ภาระงาน/ชิน้ งาน - ใบงานที่ 6 เรอื่ ง กฎข้อทหี่ นง่ึ ของอุณหพลศาสตร์
56 9. กระบวนการจัดการเรยี นรู้ ขน้ั ที่ 1 ขัน้ สรา้ งความสนใจ (Engagement) 1.1 นาเข้าสู่บทเรียนโดยการร่วมกนั อภปิ รายเกย่ี วกบั ความรเู้ ดมิ ดังนี้ 1) ถ้างานท่ีไดจ้ ากกระบอกสูบมีคา่ ติดลบปรมิ าตรของลกู สบู เปลย่ี นแปลงอย่างไร (ปรมิ าตรของลกู สูบน้นั มีปริมาตรท่ีลดลง) 2) เมือ่ ความดันของแกส๊ มีการเปล่ยี นแปลงแต่ปริมาตรยงั คงเท่าเดมิ งานทไี่ ดจ้ ะเปน็ อยา่ งไร (งานเปน็ ศูนย)์ 3) สูตรที่ใช้ในกาคานวณ 3.1 งาน ������ = ������(������2 − ������1) 3.2 พลงั งานภายในระบบ ������ = 3 ������������������������ = 3 nRT 2 2 ขนั้ ที่ 2 ขั้นสารวจและค้นหา (Exploration) 2.1 ใหน้ ักเรยี นสืบคน้ และหาความหมาย ดงั ต่อไปนี้ จากเวบ็ ไซตต์ า่ ง ๆ และหนังสือเรยี น - กฎขอ้ ทีห่ นึ่งของอณุ หพลศาสตร์ 2.2 ให้นกั เรยี นส่งตวั แทน 3-4 คน นาเสนอขอ้ มลู ทไี่ ด้จากการสืบคน้ ขน้ั ท่ี 3 ขั้นอธบิ ายและลงข้อสรุป (Explanation) 3.1 นกั เรยี นนาขอ้ มลู จากข้ันสบื ค้นขอ้ มูล มารว่ มกันอภิปรายในชน้ั เรยี น (กฎขอ้ ที่หนง่ึ ของอณุ หพลศาสตร์ คอื พลังงานในระบบอณุ หพลศาสตรห์ นึ่งๆ จะมคี ่ารวมเท่าเดิมเสมอ ความร้อนทเี่ กดิ ข้นึ คือกระบวนการนาพลงั งานเขา้ สู่ระบบจากแหลง่ อณุ หภมู สิ ูง หรือสญู เสยี ออกจากระบบโดย สง่ ออกไปยงั แหล่งอณุ หภูมติ า่ พลังงานนอี้ าจสูญเสียไปจากการเกดิ งานทางกลต่อส่ิงแวดล้อมของระบบ หรอื อาจกลา่ ววา่ การทาให้เกิดงานทางกลต่อสง่ิ แวดลอ้ มทาให้เกิดพลังงานขน้ึ ก็ได้ กฎขอ้ ทหี่ นง่ึ กล่าวถึงพลงั งาน เหลา่ นวี้ ่ามีผลรวมคงที่ นั่นคอื การเปลย่ี นแปลงของพลังงานภายใน ย่อมจะเทา่ กบั ปริมาณความรอ้ นทน่ี าเขา้ ระบบ ลบด้วยปริมาณความร้อนที่สญู เสียออกจากระบบ) 3.2 ร่วมกันอภิปรายเน้ือหา ดงั น้ี กฎขอ้ ทหี่ น่ึงของอณุ หพลศาสตร์ สสารท่อี ยู่ในสถานะของแข็งและของเหลว เมือ่ ได้รับหรือคายความรอ้ น โดยไม่มีการเปลย่ี นแปลง สถานะ จะส่งผลใหอ้ ณุ หภมู ิเปล่ยี นแปลงไปตามความสัมพันธ์ Q = C∆T หรือ Q = mc∆T ความสัมพันธ์
57 ดงั กลา่ วเปน็ การเปลยี่ นแปลงพลังงานภายในของสสารโดยไม่พจิ ารณางานทท่ี าโดยของแขง็ และของเหลว เน่อื งจากของแข็งและของเหลวมีการเปลีย่ นแปลงปริมาตรนอ้ ยมากเม่อื ได้รบั หรอื คายความรอ้ น สาหรบั แก๊สที่บรรจุในภาชนะที่ปรมิ าตรเปลีย่ นแปลงได้ เม่อื แกส๊ ไดร้ บั หรอื คายความร้อน Q อาจทาให้อณุ หภูมิหรือปรมิ าตรเปล่ยี นแปลงไป ซ่ึงการเปลยี่ นแปลงอุณหภมู ิเกีย่ วข้องกับการเปล่ียนแปล พลังงานภายในของแก๊ส (∆U = U2- U1) และการเปล่ยี นแปลงปริมาตรทาใหเ้ กดิ งานทีท่ าโดยแก๊ส W ดังรูป จากรปู 16.19 เมื่อแก๊สไดร้ ับหรือคายความรอ้ น Q อาจทาให้เกดิ การเปลย่ี นแปลงพลงั งานภายในของ แกส๊ ∆U หรือเกิดงานท่ที าโดยแก๊ส W ซ่ึงการเปล่ียนแปลงดังกล่าวเปน็ ไปตามกฎการอนุรักษพ์ ลงั งาน เขยี น เป็นความสมั พันธ์ไดด้ ังน้ี ������ = ∆������ + ������ สมการ Q=∆U+W แสดงว่า พลังงานภายในระบบมีความสมั พันธ์กบั ความรอ้ นและงาน เช่น เมอ่ื มกี ารถา่ ยโอนความร้อนในระบบปิดทไี่ ม่มีการสูญเสยี ความรอ้ นใหก้ ับส่ิงแวดล้อม ผลของการ ถ่ายโอนความรอ้ นนจ้ี ะเท่ากับผลรวมของพลงั งานภายในระบบท่ีเปลีย่ นแปลงกับงานท่ที าโดยแก๊สเป็นไปตาม กฎการอนุรักษพ์ ลังงาน เรยี กความสมั พนั ธ์น้ีว่า กฎขอ้ ที่หน่งึ ของอณุ หพลศาสตร์ (first law of thermodynamics) ตามกฎข้อท่ีหนง่ึ ของอณุ พลศาสตร์ทาให้ทราบวา่ ความรอ้ น (heat, Q) เป็นเพียงพลังงานทถี่ า่ ยโอนใน รปู งานและพลงั งานภายในระบบเท่านน้ั งาน W ท่รี ะบบทาหรอื รบั จากสิง่ แวดลอ้ มจะเกดิ ขน้ึ เมอื่ มีการ เปลีย่ นแปลงปริมาตรของแก๊สซง่ึ มแี รงมาเกย่ี วข้อง สว่ นความร้อน Q สามารถถ่ายโอนเขา้ ส่รู ะบบหรือออกจาก ระบบ ข้อสรุปเก่ยี วกับเคร่ืองหมายของ Q ∆U และ W เพือ่ ใช้สาหรบั สมการ Q=∆U+W แสดงในตาราง 16.3 ตาราง 16.3 สรปุ เครื่องหมายของ Q ∆U และ W
58 จากตาราง 16.3 ถ้าในกรณที ไี่ มม่ คี วามรอ้ นเขา้ สูแ่ กส๊ หรือ Q มีค่าเป็นศูนย์ แตแ่ กส๊ ภา ระบบขยายตวั ดนั ลกู สบู ให้เคล่ือนท่ี งานที่ทาโดยแกส๊ W มคี ่าเปน็ บวก การท่ีแก๊สทางานกรณนี ้ี จงึ ทา ให้พลังงานภายในระบบลดลง หรอื ∆U มีค่าเป็นลบ จึงสง่ ผลให้อุณหภูมิของแกส๊ ลดลง แตใ่ นกรณีท่แี ก๊ส ภายในระบบถกู อัดใหป้ ริมาตรลดลงจากแรงดันภายนอก งานทท่ี าโดยแกส๊ W มคี า่ เป็นลบ ทาให้พลังงาน ภายในระบบเพม่ิ ขึ้น หรอื ∆U มีค่าเป็นบวก จงึ สง่ ผลใหอ้ ุณหภมู ิของแกส๊ เพิม่ ข้ึน ขั้นที่ 4 ขน้ั ขยายความรู้ (Elaboration) 4.1 นาเสนอโจทยต์ ัวอยา่ งการคานวณหาตัวแปรที่เกย่ี วข้อง 1. จงหาพลงั งานภายในท่ี เปลี่ยนไปของแกส๊ จานวนหน่งึ ท่ีบรรจภุ ายในกระบอกสบู เมื่อแกล๊ ในกระ บอกสูบไดร้ บั พลังงานความร้อน 2000 จลู ในขณะเดียวกนั ใหง้ านออกมา 300 จูล (+1700 J) 2. จะต้องให้ความร้อนเทา่ ใดแกก่ า๊ ซฮเี ลียมจานวน 1 โมล ที่บรรจุในกระบอกสบู แลว้ ทาให้กา๊ ซน้นั ดัน ให้ลูกสูบทางาน 20 จูล และอณุ หภมู เิ พิม่ ขน้ึ 10 เควิน (144.5 J) 3. กา๊ ซฮเี ลียม 1 โมล บรรจอุ ยใู่ นโถแก้วที่ปดิ ผนึกไวอ้ ย่างดีถือวา่ มีปริมาตรท่ีคงทต่ี ลอดเวลา เมื่อ อณุ หภูมเิ ปล่ยี นไป ถา้ ต้องกาใหอ้ ุณหภมู ิก๊าซเปลย่ี นไปจาก 27 องศาเซลเซยี สเปน็ 67 องศาเซลเซยี ส จะต้องใหค้ วามรอ้ นเท่าใด (498 J) 4. แก๊ซฮีเลยี ม 1 โมล บรรจอุ ยใู่ นภาชนะท่แี ข็งมาก อยากทราบว่า เมื่อใหค้ วามร้อนเข้าไป 600 จูล ความดนั ของก๊าซในภาชนะจะเพิม่ ข้ึนจากเดมิ เทา่ ใด ถ้าปรมิ าตร 0.5 ลูกบาศกเ์ มตร (800 Pa) 5. ถังใบหนงึ่ บรรจอุ ากาศท่ีมีความดนั 100 กิโลพาสคัล และปริมาตร 0.1 ลูกบาศกเ์ มตร ถา้ ใหค้ วาม รอ้ นแก่อากาศผา่ นวงจร ไฟฟ้าตามทีค่ วามต่างศักย์ 5 โวลต์ และความต้านทาน 5 โอห์ม จะตอ้ งใช้ เวลาเท่าใด ปริมาตรของอากาศในถงั จึงจะเพ่มิ เป็น 0. 15 ลูกบาศก์เมตร กาหนดให้อณุ หภมู ิและ ความดนั ของอากาศในถังคงท่ี (200 s) 6. ก๊าซปรมิ าณ 2 โมล บรรจุในกระบอกสบู เมอ่ื ความดนั และปรมิ าตรเปล่ยี นแปลงจาก A ไป B ดัง แสดงในภาพ ระบบก๊าซจะรับหรอื คายความร้อนก่ีจลู (คาย 2,150 J)
59 4.2 อภปิ ายความร้เู พ่ิมเตมิ เก่ยี วกับการทางานของลูกสูบเครอ่ื งยนต์ เครื่องยนต์สันดาปภายในเปน็ เคร่ืองยนตท์ ี่เช้อื เพลงเกดิ การเผาไหมภ้ ายในตัวเครอ่ื งยนตห์ ลักทเ่ี ป็น แหล่งทาให้เกิดพลงั งานกล ตวั อยา่ งเครอ่ื งยนต์สนั ดาปภายใน ไดแ้ ก่ เครอ่ื งยนต์เบนซนิ ท่ีใชห้ วั เทียนในการจดุ ระเบดิ และเครือ่ งยนต์ดเี ซลท่ีใช้ระบบฉีดเช้ือเพลิงในการจุดระเบิด ดงั รูป 16.21 และ 16.22 ตามลาดับ รปู 16.21 การทางานของเครือ่ งยนตเ์ บนซนิ ทีม่ ีการสนั ดาปภายใน 4 จังหวะ รูป 16.22 การทางานของเครอ่ื งยนตด์ เี ซลท่ีมกี ารสนั ดาปภายใน 4 จังหวะ ขั้นที่ 5 ข้นั ประเมินผล (Evaluation) 5.1 ตรวจสอบความรู้เกย่ี วกบั เร่ือง กฎข้อท่ีหนึ่งของอณุ หพลศาสตร์ โดยการตอบคาถาม 5.2 สังเกตจากพฤตกิ รรมของผเู้ รยี นระหว่างเรียน
60 10. สือ่ /แหล่งเรียนรู้ 1. หนังสอื รายวิชาเพิม่ เตมิ วทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฟสิ กิ ส)์ ชัน้ มธั ยมศกึ ษาปีที่ 6 เลม่ 5 (ฉบบั ปรบั ปรุง พ.ศ. 2560) 2. เอกสารประกอบการเรียน เร่อื ง ความร้อนและแก๊ส 3. ใบงานท่ี 6 เร่อื ง กฎขอ้ ที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ 11. การวดั และการประเมนิ ผล วธิ ีการประเมนิ เกณฑก์ ารประเมิน คาถาม/ใบงาน จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ ผ่านรอ้ ยละ 80 นักเรยี นมีความเขา้ ใจเกี่ยวกับความสัมพันธร์ ะหวา่ งความร้อน ใบงาน พลังงานภายในระบบ กับงานที่ทาโดยแกส๊ ได้ ผ่านรอ้ ยละ 80 นักเรียนสามารถคานวณหาปรมิ าณตา่ ง ๆ ท่เี ก่ยี วขอ้ งได้ ใบงาน นักเรยี นส่งภาระงานที่ นักเรยี นมคี วามรว่ มมอื ในการทางาน ไดร้ บั มอบหมายตาม เวลาที่กาหนด
61 ใบงานท่ี 6 เรือ่ ง กฎข้อทห่ี นง่ึ ของอุณหพลศาสตร์ ช่ือ.................................................................................ชั้น.................เลขที่................. 1. นา้ 100° C ปรมิ าณ 1 กรัม (1 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร) กลายเป็นไอน้าปรมิ าตร 1,671 ลกู บาศกเ์ ซนติเมตร ท่ี ความดัน 1.013x105 Pa กาหนดให้ ความร้อนแฝงกลายเป็นไอที่ความดนั นี้คอื 2.256x106 J/kg จงหา พลังงานภายในทเี่ พิม่ ขนึ้ (2,087J) 2. ก๊าซไนโตรเจนมวล 5 kg มีอณุ หภูมิเพิม่ ขึน้ จาก 10° C เป็น 130° C เมอ่ื กาหนดให้คา่ ความจคุ วามรอ้ น จาเพาะ ขณะท่ีความดนั คงที่ 1,040 J/kg.K จงหาปริมาณความรอ้ นและพลงั งานภายในระบบ (624kJ,445kJ) 3. ระบบทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ระบบหน่งึ แสดงด้วยกราฟดังรปู การเพม่ิ ความดนั จาก A ไป B ต้องใชค้ วามร้อน 600 จลู ใส่เขา้ ไปในระบบและในการขยายตวั ของระบบจาก B ไป C ตอ้ งการปริมาณความรอ้ นเพิม่ อกี 200 จูล จงหาว่าพลังงานภายในของระบบทเี่ ปล่ยี นแปลงในกระบวณการ A ไป B ไป C มคี า่ กจ่ี ูล (560 J)
62 4. การบีบอัดและการขยายตัวของแกส๊ อยา่ งรวดเรว็ โดยไมม่ กี ารถา่ ยโอนความรอ้ น พลงั งานภายในระบบและ อุณหภมู สิ ัมบูรณ์ของแกส๊ จะเปลย่ี นแปลงหรอื ไม่ อย่างไร .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................................................
63
64
Search
