สมดุลความร้อน

เรือ่ งท่ี 2 สมดุลความรอ้ น

ทบทวนความรู้ ปริมาณใดบา้ งท่ใี ชใ้ นการ คานวณหาปริมาณความร้อน ทที่ าให้นาแข็งจานวนหนง่ึ ทอ่ี ณุ หภมู หิ อ้ ง เปล่ยี นสถานะเป็นของเหลวหมดพอดี

ปริมาณใดบา้ งท่ใี ชใ้ นการคานวณหาปรมิ าณความรอ้ นทีท่ าใหน้ าแขง็ ทบทวนความรู้ จานวนหนึง่ ที่อณุ หภูมิหอ้ งเปลยี่ นสถานะเป็นของเหลวหมดพอดี มวล ปรมิ าตร ความหนาแน่น อุณหภมู ิที่เปลย่ี นไป ความรอ้ นจาเพาะ ความรอ้ นแฝงของการกลายเปน็ ไอ ความรอ้ นแฝงของการหลอมเหลว

เฉลยทบทวนความรู้ ปรมิ าณใดบา้ งท่ีใช้ในการคานวณหาปริมาณความรอ้ นที่ทาให้นาแขง็ จานวนหนงึ่ ท่ีอณุ หภมู หิ ้องเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวหมดพอดี มวล ปรมิ าตร ความหนาแน่น อุณหภูมทิ เ่ี ปลยี่ นไป ความรอ้ นจาเพาะ ความรอ้ นแฝงของการกลายเปน็ ไอ ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว

คาถามชวนคิด ถา้ เราตังถ้วยใส่กาแฟรอ้ น ไว้ประมาณ 30 นาที จะมกี ารเปลีย่ นแปลงใดเกดิ ขึน

กจิ กรรมท่ี 5.8 นาอณุ หภมู ติ ่างกนั ผสมกนั จะเปน็ อยา่ งไร

นาอุณหภมู ิตา่ งกัน ผสมกันจะเป็นอยา่ งไร https://www.youtube.com/watch?v=SDJYa- TFkbs&feature=emb_logo

นาอุณหภมู ติ ่างกันผสมกนั จะเปน็ อยา่ งไร การจัดอุปกรณใ์ นกจิ กรรม

นาอณุ หภมู ติ า่ งกันผสมกันจะเป็นอย่างไร เทนาเยน็ ในแคลอรมี เิ ตอร์ เทนารอ้ นในแคลอรีมเิ ตอร์ ที่มีนาเย็นอยู่ สังเกตอณุ หภมู ิ

ผลการทากิจกรรม เวลา (นาที) อณุ หภูมิ (°C) อณุ หภูมินาเย็น ............... 0 อณุ หภูมินารอ้ น ............... 0.30 1.00 1.30 2.00 2.30 3.00 3.30 4.00 4.30 5.00

ผลการทากิจกรรม เวลา (นาที) อุณหภมู ิ (°C) อณุ หภมู ินาเย็น 9. 8 0 18.0 อณุ หภมู นิ ารอ้ น 54.0 10 26.0 20 29.5 30 30.0 40 30.0 50 30.5 60 31.0 70 31.0 80 31.0 120 31.0

ส่งิ ที่พบในกิจกรรม เมือ่ ผสมนามอี ณุ หภูมิตา่ งกนั จะเกิดการถ่ายโอนความร้อน จนทาให้นาทผ่ี สมกนั แลว้ มอี ณุ หภมู คิ งที่

สรปุ ท้ายกิจกรรม 5.8 เมอื่ นานาเย็นผสมกบั นารอ้ นจะเกิด การถ่ายโอนพลังงานความรอ้ น จากนาร้อน ไปสนู่ าเย็น ทาให้อณุ หภมู ิของนารอ้ นลดลง อณุ หภูมขิ องนาเยน็ เพิม่ ขึน จนกระทัง่ อุณหภมู ขิ องนา ที่ผสมกันเทา่ กัน การถา่ ยโอนพลังงานความร้อน จึงจะสินสุดลงเพราะอยูใ่ นภาวะ สมดลุ ความรอ้ น

สมดลุ ความร้อน thermal equilibrium คือ การถ่ายโอนพลงั งานความรอ้ น จากวตั ถหุ นึ่งไปยังอกี วัตถุหน่ึง เมื่อการถ่ายโอนพลังงานสินสุด วัตถุ ทงั สองจะมอี ุณหภูมเิ ทา่ กนั

สมดุลความร้อน สสารเกิดการถา่ ยโอน ความร้อน thermal equilibrium อณุ หภมู ิ อณุ หภูมิ สสารต่างกนั สสารเท่ากัน

คาถามชวนคดิ เมอ่ื นากลอ่ งนมออกจากตเู้ ยน็ มา วางไว้ในห้องเป็นเวลา 3 ชว่ั โมง อุณหภมู ิของกล่องนม จะเปล่ยี นแปลงอย่างไร

เฉลยคาถามชวนคดิ อุ ณ ห ภู มิ ข อ ง ก ล่ อ ง น ม จ ะ เ พ่ิ ม ขึ น จ น เ ท่ า กั บ อุ ณ ห ภู มิ ข อ ง อากาศภายในห้อง โดยอากาศถ่าย โอนความร้อนมายังกล่องนม ทาให้ อุณหภูมิของกล่องนมเพม่ิ มากขึนจน เทา่ กับอณุ หภมู อิ ากาศจน สมดลุ ความรอ้ น

การนาไข่ตม้ ไปแชใ่ นนาเย็น การแชข่ วดนมท่ีร้อนในนาเยน็ จะทาใหไ้ ข่ตม้ เยน็ เร็วขึน ทาให้นานมมอี ณุ หภมู ิตา่ ลง

สสารท่มี ีอณุ หภูมิสงู กว่าจะสูญเสยี ความ รอ้ นในปรมิ าณท่ีเทา่ กับปรมิ าณ ความรอ้ นทอ่ี กี สสารหนง่ึ ได้รับ จงึ สามารถเขยี นสมการ เป็นดังนี Qสญู เสยี = Qไดร้ ับ

สมการแสดงความสัมพันธร์ ะหว่างปริมาณความ รอ้ นท่สี ญู เสียและความร้อนทไ่ี ด้รับ ความรอ้ นท่ีสญู เสีย = ความรอ้ นทีไ่ ด้รบั Qสญู เสีย = Qไดร้ ับ

โดยการคานวณจะใชส้ ูตร Q = mcΔt หรือ Q = mL ปรมิ าณความรอ้ นท่ที าให้ ปริมาณความร้อน สสารมีอุณหภมู ิเปล่ยี น ทท่ี าให้สสารเปลี่ยนสถานะ แต่สถานะไมเ่ ปลยี่ น แต่อุณหภูมิคงที่

ตวั อยา่ งโจทย์ Ex.1 เม่ือผสมนารอ้ นมวล 100 กรมั ท่ี 90 องศาเซลเซียส ผสมกบั นาเย็นมวล 200 กรมั ที่ 15 องศาเซลเซยี ส แล้วได้นาอุ่น จงหา อณุ หภมู ิผสมของนาอุ่น

เฉลยตัวอยา่ งโจทย์ โจทย์ใหห้ าอุณหภูมิผสมของนาอนุ่ เทา่ ไร แทนด้วย t Qสญู เสยี = Qได้รับ mcΔt = mcΔt 100 x 1 x (90 - t) = 200 x 1 x (t - 15) 100 x (90 - t) = 200 x (t - 15) 9000 - 100t = 200t - 3000

เฉลยตวั อยา่ งโจทย์ 9000 + 3000 = 200t + 100t 12,000 = 300t t = 40 C เพราะฉะนนั อุณหภมู ิของนาอุน่ ทผ่ี สมกันเทา่ กับ 40 องศา เซลเซยี ส

ตวั อย่างโจทย์ Ex.2 ตอ้ งการหล่อเหลก็ 30 กรัม ทีม่ ี อณุ หภมู ิ 0 องศาเซลเซียส กับเหล็ก 200 กรมั อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส จะมอี ณุ หภมู ิหลัง หล่อเท่าไร (กาหนดให้ความร้อนจาเพาะของ เหลก็ เทา่ กบั 0.11 แคลอรี/กรมั องศา เซลเซยี ส)

เฉลยตัวอย่างโจทย์ โจทยใ์ ห้หาอณุ หภมู หิ ลังหล่อเทา่ ไร แทนดว้ ย t Qสูญเสยี = Qไดร้ บั mcΔt = mcΔt 200 x 0.11 x (80 - t) = 30 x 0.11 x (t - 0) 22 x (80 - t) = 3.3 x (t - 0)

เฉลยตวั อยา่ งโจทย์ 1760 – 22t = 3.3t 3.3t + 22t = 1760 25.3t = 1760 t = 69.5 องศาเซลเซยี ส เพราะฉะนัน อุณหภมู ขิ องเหลก็ ขณะสมดุลความรอ้ น เท่ากับ 69.5 องศาเซลเซียส

สรุปท้ายเรื่อง ปรมิ าณความร้อนทส่ี สารหนึ่ง ปริมาณความรอ้ นที่สสารหนึ่ง สูญเสีย = ไดร้ บั

สรปุ ทา้ ยเรอ่ื ง Qสญู เสยี = Qไดร้ บั