10ความร้อนและทฤษฎีจลน์ของแก๊ส

สื่อการสอนวิชาฟิสิกส์
เรื่อง ความร้อน สมบัติแก๊ส
และทฤษฎีจลน์
โดย นายวิรุฬห์ พรมมากุล ครู คศ.1
โรงเรียนโนนแดงวิทยาคม อ.บรบือ
จังหวัดมหาสารคาม
สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษา 26
Thursday, August 28, 14 1

พลังงานความร้อน
‣ความร้อนเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่สามารถถ่ายเท
จากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปต่ำ
‣เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานรููปอื่น
‣พลังงานความร้อนมีหน่วยเป็น จูล (J) ในระบบ SI
‣ 1 cal = 4.185 J
By : WIROON PROMMAKOON

อุณหภูมิ
‣การวัดค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์ของอนุภาคใน
สสารใดๆ ซึ่งสอดคล้องกับความร้อนหรือเย็นของ
สสารนั้น
‣เทอร์โมมิเตอร์
‣จุดเดือด
‣จุดหลอมเหลว By : WIROON PROMMAKOON

ชนิดของเทอร์โมมิเตอร์
ชนิด สเกล จุดเยือกแข็ง จุดเดือด
แบบเซลเซียส 100 0 ํC 100 ํC
แบบฟาเรนไฮต์ 180 32 ํF 212 ํF
แบบโรเมอร์ 80 0 ํR 80 ํR
แบบเคลวิน 100 273 K 373 K

สูตร
‣จำดีๆนะ
‣ความจุความร้อน (C)
‣ความจุความร้อนจำเพาะ (c)

ความร้อนแฝง
‣ความร้อนแฝงจำเพาะ (L)
‣การเปลี่ยนสถานะของสาร
ของแข็ง ของเหลว แก๊ส
การระเหิด
การตกสะสม
การหลอมเหลว
การแข็งตัว
การกลายเป็นไอ
การควบแน่น

สมดุลทางความร้อน
0 ํC 0 ํC 100 ํC 100 ํC
น้ำแข็ง น้ำ น้ำ ไอน้ำ
Q1 Q2 Q3
ΣQ = Q1 + Q2 + Q3
ΣQ = mLน้ำแข็ง + mcΔT + mLไอน้ำ

สมดุลทางความร้อน
อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิสูง
Tผสม Qเพิ่ม Qลด
อุณหภูมิผสม
Qลด = Qเพิ่ม

ตัวอย่างที่ 1
‣จงหาพลังงานความร้อนที่ทำให้เหล็กมวล 200
กรัม ที่อุณหภูมิ 20 ํC สูงขึ้นเป็น 60 ํC กำหนดให้
ความจุความร้อนของเหล็ก = 450 J/kg.K

‣ให้พลังงานความร้อนแก่ตะกั่ว 252 J ถ้าตะกั่วมี
มวล 1 kg จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใด กำหนดให้
ความจุความร้อนจำเพาะตะกั่ว = 126 J/kg.K

‣ให้พลังงานความร้อนขนาด 3,000 J กับท่อน
เหล็กหนึ่ง ปรากฎว่าเหล็กมีอุณหภูมิสูงขึ้นจาก
30 ํC เป็น 80 ํC จงหามวลของวัตถุก้อนนี้
กำหนดให้ความจุความร้อนจำเพาะ =0.5 J/kg.K

‣ยิงกระสุนปืนทองแดงกระทบเป้าด้วยความเร็ว
385 m/s กระสุนหยุดทันทีที่ชน ถ้า 3/4 ของ
พลังงานจลน์เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน จงหา
ว่ากระสุนมีอุณหภูมิเพิ่มเป็นเท่าใด กำหนดให้ค่า
ความจุความร้อนจำเพาะ = 0.385 kJ/kg.K

‣น้ำแข็งมวล 5 kg เปลี่ยนเป็นน้ำทั้งหมดที่ 0 ํC
ต้องใช้พลังงานความร้อนเท่าใด กำหนดให้ความ
ร้อนแฝงของการหลอมเหลว = 333 kJ/kg

‣ถ้าจะทำให้น้ำ 100 ํC มวล 5 kg เปลี่ยนเป็นไอ
น้ำหมดที่ 100 ํC ต้องใช้ความร้อนเท่าใด ความ
ร้อนแฝงจำเพาะของการกลายเป็นไอน้ำ 2256
kJ/kg

‣ให้พลังงานความร้อนแก่น้ำแข็ง มวล 2 kg เป็น
ปริมาณเท่าใด เพื่อทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง 1.5
kg ให้ความร้อนแฝงจำเพาะของน้ำแข็ง 336 kJ/
kg

‣จงหาปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำแข็งมวล 100
g อุณหภูมิ 0 ํC กลายเป็นน้ำมวล 100 g
อุณหภูมิ 10 ํC กำหนดให้ความจุความร้อน
จำเพาะของน้ำ 4,200 J/kg.K ความร้อนแฝงของ
การหลอมเหลว 333 kJ/kg

สมบัติของแก๊ส
‣แก๊สในอุดมคติ (Idea Gas)

กฎของแก๊สจากการทดลอง
‣กฎของบอยล์ “เมื่ออุณหภูมิคงตัว ปริมาตรจะ
แปรผกผันกับความดัน”
‣ไ

‣กฎของชาร์ล “เมื่อความดันคงตัว ปริมาตรจะ
แปรผันตรงกับอุณหภูมิ

‣กฎของเกย์-ลููสแซก “เมื่อปริมาตรคงตัว ความดัน
จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ”

สูตรที่ใช้ในการคำนวณ
การคำนวณแก๊สสภาวะเดียว
การคำนวณแก๊สสองสภาวะ

สูตรที่ใช้ในการคำนวณ
‣R = ค่านิจของแก๊ส 8.31 J/mol.K
‣N0 = เลขอาโวกาโดร 6.02 x 10-23 โมเลกุล
‣kb = ค่านิจของโบลต์ซมันน์ 1.38 x 10-23 J/K
‣ที่สภาวะ SPT แก๊ส 1 mol มีปริมาตร 22.4 l
มีอุณหภูมิ 0 ํC หรือ 273 K

‣อากาศปริมาตร 2 ลบ.ฟุต อุณหภูมิ 17 ํC
เคลื่อนผ่านพื้นผิวที่มีอุณหภูมิ 77 ํC ความดันไม่
เปลี่ยนแปลง ปริมาตรของอากาศจะกลายเป็นกี่
ลบ.ฟุต

การถ่ายเทความร้อน
‣การนำความร้อน
‣การพาความร้อน
‣การแผ่รังสีความร้อน

‣ลูกแซคเป็นเครื่องดนตรีชนิดหนึ่งที่ใช้เขย่าเป็น
จังหวะ การเขย่าลูกเเซคอุณหภูมิภายในเป็น
อย่างไร

‣แท่งเหล็กมวล 5 kg และ 10 kg จะมีค่าความ
ร้อนและค่าความจุความร้อนเท่ากันหรือไม่
อย่างไร

‣ความดันในภาชนะปิดอันหนึ่งเป็น 8 x 105 N/
m2 ที่อุณหภูมิ 27 ํC ถ้าเพิ่มอุณหภูมิขึ้นอีก
900 ํC ความดันในระบบจะเป็นเท่าใด

‣แก๊สชนิดหนึ่งมีปริมาตร 1 x 103 m3 ที่ 27 ํC
ความดัน 1 atm ขยายตัวจนมีปริมาตร 1.5 x
10-3 m3 ความดันเป็น 1.1 atm จงหาอุณหภูมิ
สุดท้ายของแก๊สว่าเป็นกี่ ํC

‣ที่ 0 ํC ความดัน 1 atm อากาศ 1 ลิตร มีมวล
1.29 g และที่อุณหภูมิ 27 ํC ความดัน 2 atm
อากาศมวล 2.73 g จะมีปริมาตรกี่ลิตร

การผสมแก๊ส
PรวมVรวม=P1V1+P2V2+...
nรวมTรวม=n1T1+n2T2+...

‣แก๊สฮีเลียมบรรจุในถังสองใบซึ่งเชื่อมต่อกันผ่าน
วาล์ว ถังแรกมีความดัน 2 atm ปริมาตร 10
ลิตร ถังที่สองมีความดัน 3 atm ปริมาตร 15
ลิตร ถ้าเปิดวาล์วให้แก๊สรวมกัน โดยไม่มีการ
ถ่ายเทความร้อนจากนอกระบบความดันของแก๊ส
ผสมกี่บรรยากาศ

‣ภาชนะ 2 ลิตร บรรจุแก๊ส CO2 มีความดัน 20.5
atm ที่อุณหภูมิ -23 ํC มีกี่โมล

‣แก๊ส A 1 mol กับแก๊ส B 1 mol บรรจุในกล่อง
เดียวกันซึ่งมีปริมาตร 1 m3 โดยไม่ทำปฏิกิริยา
กันที่ 27 ํC ความดันแก๊สในกล่องเป็นเท่าใด

‣แก๊ส N2 จำนวน 4.8 x 1024 โมเลกุล บรรจุใน
ภาชนะ 67.2 ลิตร ที่ 0 ํC มีความดันเท่าใด

ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
1. แก๊สประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก ทุก
โมเลกุลมีลักษณะเป็นก้อนกลมที่มีขนาดเท่ากัน มี
ความยืดหยุ่นสูง
2. ถือว่าปริมาตรรวมของโมเลกุลทุกตัวน้อยมาก
เมื่อเปรียบเทียบกับปริมาตรของแก๊สทั้งภาชนะ

ทฤฎีจลน์ของแก๊ส
3. ไม่มีแรงใดๆ กระทำต่อโมเลกุลไม่ว่าจะเป็นแรง
ผลักหรือแรงดึงดูด หรือแม้กระทั่งแรงโน้มถ่วงของ
โลกที่กระทำต่อโมเลกุลด้วย
4. การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเป็นแบบสุ่ม ซึ่งหมาย
ถึงว่าโมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ได้สะดวกทุกทิศทาง

‣เหตุใดแก๊สจึงฟุ้งกระจายเต็มภาชนะที่บรรจุ และ
สามารถบีบอัดให้มีปริมาตรน้อยลงกว่าเดิมได้มาก

‣เมื่ออัดแก๊สให้มีปริมาตรลดลง ความดันแก๊สจะ
เพิ่มขึ้นเพราะเหตุใด

อัตราเร็วในโมเลกุลแก๊ส

‣จงหาอัตราเร็วของโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจน H2 ที่
อุณหภูมิ 27 ํC

‣จงหา Vrms ของโมเลกุลของแก๊สออกซิเจน O2 ที่
มีอุณหภูมิ 300 K

‣อัตราเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลไฮโดรเจนเท่ากับ 400
m/s ที่ 27 ํC ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนเป็น 927 ํC
อัตราเร็วจะเป็นเท่าใด

พลังงานจลน์โมเลกุลแก๊ส
Ekรวม = NEk

‣บรรจุแก๊สในถังที่มีปริมาตร 0.2 m3 ที่ความดัน
104 N/m2 ภายใต้ระบบภาวะนี้แก๊สมี 0.6 x
1022 โมเลกุล อยากทราบว่าพลังงานจลน์เฉลี่ย
ของแต่ละโมเลกุลแก๊สมีค่าเท่าใด

‣พลังงานจลน์ของแก๊ส 1 mol ที่อุณหภูมิ 27 ํC
มีค่ากี่จูล

‣ณ อุณหภูมิ 37 ํC แก๊สชนิดหนึ่ง 2 mol จะมี
พลังงานเท่าใด

‣จงหาพลังงานจลน์เฉลี่ยที่อุณหภูมิ 30 ํC

พลังงานภายในระบบ
‣ = งานเนื่องจากการขยายตัวของแก๊ส
‣ = พลังงานภายในที่เพิ่มขึ้น

‣จงหาพลังงานภายในระบบแก๊สไฮโดรเจน เมื่อ
‣ปริมาณ 2 mol ที่ 27 ํC
‣ปริมาตร 10 ลิตรความดัน 2 x 105 Pa

‣พลังงานภายในของแก๊สฮีเลียม 10 mol จะ
เปลี่ยนไปเท่าใด เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 20 ํC

‣แก๊สในกระบอกสูบรับความร้อนจากภายนอก
142 J ขณะที่แก๊สขยายตัวมันทำงานบนระบบ
ภายนอก 160 J พลังงานจลน์ภายในของแก๊สนี้
เพิ่มขึ้นหรือลดลงเท่าใด และอุณหภูมิแก๊สเพิ่มขึ้น
หรือลดลง

‣อัดแก๊สในกระบอกสูบด้วยความดันคงที่ 1 x 105
N/m2 ทำให้ปริมาตรลดลง 0.004 m3 ถ้า
พลังงานภายในระบบของแก๊สคงที่ จงหาพลังงาน
ความร้อนที่เกิดขึ้น

จบเนื้อหา
เรียนเรื่องต่อไปกันเลย

10ความร้อนและทฤษฎีจลน์ของแก๊ส

More Related Content

What's hot

Similar to 10ความร้อนและทฤษฎีจลน์ของแก๊ส

10ความร้อนและทฤษฎีจลน์ของแก๊ส