More Related Content
Similar to ใบความรู้ (20)
ใบความรู้
- 1. ใบความรู้
เรื่อง พลังงาน
พลังงานมีหลายรูปแบบ ได้แก่พลังงานกล พลังงานเคมี พลังงานความร้อน พลังงานไฟฟ้ า
พลังงานจากการแผ่รังสี และพลังงานนิวเคลียร์
จาแนกได้ 2 กลุ่ม ได้แก่
1. พลังงานศักย์ เป็นพลังงานที่ถูกเก็บสะสมไว้ ในวัตถุต่าง ๆ เนื่องจากการเปลี่ยนตาแหน่งของวัตถุ
หรือในอะตอมและโมเลกุลของวัตถุ
2. พลังงานจลน์ เป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลของสารและวัตถุต่าง ๆ
พลังงานศักย์ พลังงานจลน์
พลังงานเคมี คือ
พลังงานที่ถูกเก็บสะสมไว้ในพันธะระหว่างอะตอมหรือโม
เลกุลของสาร เช่นปิโตรเลียม แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน
อาหาร และมวลชีวภาพ เป็นต้น
พลังงานจากการแผ่รังสี คือ
พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกจากแหล่
งกาเนิดพลังงาน เช่น ดวงอาทิตย์
เครื่องส่งสัญญาณวิทยุ
หลอดไฟฟ้าและต้นกาเนิดเลเซอร์ เป็นต้น
พลังงานนิวเคลียร์ คือ
พลังงานที่ถูกสะสมไว้ในนิวเคลียสของอะตอม
ซึ่งเป็นพลังงานที่ยึดเหนี่ยวให้โปรตอนและนิวตรอนอยู่รว
มกันเป็นนิวเคลียส
พลังงานความร้อน
เป็นพลังงานของการสั่นและการเคลื่อนที่ของอะต
อม หรือโมเลกุลของวัตถุ
วัตถุที่ได้รับพลังงานความร้อน จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น
อะตอมหรือโมเลกุลของวัตถุจะมีการเคลื่อนที่และ
สั่นมากขึ้น
พลังงานไฟฟ้ า เป็นพลังงานที่ถูกเก็บสะสมไว้
เนื่องจากการเปลี่ยนตาแหน่งของประจุในสนามไฟฟ้า
พลังงานกลเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวัตถุ เช่น
การแกว่งของลูกตุ้มนาฬิกา
ขณะที่ลูกตุ้มเคลื่อนที่ลงอัตราเร็วของลูกตุ้มจะมีค่า
เพิ่มขึ้น พลังงานจลน์ของลูกตุ้มจะมีค่าเพิ่มขึ้น
พลังงานกล
เนื่องจากการเปลี่ยนตาแหน่งของวัตถุในสนามโน้มถ่วง
- 2. หรือ เรียกว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง
เนื่องจากการบีบอัดหรือยืดออกของวัตถุ เรียกว่า
พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
เป็นพลังงานที่ถูกเก็บสะสมไว้ในวัตถุ
เช่นการแกว่งของลูกตุ้มนาฬิกา
แหล่งพลังงาน แบ่งออกเป็น 2ประเภท
1. แหล่งพลังงานสิ้นเปลืองเป็นแหล่งพลังงานที่นามาใช้แล้วหมดไป ไม่สามารถทาให้เกิดขึ้นใหม่ได้
ได้แก่เชื้อเพลิงซากดึกดาบรรพ์ และเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
- เชื้อเพลิงซากดึกดาบรรพ์ เช่น น้ามันดิบและแก๊สธรรมชาติ
ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักของประเทศไทย นอกจากนี้ยังรวมถึงถ่านหินและหินน้ามัน
- เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เช่นแร่ยูเนียม ใช้เป็นแหล่งพลังงานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
2. แหล่งพลังงานหมุนเวียนเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถทาให้เกิดขึ้นใหม่
หรือหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่ได้ เช่น เชื้อเพลิงมวลชีวภาพ พลังน้า ความร้อนใต้พิภพ พลังลม
และแสงอาทิตย์ เป็นต้น
- เชื้อเพลิงมวลชีวภาพ ได้จากวัสดุอินทรีย์ต่าง ๆเช่น
สิ่งปฏิกูลจากการเลี้ยงสัตว์หรือขยะจากอาคาร บ้านเรือน เป็นต้น
- พลังน้าเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ถูกใช้ผลิตไฟฟ้ามากที่สุด
โดยอาศัยเครื่องกาเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับแกนของกังหันที่มีขนาดใหญ่มาก ๆ
- ความร้อนใต้พิภพ เป็นแหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นภายในแกนโลก และถูกส่งผ่านออกมายังชั้นต่าง
ๆ ของเปลือกโลก ทาให้เกิดบ่อน้าร้อน น้าพุร้อน และบ่อโคลนเดือด เป็นต้น
- พลังลม สามารถนามาผลิตไฟฟ้าได้โดยใช้กังหันลม
- แสงอาทิตย์ เป็นพลังงานจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า เช่น
แสงที่เรามองเห็น รังสีอินฟราเรดที่ทาให้เรารู้สึกร้อน และรังสีอื่น ๆ
ในปัจจุบัน มีการนาไฮโดรเจนมาใช้เป็นแหล่งพลังงาน
แต่ในธรรมชาติไฮโดรเจนจะรวมกับธาตุอื่นเสมอ เช่น น้า(𝐻2 𝑂)
- 3. เราสามารถแยกไฮโดรเจนออกจากน้าโดยกระบวนการแยกสลายด้วยไฟฟ้า สาหรับมีเทน (𝐶𝐻4)
ซึ่งเป็นแก๊สเรือนกระจก เราสามารถแยกไฮโดรเจนออกจากมีเทนโดยวิธีการเปลี่ยนรูปด้วยไอน้า
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นคือ 𝐶𝐻4+𝐻2 𝑂→𝐶𝑂+3𝐻2 โดยใช้อุณหภูมิ 700-1000 องศาเซลเซียล
นอกจากนี้ยังสามารถผลิตไฮโดรเจนได้จากแบคทีเรีย เช่น แบคทีเรียในสกุล คลอสทริเดียม
ที่มีเอนไซม์ไฮโดรจีเนส และแบคทีเรียในสกุล โรโดแบคเตอร์ ที่มีเอนไซม์ไนโทรจีเนส
ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ แต่การผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมาก ๆ
ปัจจุบันนี้ยังได้จากการแยกไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงซากดึกดาบรรพ์เป็นแหล่งสาคัญ
การใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานมีอยู่ 2 แบบ ได้แก่การใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง เช่น
กระสวยอวกาศ ใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงในการส่งยานขึ้นสู่วงโคจร และการใช้ไฮโดรเจนผลิตไฟฟ้า
ด้วยการรวมไฮโดรเจนกับออกซิเจนจากอากาศภายในเซลล์เชื้อเพลิง ทาให้ได้น้าและพลังงานไฟฟ้า
นาไปขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า
ไฮโดรเจนให้พลังงานต่อมวลมากกว่าน้ามันประมาณ 3 เท่า แต่ไฮโดรเจนเกิดการระเบิดได้ง่าย
จึงไม่ควรใช้ไฮโดรเจนกับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ามันเชื้อเพลิง
การถ่ายโอนพลังงาน
พลังงานสามารถถูกถ่ายโอนได้ด้วยวิธีต่าง ๆ ดังนี้
1. งาน เป็นการถ่ายโอนพลังงานเนื่องจากแรงที่กระทาต่อวัตถุ เช่น
การเตะลูกบอลให้ลอยออกไปในอากาศ แรงที่กระทากับลูกบอลนั้น จะทาให้อัตราเร็ว
และตาแหน่งความสูงของลูกบอลเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งงานที่เกิดขึ้นนี้
จะถูกถ่ายโอนกลายเป็นพลังงานกลของวัตถุนั้น
2. การถ่ายโอนความร้อน เป็นการถ่ายโอนพลังงานระหว่างวัตถุหรือบริเวณที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน
ซึ่งค่าของอุณหภูมิมีความสัมพันธ์กับการสั่น และการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลของวัตถุ
3. การส่งไฟฟ้ า เป็นการถ่ายโอนพลังงานโดยอาศัยการเคลื่อนที่ของประจุ
ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้ส่งพลังงานไปยังบ้านเรือน โรงงาน และสถานที่อื่น ๆ
- 4. 4. คลื่นกลเป็นการถ่ายโอนพลังงานโดยการรบกวนตัวกลาง ทาให้เกิดคลื่นแผ่ออกไป ดังนั้น
คลื่นกลจึงต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่นคลื่นน้า
5. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า
เป็นการถ่ายโอนพลังงานโดยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
ซึ่งไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น แสง ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุ
ใบความรู้
เรื่อง คลื่นกล
คลื่นกลเกิดจากการสั่นของแหล่งกาเนิดคลื่น หรือเกิดจากการถูกรบกวนของตัวกลาง เช่น
เสียงเกิดจากการสั่นของเส้นเสียงหรือสายของเครื่องดนตรีต่าง ๆ คลื่นน้าที่เกิดจากการโยนก้อนหินลงไปในน้า
เราสามารถนาพลังงานจากคลื่นในทะเลมาใช้ประโยชน์ได้ พลังงานกลที่ถูกถ่ายโอนผ่านคลื่นในทะเล
ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า
โดยอาศัยการเคลื่อนที่ของทุ่นที่ลอยอยู่บนผิวน้าไปหมุนแกนของเครื่องกาเนิดไฟฟ้า ทาให้ได้พลังงานไฟฟ้า
คลื่นกล(Mechanical waves)
-อาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน เช่น คลื่นในเส้นเชือกคลื่นผิวน้า คลื่นเสียง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า(Electromagnetic waves)
-ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์ รังสียูวี
ประเภทของคลื่นกล โดยใช้ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคเป็นเกณฑ์
แบ่งได้ 2ประเภท
1. คลื่นตามขวาง(Transverse Wave)
- 6. คาบ (Period) คือ ช่วงเวลาในการสั่น 1 รอบของอนุภาค มีหน่วยเป็นวินาที แทนด้วย T
𝑇 =
1
𝑓
ความถี่(Frequency) คือ จานวนรอบที่อนุภาคสั่นใน 1 วินาที มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที หรือหรือ เฮิรตซ์ (Hertz,
Hz) แทนด้วย โดยที่คาบและความถี่มีความสัมพันธ์ดังนี้
𝑓 =
1
𝑇
สมบัติของคลื่น
เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง คลื่นจะเกิดการสะท้อน การหักเห การเลี้ยวเบน หรือการแทรกสอด
ขึ้นอยู่กับลักษณะของสิ่งกีดขวางนั้น พฤติกรรมเหล่านี้ของคลื่น เรียกว่า สมบัติของคลื่น
1. การสะท้อน
การสะท้อน เป็นปรากฏการณ์ที่ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเปลี่ยนแปลงกลับสู่ตัวกลางเดิม
เมื่อพบสิ่งกีดขวางหรือแนวรอยต่อระหว่างตัวกลาง 2 ตัวกลาง ที่มีความแตกต่างกัน
- 10. เมื่อแหล่งกาเนิดเสียงสั่น พลังงานของการสั่นจะถูกถ่ายโอนให้แก่โมเลกุลของอากาศที่อยู่รอบ ๆ
โดยการชนระหว่างโมเลกุล
เมื่อพิจารณาแนวการถ่ายโอนพลังงานของคลื่นเสียงกับแนวการสั่นของโมเลกุลของอากาศซึ่งเป็นโมเลกุลของตั
วกลางแล้ว จะพบว่าอยู่ในแนวเดียวกัน ดังนั้น คลื่นเสียงจึงเป็นคลื่นตามยาว
อัตราเร็วของเสียง
อัตราเร็วของคลื่นเสียง คือ ระยะทางที่เสียงเคลื่อนที่ได้ในเวลา 1วินาที อัตราเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับ
1. ความหนาแน่น ความหนาแน่นมาก อัตราเร็วมาก
2. ความยืดหยุ่น ความยืดหยุ่นมาก อัตราเร็วมาก
3. อุณหภูมิ อุณหภูมิสูง อัตราเร็วมาก
ความถี่ของคลื่นเสียง
1. คลื่นเสียงที่สามารถได้ยินมีความถี่โดยประมาณ 20 เฮิรตซ์ ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์
เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุต่าง ๆ เช่นการเคาะของแข็ง การเป่าอากาศผ่านช่องแคบ
การดีดเส้นลวด หรือการเสียดสิทาให้เกิดเสียง เป็นต้น
2. คลื่นเสียงความถี่ต่าคือคลื่นเสียงที่มีความถี่ต่ากว่า 20 เฮิรตซ์ บางครั้งเราเรียกคลื่นเสียงความถี่ต่าว่า
คลื่นใต้เสียง ซึ่งเกิดจากกระแสลมและแผ่นดินไหว
สัตว์บางประเภทสามารถรับรู้และใช้ประโยชน์จากคลื่นเสียงความถี่ต่านี้ได้ เช่น
ช้างใช้คลื่นใต้เสียงในการสื่อสารได้เป็นระยะทางไกล ๆ และยังสามารถรับรู้คลื่นเสียงที่มีความถี่ต่า
ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของรถยนต์ หรือเครื่องจักรต่าง ๆ หรือจากการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ เช่น
การเกิดพายุ แผ่นดินไหว และคลื่นสึนามิ เป็นต้น
ซึ่งความสามารถนี้ช่วยให้สามารถหลบหลีกภัยจากธรรมชาติได้
มนุษย์สามารถรับรู้คลื่นเสียงความถี่ต่าได้ โดยจะรู้สึกเหมือนถูกผลัก
หรือรู้สึกสั่นสะเทือนเมื่อคลื่นเสียงความถี่ต่ามาตกกระทบร่างกาย
- 11. 3. คลื่นเสียงความถี่สูงคือคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20กิโลเฮิรตซ์
บางครั้งเราเรียกคลื่นเสียงความถี่สูงว่า คลื่นเหนือเสียง ซึ่งสามารถสร้างได้จากการสั่นในผลึกบางชนิด
หรือพบในสัตว์บางประเภท เช่นค้างคาวและโลมา
ซึ่งสามารถใช้คลื่นเสียงความถี่สูงในการตรวจหาตาแหน่งของวัตถุต่าง ๆ เทคนิคนี้เรียกว่า
การหาตาแหน่งด้วยคลื่นเสียงสะท้อน หลักการนี้ยังถูกใช้ในเรือดาน้า เพื่อตรวจหาสิ่งกีดขวาง
การได้ยิน
อวัยวะที่ทาให้เราได้ยินเสียงคือหู เมื่อเสียงจากแหล่งกาเนิดถูกส่งผ่านอากาศจากทิศทางใดทิศทางหนึ่ง
ความเข้มเสียงและช่วงเวลาที่หูแต่ละข้างได้ยินนั้น จะมีค่าแตกต่างกัน
ทาให้เราสามารถระบุทิศทางของแหล่งกาเนิดเสียงได้
กรณีที่อยู่ใต้น้า อัตราเร็วของคลื่นเสียงในน้าจะมากกว่าในอากาศ
ทาให้ความแตกต่างของช่วงเวลาที่หูแต่ละข้างได้ยินเสียงนั้นมีค่าน้อยลง
เราจึงระบุทิศทางของแหล่งกาเนิดเสียงได้ยาก นอกจากนี้
การที่คลื่นเสียงสามารถเคลื่อนที่ผ่านกระดูกได้ยังเป็นสาเหตุที่ทาให้เราได้ยินเสียงตัวเองไม่เหมือนกับเสียงตัวเอ
งที่ได้ยินจากการบันทึก
หูของเราทาหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลที่ถูกถ่ายโอนผ่านคลื่นเสียงเป็นพลังงานไฟฟ้า
แล้วส่งไปยังสมองด้วยสัญญาณไฟฟ้า โครงสร้างของหูแบ่งออกเป็น 3 ส่วน
1. หูชั้นนอก ประกอบด้วย ใบหู รูหู ซึ่งเป็นส่วนที่สามารถมองเห็นได้จากภายนอก และแก้วหู
ลักษณะของใบหูที่เป็นลอน จะช่วยลดความเข้มเสียงของคลื่นเสียงบางค่าความถี่ได้
และสะท้อนคลื่นเสียงให้ผ่านเข้าในรูหู ภายในรูหูจะมีขี้หูไว้ดักฝุ่นไม่ให้ไปยังแก้วหูและหูชั้นกลาง
ซึ่งขี้หูนี้สามารถหลุดออกได้เอง
2. หูชั้นกลาง ประกอบด้วย กระดูกรูปค้อน กระดูกรูปทั่ง และกระดูกรูปโกลน
ซึ่งเป็นกระดูกชิ้นที่เล็กที่สุด และไม่มีการเปลี่ยนขนาดตั้งแต่เกิด
กระดูกเหล่านี้ทาหน้าที่เพิ่มความเข้มเสียงของคลื่นเสียงที่ตกกระทบแก้วหู
ด้วยการลดพื้นที่รับแรงที่เกิดจากการสั่นสะเทือน กล่าวคือ เมื่อคลื่นเสียงตกกระทบแก้วหู
- 12. ซึ่งมีพื้นที่ที่รับแรงมากไปยังกระดูกรูปค้อน ทั่ง และโกลน ซึ่งมีพื้นที่ที่รับแรงน้อยกว่า
ทาให้แรงต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น คลื่นเสียงที่เคลื่อนที่ผ่านหูชั้นกลางจึงมีแอมพลิจูดเพิ่มขึ้น
หรือมีความเข้มเสียงมากขึ้นนั้นเอง และคลื่นเสียงนี้จะถูกส่งผ่านช่องรูปไข่ ไปยังหูชั้นใน
3. หูชั้นใน ประกอบด้วย อวัยวะรูปหอยโข่ง ทาหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลจากการสั่นเป็นพลังงานไฟฟ้า
ทาให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าเข้าสู่สมอง นอกจากนี้ยังช่วยรักษาการทรงตัวของร่างกายด้วย
ภายในอวัยวะรูปหอยโข่งมีโพรงกระดูก 3 โพรง โดยโพรงส่วนกลาง เรียกว่า ท่ออวัยวะรูปหอยโข่ง
ภายในมีของเหลวที่เคลื่อนที่ได้ เมื่อเกิดการสั่นเนื่องจากคลื่นเสียงจากหูส่วนกลาง
ทาให้เซลล์รูปขนเคลื่อนที่ และส่วนบนของเซลล์ถูกเปิดและปิด เกิดเป็นสัญญาณไฟฟ้าขึ้น
ซึ่งการเปิดและปิดนี้ จะตอบสนองกับความถี่ที่มีค่าระหว่าง 20 เฮิรตซ์ ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ โดยประมาณ
จึงทาให้เราได้ยินเสียงที่มีค่าความถี่โดยประมาณ 20เฮิรตซ์ ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ เท่านั้น
การเกิดบีตส์
เมื่อเคาะส้อมเสียงที่มีค่าความถี่ใกล้เคียงกัน 2อัน แล้วนามาไว้ใกล้กัน
เราจะได้ยินเสียงดังและเบาเป็นจังหวะ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า บีตส์
ความถี่บีตส์ คือ ความถี่ของเสียงดังและเบาที่เราได้ยินออกมาเป็นจังหวะ
𝒇 𝒃 = | 𝒇 𝟏 − 𝒇 𝟐|
โดย
𝑓𝑏 แทน ความถี่บีตส์
𝑓1 และ 𝑓2 แทน ความถี่ของคลื่นเสียงจากแหล่งกาเนิด