หน่วยที่ 3 อุณหภูมิและความร้อน

เอกสารประกอบการสอน วิชาเทอร์โมไดนามิกส์ รหัส 30101-2002 หน่วยที่ 3 อุณหภูมิและความร้อน ครูสุเนตร พรหมขุนทอง (วศ.ม. วิศวกรรมเครื่องกล) วท.ชุมพร

แผนการจัดการเรียนรู้ที่ ๓ สอนครงั้ ที่ ๓ เรื่อง อณุ หภูมแิ ละความรอ้ น

แผนการจัดการเรียนรู้ท่ี ๓ ช่ือวชิ า. ช่างยนต์ เวลาเรียนรวม ๕๔ ช่ัวโมง ชื่อหน่วย อณุ หภมู ิและความร้อน สอนคร้ังท่ี ๔-๕ ชื่อเร่ือง อุณหภูมิและความร้อน จานวน ๖ ชั่วโมง หัวข้อเรอ่ื ง 1. อณุ หภูมิและหน่วยวดั อุณหภูมิ 2. คา่ ความจุความร้อนจาเพาะ 3. ความร้อน 4. การหาค่าความร้อน 5. กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ สาระสำคัญ อุณหภูมิ หมายถึง ความรู้สึกร้อนหรือเยน็ ที่เราสามารถสัมผสั ได้ โดยส่ิงท่ีร้อนกวา่ จะมีอณุ หภมู ิสูง และส่ิงที่เยน็ ก็มีอุณหภูมิต่า และโดยปกติความร้อนจะมีการถ่ายเทจากอุณหภมู ิสูงสู่อุณหภูมิต่า ความร้อน หมายถึง กระบวนการถ่ายเทของพลงั งานอนั เน่ืองจากความแตกต่างของอณุ หภูมิ สมรรถนะหลกั (สมรรถนะประจำหนว่ ย) แสดงความร้เู กีย่ วกับอุณหภมู ิและความร้อน สมรรถนะย่อย (สมรรถนะการเรยี นรู)้ สมรรถนะท่วั ไป (ทฤษฏ)ี ๑. แสดงความรเู้ กีย่ วกับอุณหภมู ิ ๒. แสดงความรู้เก่ยี วกับหนว่ ยวดั อุณหภูมิและการเปรียบเทียบสเกลอุณหภูมิในหนว่ ย ต่างๆ ๓. แสดงความรเู้ กย่ี วกับ ความรอ้ น สมรรถนะท่ีพึงประสงค์ (ทฤษฏ)ี เม่ือผเู้ รยี นไดศ้ ึกษาเนื้อหาในบทนี้แล้ว ผู้เรียนสามารถ ๑. อธบิ ายความรู้เกี่ยวกับความหมายของความดนั ๒. อธบิ ายความรู้เกย่ี วกบั หนว่ ยวดั อุณหภูมแิ ละการเปรียบเทยี บสเกลอุณหภูมิในหนว่ ย ต่างๆ ๓. อธบิ ายความรเู้ ก่ียวกบั ความร้อน

แผนการจัดการเรียนรู้ที่ ๓ ช่ือเรื่อง ช่ือวชิ า. ช่างยนต์ เวลาเรียนรวม ๕๔ ชั่วโมง ชื่อหน่วย อณุ หภมู ิและความร้อน สอนคร้ังท่ี ๔-๕ อณุ หภมู ิและความร้อน จานวน ๖ ชั่วโมง กิจกรรมการเรยี นการสอน ในการจดั การเรยี นการสอนรายวชิ าเทอร์โมไดนามิกส์ ได้กำหนดกจิ กรรมการเรียนการสอนให้ ผ้เู รียนเกดิ การเรียนรู้โดยใช้วิธกี ารจัดการเรยี นร้ฐู านสมรรถนะเชงิ รุก (Active Learning Competency Based) ดา้ นเทคนิคการจดั การเรยี นการสอนแบบ MAIP โดยมขี นั้ ตอนในการดำเนินกจิ กรรมการเรยี นการ สอน ดังนี้ กิจกรรมการเรียนการสอน (สอนครัง้ ท่ี ๓ ) เวลา ๓ ชว่ั โมง/สัปดาห์ ผสู้ อนชแี้ จงรายละเอียดเก่ียวกบั จุดประสงค์รายวิชา สมรรถนะรายวิชา และ คำอธิบายรายวชิ า การวดั และประเมินผลการเรยี นรายวชิ า คณุ ลกั ษณะอนั พงึ ประสงคข์ องรายวชิ า และ ขอ้ ตกลงในการจัดการเรยี นการสอนในรายวิชา กจิ กรรมการเรียนการสอน (สอนครั้งท่ี ๔ ) เวลา ๓ ชวั่ โมง/สปั ดาห์ ๑.ผสู้ อนแจง้ จดุ ประสงค์การเรียนประจำสปั ดาห์ และนำเข้าส่บู ทเรยี น ๒.ผู้สอนถ่ายทอดความรใู้ นหน่วยที่ ๓ เรื่อง อุณหภมู ิและความรอ้ น ๓.ผู้สอนแสดงตัวอยา่ งเกย่ี วกับหลกั การและความหมายทางเทอร์โมไดนามิกส์ ๔.ผูส้ อนให้ผู้เรียนเขยี นสรปุ สาระสำคัญของเรื่องที่เรยี นประจำสัปดาห์ กิจกรรมการเรียนการสอน (สอนครั้งที่ ๓ ) เวลา ๒ ชว่ั โมง/สัปดาห์ ๑.ผูส้ อนแจ้งจดุ ประสงค์การเรยี นประจำสัปดาห์ และนำเข้าส้บู ทเรยี น ๒.ผสู้ อนถ่ายทอดความรใู้ นหนว่ ยที่ ๓ เร่ืองอุณหภมู ิและความรอ้ น ๓.ผู้สอนแสดงตวั อยา่ งเกย่ี วกับหลักการและความหมายทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ ๔.ผูส้ อนมอบหมายงานใหผ้ ู้เรียนนำความร้คู วามเขา้ ใจทเี่ กดิ ข้นึ ไปใช้ในการทำแบบฝึกหัดประจำหน่วยการ เรยี นรทู้ ี่ ๑ ๕.ผู้สอนให้ผเู้ รียนเขยี นสรปุ สาระสำคัญของเรื่องที่เรยี นประจำสัปดาห์ ๖.ผ้สู อนวดั ประเมนิ ผลการเรียนรู้ของผูเ้ รียน

แผนการจัดการเรียนรู้ท่ี ๓ ช่ือเรื่อง ช่ือวชิ า. ช่างยนต์ เวลาเรียนรวม ๕๔ ชั่วโมง ช่ือหน่วย อณุ หภูมิและความร้อน สอนคร้ังท่ี ๔-๕ อณุ หภูมิและความร้อน จานวน ๖ ช่ัวโมง สื่อการสอน ๑.เอกสารประกอบการสอน ๒.เอกสารประกอบการเรียน ๓.สื่อนาเสนอ PowerPoint ๔ ส่ือออนไลน์ งานที่มอบหมาย/กิจกรรม ให้นกั เรียนทาแบบฝึกเสริมทกั ษะทา้ ยหน่วยการเรียนที่ ๑ การวดั และประเมินผล วิธีการ เคร่ืองมือ เกณฑ์ วดั ผล/ประเมินผล - ผา่ นเกณฑร์ ้อยละ ๖๐ - ทาแบบฝึกเสริมทกั ษะ - แบบฝึกเสริมทกั ษะทา้ ย ๑.สมรรถนะที่พงึ ประสงค์ - ผา่ นเกณฑร์ ้อยละ ๘๐ ทา้ ยหน่วย หน่วย ๒.คณุ ลกั ษณะอนั พึง ประสงค์ (Attitude) - ประเมนิ คุณลกั ษณะอนั พึง - แบบประเมินคุณลกั ษณะ ประสงค์ อนั พงึ ประสงค์

รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรู้หนว่ ยท่ี ๓ หนว่ ยท่ี ๓ ช่ือวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ หน่วยท่ี ๓ อุณหภมู แิ ละความร้อน ชอ่ื หน่วย อุณหภูมแิ ละความรอ้ น จำนวน ๖ ช่ัวโมง หน่วยท่ี ๓ อุณหภมู แิ ละความรอ้ น อุณหภูมิ (Temperature) อุณหภูมิ หมายถึง ความรู้สึกร้อนหรือเยน็ ท่ีเราสามารถสัมผสั ได้ โดยสิ่งท่ีร้อนกวา่ จะมีอณุ หภูมิสูง และ สิ่งที่เยน็ ก็มีอุณหภมู ิต่า และโดยปกติความร้อนจะมีการถ่ายเทจากอณุ หภูมิสูงสู่อุณหภมู ิต่า ถา้ ตอ้ งการให้ ถ่ายเทจากอุณหภูมิต่าสู่อณุ หภูมิสูงจะตอ้ งใส่งานเขา้ สู่ระบบ จึงจะมีการถา่ ยเทได้ ส่ิงแวดลอ้ ม อณุ หภูมิสูง อณุ หภูมิต่า รูปที่ 3-1 แสดงการถา่ ยเทของความร้อน หน่วยวดั อณุ หภูมิและการเปรียบเทียบสเกลอณุ หภูมิในหน่วยต่างๆ การวดั คา่ อุณหภูมิจะใชอ้ ปุ กรณ์ท่ีเรียกวา่ เทอร์โมมิเตอร์และหน่วยวดั ของอุณหภมู ิในระบบตา่ งๆ มี ดงั น้ีคอื ระบบเอสไอวดั เป็นองศาเคลวนิ (Kelvin ,K) ระบบเมตริกวดั เป็นองศาเซลเซียส (Celsius, °C) ระบบ องั กฤษวดั เป็นองศาฟาเรนไฮต์ (Fahrenheit, °F) และองศาแรงคิน (Rankine,R)โดยสามารถเปรียบเทียบได้ ดงั น้ี T (K) = T (°C) + 273.15 T (°R ) = T (°F) + 459.67 T (°R ) = 1.8 T (K) T (°F) = 1.8T (°C) + 32

รหัสวชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรหู้ นว่ ยท่ี ๓ หนว่ ยที่ ๓ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ ชื่อหน่วย อุณหภมู ิและความร้อน หน่วยท่ี ๓ อุณหภมู แิ ละความร้อน จำนวน ๖ ชั่วโมง ถา้ เราสามารถลดอณุ หภมู ิของกา๊ ซออกซิเจน และกา๊ ซไนโตรเจน จนกระทงั่ โมเลกลุ ของกา๊ ซท้งั สองหยดุ การเคลื่อนที่ (หรือเกือบหยดุ )จะไดอ้ อกซิเจนแขง็ และไนโตรเจนแขง็ อณุ หภมู ิที่จุดน้ีเรียกว่า อุณหภมู ิศนู ยส์ ัมบรู ณ์ (absolute zero) ซ่ึงสามารถเปรียบเทียบสเกลอณุ หภมู ิไดด้ งั น้ี รูปท่ี 3-2 แสดงการเปรียบเทียบสเกลอณุ หภมู ิในระบบต่างๆ จากรูปเมื่อเปรียบเทียบสเกลอุณหภมู ิของเทอร์โมมิเตอร์ในระบบตา่ งๆจะเห็นวา่ ท่ีอุณหภูมิสมบรู ณ์ จะมีคา่ เท่ากบั –273.15 °C , 0 K , -459.67 °F และ 0 R สาหรับจุดเดือดเทา่ กบั 100 °C , 373.15 K , 212 °F และ 671.67 R ตามลาดบั ตัวอย่างที่ 3-1 วตั ถุชิ้นหน่ึงมีอณุ หภมู ิเทา่ กบั 40 K ถามวา่ มีอุณหภมู ิเท่ากบั กี่องศาเซลเซียส วิธที า จากสูตร T (K) = T (°C) + 273.15 ดงั น้นั T (°C) = T (K) - 273.15 แทนคา่ = 40 (K) - 273.15 = -233.15 °C ตอบ

รหัสวิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรหู้ นว่ ยที่ ๓ หนว่ ยท่ี ๓ ช่ือวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ หน่วยที่ ๓ อุณหภูมแิ ละความร้อน ชอื่ หน่วย อุณหภูมิและความร้อน จำนวน ๖ ช่ัวโมง ตัวอย่างท่ี 3-2 วตั ถชุ ิ้นหน่ึงมีอุณหภูมิ 20 °C ถามวา่ มีอุณหภมู ิกี่องศาฟาเรนไฮต์ วธิ ที า จากสูตร T (°F) = 1.8T (°C) + 32 = 1.8×20 (°C) + 32 = 68 °F ตอบ ตัวอย่างท่ี 3-3 วตั ถชุ ิ้นหน่ึงมีอณุ หภมู ิ 60 K ถามวา่ มีอณุ หภมู ิก่ีองศาแรงคีน วธิ ที า จากสูตร T (R) = 1.8T (K) = 1.8×60 (K) = 108 (R) ตอบ ความร้อน (Heat) ความร้อน หมายถึง กระบวนการถ่ายเทของพลงั งานอนั เน่ืองจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ความ ร้อนเป็นส่ิงที่นกั ฟิ สิกส์พยายามหาคาตอบวา่ มนั คืออะไรมานานพอสมควร โดย โจเซฟ แบลค็ นกั ฟิ สิกส์ชาว สกอตแลนดท์ ี่คิดคน้ ทฤษฎีท่ีใช้อธิบายความร้อน เรียกว่า ทฤษฎี แคลอริก ท่ีกล่าวว่าความร้อนเป็ นของไหล ชนิดหน่ึง โดยนิยามหน่วยความร้อนวา่ เป็นความร้อนที่ใช้ในการเพ่ิมอุณหภูมิของน้า 1 กรัม ข้ึนมา 1 องศา เซลเซียส แต่ต่อมาไดม้ ีการคน้ พบว่าเมื่อให้ความร้อนแก่สารจนเปลี่ยนแปลงสถานะ เช่น จากของเหลวเป็ น ก๊าซ ความร้อนไม่ไดท้ าให้อุณหภูมิของระบบเพ่ิมข้ึนเลยเม่ือสสารอยู่ในช่วง 2 สถานะ ดงั น้ันจึงนิยามคาวา่ ความร้อนใหม่คือ กระบวนการถ่ายเทของพลงั งานอนั เนื่องมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิ สาหรับช่วงท่ี อุณหภมู ิคงท่ีใหน้ ิยามวา่ เป็นความร้อนแฝงและถือวา่ “ ความร้อนเป็นพลงั งานที่ถ่ายเทขา้ มขอบเขตของระบบ ท่ีมีอุณหภูมิสูงไปสู่ระบบอ่ืนหรือสิ่งแวดลอ้ มที่มีอุณหภูมิต่ากว่า ” ซ่ึงแทนดว้ ยสัญญลกั ษณ์ Q โดยกาหนด ลกั ษณะการถา่ ยเทดงั รูป สิ่งแวดลอ้ มอณุ หภูมิต่า (T2) ระบบท่ีมี สิ่งแวดลอ้ มอุณหภูมิต่า (T2) Q- อุณหภูมิสูง Q- (T1)

รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรหู้ นว่ ยท่ี ๓ หน่วยที่ ๓ ช่ือวิชา. เทอรโ์ มไดนามิกส์ หน่วยที่ ๓ อุณหภูมิและความร้อน ช่อื หน่วย อณุ หภูมิและความรอ้ น จำนวน ๖ ช่ัวโมง สิ่งแวดลอ้ มอุณหภมู ิสูง(T2) ระบบท่ีมี สิ่งแวดลอ้ มอุณหภมู ิสูง (T2) Q+ อุณหภูมิต่า Q+ (T1) รูปที่ 3-3 แสดงการถ่ายเทของความร้อน จากรูปท่ี 3-3 จะเห็นว่าหากอุณหภูมิของระบบมีค่ามากกวา่ อุณหภูมิของสิ่งแวดลอ้ ม ความร้อนจะ ถา่ ยเทออกจากระบบ (เคร่ืองหมายเป็นลบ, -) แต่ถา้ อณุ หภูมิของระบบมีค่านอ้ ยกวา่ อุณหภูมิของส่ิงแวดลอ้ ม ความร้อนจะถ่ายเทเขา้ สู่ระบบ (เคร่ืองหมายเป็ นบวก, +) ดงั น้นั ความร้อนจึงเป็ นปรากฏการณ์ท่ีเกิดข้ึนเป็น ชว่ั ขณะเม่ือไหลขา้ มขอบเขตของระบบเท่าน้นั การถ่ายเทหรือการไหลของความร้อนจะสิ้นสุดลงเม่ือระบบ ดงั กล่าวอยู่ในสภาวะสมดุลของความร้อนกบั ส่ิงแวดลอ้ ม (หรืออุณหภูมิเท่ากนั ) ดงั น้นั จะเห็นว่าค่าความร้อน จะข้ึนอยูก่ บั ความแตกต่างของอุณหภูมิ นอกจากน้นั ยงั ข้ึนอยู่กบั วตั ถุหรือสารทางานแต่ละชนิดดว้ ยเน่ืองจาก วตั ถุแตล่ ะชนิดจะมีคา่ ความจุความร้อนจาเพาะไม่เทา่ กนั นน่ั เอง ความจคุ วามร้อนจาเพาะ (Specific heat capacity) ค่าความจุความร้อนจาเพาะของสาร หมายถึง จานวนความร้อนซ่ึงถา่ ยเทเขา้ หรือออกจากสาร มวล 1 kg และทาใหอ้ ุณหภมู ิเปลี่ยนไป 1 K หน่วย SI ของความจุความร้อนจาเพาะ คือ จูลต่อกิโลกรัม-เคลวิน(1 J /kg -K)และอาจใชพ้ หุคูณ เช่น kJ/kg-K = 103 J/kg-K ไดอ้ ีกดว้ ย สาหรับการหาค่าความจุความร้อนจาเพาะ สามารถหาได้จากตารางหรือการทดลองจาก แคลอรี่ มิเตอร์ก็ได้ สาหรับการห่าค่าจากตารางของสารบางชนิด เช่น

รหัสวิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรู้หน่วยที่ ๓ หน่วยที่ ๓ ช่ือวิชา. เทอรโ์ มไดนามิกส์ หน่วยท่ี ๓ อุณหภูมิและความร้อน ช่อื หน่วย อณุ หภูมแิ ละความรอ้ น จำนวน ๖ ชั่วโมง ตารางท่ี 3.1 แสดงคา่ ความจุความร้อนจาเพาะเฉลี่ยของสารบางชนิด ของแข็ง ของเหลว สาร ความจคุ วามร้อนจาเพาะ สาร ความจุความร้อนจาเพาะ 1 J /kg-K 1 J/ kg- K แกว้ คราวน์ 674 กลีเซอรีน 2429 ดีบกุ 230 เบนซิน 1718 ตะกวั่ 130 ปรอท 138 ทองแดง 394 อีเธอร์ 229 ทองเหลือง 385 เอธิลแอลกอฮอล์ 2303 นิเกิล 460 สังกะสี 394 เหลก็ กลา้ 480 เหลก็ หลอ่ 477 อลูมิเนียม 917 สาหรับคา่ ความจุความร้อนจาเพาะของน้าจะแปรผนั ตามอุณหภูมิดงั น้นั เวลาจะนามาคานวณจาเป็นตอ้ งใช้ ค่าเฉล่ีย เช่น ท่ีอณุ หภมู ิ 40°C ค่าความจุความร้อนจาเพาะ 4185 J/kg-K และท่ีอุณหภูมิ 60°C คา่ ความจุความ ร้อนจาเพาะ 4190 J/kg-K 4185+ 4190 = 4187.5J/kg/K 2 เพราะฉะน้นั ค่าความจุความร้อนจาเพาะเฉล่ีย = การหาคา่ ปริมาณความร้อนท่ีถา่ ยเท จากท่ีกล่าวมาแลว้ วา่ ปริมาณความร้อนท่ีถ่ายเทข้นึ อยกู่ บั ขนาดและชนิดของวตั ถุรวมถึงผลตา่ งของ อุณหภูมิจึงสามารถหาคา่ ความร้อนไดจ้ ากสูตร Q = mC (T2 – T1) เม่ือกาหนดให้ C = ความจุความร้อนจาเพาะของสาร (J/kg-K) m = มวลของสาร (kg) T2 = อณุ หภูมิสุดทา้ ยของสาร (K)

รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรู้หน่วยที่ ๓ หน่วยท่ี ๓ ช่ือวิชา. เทอรโ์ มไดนามิกส์ หนว่ ยที่ ๓ อณุ หภมู แิ ละความร้อน ชอ่ื หน่วย อณุ หภมู ิและความรอ้ น จำนวน ๖ ชั่วโมง T1 = อุณหภมู ิเดิมของสาร (K) Q = ปริมาณความร้อนถา่ ยเท (J) ตวั อย่างท่ี 3-4 อลมู ิเนียม 20 kg ร้อนจาก 30°C ถึง 95°C ถามวา่ ตอ้ งใชพ้ ลงั งานความร้อนเทา่ ไร วิธที า อลมู ิเนียม = 20 kg ความจุความร้อนจาเพาะโจทยไ์ มไ่ ดก้ าหนดใหแ้ ต่เมื่อดูจากตารางซ่ึงเป็นอลมู ิเนียม จะมีค่าความจุความร้อนจาเพาะ = 917 J/ kg- K อณุ ภูมิเริ่มตน้ T1 = 30 + 273 =303 K อุณภูมิสุดทา้ ย T2 = 95 + 273 =368 K จากสมการ Q = mC (T2 – T1) หรือ Q = mC  T = 20 Kg × 917 J/kg- K × (368-303 ) K = 1192100 J ถ่ายเทความร้อนเขา้ = 1192.1 kJ ตอบ ตัวอย่างที่ 3-5 เหลก็ 4 kg ใหค้ วามร้อนถ่ายเทเขา้ ไป 204 J ซ่ึงทาใหเ้ หลก็ ร้อนจาก 15°C ถึง 100°C ถามวา่ ค่าความจุความร้อนจาเพาะของเหลก็ เทา่ กบั เท่าไหร่ วธิ ีทา จากสมการ คอื Q = mC (T2 - T1 ) ดงั น้นั C = Q m(T2 - T1 ) เมื่อ Q = 204 J (เครื่องหมายเป็นบวกเมื่อถ่ายเทเขา้ ) m = 4 kg T2= 100+273 =373 K T1 = 15+273 =288 K

รหัสวชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรหู้ นว่ ยที่ ๓ หน่วยที่ ๓ ชื่อวิชา. เทอรโ์ มไดนามิกส์ ช่อื หน่วย อณุ หภูมิและความรอ้ น หน่วยที่ ๓ อุณหภูมิและความร้อน จำนวน ๖ ช่ัวโมง แทนคา่ ได้ C = 204 J 4 kg(373- 288)K = 0.6 J/kg-K ค่าความจุความร้อนจาเพาะของเหลก็ = 0.6 J/kg-K ตอบ ตวั อย่างที่ 3-6 ใหค้ วามร้อนน้ามวล 2 kg จากอุณหภูมิ 50°C ถึง 100°C เม่ือคา่ ความจุ ความร้อน จาเพาะของน้าท่ีอุณหภูมิ 50°C = 4187 J/kg-K และคา่ ความจุความร้อนจาเพาะของน้า ท่ีอุณหภมู ิ 100°C = 4195 J/kg-K จงหาคา่ ความร้อนท่ีใหก้ บั น้าจานวนน้ี วิธีทำ จากสมการ Q = mC (T2 – T1) มวลของน้า = 2 kg 4187+ 4195 ค่าความจุความร้อนจาเพาะเฉลี่ย = 2 = 4191 J/kg-K อุณภมู ิเร่ิมตน้ T1 = 50 + 273 =323 K อุณภูมิสุดทา้ ย T2 = 100 + 273 =373 K จากสมการ Q = mC (T2 – T1) = 2kg4191 J/kg-K(373-323 )K = 419100 J ถา่ ยเทความร้อนเขา้ = 419.1 KJ ตอบ สาหรับกรณีทีข่ องไหลบรรจอุ ยู่ในภาชนะ เมื่อของไหลบรรจุในภาชนะความร้อนท่ีถา่ ยเทจะตอ้ งถ่ายเทใหก้ บั ภาชนะและของไหลน้นั ดงั น้นั จึงตอ้ ง หาคา่ ความร้อนแต่ละอยา่ งแลว้ นามารวมกนั ความร้อนท่ีเกิดข้ึนท้งั หมด = ความร้อนท่ีเกิดข้ึนกบั ภาชนะ + ความร้อนท่ีเกิดข้ึนกบั ของไหล

รหสั วชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรูห้ น่วยที่ ๓ หนว่ ยท่ี ๓ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ หนว่ ยท่ี ๓ อณุ หภูมิและความร้อน ช่อื หน่วย อุณหภมู แิ ละความร้อน จำนวน ๖ ช่ัวโมง ตัวอย่างที่ 3-7 อีเธอร์มวล 9 kg บรรจุในภาชนะสงั กะสีมวล 5 kg อุณหภูมิเร่ิมตน้ 80°C ทาใหร้ ้อนถึง 100°C ตอ้ งใชค้ วามร้อนเทา่ ไหร่ วิธีทา จากสมการ Q = mC (T2 – T1) ความร้อนท่ีถ่ายเทใหก้ บั อีเธอร์ = 9 kg229 J/kg-K (373-353 )K Qอเี ธอร์ = 41220 J ความร้อนที่ถา่ ยเทใหก้ บั สงั กะสี = 5 kg394 J/kg-K (373-353 )K Qอเี ธอร์ = 39400 J ความร้อนท่ีถ่ายเทท้งั หมด = 80620 J Qรวม = 80.620 KJ ตอบ กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ (Law of Thermodynamics) เพือ่ ใหก้ ารศึกษาเก่ียวกบั การเปล่ียนแปลงของพลงั งานท่ีเก่ียวขอ้ งทางเทอร์โมไดนามิกส์ เขา้ ใจยง่ิ ข้ึนจึง สมควรศึกษาเกี่ยวกบั กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ โดยกฎขอ้ ที่ศูนยจ์ ะเก่ียวขอ้ งกบั อุณหภูมิและความร้อน กฎ ขอ้ ที่หน่ึงจะเก่ียวขอ้ งกบั พลงั งาน และกฎขอ้ ท่ีสองจะเกี่ยวขอ้ งกบั กลวตั รเครื่องจกั รทางความร้อน ซ่ึงจะแยก ศึกษารายละเอียดในแต่หน่วยท่ีสัมพนั ธ์กนั กฏขอ้ ท่ีศูนยข์ องเทอร์โมไดนามิกส์ (The ‘Zeroth’ law of Thermodynamics) กฏขอ้ ท่ีศนู ยข์ องเทอร์โมไดนามิกส์กลา่ ววา่ “เม่ือวตั ถุหรือระบบสองอยา่ งตา่ งก็มีอุณหภูมิเท่ากบั วตั ถุ หรือระบบอยา่ งที่สาม ดงั น้นั วตั ถุหรือระบบสองอยา่ งแรกจะตอ้ งมีอณุ หภูมิเทา่ กนั ดว้ ย” ซ่ึงถกู นามาใชเ้ ป็น หลกั การในการสร้างเทอร์โมมิเตอร์เพ่ือวดั หาคา่ อณุ หภมู ิของวตั ถุในขณะเดียวกนั กจ็ ะถกู นามาใชใ้ นหลกั การ ของการถ่ายเทความร้อน หรือเรียกวา่ หลกั การสมดุลยท์ างความร้อน เช่น วตั ถุ ก มีอณุ หภมู ิ 50°C ซ่ึงเท่ากบั วตั ถุ ค ซ่ึงมีอุณหภมู ิ 50°C และวตั ถุ ข ก็มีอุณหภูมิเทา่ กบั วตั ถุ ค ดงั น้นั อุณหภมู ิของวตั ถุ ก กจ็ ะเท่ากบั วตั ถุ ข คือ 50°C เช่นกนั ดงั รูปที่ 17 และในขณะเดียวกนั ถา้ วตั ถุ 2 อยา่ งมีอณุ หภมู ิตา่ งกนั เม่ือนามาวางสัมผสั กนั ก็ จะถ่ายเทความร้อนจนทาให้อณุ หภมู ิเท่ากนั ดงั รูปท่ี 18

รหัสวชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความร้หู นว่ ยที่ ๓ หนว่ ยท่ี ๓ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ หน่วยท่ี ๓ อณุ หภมู แิ ละความร้อน ชื่อหน่วย อณุ หภูมแิ ละความรอ้ น จำนวน ๖ ช่ัวโมง วตั ถุ วตั ก ถุ วตั ถุ ค ขรูปท่ี 3-4 แสดงความสมั พนั ธ์ทางอุณหภมู ิของวตั ถุ วตั ถุ วตั ถุ อุณหภมู ิ อณุ หภมู ิ 50  C 100  C วตั ถุ วตั ถุ อณุ หภูมิ อณุ หภมู ิ 75  C 75  C รูปที่ 3-5 แสดงหลกั การสมดุลยท์ างดา้ นความร้อน

แบบฝกึ เสริมทักษะหน่วยท่ี ๓ รหัสวชิ า ๓๐๑๐๑-๒๐๐๒ ชื่อวชิ า เทอร์โมไดนามกิ ส์ หนว่ ยที่ ๓ ชื่อหนว่ ย อุณหภมู แิ ละความรอ้ น หน่วยที่ ๓ อณุ หภูมแิ ละความร้อน จำนวน ๖ ชั่วโมง หนว่ ยที่ ๓ อณุ หภูมแิ ละความรอ้ น คาส่ัง ใหน้ กั ศึกษาคน้ ควา้ เก่ียวกบั เรื่องอุณหภมู ิและความร้อนทางอินเตอร์เน็ตคนละ 1 website โดยสรุป เน้ือหาคนละ 1 หนา้ และเลือกตวั แทนนาเสนอหนา้ ช้นั เรียน Website ทคี่ ้นคว้า................................................................................................................................ เนื้อหาท่ีสรุปและภาพประกอบ ช่ือ.........................................................................รหสั ประจาตวั .............................ห้อง.................... ช่ือ.........................................................................รหสั ประจาตวั .............................หอ้ ง.................... ชื่อ.........................................................................รหสั ประจาตวั .............................ห้อง....................

แบบฝึกเสริมทักษะหน่วยที่ ๓ รหสั วชิ า ๓๐๑๐๑-๒๐๐๒ ชื่อวิชา เทอรโ์ มไดนามกิ ส์ หนว่ ยท่ี ๓ ชื่อหน่วย อณุ หภมู แิ ละความร้อน หน่วยที่ ๓ อุณหภูมแิ ละความร้อน จำนวน ๖ ช่วั โมง หน่วยท่ี ๓ อณุ หภูมแิ ละความร้อน คาสั่ง จงแสดงวิธีทาเพือ่ ใหไ้ ดค้ าตอบท่ีถูกตอ้ งดา้ นล่างโจทยท์ ่ีกาหนดให้ 1.วตั ถชุ ิ้นหน่ึง มีอณุ หภูมิเท่ากบั 50 K ถามวา่ มีอณุ หภูมิเท่ากบั กี่องศาเซลเซียส 2. วตั ถุชิ้นหน่ึง มีอณุ หภูมิเทา่ กบั 20 K ถามวา่ มีอุณหภมู ิเท่ากบั ก่ีองศาแรงคนิ 3. วตั ถุชิ้นหน่ึง มีอุณหภมู ิเท่ากบั 50 R ถามวา่ มีอณุ หภูมิเท่ากบั ก่ีองศาฟาเรนไฮน์ 4. เหลก็ กลา้ 20 kg ความจุความร้อนจาเพาะ 480 J /kg/K ร้อนจาก 50 °C ถึง 90°C ถามวา่ ตอ้ งใช้ ความร้อนเท่าไหร่ 5. ดีบกุ 50 kg ร้อนจาก 30 °C ถึง 70°C ถามวา่ ตอ้ งใชค้ วามร้อนเท่าไหร่ 6. เบนซินมวล 10 kg บรรจุในภาชนะทองแดงมวล 3 kg อุณหภูมิเร่ิมตน้ 50 °C ทาใหร้ ้อนจนถึง 100 °C ตอ้ งใชค้ วามร้อนเทา่ ไหร่ 7. น้ามวล 3 kg เปล่ียนแปลงอณุ หภมู ิจาก 110 °C เป็น 60 °C เม่ือคา่ ความจุความร้อนจาเพาะของน้า ที่ 60 °C = 4182 J/kg-K และค่าความจุความร้อนจาเพาะของน้าที่ 110 °C = 4199 J/kg-K จงหาค่าความร้อนที่ ถ่ายเท 8. น้ามวล 5 kg บรรจุในภาชนะทองเหลืองมวล 8 kg เปล่ียนแปลงอุณหภมู ิจาก 120 °C เป็น 150 °C เม่ือคา่ ความจุความร้อนจาเพาะของ น้าท่ี 120 °C = 4210 J/kg-K และคา่ ความจุความร้อนจาเพาะของน้าที่ 150 °C = 4215 J/kg-K จงหาคา่ ปริมาณความร้อนท่ีถ่ายเทท้งั หมด