พลังงานความร้อน

วันจันทร์นี้ ครูไม่อยู่ให้นักเรียนชั้น ม.5/1 ทำรายงานใน blogger นะครับ หัวข้อ 

ความร้อน
-พลังงานความร้อน
-พลังงานความร้อนกับการเปลี่ยนสถานะของสาร
-สมดุลความร้อน

-การถ่ายเทความร้อน
-สมบัติของแก๊สในอดมคติ
-กฎของบอยด์(Robert Boyle)
-กฎของชาร์ล(Charles’s law)
-กฎของเกย์-ลูกแซก(Gay-Lussac’s law)
-แบบจำลองของแก๊ส
-ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
-การหาอุณหภูมิผสมและความดันผสมจากทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
-พลังงานภายในระบบ
-การประยุกต์
-ตัวอย่างการคำนวณ

พลังงานความร้อน

การถ่ายโอนพลังงานความร้อน

การถ่ายโอนพลังงานความร้อน เป็นการถ่ายเทพลังงานความร้อนระหว่างที่สองแห่งที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน วิธีการถ่ายโอน พลังงานความร้อนแบ่งได้เป็น 3 วิธี ดังนี้
1. การถ่ายโอนความร้อนโดยการนำความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของวัตถุจากตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ตำแหน่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่วัตถุที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนความร้อนไม่ได้เคลื่อนที่ เช่น การนำแผ่นอะลูมิเนียมมาเผาไฟ โมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียมที่อยู่ใกล้เปลวไฟจะร้อนก่อนโมเลกุลที่อยู่ไกลออกไป เมื่อได้รับความร้อนจะสั่นมากขึ้นจึงชนกับโมเลกุลที่อยู่ติดกัน และทำให้โมเลกุลที่อยู่ติดกันสั่นต่อเนื่องกันไป ความร้อนจึงถูกถ่ายโอนไปโดยการสั่นของโมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียม
โลหะต่างๆ เช่น เงิน ทอง อะลูมิเนียม เหล็ก เป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ดี จึงถูกนำมาทำภาชนะในการหุงต้มอาหาร วัตถุที่นำความร้อนไม่ดีจะถูกนำมาทำฉนวนกันความร้อน เช่น ไม้ พลาสติก แก้ว กระเบื้อง เป็นต้น
2. การถ่ายโอนความร้อนโดยการพาความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยวัตถุที่เป็นตัวกลางในการพาความร้อนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับความร้อนที่พาไป ตัวกลางในการพาความร้อนจึงเป็นสารที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่าย ได้แก่ ของเหลวและแก๊ส ลมบกลมทะเลเป็นการเคลื่อนที่ของอากาศที่พาความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่ง การต้ม การนึ่ง และการทอดอาหารเป็นการทำให้อาหารสุกโดยการพาความร้อน
3. การถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง เช่น การแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก การแผ่รังสีความร้อนจากเตาไฟไปยังอาหารที่ปิ้งย่างบนเตาไฟ เป็นต้น

สมดุลความร้อน
สมดุลความร้อน หมายถึง ภาวะที่สารที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน และถ่ายโอนความร้อนจนกระทั่งสารทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน (และหยุดการถ่ายโอนความร้อน) เช่น การผสมน้ำร้อนกับน้ำเย็นเข้าด้วยกัน น้ำร้อนจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนให้กับน้ำเย็น และเมื่อน้ำที่ผสมมีอุณหภูมิเท่ากัน การถ่ายโอนความร้อนจึงหยุด

การดูดกลืนความร้อนของวัตถุ
วัตถุทุกชนิดสามารถดูดกลืนพลังงานรังสี การดูดกลืนพลังงานรังสีของวัตถุเรียกว่า "การดูดกลืนความร้อน" จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์พบว่า วัตถุที่มีผิวนอกสีดำทึบหรือสีเข้ม จะดูดกลืนความร้อนได้ดี วัตถุที่มีผิวนอกสีขาวหรือสีอ่อนจะดูดกลืน ความร้อนได้ไม่ดี
ในทำนองตรงกันข้าม วัตถุที่มีความร้อนทุกชนิดสามารถคายความร้อนได้เช่นกัน โดยวัตถุที่มีผิวนอกสีดำจะคายความร้อนได้ดี และวัตถุที่มีผิวนอกขาวจะคายความร้อนได้ไม่ดี
ในชีวิตประจำวันใช้ประโยชน์จากสมบัติของการดูดกลืนความร้อนและการคายความร้อนของวัตถุในการเลือกสีทาอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ เช่น ชุดนักดับเพลิงมีสีสว่างและแวววาวเพื่อไม่ให้รับพลังงานความร้อนมากเกินไป บ้านเรือนที่อยู่อาศัยในเขตร้อนนิยมทาด้วยสีขาว เป็นต้น

การขยายตัวของวัตถุ
วัตถุบางชนิดจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนและจะหดตัวเมื่อคายความร้อน การขยายตัวของวัตถุเป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัตถุ อัตราส่วนระหว่างขนาดของวัตถุที่เปลี่ยนแปลงไปกับขนาดเดิมของวัตถุต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง เรียกว่า "สัมประสิทธิ์ของการขยายตัว" วัตถุใดที่มีสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวมากจะขยายตัวได้มากกว่าวัตถุที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวน้อย เช่น ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส และความดันบรรยากาศเดียวกัน สังกะสี ตะกั่ว อะลูมิเนียม จะขยายตัวได้มากไปน้อย ตามลำดับ
ความรู้เรื่องการขยายตัวของวัตถุเมื่อได้รับความร้อนถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เช่น การเว้นรอยต่อของรางรถไฟ การเว้นช่องว่างของหัวสะพาน การประดิษฐ์เทอร์มอมิเตอร์ และการติดตั้งเทอร์มอสแตตไฟฟ้า เพื่อใช้ควบคุมระดับอุณหภูมิของเครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น

การเลี้ยวเบนของคลื่น

การบ้าน 5/1 ให้ส่งเว็บบล็๋อก หัวข้อต่อไปนี้นะครับ
------------------------
คลื่นกล
-การจำแนกคลื่นกล
-คลื่นกับการส่งผ่านพลังงาน
-คลื่นบนเส้นเชือกและผิวน้ำ
-ส่วนประกอบของคลื่น
-อัตราเร็วของคลื่น
-การบอกตำแหน่งของการเคลื่อนที่แบบคลื่น
-ถาดคลื่น

-หน้าคลื่น
-คลื่นดลและคลื่นต่อเนื่อง
-การซ้อนทับของคลื่น
-สมบัติของคลื่น
-สมบัติของคลื่น
-การสะท้อนของคลื่น
-การหักเหของคลื่น
-การแทรกสอดของคลื่น
-คลื่นนิ่ง
-การสั่นพ้อง
-การเลี้ยวเบนของคลื่น

การเลี้ยวเบนของคลื่น

การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave)

        การเลี้ยวเบนของคลื่นเกิดขึ้นได้ เมื่อคลื่นจากแหล่งกำเนิดอาพันเดินทางไปพบสิ่งกีดขวางที่มีลักษณะเป็นขอบหรือช่องที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น ทำให้คลื่นเคลื่อนที่เลี้ยวผ่านสิ่งกีดขวางไปได้ ซึ่งอธิบายได้โดยใช้หลักของฮอยเกนส์  ซึ่งกล่าวไว้ว่า "ทุก ๆ จุกบนหน้าคลื่นอาจถือได้ว่าเป็นจุดกำเนิดคลื่นใหม่ที่ให้คลื่นความยาวคลื่นเดิมและเฟสเดียวกัน"  ดังแสดงในสถานการณ์จำลอง ดังนี้

                                                        รูปแสดง หลักของฮอยเกนส์

 รูป แสดงการเลี้ยวเบนผ่านช่องเดี่ยวที่มีขนาดของช่องต่างกัน (คลิกเมาส์ที่รูป ดูการเลี้ยวเบนผ่านช่อง)

รูปข้างล่าง แสดงการเลี้ยวเบนของคลื่นผ่านช่องขนาดต่าง ๆ  กัน
	รูป แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น  ( d>>λ )
	รูป  แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่น  ( d>λ )
	รูป  แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น   ( d~λ )
	รูป  แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่น  ( d<λ )

      
รูป แสดงการเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวาง(คลิกเมาส์ที่รูป ดูการเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวาง)


รูป แสดงการเลี้ยวเบนผ่านขอบ ( คลิกเมาส์ที่รูป ดูการเลี้ยวเบนผ่านขอบ )
 

สมบัติของแสงเชิงกายภาพ (แสงเชิงฟิสิกส์)การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว (single slit)        การเลี้ยวเบนของแสงเกิดขึ้นได้ เมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์เดินทางผ่านช่องแคบที่มีขนาดเล็กใกล้เคียงกับความยาวคลื่นแสง ทุกๆ จุดบนช่องเดี่ยวจะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงใหม่ ตามหลักของฮอยเกน แสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหม่จะเกิดการซ้อนทับกันบนฉาก ทำให้เราเห็นเป็นแถบมืดและแถบสว่าง ดังรูป จากการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์จะได้ว่า  เงื่อนไขสำหรับการหาแถบมืดใดๆ คือ                       ใช้เมื่อมีมุมเข้ามาเกี่ยวข้อง                       ใช้เมื่อรู้ค่า D  หรือค่า x a = ความกว้างของช่องสลิต (เมตร) q = มุมที่เบนไปจากแนวกลาง n = จำนวนเต็มบวก ( 1, 2, 3, .... )l =  ความยาวคลื่นแสง (เมตร) x =  ระยะจากกึ่งกลางของแถบสว่างกลางถึง กึ่งกลางของแถบมืดที่ n ใด ๆ D = ระยะจากช่องเดี่ยวถึงฉาก (เมตร) ถ้าเราแบ่งช่องเดี่ยวออกเป็นสองส่วนเท่าๆ กัน คือครึ่งบนและครึ่งล่าง แสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหม่ครึ่งบนจะทำให้เกิดแถบมืดแถบสว่างด้านบนของแถบสว่างกลาง และแสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหม่ครึ่งล่างจะทำให้เกิดแถบมืดแถบสว่างด้านล่างของแถบสว่างกลาง จากรูป แสดงการเลี้ยวเบนผ่านช่องเดี่ยวที่มีความกว้างต่างกัน