themodynamics n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
อุณหพลศาสตร์ (Themodynamics) PowerPoint Presentation
Download Presentation
อุณหพลศาสตร์ (Themodynamics)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 133

อุณหพลศาสตร์ (Themodynamics) - PowerPoint PPT Presentation


  • 163 Views
  • Uploaded on

อุณหพลศาสตร์ (Themodynamics). อุณหภูมิและความร้อน. อุณหภูมิเป็นสมบัติที่ใช้ในการบอก “ ความร้อน ” หรือ “ ความเย็น ” ของวัตถุ ในการวัดอุณหภูมิของวัตถุ ต้องสร้างเครื่องวัดอุณหภูมิ ที่เรียกว่า เทอร์โมมิเตอร์ (thermometer) มาสัมผัสกับวัตถุนั้น

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'อุณหพลศาสตร์ (Themodynamics)' - merrill


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2
อุณหภูมิและความร้อน
  • อุณหภูมิเป็นสมบัติที่ใช้ในการบอก “ความร้อน”หรือ “ความเย็น”ของวัตถุ
    • ในการวัดอุณหภูมิของวัตถุ ต้องสร้างเครื่องวัดอุณหภูมิ ที่เรียกว่า เทอร์โมมิเตอร์(thermometer) มาสัมผัสกับวัตถุนั้น
    • ทั้งเทอร์โมมิเตอร์และวัตถุอยู่ในสภาวะที่สมดุลกัน(equilibrium condition)
      • สมดุลความร้อน (thermal equilibrium)
temperature and heat
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • สมดุลความร้อน(thermal equilibrium)
    • กฎข้อที่ศูนย์ของเทอร์โมไดนามิกส์(The Zeroth Law of Thermodynamics)
      • “ ถ้าวัตถุ A และวัตถุ B ต่างก็อยู่ในสมดุลความร้อนกับวัตถุ C แล้ววัตถุ A และวัตถุ B จะอยู่ในสมดุลความร้อนซึ่งกันและกันด้วย ”
temperature and heat1
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • เทอร์โมมิเตอร์(thermometer)
    • Liquid – in – Glass tube thermometer
temperature and heat2
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • เทอร์โมมิเตอร์(thermometer)
    • ขีดสเกลบนท่อ แบ่งเป็น 100 ช่วงเท่า ๆ กัน
    • จุดเยือกแข็งของน้ำบริสุทธิ์อยู่ที่ศูนย์ และ ระดับที่อุณหภูมิ ณ จุดเดือดของน้ำบริสุทธิ์อยู่ที่ 100
    • แต่ละช่วงเรียกว่า องศา(degree)
    • สเกลนี้เรียกว่า สเกลเซลเซียส (Celsius temperature scale)
    • หน่วยที่ใช้บอกอุณหภูมิคือ องศาเซลเซียส
temperature and heat3
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • เทอร์โมมิเตอร์(thermometer)
    • สเกลฟาเรนไฮต์(Fahrenheit Temperature Scale)
    • จุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ 32 องศาฟาเรนไฮต์
    • จุดเดือดของน้ำอยู่ที่ 212 องศาฟาเรนไฮต์
    • จุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำจะอยู่ห่างกัน 180 องศาฟาเรนไฮต์
    • จะได้ความสัมพันธ์ระหว่างสเกลฟาเรนไฮต์กับสเกลเซลเซียส คือ
temperature and heat4
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • อุณหภูมิในสเกลเคลวินหรือสเกลสัมบูรณ์(Kelvin or Absolute Temperature Scale )
    • ถ้าเปลี่ยนชนิดของของเหลวจะต้องเปลี่ยนสเกล บนท่อด้วยทำให้มีความต้องการสเกลของอุณหภูมิที่ไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของสสาร
      • จึงใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบใช้ก๊าซ(gas thermometer)
temperature and heat5
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • อุณหภูมิในสเกลเคลวินหรือสเกลสัมบูรณ์(Kelvin or Absolute Temperature Scale )
    • วัดความดันที่ 0 องศาเซลเซียส และ ที่ 100 องศาเซลเซียส
    • ความดันเป็น 0 ที่ - 273.15 องศาเซลเซียส
temperature and heat6
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • อุณหภูมิในสเกลเคลวินหรือสเกลสัมบูรณ์(Kelvin or Absolute Temperature Scale )
    • ใช้ก๊าซต่างชนิดกัน ก็จะพบว่าความดันเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิ - 273.15 องศาเซลเซียส
temperature and heat7
อุณหภูมิและความร้อน(Temperature and Heat)
  • อุณหภูมิในสเกลเคลวินหรือสเกลสัมบูรณ์(Kelvin or Absolute Temperature Scale )
    • อุณหภูมิเป็น 0 K ที่ความดันเป็น 0
    • เรียกสเกลนี้ว่า สเกลเคลวิน หรือ สเกลสัมบูรณ์ (Absolute scale)
    • 0 K = -273.15 องศาเซลเซียส นั่นคือ
example 1 converting temperatures
Example 1 Converting Temperatures
  • On a day when the temperature reaches 50 °F, what is the temperature in degrees Celsius and in kelvins?
    • Solution
example 2 converting temperatures
Example 2 Converting Temperatures
  • A pan of water is heated from 25 °C to 80 °C. What is the change in its temperature on the Kelvin scale and on the Fahrenheit scale?
    • Solution
slide13
แบบฝึกหัด
  • จงแปลงอุณหภูมิต่อไปนี้ให้อยู่ในสเกลเซลเซียส
    • 32 ฟาเรนไฮต์
    • 98.6 ฟาเรนไฮต์
    • -40 ฟาเรนไฮต์
thermal expansion
การขยายตัวตามอุณหภูมิหรือความร้อน(Thermal Expansion)
  • การขยายตัวเชิงเส้น(Linear Expansion)
  • การขยายตัวเชิงพื้นที่ (Area Expansion)
  • การขยายตัวเชิงปริมาตร(Volume Expansion)
linear expansion
การขยายตัวเชิงเส้น(Linear Expansion)
  • ความยาวที่เปลี่ยนไปของวัตถุ( )จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป( )และความยาวตั้งต้น( ) เมื่อ
  • หรือ
  • โดยที่ คือสัมประสิทธ์การขยายตัวเชิงเส้น
  • มีหน่วยเป็น
slide16
ตารางแสดงตัวอย่างสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตารางแสดงตัวอย่างสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น
area expansion
การขยายตัวเชิงพื้นที่ (Area Expansion)
  • พื้นที่ที่เปลี่ยนไปของวัตถุจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปและพื้นที่ตั้งต้น
    • วงแหวนเหล็กถูกเผาไฟ
    • รัศมีของรูจะเพิ่มขึ้นในทุกทิศทุกทาง
volume expansion
การขยายตัวเชิงปริมาตร(Volume Expansion)
  • ปริมาตรที่เปลี่ยนไปของวัตถุ( ) จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป( )และปริมาตรตั้งต้น( )
  • คือสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตร
  • โดยที่
volume expansion1
การขยายตัวเชิงปริมาตร(Volume Expansion)
  • การหาค่า
  • เมื่อ จะได้
slide20
ประโยชน์ : การขยายตัวตามอุณหภูมิหรือความร้อน
slide21
ประโยชน์ : การขยายตัวตามอุณหภูมิหรือความร้อน
  • Bimetallic Strip
slide22
ตัวอย่าง
  • รางรถไฟทำด้วยเหล็กแต่ละท่อนยาว 30.0 เมตร ในขณะที่อุณหภูมิ 0 0C เมื่อและ Y=20x1010N/m2
    • วันหนึ่งมีอากาศร้อนจัดวัดอุณหภูมิได้ 40 0C รางรถไฟแต่ละท่อนจะยาวขึ้นจากเดิมกี่เมตร
    • ถ้าการวางราง วางให้ชิดกันในวันที่มีอากาศ 0 0C และตรึงรางให้แน่นป้องกันไม่ให้เกิดการขยายตัวในวันที่มีอุณหภูมิ 40 0C จะเกิดความเค้นเนื่องจากความร้อนขึ้นในรางเท่าไร
slide23
ตัวอย่าง
  • เติมน้ำมันเต็มถังขนาด 40.0 L ซึ่งถังทำจากเหล็ก ในขณะที่อุณหภูมิ 200 C น้ำมันจะล้นออกมากจากถังเท่าใดถ้าตั้งถังน้ำมันนี้ไว้กลางแดดที่อุณหภูมิ 350C โดยไม่ปิดฝา กำหนดให้ และ
    • ตอบ น้ำมันล้นออกมา 560 cm3
quantity of heat
ปริมาณของความร้อน (Quantity of Heat)
  • Heatis defined as the transfer of energy across the boundary of a system due to a temperature difference between the system and its surroundings.
  • ความร้อน เป็นพลังงานรูปหนึ่งซึ่งถูกส่งผ่านจากระบบหนึ่ง(ที่อุณหภูมิสูงกว่า) ไปยังอีกระบบหนึ่ง (ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า) อันเป็นผลเนื่องจากระบบทั้งสองมีอุณหภูมิต่างกัน
slide25
หน่วยของความร้อน
  • ในระบบ SI หน่วยของความร้อนคือ

จูล(Joules : J)

slide26
หน่วยของความร้อน(ต่อ)
  • แคลอรี (calorie : cal)
    • ปริมาณความร้อน 1 cal คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำ 1 กรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 14.5 องศาเซลเซียส เป็น 15.5 องศาเซลเซียส ที่ความดัน 1 atm
      • 1 cal = 4.186 J
slide27
หน่วยของความร้อน(ต่อ)
  • หน่วยในระบบบริทิช (British Unit)
    • British thermal unit(Btu)
    • ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการทำให้น้ำหนัก 1 ปอนด์มีอุณหภูมิเพิ่มจาก 63 องศาฟาเรนไฮต์ เป็น 64 องศาฟาเรนไฮต์
    • 1 Btu = 778 ft.lb = 252 cal
specific heat capacity
ความจุความร้อนจำเพาะ (Specific Heat Capacity)
  • แทนปริมาณความร้อน ที่ใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิ
    • ความจุความร้อน (heat capacity, C,)
    • ความจุความร้อนจำเพาะ (specific heat capacity) หรือ ความร้อนจำเพาะ (specific heat)
molar heat capacity
ความจุความร้อนโมลาร์(Molar Heat Capacity)
  • บางครั้งสะดวกกว่าในการบอกปริมาณของสารโดยใช้ จำนวนโมล (mole) n แทนที่จะใช้ มวล(mass) m
  • จากวิชาเคมี หนึ่งโมล มี 6.02x1023โมเลกุล
  • มวลโมลาร์(molar mass) หรือ มวลโมเลกุล(molecular weight) M ของสารใด ๆ คือมวลของสารหนึ่งโมล
    • .
    • เช่น มวลโมลาร์ ของน้ำ 18.0 g/mol หมายถึงน้ำ 1 โมลจะมีมวลเท่ากับ 18.0 g
molar heat capacity1
ความจุความร้อนโมลาร์(Molar Heat Capacity)
  • จาก
    • แทนค่าด้วย
    • จะได้
    • เมื่อ C = Mc
specific heat capacity1
ความจุความร้อนจำเพาะ (Specific Heat Capacity)
  • ถ้าระบบมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น :
    • QและDTเป็นบวก
    • พลังงานจะถ่ายโอนเข้าสู่ระบบ
  • ถ้าระบบมีอุณหภูมิลดลง:
    • QและDTมีค่าเป็นลบ
    • พลังงานจะถ่ายโอนออกจากระบบ
slide32
ตัวอย่างความจุความร้อนจำเพาะตัวอย่างความจุความร้อนจำเพาะ
conservation of energy calorimetry
Conservation of Energy: Calorimetry
  • กฎการอนุรักษ์พลังงาน
    • หาอุณหภูมิผสม
    • จากสมการ
phase changes and latent heat
การเปลี่ยนสถานะและความร้อนแฝง(Phase Changes and Latent Heat)
  • สถานะ(phase)
    • ของแข็ง , ของเหลว , ก๊าซ
    • การเปลี่ยนสถานะจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งเรียกว่า phase change หรือ phase transition
    • การเปลี่ยนสถานะเกิดขึ้น ณ อุณหภูมิหนึ่ง (นั่นคือ อุณหภูมิไม่เปลี่ยน)
    • เช่นการละลายของน้ำแข็ง
      • ต้องใส่ความร้อนเข้าไปเพื่อเปลี่ยนสถานะของน้ำจากของแข็งไปเป็นของเหลว ความร้อนที่ใช้นี้เรียกว่า ความร้อนแฝง(latent heat)
phase changes and latent heat1
การเปลี่ยนสถานะและความร้อนแฝง(Phase Changes and Latent Heat)
  • ความร้อนแฝง (latent heat)
    • ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว(latent heat of fusion)
    • ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ(latent heat of vaporization)
heat transfer
การส่งผ่านความร้อน(Heat Transfer)
  • การนำความร้อน(conduction)
  • การพาความร้อน(convection)
  • การแผ่รังสี(radiation)
conduction
การนำความร้อน(Conduction)
  • การนำความร้อนเป็นผลเนื่องจากการชนระหว่างโมเลกุลหรืออะตอมในเนื้อสาร (molecular collision)
    • เกิดขึ้นระหว่างบริเวณที่มีอุณหภูมิต่างกันเท่านั้น
    • ทิศทางของการไหลของความร้อนจะต้องไปจากที่ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเสมอ
conduction1
การนำความร้อน(Conduction)
  • การนำความร้อนในแท่งตัวนำ
  • พิจารณาแท่งตัวนำความร้อนที่มีพื้นที่หน้าตัด A และยาว L
  • ปริมาณความร้อน dQ ถูกส่งผ่านไปแท่งวัตถุนี้ภายในเวลา dt
    • อัตราการไหลของความร้อนคือ dQ/dt
    • อัตราการไหลของความร้อนนี้เรียกว่า กระแสความร้อน (heat current)
conduction2
การนำความร้อน(Conduction)
  • การนำความร้อนในแท่งตัวนำ
    • กระแสความร้อน
    • เมื่อ k คือ สภาพนำความร้อน (thermal conductivity)
    • กระแสความร้อนมีหน่วยเป็น W/m.K
slide43
ตัวอย่างการนำความร้อนตัวอย่างการนำความร้อน
  • เตาอบอาหารมีพื้นที่ผิวทั้งหมด 0.20 m2 และผนังหนา 1.5 cm ซึ่งมีสภาพนำความร้อน 4x10-2 W/m 0C จงหาว่าใน 30 นาที มีการสูญเสียความร้อนเท่าไร เมื่ออุณหภูมิในเตาเป็น 2450C และภายนอกเป็น300C
convection
การพาความร้อน(Convection)
  • การพาความร้อนเกิดขึ้นในสสารหรือตัวกลางที่เป็นของไหล โดยการเคลื่อนที่ของมวลของของไหลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
    • เครื่องทำความร้อน(Radiator) ทำให้ห้องอบอุ่นด้วยการพาความร้อน
      • อากาศเหนือเครื่องทำความร้อนได้รับความร้อน
        • มีการขยายตัว ความหนาแน่นลดลง
        • อากาสลอยตัวสูงขึ้น (ตามหลักของการลอยตัว)
radiation
การแผ่รังสี(Radiation)
  • การแผ่รังสีเป็นการส่งผ่านความร้อนโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
  • วัตถุทุกชนิด(อุณหภูมิสูงกว่า 0K)
    • จะแผ่รังสีออกมาในทุกช่วงความยาวคลื่น
    • แต่จะมีความยาวคลื่นค่าหนึ่งที่พลังงานถูกแผ่ออกมามากที่สุด เรียกว่า ซึ่งความยาวคลื่นนี้จะขึ้นกับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิของวัตถุเพิ่มขึ้น ความยาวคลื่น จะลดลง
radiation1
การแผ่รังสี(Radiation)
  • กระแสของความร้อน IHเนื่องจาการแผ่รังสี หรืออัตราการแผ่รังสีจากผิวของวัตถุที่มีพื้นที่ผิว A ซึ่งมีอุณหภูมิสัมบูรณ์ T จะอยู่ในรูป
    • คือค่าคงตัว เรียกว่า Stefan-Boltzmann constant
    • .
    • สภาพแผ่รังสี (emissivity)
      • ความสามารถในการแผ่รังสีของวัตถุ (ขึ้นอยู่กับชนิดและอุณหภูมิ)
      • มีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1
slide47
ตัวอย่าง การแผ่รังสี
  • หลอดไฟฟ้าดวงหนึ่งปกติจะทำงานโดยมีอุณหภูมิไส้ ถ้าให้หลอดไฟดวงนี้ทำงานที่ความต่างศักย์สูงกว่าจนทำให้อุณหภูมิของไส้หลอดเพิ่มขึ้นเป็น จงหาเปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของพลังงานการแผ่รังสี
thermal properties of matter
สมบัติทางความร้อนของสสาร(Thermal Properties of Matter)
  • ศัพท์ทางเทอร์โมไดนามิกส์
    • สภาวะ (state)
    • ระบบ (system)
    • สิ่งแวดล้อม (surrounding)
    • ขอบเขต (boundary)
thermal properties of matter1
สมบัติทางความร้อนของสสาร(Thermal Properties of Matter)
  • เทอร์โมไดนามิกส์เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาวะ (state) ของระบบ (system)
  • พฤติกรรมหรือการเปลี่ยนแปลงสภาวะของระบบ บรรยายโดยใช้ปริมาณ
    • ปริมาณเชิงมหทรรศน์(macroscopic quantities)
      • ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิและมวลของระบบ
    • ปริมาณเชิงจุลทรรศน์(microscopic quantities)
      • มวล อัตราเร็ว พลังงานจลน์ และ โมเมนตัม ของแต่ละโมเลกุล
ideal gas
ก๊าซอุดมคติ (Ideal Gas)
  • สำหรับก๊าซ แรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมจะน้อยมาก ๆ
    • สามารถจินตนาการได้ว่าไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม
      • แต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่อย่างอิสระ
      • การชนของโมเลกุลเป็นการชนแบบยืดหยุ่น
  • สำหรับก๊าซจะมีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของภาชนะที่บรรจุ
slide51
ก๊าซอุดมคติ
  • สำหรับก๊าซจะมีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของภาชนะที่บรรจุ
  • สมการของก๊าซจะมีปริมาตร , V, เป็นตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับสมการ
    • โดยพิจารณาการเปลี่ยนแปลงปริมาตรจากจุดเริ่มด้น (DV)
slide52
สมการสภาวะของก๊าซ
  • โดยทั่วไปสมการสภาวะของก๊าซมวล m(หรืออาจจะใช้จำนวนโมล) จะเกี่ยวข้องกับ ปริมาตร ความดัน และ อุณหภูมิ (ตัวแปรสภาวะ : state variables)
  • สมการที่เกี่ยวข้องกับปริมาณเหล่านี้เรียกว่าสมการสภาวะ (equation of state)
    • ถ้าก๊าซมีความดันต่ำสมการจะอยู่ในรูปแบบที่ง่าย
    • นั่นคือถ้าก๊าซมีความดันต่ำ(ความหนาแน่นน้อย)จะเป็นก๊าซอุดมคติ(ideal gas)
slide53
โมล(Mole)
  • เพื่อความสะดวกจะบอกจำนวนของก๊าซในเทอมของจำนวนโมล
  • หนึ่งmoleของสสารบอกด้วยเลขอะโวกาโด (Avogadro’s number)ซึ่งก็คือจำนวนอนุภาคของสสาร(atoms or molecules)
    • Avogadro’s number NA = 6.022 x 1023
moles
โมล(Moles)
  • จำนวนโมลหาได้จากมวลของสสาร: n = m /M
    • Mคือมวลโมเลกุล
    • mคือมวลของสสาร
    • nคือจำนวนโมล
gas laws
กฎของก๊าซ(Gas Laws)
  • เมื่อก๊าซมี อุณหภูมิคงที่ ความดันจะ แปรผกผันกับปริมาตร (Boyle’s law)
  • เมื่อก๊าซมี ความดันคงที่ ปริมาตรจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ (Charles ’s law)
  • นำกฎของบอยส์และชาร์ล มาพิจารณาร่วมกันจะได้ว่า
ideal gas law
กฎของก๊าซอุดมคติ(Ideal Gas Law)
  • การหาค่านิจของแก๊ส
    • ที่ STP
      • อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส(ประมาณ 273K) ณ ความดัน 1 บรรยากาศ(1.013x105N/m2) ก๊าซทุกชนิด 1 โมล จะมีปริมาตร 22.4 ลูกบาศก์เดซิเมตร (22.4x10-3 m3)
    • จะได้ค่า R = 8.314 J/mol ∙ K
    • นั่นคือสมการของก๊าซอุดมคติ
      • PV = nRT
ideal gas law1
กฎของก๊าซอุดมคติ(Ideal Gas Law) , ต่อ
  • Rคือค่าคงที่ เรียกว่าค่าคงตัวสากลของก๊าซ
    • R = 8.314 J/mol ∙ K = 0.08214 (L ∙ atm)/mol ∙ K
  • จากค่า Rสามารถหาได้ว่าก๊าซ 1 mole ที่ความดันบรรยากาศ และอุณหภูมิ 0o C มีปริมาตร 22.4 L
ideal gas law2
กฎของก๊าซอุดมคติ(Ideal Gas Law) , ต่อ
  • กฎของก๊าซอุดมคติสามารถแสดงอยู่ในเทอมของจำนวนโมเลกุลทั้งหมด(N )
  • PV = nRT = (N/NA) RT = NkBT
    • kB is Boltzmann’s constant
    • kB = 1.38 x 10-23 J/K
  • โดยทั่วไปเรียก P, V, และ Tว่า ตัวแปรทางเทอร์โมไดนามิกส์ (thermodynamic variables)ของก๊าซอุดมคติ
slide59
ตัวอย่าง หาจำนวนโมลของก๊าซที่บรรจุในภาชนะ
  • ก๊าซอุดมคติมีปริมาตร 100 ที่ และ100 Pa หาจำนวนโมลของก๊าซในภาชนะ
    • Solution จากสมการ
slide60
ตัวอย่าง การให้ความร้อนต่อกระป๋องสเปรย์
  • กระป๋องสเปรย์มีความดัน202 kPa และมีปริมาตร 125 ที่ 22 โยนเข้าไปในกองไฟ เมื่ออุณหภูมิของก๊าซขึ้นถึง ความดันของในกระป๋องมีค่าเท่าใด
    • Solution
the kinetic theory of gases
ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ (The Kinetic Theory of Gases)
  • แบบจำลองของก๊าซอุดมคติ
    • มีโมเลกุลของก๊าซเป็นจำนวนมากโดยกำหนดให้เท่ากับ N โดยแต่ละโมเลกุลมีมวลเท่ากับ m
    • โมเลกุลของก๊าซอยู่ห่างกันมาก ซึ่งแสดงว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลน้อยมากจนตัดทิ้งได้
    • การชนกันของโมเลกุลทั้งหลายของก๊าซในอุดมคติเป็นการชนแบบยืดหยุ่น
    • ความเร็วของแต่ละโมเลกุลไม่จำเป็นต้องเท่ากัน แต่ถือว่ามีค่าคงตัวเมื่อเวลาผ่านไป
slide62
ความดัน และ พลังงานจลน์ (1)
  • พิจารณาภาชนะรูปลูกบาศก์ที่ทุกด้านยาว d ภายในบรรจุก๊าซ
  • โมเลกุลมีองค์ประกอบของความเร็วในแนวแกน x
  • ชนแบบยืดหยุ่นด้วยความเร็ว
  • ผนังออกแรงกระทำต่อโมเลกุลของก๊าซ(กฎข้อที่สองของนิวตัน)
    • ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม
slide63
ความดัน และ พลังงานจลน์ (2)
  • พิจารณาการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของโมเลกุล
  • ซึ่งการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมก็คือ การดล
  • ช่วงเวลาที่โมเลกุลวิ่งเข้าชนผนังเดิมอีกครั้ง
  • นั่นคือ
slide64
ความดัน และ พลังงานจลน์ (3)
  • แรงเฉลี่ยที่ผนังกระทำต่อโมเลกุล
  • นั่นคือจะได้แรงเฉลี่ยที่โมเลกุลกระทำต่อผนัง(กฎข้อที่สามของนิวตัน)
  • แรงเฉลี่ยของก๊าซทั้งหมด(Nโมเลกุล)ที่กระทำต่อผนังภาชนะ
  • แรงที่กระทำต่อผนังภาชนะจะกระทำในช่วงเวลาที่สั้นมากจนถือได้ว่าแรงจะมีค่าคงที่นั่นคือ
slide65
ความดัน และ พลังงานจลน์ (4)
  • พิจารณาค่าเฉลี่ยของ ( )
  • นั่นคือ
  • ความเร็วลัพธ์ของแต่ละโมเลกุลสามารถเขียนในรูปของผลรวมของความเร็วในส่วนประกอบย่อย และ นั่นคือ
slide66
ความดัน และ พลังงานจลน์ (5)
  • ในทำนองเดียวกัน ความเร็วกำลังสองเฉลี่ย เขียนได้เป็น
  • เนื่องจากโมเลกุลมีโอกาสวิ่งชนผนังทั้ง 3 ทิศทาง (x,y,z) ได้เท่า ๆ กัน ดังนั้น
  • ดังนั้นจากสมการ
    • จะได้
slide67
ความดัน และ พลังงานจลน์ (6)
  • จัดรูปสมการจะได้
  • ดังนั้นความดันที่ผนังเขียนได้เป็น
slide68
ความดัน และ พลังงานจลน์ (8)
  • การอธิบายพฤติกรรมของโมเลกุลด้วยอุณหภูมิ
    • จากสมการ และ
    • จะได้
    • หรือ

นี่คือพลังงานจลน์เฉลี่ยต่อหนี่งโมเลกุล

slide69
ความดัน และ พลังงานจลน์ (9)
  • การอธิบายพฤติกรรมของโมเลกุลด้วยอุณหภูมิ
    • เนื่องจาก
    • จะได้
    • ทำนองเดียวกันจะได้ และ
    • ดังนั้นพลังงานจลน์ทั้งหมด(N โมเลกุล)

(ทฤษฎีการแบ่งเท่าของพลังงาน (theorem of equipartition of energy)

พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติขึ้นกับอุณหภูมิ

slide70
ความดัน และ พลังงานจลน์ (10)
  • รากที่สองของ เรียกว่า ความเร็วรากที่สองของกำลังสองเฉลี่ย (root-mean-square velocity):
      • ซึ่งก็คือความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุล
slide72
พลังงานภายในของแก๊ส
  • ในทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
    • พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เฉลี่ย
      • หรือ
    • ดังนั้นพลังงานจลน์รวมของอนุภาคเท่ากับ
    • พลังงานจำนวนนี้เรียกว่า พลังงานภายใน(เนื่องจากอุณหภูมิ)
slide73
พลังงานภายในของแก๊ส
  • พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลต่าง ๆ เขียนได้เป็น
  • โดย f เป็นค่ายังผลของดีกรีของความอิสระ (degree of freedom)
    • f= 3 สำหรับแก๊สโมเลกุลอะตอมเดี่ยว
    • f= 5 สำหรับแก๊สโมเลกุลอะตอมคู่
    • F= 6 สำหรับโมเลกุลหลายอะตอม
  • สำหรับพลังงานภายในเนื่องจากอุณหภูมิของแก๊สเขียนได้เป็น
a tank of helium
ตัวอย่าง :A Tank of Helium
  • ถังบรรจุก๊าซฮีเลียมมีปริมาตร3.00 m3 และมีก๊าซฮีเลียมจำนวน 2 โมล ที่อุณหภูมิ 20.0 องศาเซลเซียส สมมติว่าก๊าซฮีเลียมเป็นก๊าซอุดมคติ
    • (A) หาพลังงานจลน์ทั้งหมดของโมเลกุลของก๊าซ
    • (B) พลังงานจลน์เฉลี่ยต่อโมเลกุล
work and heat in thermodynamic processes
งานและความร้อนในกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกส์Work and Heat in Thermodynamic Processes
  • ตัวแปรสภาวะ
    • สภาวะของระบบจะอธิบายด้วย ตัวแปรสภาวะ (State variables)
      • Pressure, temperature, volume, internal energy
    • กระบวนการทางเทอร์ไดนามิกส์
      • สภาวะของระบบมีการเปลี่ยนแปลง ( ความดัน , อุณหภูมิ , ปริมาตร หรือพลังงานภายใน มีการเปลียนแปลง)
slide77
งานทางเทอร์โมไดนามิกส์งานทางเทอร์โมไดนามิกส์
  • งานสามารถเกิดจากระบบที่เคลื่อนที่ได้ เช่น ก๊าซ
  • พิจารณาก๊าซที่บรรจุอยู่ในกระบอกสูบที่มีลูกสูบสามารถเคลื่อนที่ได้
  • ออกแรงกระทำต่อก๊าซอย่างช้า ๆ
    • การออกแรงกดอย่างช้า ๆ จะทำให้ระบบอยู่ในสมดุลความร้อน
    • กระบวนแบบนี้เรียกว่า quasi-static
slide78
งานทางเทอร์โมไดนามิกส์งานทางเทอร์โมไดนามิกส์
  • ถ้าลูกสูบทีพื้นที่หน้าตัด A และความดันก๊าซภายในกระบอกสูบคือ p ดังนั้นก๊าซภายในกระบอกสูบจะดันลูกสูบด้วยแรง pA
  • ลูกสูบถูกแรงภายนอกกระทำด้วยแรง ทำให้เกิดการกระจัด
  • งานที่กระทำต่อก๊าซจะเป็น
  • ดังนั้นงานที่กระทำต่อก๊าซจะเป็น
slide79
งานทางเทอร์โมไดนามิกส์งานทางเทอร์โมไดนามิกส์
  • ถ้าก๊าซถูกกด จะเป็นลบงานที่กระทำต่อก๊าซจะเป็นบวก
  • ถ้าก๊าซขยายตัว จะเป็นบวกงานที่กระทำต่อก๊าซจะเป็นลบ
  • ถ้าปริมาตรคงที่งานที่กระทำต่อก๊าซจะเป็นศูนย์
  • งานทั้งหมดที่กระทำต่อก๊าซเมื่อทำให้ปริมาตรเปลี่ยนจาก เป็น หาได้จากการอินทิเกรตสมการ จะได้
  • ในการคำนวณสมการนี้ความดันจะต้องเป็นฟังก์ชันของปริมาตร
pv diagrams
PV Diagrams (กราฟระหว่างความดันกับปริมาตร)
  • เมื่อรู้ความดันและปริมาตรในแต่ละช่วงของกระบวนการ
  • สภาวะของก๊าซแต่ละช่วงถูกพล๊อตเป็นกราฟเรียกว่า PV diagram
  • เส้นโค้งในกราฟเรียกว่า เส้นทาง(path)
pv diagrams1
PV Diagrams(กราฟระหว่างความดันกับปริมาตร) : ต่อ

แผนภาพนี้แสดงให้เห็นว่าก๊าซถูกกดอย่างช้า ๆ (quasi – static process) จากสภาวะ i ไปสู่สภาวะ f งานที่ทำต่อก๊าซก็คือ พื้นที่ใต้กราฟ ซึ่งจะมีค่าเป็นบวก

pv diagrams2
PV Diagrams(กราฟระหว่างความดันกับปริมาตร) : ต่อ
  • พิจารณางานที่กระทำต่อก๊าซในเส้นทางต่าง ๆ กัน
    • ถ้าในแต่ละกระบวนการจะมีสภาวะเริ่มต้นและสภาวะสุดท้ายเหมือนกัน
    • งานที่กระทำต่อก๊าซในแต่ละกระบวนการจะมีค่าแตกต่างกัน
    • นั่นคืองานที่กระทำต่อก๊าซจะขึ้นกับเส้นทาง(Path)
pv diagram a
งานจากPV Diagram , ภาพ(a)
  • ปริมาตรของก๊าซถูกทำให้ลดลงจากViไปสู่Vfด้วยความดันคงที่Pi
  • ต่อมาเพิ่มความดันจากPiไปสู่Pf ด้วยการให้ความร้อนที่ปริมาตรคงที่Vf
  • งานที่กระทำต่อก๊าซด้วยเส้นทางนี้จะเป็น W = -Pi (Vf – Vi)
pv diagram b
งานจากPV Diagram , ภาพ(b)
  • ความดันของก๊าซถูกทำให้เพิ่มขึ้นจากPiไปสู่Pfที่ปริมาตรคงที่ Vi
  • จากนั้นทำให้ปริมาตรของก๊าซลดลงจากViไปสู่Vf ด้วยความดันคงที่ Pf
  • ดังนั้นงานที่กระทำต่อก๊าซด้วยเส้นทางนี้จะเป็น W = -Pf (Vf – Vi) ซึ่งจะมีค่ามากกว่ากระบวนการในภาพ(a)
pv diagram c
งานจากPV Diagram , ภาพ(c)
  • ความดันและปริมาตรมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง
  • งานจะมีค่าอยู่ระหว่าง

–Pf (Vf – Vi) และ –Pi (Vf – Vi)

  • ในการหาค่างานที่เกิดขึ้นต้องรู้ฟังก์ชันของ P (V )
slide86
กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์
  • กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์เป็นกรณีพิเศษของกฎการอนุรักษ์พลังงาน
    • การถ่ายโอนพลังงานความร้อนจะทำให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน และ งาน
  • ถึงแม้ว่าQและ Wจะขึ้นกับเส้นทาง(path) แต่ Q + W จะไม่ขึ้นกับเส้นทาง
  • กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์คือDEint = Q + W
    • ทุกปริมาณจะเป็นหน่วยเดียวกัน (พลังงาน)
  • ถ้ามีการเปลี่ยนน้อย ๆ ในระบบ จะได้dEint = dQ+ dW
slide87
กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์
  • Q เป็นบวก สำหรับปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าสู่ระบบ
  • Q เป็นลบ สำหรับปริมาณความร้อนที่ไหลออกจากระบบ
  • W เป็นบวก สำหรับงานที่ทำต่อระบบ(โดยสิ่งแวดล้อม)
  • W เป็นลบ สำหรับงานที่ทำโดยระบบ(หรือระบบทำต่อสิ่งแวดล้อม)
isolated systems
ระบบโดดเดี่ยว(Isolated Systems)
  • ระบบโดดเดี่ยว คือระบบที่ไม่มีอันตรกริยากับสิ่งแวดล้อม
    • ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานและมวลสารกับสิ่งแวดล้อม
    • งานที่กระทำต่อระบบจะเป็นศูนย์
    • Q = W = 0, ดังนั้นDEint = 0
  • พลังงานภายในของระบบโดดเดี่ยว จะคงที่
cyclic processes
กระบวนการแบบวัฏจักร (Cyclic Processes)
  • เป็นกระบวนการที่สภาวะตั้งต้นและสภาวะสุดท้ายเป็นสภาวะเดียวกัน
    • กระบวนการนี้จะไม่ได้เป็นระบบโดดเดี่ยว
    • กระบวนการแบบวัฎจักรจะมีแผนภาพ PVเป็นโค้งปิด
  • พลังงานภายในจะเป็นศูนย์
  • DEint = 0, Q = -W
  • ในกระบวนการแบบวัฎจักร งานทั้งหมดที่กระทำต่อระบบต่อหนึ่งวัฎจักรจะเท่ากับพื้นที่ภายในที่ปิดล้อมด้วยเส้นทางของระบบในแผนภาพPV
adiabatic process
กระบวนการแอเดียแบติก(Adiabatic Process)
  • กระบวนการแอเดียแบติกจะไม่มีการส่งผ่านพลังงานความร้อนเข้าหรือออกจากระบบ
    • Q = 0
    • นั่นคือ :
      • ป้องกันการไหลของความร้อนโดยการล้อมรอบผนังของระบบด้วยวัสดุกันความร้อน
      • หรือทำให้ระบบเปลี่ยนสภาวะอย่างรวดเร็วโดยความร้อนไม่ทันที่จะไหลผ่านเข้าออกระบบได้
adiabatic process1
กระบวนการแอเดียแบติก(Adiabatic Process),ต่อ
  • เมื่อQ = 0 จะได้DEint = W
  • ในกระบวนแอเดียบาติก ถ้าก๊าซถูกกดWจะเป็นบวก ดังนั้นDEintจะเป็นบวก ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้น
  • ในกระบวนการแอเดียบาติก ถ้าก๊าซขยายตัวในทำนองเดียวกันจะทำให้อุณหภูมิของก๊าซลดลง
isobaric processes
กระบวนการความดันคงตัว (Isobaric Processes)
  • กระบวนการความดันคงตัวเกิดขึ้นเมื่อความดันของระบบมีค่าคงตัว
  • โดยที่ค่าของความร้อนและงานจะไม่เป็นศูนย์
  • ค่าของงานคือ W = P (Vf – Vi) เมื่อ Pคือความดันที่มีค่าคงที่
isochoric process isovolumetric processes
กระบวนการปริมาตรคงตัว(Isochoric Process หรือ Isovolumetric Processes)
  • เป็นกระบวนการที่ปริมาตรของระบบคงตัว คือไม่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตร
  • เมื่อปริมาตรไม่มีการเปลี่ยนแปลงจะทำให้ W = 0
  • ดังนั้นจากกฎข้อที่หนึ่งทางเทอร์โมไดนามิกส์ จะได้ DEint = Q
  • นั่นคือถ้าพลังงานความร้อนไหลเข้าระบบที่มีปริมาตรคงที่จะทำให้พลังงานภายในเพิ่มขึ้น
isothermal process
กระบวนการไอโซเทอร์มัล(Isothermal Process)
  • เป็นกระบวนการที่อุณหภูมิของระบบมีค่าคงตัว
  • เมื่อไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นั่นคือDEint = 0
  • ดังนั้น , Q = - W
  • นั่นคือพลังงานความร้อนทั้งหมดที่ระบบได้รับจะกลายไปเป็นงานที่ระบบทำ
isothermal process1
กระบวนการไอโซเทอร์มัล (Isothermal Process), ต่อ
  • แผนภาพ PV ด้านขวาก๊าซจะมีการขยายตัวด้วยอุณหภูมิคงที่
  • เส้นโค้งเป็นโค้ง hyperbola
  • เส้นโค้งนี้เรียกว่าเส้น isotherm
isothermal process2
กระบวนการไอโซเทอร์มัล (Isothermal Process), ต่อ
  • จากเส้นโค้งของแผนภาพ PV ชี้ให้เห็นว่าPV = ค่าคงที่
    • สมการจะเป็นสมการแบบ hyperbola
  • พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น ดังระบบจะเป็นระบบแบบ quasi-static นั่นคือPV = nRTจะได้
isothermal process3
กระบวนการไอโซเทอร์มัล (Isothermal Process), สุดท้าย
  • งานจะเท่ากับพื้นที่ใต้โค้งของโค้ง PV
    • ซึ่งก็คือพื้นที่ที่ถูกแรเงาในแผนภาพ PV นั่นเอง
  • ถ้าก๊าซขยายตัวดังนั้น Vf > Viนั่นคืองานที่กระทำต่อระบบ(ก๊าซ) จะเป็นลบ
  • ถ้าก๊าซถูกกดดังนั้น Vf< Vi นั่นคืองานที่กระทำต่อระบบ(ก๊าซ) จะเป็นบวก
pv diagram 4
pV-diagram และการเปลี่ยนสภาวะทั้ง 4 แบบของแก๊สอุดมคติ
molar specific heat of an ideal gas
ความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซอุดมคติMolar Specific Heat of an Ideal Gas
  • ความจุความร้อนโมลาร์ที่ปริมาตรคงตัว (molar heat capacity at constant volume)
  • ความจุความร้อนโมลาร์ที่ความดันคงตัว (molar heat capacity at constant pressure)
  • คาดว่า(สมมติฐาน)
    • Cp มากกว่า Cv
      • เนื่องจากในกระบวนการ ความดัน คงตัว ต้องใช้ความร้อนปริมาณหนึ่ง ถูกใช้ในการทำงานโดยระบบ
molar specific heat of an ideal gas1
ความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซอุดมคติMolar Specific Heat of an Ideal Gas
  • พิจารณากระบวนการที่ปริมาตรคงตัว
    • จากกฎข้อที่หนึ่งทางเทอร์โมไดนามิกส์
    • ดังนั้น
    • หรือ
molar specific heat of an ideal gas2
ความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซอุดมคติ(ต่อ)Molar Specific Heat of an Ideal Gas
  • จาก
  • และ
    • จะได้
      • สำหรับก๊าซอุดมคติอะตอมเดี่ยว
    • ทำนองเดียวกัน จะได้
      • สำหรับก๊าซอุดมคติอะตอมคู่
    • ทำนองเดียวกันจะได้
      • สำหรับก๊าซอุดมคติหลายอะตอม
molar specific heat of an ideal gas3
ความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซอุดมคติ(ต่อ)Molar Specific Heat of an Ideal Gas
  • จากนั้นพิจารณากระบวนการที่ความดันคงที่
    • จากกฎข้อที่หนึ่งทางเทอร์โมไดนามิกส์จะได้
    • จาก และ
    • แทนค่าจะได้
molar specific heat of an ideal gas4
ความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซอุดมคติ(ต่อ)Molar Specific Heat of an Ideal Gas
  • เนื่องจาก ดังนั้น
  • นอกจากนั้นพิจารณาอัตราส่วน

(แก๊สอุดมคติอะตอมเดี่ยว)

slide104
ตารางความจุความร้อนโมลาร์ตารางความจุความร้อนโมลาร์
slide108
กระบวนการแอเดียบาติกของก๊าซอุดมคติกระบวนการแอเดียบาติกของก๊าซอุดมคติ
  • pV-diagram แสดงการเปลี่ยนสภาวะแบบแดเดียแบติกของก๊าซอุดมคติ
    • จะได้สมการ
proof that for an adiabatic process
Proof That for an Adiabatic Process
  • จากกฎข้อที่หนึ่งทางเทอร์โมไดนามิกส์
  • เมื่อ
  • จะได้
  • จาก หาอนุพันธ์ทั้งสองข้างของสมการได้
  • แทนค่า ในสมการข้างต้นและหารตลอดด้วย ได้
proof that for an adiabatic process1
Proof That for an Adiabatic Process
  • อินทิเกรตสมการ
    • ได้
    • ดังนั้น หรือ
    • ใช้ กฎของก๊าซอุดมคติจะได้
    • ซึ่งจะได้งานที่ทำโดยก๊าซอุดมคติในกระบวนการแอเดียบาติก คือ
the second law of thermodynamics
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • ทิศทางของกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกส์ (Directions of Thermodynamics Process)
    • กระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกส์ทุกกระบวนการที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติเป็นแบบผันกลับไม่ได้ เรียกว่าเป็น irreversible process
      • นั่นคือกระบวนการที่เกิดขึ้นจะเป็นไปในทิศทางเดียว
        • การไหลของของความร้อนจะไหลจากวัตถุที่ร้อนกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่า
    • ทิศทางของกระบวนการจะสัมพันธ์กับความไม่เป็นระเบียบ (disorder) ในสภาวะสุดท้าย
      • การส่งผ่านความร้อนจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนของพลังงานของการเคลื่อนที่อย่างไม่เป็นระเบียบของโมเลกุล
      • ดังนั้นการเปลี่ยนรูปของพลังงานกลไปเป็นความร้อน จะมีความไม่เป็นระเบียบเข้ามาเกี่ยวข้อง
the second law of thermodynamics1
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • เครื่องจักรความร้อน (Heat Engines)
  • ประสิทธิภาพ (thermal efficiency)
the second law of thermodynamics2
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • ตัวอย่างที่ 12 ถ้าเครื่องจักรความร้อนมีประสิทธิภาพ 20% และคายพลังงาน ให้แก่น้ำที่ใช้หล่อเย็นเครื่องจักร จงหางานที่เครื่องจักรทำ

สำหรับเครื่องจักรความร้อน

the second law of thermodynamics3
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • เครื่องทำความเย็น (Refrigerators)
  • สัมประสิทธิ์ของการทำงาน (coefficient of performance)
the second law of thermodynamics4
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • ตัวอย่างที่ 13 เครื่องทำความเย็นดึงเอาความร้อนจากที่ที่เย็นกว่าเข้ามาในเครื่องได้ 3 เท่าของงานที่ทำให้แก่เครื่อง(ก) จงหาสัมประสิทธิ์ของการทำงานของเครื่องทำความเย็นนี้(ข) จงหาอัตราส่วนของความร้อนที่เครื่องระบายออกต่อความร้อนที่เครื่องได้รับ
the second law of thermodynamics5
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • ไม่มีเครื่องจักรความร้อนใดที่มีประสิทธิภาพเป็น 100%
    • “ ไม่มีระบบใดที่สามารถเปลี่ยนสภาวะแบบวัฏจักรโดยดึงความร้อนจากแหล่งให้ความร้อนที่อุณหภูมิหนึ่งแล้วเปลี่ยนความร้อนทั้งหมดไปเป็นงานกล ”
      • “ engine ” statement
    • “ ไม่มีระบบใดที่สามารถส่งผ่านความร้อนจากที่ที่เย็นกว่าไปยังที่ที่ร้อนกว่าด้วยตนเองได้ ”
      • “ refrigerator ” statement
the second law of thermodynamics6
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • วัฎจักรคาร์โนต์ (The Carnot Cycle)
    • เครื่องจักรความร้อนในอุดมคติที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด
      • โดยวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot
the second law of thermodynamics7
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • วัฎจักรคาร์โนต์
    • ทุกกระบวนการที่มีการส่งผ่านความร้อน จะต้องเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิของระบบคงที่
the second law of thermodynamics8
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • วัฎจักรคาร์โนต์
    • แสดงวัฎจักรคาร์โนต์ที่มีก๊าซอุดมคติเป็น working substance ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้
the second law of thermodynamics9
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • ประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนคาร์โนต์
    • โดยเริ่มจากการหาอัตราส่วน
      • .
      • .
      • อัตราส่วนของความร้อนทั้งสองนี้คือ
the second law of thermodynamics10
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • ประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนคาร์โนต์
    • สำหรับกระบวนการแอเดียแบติกทั้งสองในวัฎจักรคาร์โนต์
      • จาก
      • และ
    • จับสองสมการนี้มาหารกัน จะได้
      • จะได้ หรือ
      • ดังนั้น
    • ประสิทธิภาพ
the second law of thermodynamics11
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • เอนโทรปี (Entropy)
    • กฎข้อที่สองก็สามารถเขียนออกมาให้อยู่ในรูปของความสัมพันธ์ของปริมาณที่เรียกว่า เอนโทรปี (entropy) ได้
    • เอนโทรปีเป็นปริมาณที่ใช้วัดความไม่เป็นระเบียบ (disorder)
  • พิจารณา
    • ก๊าซอุดมคติ เมื่อเราให้ความร้อน แก่ก๊าซแล้วปล่อยให้ก๊าซขยายตัวโดยที่อุณหภูมิคงตัว
    • จากกฎข้อที่ 1 ได้ หรือ
the second law of thermodynamics12
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • เอนโทรปี (Entropy)
    • ใช้สัดส่วนการเปลี่ยนของปริมาตร เป็นตัววัดการเพิ่มขึ้นของความไม่เป็นระเบียบ
    • จาก นั้น แปรผันกับปริมาณ
    • ใช้สัญลักษณ์ S แทนเอนโทรปีของระบบ
    • ถ้ามีความร้อนปริมาณ Q ใส่เข้าไปในช่วงกระบวนการไอโซเทอร์มัลแบบผันกลับได้ เอนโทรปีของระบบจะเปลี่ยนไปทั้งสิ้น
the second law of thermodynamics13
กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์(The Second Law of Thermodynamics)
  • เอนโทรปีกับกฎข้อที่สอง (Entropy and The Second Law)
    • “ กระบวนการที่เกิดขึ้นได้เองในธรรมชาติจะเกิดขึ้นในทิศทางที่ทำให้เอนโทรปีรวมของระบบมีค่าคงตัวหรือไม่ก็เพิ่มขึ้นเท่านั้น ”
slide125
แบบฝึกหัด
  • พิสูจน์ว่า สำหรับก๊าซอุดมคติ
slide127
ทดสอบ
  • จงเติมเครื่องหมายในช่องว่าง
slide129
ทดสอบ
  • ในแต่ละเส้นทางเป็นกระบวนการแบบใดQ = 0สำหรับเส้นทาง B
slide130
ทดสอบ

1. ก๊าซอุดมคติจำนวน 1 โมลถูกทำให้ขยายตัวจากปริมาตร 3.0 ลิตรไปเป็น 10.0 ลิตร ที่อุณหภูมิคงที่ 0.0 องศาเซลเซียส

1.1 จงหางานที่กระทำต่อระบบ

1.2 จงหาความร้อนที่ไหลเข้าไปในระบบ

1.3 ถ้าก๊าซถูกอัดจนมีปริมาตรเท่าเดิมจงหางานที่กระทำต่อก๊าซนี้ในกระบวนการความดันคงที่