p34

กลศาสตรความร้อน

เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า สีดำจะดูดและเก็บกักความร้อนได้ดีกว่าสีขาว อย่างไรก็ตามคนที่อาศัยอยู่ในทะเลทรายชอบใส่เสื้อสีดำมากกว่าเสื้อสีขาว ตอนกลางวันทะเลทรายมีความร้อนสูงมาก การสวมใส่เสื้อสีดำน่าจะไปเพิ่มความร้อนมากขึ้นไปอีก ข้อสงสัย เสื้อสีดำจะเปล่งรังสีความร้อนได้มากกว่าเสื้อสีขาว แต่ในขณะเดียวกันเสื้อ สีดำจะดูดกลืนและเก็บกักพลังงานความร้อนได้มากกว่าเสื้อสีขาว ดังนั้นจึงมีอุณหภูมิสูงกว่า นักวิจัยได้พิสูจน์ให้เห็นว่าผู้ใส่เสื้อสีดำจะมีอุณหภูมิสูงกว่า 6o C เมื่อเทียบกับผู้ใส่เสื้อสีขาว แต่ทำไมคนที่อาศัยอยู่ที่นั่นจึงชอบใส่เสื้อสีดำ นักฟิสิกส์ตอบคำตอบนี้ได้  อ่านต่อครับ


ต่อยักษ์ชนิดหนึ่งกำลังถูกผึ้งล้อมรอบอยู่ ตัวต่อนี้พยายามเข้าไปใน รังผึ้งเพื่อจะลักน้ำหวานไปเป็นอาหาร แต่เผอิญผึ้งเห็นเสียก่อน ก็เลยถูกผึ้งล้อมไว้ เพื่อหยุดการกระทำของมัน หลังจากนั้นประมาณ 20 นาที ตัวต่อก็ตายโดยที่ผึ้ง ไม่ได้กัดหรือต่อยเลย สาเหตุที่ผึ้งตายนั้นมาจากอุณหภูมิ นักฟิสิกส์สามารถตอบคำถามให้กับคุณได้ชัดเจนกว่านี้  อ่านต่อครับ


เมื่อคุณเปิดฝาจุกแชมเปญ มันจะเกิดเสียงดังป๊อปขึ้น และจุกจะกระเด็นออก ขณะเดียวกันมีของเหลวพุ่งเป็นฝอยตามขึ้นมา ให้คุณสังเกตที่รูปภาพมีกลุ่มของหมอกรอบๆฝาจุกด้วย สาเหตุของการเกิดกลุ่มหมอกมาได้อย่างไร นักฟิสิกส์สามารถอธิบายได้  อ่านต่อครับ


เคยมีคนเคยกล่าวว่า "เวลาไม่เคยย้อนกลับ" ซึ่งก็เป็นจริงเช่นนั้น แสดงว่าเวลามีทิศทาง และไปในทิศทางเดียว ทดลองปล่อยไข่จากที่สูงลงไปในถ้วย ไข่จะแตกดังรูป เละเทะกระจัดกระจายตามพื้น คุณจะให้ไข่ที่แตกใบนี้กลับมาเป็นไข่ไก่ใบเดิมคงเป็นไปไม่ได้ แต่ถ้าคุณถ่ายวิดีโอไว้ และทำให้ภาพย้อนกลับ คุณสามารถทำได้ อย่างไรก็ตามคุณคงไม่ลืมว่า ไข่ใบเดิมได้แตกไปแล้วและไม่มีทางย้อนกลับมาได้อีกเลย เอนโทรปีแตกต่างจากพลังงานที่ว่า พลังงานเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์ พลังงาน เพราะพลังงานในระบบปิดจะคงที่และอนุรักษ์ สำหรับกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้ เอนโทรปีของระบบปิดจะเพิ่มขึ้นเสมอ ดังนั้น เอนโทรปีจึงถูกขนานนามว่า "ลูกศรของเวลา" ยกตัวอย่างการปล่อยไข่จากที่สูงเราสามารถบอกได้ว่า เอนโทรปีของระบบเพิ่มขึ้น  อ่านต่อครับ


 คุณสามารถเห็นจุดหลอมเหลว และอุณหภูมิจุดเดือดสำหรับธาตุต่างๆ  ภายในตารางธาตุนี้   ถ้าเป็นสีน้ำเงิน  แสดงว่าธาตุนั้นอยู่ในสถานะของแข็ง   สีเหลืองอยู่ในสถานะของเหลว   และสีแดงอยู่ในสถานะแก๊ส   ส่วนช่องไหนถ้าเป็นสีขาวแสดงว่า ธาตุนั้นมีไอโซโทปที่ไม่เสถียร   และยังไม่ทราบอุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟส

             ในห้องทดลองเสมือนจริงนี้   เรากำหนดให้อุณหภูมิห้องเท่ากับ  298 K   =   25 o C  คุณสามารถปรับอุณหภูมิได้ด้วยตนเอง  โดยกดที่ลูกศรของคียบอร์ด  ("<--- "  : อุหภูมิลดลงครั้งละ  15 K  ,   "---->"  อุหภูมิเพิ่มขึ้นครั้งละ  15 K )   หรือจะใช้เมาส์ลากตัวเลื่อนก็ได้เช่นเดียวกัน  กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อเข้าห้องทดลอง

คำถาม


การทดลองเรื่อง เครื่องจักรสันดาปภายใน และกระบวนการความร้อนคงที่

กระบวนการความร้อนคงที่

     กระบวนการความร้อนคงที่   สำหรับแก๊สอุดมคติ    Q = 0  

     วาดกราฟระหว่าง  P  กับ  V   เส้นกราฟที่ได้ขณะกำลังอยู่ในช่วงขยายตัว  เส้นกราฟจะตกลงเร็วกว่า  เมื่อเทียบกับกราฟ   PV   =  คงที่

     จากกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิก  จะได้

    สำหรับช่วงการอัด   

     สำหรับช่วงการขยายตัว

   

กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อเข้าสู่การทดลอง

ความร้อนเปลี่ยนเป็นพลังงานขับเคลื่อน

น้ำมันและอากาศนั้นผสมกันในคาร์บูเรเตอร์  แล้วฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยผ่านทางลิ้นไอดี  จากนั้นหัวเทียนที่อยู่ทางด้านบนของกระบอกสูบก็จะจุดระเบิด  การเผาไหม้ของน้ำมันและอากาศทำให้เกิดแก๊สร้อนขยายตัวขึ้นในเวลา  1/1000 วินาที  


เอ็นโทรปี

17 ปีที่ค้นหา

                 

         โฉมหน้า  " ซาร์บัต  กูลา"   เด็กหญิงชาวอัฟกันที่ค่ายอพยพปากีสถานสมัยอายุ  13  ปี (ซ้าย)   ที่นิตยสาร  "เนชั่นแนล  จีโอกราฟฟิก"    เคยนำขึ้นปกเมื่อ  17  ปีที่แล้ว  ถือเป็นสัญญลักษณ์แทนชะตากรรมของผู้อพยพชาวอัฟกัน  เมื่อเร็วๆนี้  นิตยสารฉบับนี้ส่งทีมงานออกตามหา  เด็กหญิงนิรนามผู้นี้ไปทั่วอัฟกานิสถาน  เพื่อนำเธอขึ้นภาพปกอีกครั้ง  และก็ตามพบเด็กหญิงผู้นี้ซึ่งกลายเป็นคุณแม่ลูกสี่  ในวัย  30  ปี (ขวา)   แต่ดวงตากลมโต  สีเขียวใสของเธอยังแฝงแววรันทด  กร้านชีวิต  เป็นสื่อแทนชะตากรรมชาวอัฟกัน  ได้เหมือนเมื่อ  17  ปีก่อนไม่ผิดเพี้ยน  ภาพบนที่คุณเห็นนั้นมีความสัมพันธ์กับเรื่องเอ็นโทรปีอย่างลึกซื้ง  ซึ่งเอ็นโทรปีเป็นปริมาณทางฟิสิกส์ ที่ใช้วัดความมีระเบียบของระบบ  นักฟิสิกส์จะอธิบายความเกี่ยวเนื่องนี้ให้ทราบ  ลองกดรายละเอียด


    

ตัวอย่าง    จงอธิบายการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของชีวิตมนุษย์คนหนึ่ง เมื่อเปลี่ยนจากเด็ก ไปเป็นผู้หญิงสาวที่น่ารักและกำลังจะแต่งงาน ปรากฎการณ์นี้สอดคล้องกับกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกหรือไม่อย่างไร

คำถาม   ความน่าจะเป็นที่จะให้ออกเป็นหัวและก้อยหมด  ของเหรียญจำนวน 5 อัน

ตอบ   เพิ่มเหรียญขึ้น 1 อัน  ความเป็นไปได้จะเพิ่มขึ้น 2  เท่า  จากความเป็นไปได้ของเหรียญจำนวน   4  อัน  ซึ่งมีความเป็นไปได้  16  แบบ  เมื่อคูณกับ  2  จะได้เป็น  32     ความน่าจะเป็นที่จะได้หัวกับก้อยหมดอย่างละหนึ่งรวมเป็น 2  ฉะนั้นจะได้ความน่าจะเป็น คือ  2 หารด้วย 32  และถ้าต้องการเป็นจำนวนเปอร์เซนต์ให้คูณด้วย 100  จะได้  6 %   มีต่อ


การทดลองเสมือนจริงเรื่องวัฏจักรคาร์โนต์

วัฏจักรคาร์โนต์

     ภายในห้องทดลองนี้  เรากำหนดค่าเริ่มต้น  TH (อุณหภูมิสูง)  =   500 K   และ   TL (อุณหภูมิต่ำ)  =  300 K   ให้คุณกดปุ่ม  RUN   และสังเกต จุดสีแดง     ขณะที่กำลังวิ่งไปบนเส้นสีแดง  ซึ่งเป็นกระบวนการแบบอุณหภูมิคงที่   เมื่อวิ่งสุดเส้นสีแดง ให้กดปุ่ม  Pause   เพื่อหยุดกระบวนการ  ในช่วงการเปลี่ยนแปลงที่เป็นสีแดง  TH  =  คงที่   Q >  0  แสดงว่ามีปริมาณความร้อนไหลเข้าสู่ระบบ   ก๊าซจะขยายตัวเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่   อย่างไรก็ตาม กระบวนการอุณหภูมิคงที่นี้    ความดันจะลดลง   งานจะเพิ่มขึ้น  W  >  0   โดยที่   การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน  U  = 0     กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อเข้าสู่การทดลอง


นำใบไม้ไปจุ่มลงในไนโตรเจนเหลว  รอสักหนึ่งนาที  จนอุณหภูมิลดลงเป็น  -196 องศาเซลเซียส  ( -320 องศาฟาเรนไฮต์)  ใบไม้จะแข็งและเปราะเหมือนกับแก้ว  เมื่อคุณกำมือใบไม้จะแตกออก  แต่มือไม่เป็นไร  เพราะมวลของใบไม้น้อยมาก


Fountain effect  หรือน้ำพุของฮีเลียม  เกิดจากฮีเลียมเหลวที่อุณหภูมิ  1.2  เคลวิน  ที่อุณหภูมิต่ำขนาดนี้  ฮีเลียมจะไม่มีแรงเสียดทาน  และมีพฤติกรรมประหลาดๆ


ระหว่างการผ่าตัด  แบบ  hypothemia   ศัลยแพทย์จะลดอุณหภูมิของคนไข้ลง    การผ่าตัดแบบนี้ใช้กับสมองและหัวใจ ที่ต้องหยุดการไหลเวียนของโลหิตเป็นเวลานาน    เมื่ออุณหภูมิลดลง อวัยวะต่างๆในร่างกายก็ต้องการออกซิเจนน้อยลง    โดยทั่วไป  การผ่าตัดหัวใจ จะลดอุณหภูมิลงเหลือ  10  ถึง  15  องศาเซลเซียส เทียบกับอุณหภูมิร่างกายที่  37   องศาเซลเซียส


ธาตุ แกลเลียม (gallium)   มีค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลว  =   80 kJ/kg   และมีอุณหภูมิหลอมเหลวที่  29.8  องศาเซลเซียส   มันหลอมเหลวอยู่บนมือได้


กล้องโทรทัศน์ฮับเบิลเมื่ออยู่ในอวกาศ  จะต้องเผชิญกับความร้อนของดวงอาทิตย์อย่างเต็มๆ  ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ใช้แผ่นโลหะสะท้อนแสงที่มีขนาดบางมากห่อหุ้มตัวกล้องโทรทัศน์ไว้ ซึ่งจะช่วยสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์  และป้องกันอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ภายในไม่ให้มีความร้อนมากจนเกินไป

ภาพถ่ายความร้อน  ของสุนัข  ภาพนี้ถ่ายโดยการแปลสัญญาณของคลื่นอินฟาเรดที่เปล่งออกมาจากตัวของสุนัข

ภาพเปลวเทียนที่ส่องสว่างอยู่ในอวกาศ  ภายในยานขนส่งอวกาศที่กำลังโคจรรอบโลก    อากาศร้อนจะลอยตัวสูงขึ้น  อากาศเย็นจะเข้าไปแทนที่  และออกซิเจนในอากาศจะทำให้เปลวไฟติดอยู่ตลอด   สังเกตว่าเปลวไฟเป็นรูปทรงกลมไม่เหมือนกับบนโลก  เพราะอะไร

ภาพวัสดุที่ทำจากกระเบื้องพิเศษ  ใช้ห่อหุ้มกระสวยอวกาศ  มีค่าความจุความร้อนจำเพาะต่ำมาก ขนาดที่ว่า  เมื่อมันร้อนจนแดงแล้ว   ยังสามารถใช้มือจับได้

จากรูป มวลขนาด  1   กิโลกรัม  มี  อลูมิเนียม     เหล็ก   ทองแดง  และตะกั่ว  แต่ละอันมีพื้นที่หน้าตัดเท่ากัน ทำให้ร้อนที่  100  องศาเซลเซียส  โดยการแช่ไว้ในน้ำเดือด  นำทั้งหมดไปวางไว้บนขี้ผึ้ง     อธิบายผลที่เกิดขึ้น ?


 

 ในตอนเช้าของวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 2456 เวลา 08.53 นาทีกระสวยอวกาศ columbia ที่ออกแบบใช้เวลานานถึง 10 ปี และใช้เวลาสร้างอีก 2 ปี ด้วยงบประมาณสูงกว่า 9 แสนล้านบาท โดยหน้าที่หลักนำพาลูกเรือและสัมภาระขึ้นไปโคจรและบินกลับลง มา ได้ระเบิดแตกสลายอีกครั้ง ขณะที่ยานกำลังจะลงจอดที่ฟลอริดา "นาซ่า"ระบุว่ายานมรณะขาดการติดต่อประมาณ 16 นาทีก่อนจะระเบิด ซึ่งเป็นโศกนาฏกรรมครั้งเลวร้ายของนาซาที่ คร่าชีวิตนักบินไป 7 คน ในบรรยากาศของโลกที่ระยะ 203,000 ฟุตเหนือรัฐ Texas
ความเป็นไปได้ทั้งหมดของการระเบิดในครั้งนี้ คือ กระสวยอวกาศเกิดความร้อนขึ้นมาก โดยแผ่นกระเบื้องจะต้องต้านทานต่อความร้อน ขนาดอุณหภูมิ 3,000 องศาเฟาห์เรนไฮท์ จึงทำให้เกิดความเสียหายแก่ยานขึ้น
สาเหตุเกิดจาก
( กระสวยอวกาศจะมี Thermal Tiles มากกว่า 20,000 แผ่น เพื่อป้องกันความร้อนในขณะที่มันเดินทางเข้าสู่บรรยากาศของโลก ผู้เชี่ยวชาญบอกว่า หากเกิดมันหลุดออกจนมีขนาดใหญ่จะเกิดความร้อนสูงจนทำให้กระสวยอวกาศแตกเป็นเสี่ยงๆ ) โดย ในวันยิงกระสวยอวกาศเมื่อ 16 ม.ค. มีรายงานว่า มีชิ้นส่วนโฟมที่ส่วนถังเชื้อเพลิงด้านนอกหลุดออก ซึ่งเชื่อว่าไปขัดกับปีกด้านซ้ายของกระสวยอวกาศ แต่นาซ่าแถลงว่า เป็นความเสียหายเล็กน้อยเท่านั้น และไม่มีข้อวิตกกังวลใดระหว่างที่ยานปฏิบัติภารกิจ กระทั่งในช่วงลงจอด ยานขาดการติดต่อไป 16 นาที ก่อนลงจอด ขณะที่กระสวยอวกาศโคลัมเบียเดินทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกก็เกิดระเบิดขึ้น ( คล้ายกับสถานีอวกาศเมียร์ที่แตกกระจายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย) นาซ่าจึงประกาศภาวะฉุกเฉินและส่งทีมค้นหาไปที่เมืองดัล
สำหรับรายชื่อนักบินอวกาศ 7 ราย ได้แก่
1. นายริก ฮัสแบนด์ ผู้บัญชาการภารกิจครั้งนี้
2. นาวาอากาศเอกอิแลน รามอน ชาวอิสราเอล
3. นายเดวิด บราวน์
4. นางคัลปานา ชอว์ลา
5. นายวิลเลียม แม็กคูล กัปตัน
6. นายไมเคิล แอนเดอร์สัน
7. นางลอเรล คลาร์ก...

 


  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต  

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

กลับเข้าหน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ภาพประจำสัปดาห์