Physic I [บทที่ 5 ความร้อน]

1. ก๊าซอุดมคติ (Ideal Gases)

1.1. P1V1/T1 = P2V2/T2 = R

1.1.1. P : ความดัน

1.1.2. T : อุณหภูมิ

1.1.3. v : ปริมาตร

1.1.4. R : ค่าคงที่ของ Gas

1.1.4.1. R = (1.1013*10^5)(22.4*10^-3)/(273) = 8.314 Jmol^-1K^-1

1.2. PV = nRT หรือ PV = NKT

1.2.1. n :จำนวนโมลของก๊าซ

1.2.2. N:จำนวนโมเลกุล

1.2.3. K = 1.38 * 10^-23 [J/K] ค่าคงที่ของ Boltzmann

2. อุณหพลศาสตร์ (Thermodynamics)

2.1. กฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์ (Zeroth law of thermodaynamics)

2.1.1. ระบบที่มีอุฌหภูมิสูงกว่า จะส่งผ่านความร้อนไปยังระบบที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า

2.2. กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ (First law of thermodynamics)

2.2.1. Δ Q = Δ U + Δ W

2.3. งานที่ก๊าซทำ

2.3.1. W = FΔ x

2.3.2. W = PAΔ X

2.3.3. W = PΔ V

2.3.4. การหางานในกรณีที่ก๊าซมีการเปลี่ยนแปลงต่างๆ

2.3.4.1. ถ้า ปริมาตรคงที่ Δ V = 0

2.3.4.1.1. W = 0

2.3.4.2. ถ้าความดันคงที่ Δ P = 0

2.3.4.2.1. W = PΔ V

2.3.4.3. ถ้าอุณหภูมิคงที่ Δ T = 0

2.3.4.3.1. P = nRT/V

2.3.4.4. W = nRTln(VB/VA)

3. ความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซอุดมคติ (C)

3.1. C = 1/n(dQ/dT) -> dQ = nCdT

3.2. Cv เป็นความจุความร้อนโมลาร์เมื่อปริมาตรคงที่ (Δ V =0)

3.2.1. nCvdT = dU

3.3. Cp เป็นความจุความร้อนโมลาร์เมื่อความดัน คงที่

3.3.1. nCpdT =dQ

4. การเปลี่ยนแปลงสภาวะของก๊าซ

4.1. 1 ) ขบวนการปริมาตรคงที่

4.1.1. Δ Q = nCvdT = dU

4.2. 2 ) ขบวนการความดันคงที่

4.2.1. dQ = nCpdT , W = PΔ V

4.3. 3 ) ขบวนการอุณหภูมิคงที่

4.3.1. W = nRTln(VB/VA) = nRTln(PA/PB)

4.4. 4 ) ขบวนการแอเดียแบติก

4.4.1. ΔW = 1/1-γ [P2V2 - P1V1]

5. 1.การถ่ายเทความร้อน

5.1. 1.1. การนำความร้อน (Conduction) ความร้อนไหลผ่านตัวกลาง

5.1.1. H = dQ/dt = kA(T1 - T2)/L

5.1.2. การนำความร้อนของทรงกลมตัวนำกลวง [H = dQ/dt = 4πk(T1-T2)r1r2/r2-r1]

5.1.3. การนำความร้อนของทรงกระบอกกลวง [H = dQ/dt = 2πkL(T1-T2)/ln r2/r1]

5.2. 1.2. การพาความร้อน (Convection) ความร้อนไหลผ่านตัวกลางที่เคลื่อนที่ได้

5.2.1. H = Q/t = hA(T1 - T2)

5.3. 1.3.การแผ่รังสี(Radiation) ความร้อนไหลไปกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

5.3.1. วัตถุทุกชนิดมีการแผ่รังสีความร้อน

5.3.2. ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการส่งผ่านความ

5.3.3. H = dQ/dt = AεσT^4

5.3.3.1. σ มีค่าประมาณ 5.7*10^-8 W/(m^2K^4) : ค่าคงที่ของ Stefan - Boltzman

6. ทฤษฏีจลน์ : พลังงานจลน์เชิงเส้นเฉลี่ยของก๊าซแต่ละโมเลกุล

6.1. Ek = 3/2KBT

6.1.1. KB คือ ค่าคงที่ของโบลท์มานน์ มีค่า 1.38 * 10^-23

6.2. พลังงานภายในของก๊าซ (U)

6.2.1. U = 3/2NKBT = 3/2nRT

7. กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

7.1. เอนโทรปี (Entropy) S เอนโทรปีที่เปลี่ยนไปของระบบ(dS)

7.1.1. dS = dQ/L >= 0

7.2. กลจักรความร้อน

7.2.1. η = W/Q1 = Q1-Q2/Q1 = 1-Q2/Q1

7.3. วัฏจักรคาร์โนต์ : เป็นกลจักรความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

7.4. เครื่องทำความเย็นและเครื่องดูดความร้อน

7.4.1. เครื่องทำความเย็น

7.4.1.1. ประสิทธิภาพของเครื่องทำเความเย็น

7.4.1.1.1. C.O.P = Q2/W =Q2/Q1-Q2 = T2/T1-T2

8. กฏข้อที่สามของอุณหกลศาสตร์

8.1. ในเครื่องทำความเย็น เมื่อให้งาน W กับเครื่องทำความเย็นก็จะดูดความร้อน Q2 ออกจากระบบ

8.1.1. W = Q2(T1-T2/T2)