គោលគំនិតនៃថាមពលខាងក្នុងក្នុងប្រព័ន្ធទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្ម

គោលគំនិតនៃថាមពលខាងក្នុងក្នុងប្រព័ន្ធទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្ម

នៅក្នុងការសិក្សាអំពីទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្ម គោលគំនិតមួយក្នុងចំណោមគោលគំនិតជាមូលដ្ឋាន និងសំខាន់បំផុតនៅក្នុងការវិភាគប្រព័ន្ធគឺថាមពលខាងក្នុង។ ថាមពលខាងក្នុង ដែលជារឿយៗត្រូវបានតំណាងដោយអក្សរ U គឺជាផ្នែកមួយដ៏សំខាន់នៃលក្ខណៈសម្បត្តិនៃសារធាតុមួយ មិនថាជាសារធាតុសុទ្ធ ឬល្បាយនោះទេ នៅក្នុងប្រព័ន្ធទែរម៉ូឌីណាមិក។ ការយល់ដឹងត្រឹមត្រូវអំពីថាមពលខាងក្នុងជួយវិស្វករពន្យល់ និងគណនាឥរិយាបថនៃប្រព័ន្ធដូចជា ទួរប៊ីនចំហាយទឹក ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ ម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុង ឡចំហាយ ឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ និងប្រព័ន្ធទូរទឹកកក។ អត្ថបទនេះពិភាក្សាអំពីនិយមន័យនៃថាមពលខាងក្នុង អត្ថន័យរូបវន្តរបស់វា ទំនាក់ទំនងរបស់វាទៅនឹងកំដៅ និងការងារ តួនាទីរបស់វានៅក្នុងច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក និងការអនុវត្តជាក់ស្តែងរបស់វានៅក្នុងប្រព័ន្ធវិស្វកម្ម។

១. ការយល់ដឹងអំពីថាមពលខាងក្នុង

ថាមពលខាងក្នុង គឺជាថាមពលមីក្រូទស្សន៍សរុបដែលរក្សាទុកក្នុងប្រព័ន្ធមួយ ដោយសារតែចលនា និងអន្តរកម្មនៃភាគល្អិតដែលផ្សំឡើងរបស់វា (ម៉ូលេគុល អាតូម អេឡិចត្រុង)។ មិនដូចថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពល ដែលអាចមើលឃើញនៅលើមាត្រដ្ឋានម៉ាក្រូស្កុប (ឧទាហរណ៍ វត្ថុមួយកំពុងផ្លាស់ទី ឬនៅកម្ពស់ជាក់លាក់មួយ) ថាមពលខាងក្នុង គឺទាក់ទងទៅនឹងបាតុភូតនៅលើមាត្រដ្ឋានមីក្រូទស្សន៍៖ រំញ័រម៉ូលេគុល ការបង្វិល ការបកប្រែ ថាមពលចំណង និងថាមពលដែលទាក់ទងនឹងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុងនៃវត្ថុធាតុ។

តាមគំនិត ថាមពលសរុបនៃប្រព័ន្ធមួយអាចត្រូវបានសរសេរជាការរួមបញ្ចូលគ្នានៃថាមពលខាងក្នុង និងថាមពលម៉ាក្រូស្កុប៖

\[
អ៊ី = យូ + ខេអ៊ី + ភីអ៊ី
\]

ជាមួយ៖
–\(E\) = ថាមពលសរុបនៃប្រព័ន្ធ
–\(U\) = ថាមពលខាងក្នុង
– \(KE\) = ថាមពលចលនាម៉ាក្រូស្កុប
–\(PE\) = ថាមពលសក្តានុពលម៉ាក្រូស្កុប

នៅក្នុងការវិភាគទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្មជាច្រើន ការប្រែប្រួលនៃថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពល ជារឿយៗមានទំហំតូចជាងការប្រែប្រួលនៃថាមពលខាងក្នុង ឬអង់តាល់ពី ហើយដូច្នេះជារឿយៗត្រូវបានគេមិនអើពើក្នុងការធ្វើឱ្យការគណនាសាមញ្ញ (ទោះបីជានៅក្នុងកម្មវិធីមួយចំនួនដូចជាក្បាលបាញ់ ឬទួរប៊ីន ថាមពលចលនាអាចមានសារៈសំខាន់ក៏ដោយ)។

២. ថាមពលខាងក្នុងជាលក្ខណៈសម្បត្តិទែរម៉ូឌីណាមិក

ថាមពលខាងក្នុងគឺជាអនុគមន៍ស្ថានភាពមួយ។ នេះមានន័យថាតម្លៃនៃថាមពលខាងក្នុងអាស្រ័យតែលើស្ថានភាពបច្ចុប្បន្ននៃប្រព័ន្ធ (ឧទាហរណ៍ សីតុណ្ហភាព សម្ពាធ និងសមាសធាតុ) មិនមែនលើផ្លូវដំណើរការដែលបានយកទៅសម្រេចបាននូវស្ថានភាពនោះទេ។ ក្នុងទម្រង់ឌីផេរ៉ង់ស្យែល ការប្រែប្រួលថាមពលខាងក្នុងត្រូវបានបង្ហាញជា៖

\[
ដេលតា U = U_2 – U_1
\]

គួរសង្កត់ធ្ងន់ថា តម្លៃដាច់ខាតនៃ U ពិបាកវាស់វែងដោយផ្ទាល់ ពីព្រោះអ្វីដែលអាចកំណត់បានដោយពិសោធន៍គឺការប្រែប្រួលថាមពលខាងក្នុង (\(\Delta U\))។ ដូច្នេះ តារាងទែរម៉ូឌីណាមិក (ឧទាហរណ៍ តារាងចំហាយទឹក) ជាទូទៅបង្ហាញតម្លៃថាមពលខាងក្នុងទាក់ទងទៅនឹងស្ថានភាពយោងជាក់លាក់មួយ។

៣. អត្ថន័យរូបវន្ត៖ សមាសធាតុថាមពលមីក្រូទស្សន៍

ថាមពលខាងក្នុងគឺជា "ឃ្លាំង" ថាមពលដែលមានរាងតូចច្រឡឹង។ ជាទូទៅ ការរួមចំណែកពីថាមពលខាងក្នុងអាចរួមមាន៖
១. ថាមពលបកប្រែនៃម៉ូលេគុល (ទាក់ទងនឹងសីតុណ្ហភាព)។
2. ថាមពលបង្វិល និងរំញ័រ (សំខាន់នៅក្នុងឧស្ម័នពហុអាតូមិច និងនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់)។
៣. ថាមពលសក្តានុពលរវាងម៉ូលេគុល (លេចធ្លោនៅក្នុងអង្គធាតុរាវ និងសារធាតុរឹង ដែលរងឥទ្ធិពលដោយកម្លាំងទាក់ទាញរវាងម៉ូលេគុល)។
៤. ថាមពលចំណងគីមី (សំខាន់នៅក្នុងប្រតិកម្មចំហេះ ឬដំណើរការគីមី)។
៥. ថាមពលនុយក្លេអ៊ែរ (ជាធម្មតាមិនត្រូវបានគេអើពើនៅក្នុងទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្មបុរាណ លើកលែងតែនៅក្នុងប្រព័ន្ធរ៉េអាក់ទ័រនុយក្លេអ៊ែរ)។

ដោយសារតែសមាសធាតុទាំងនេះត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយសីតុណ្ហភាព និងរចនាសម្ព័ន្ធនៃសារធាតុ ថាមពលខាងក្នុងមានទំនាក់ទំនងយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងសីតុណ្ហភាព។ ចំពោះឧស្ម័នដ៏ល្អ ថាមពលខាងក្នុងគឺជាមុខងារនៃសីតុណ្ហភាពតែម្នាក់ឯង។

៤. ទំនាក់ទំនងរវាងថាមពលខាងក្នុង កំដៅ និងការងារ

ការយល់ច្រឡំទូទៅមួយគឺថា ថាមពលខាងក្នុងត្រូវបានចាត់ទុកថា "ដូចគ្នា" ទៅនឹងកំដៅ។ តាមពិតទៅ៖
- កំដៅ (Q) គឺជាថាមពលដែលផ្លាស់ទីឆ្លងកាត់ព្រំដែនប្រព័ន្ធដោយសារតែភាពខុសគ្នានៃសីតុណ្ហភាព។
– កម្លាំងពលកម្ម (W) គឺជាថាមពលដែលត្រូវបានផ្ទេរឆ្លងកាត់ព្រំដែនប្រព័ន្ធដោយសារតែកម្លាំងដែលធ្វើសកម្មភាពតាមរយៈការផ្លាស់ទីលំនៅ (ឧទាហរណ៍ កម្លាំងពលកម្មព្រំដែន \(P\,dV\) កម្លាំងពលកម្មអ័ក្សលើទួរប៊ីន កម្លាំងពលកម្មអគ្គិសនី។ល។)
- ថាមពលខាងក្នុង (U) គឺជាថាមពលដែលរក្សាទុកក្នុងប្រព័ន្ធជាទ្រព្យសម្បត្តិរបស់រដ្ឋ។

នៅពេលដែលប្រព័ន្ធមួយទទួលបានកំដៅ ថាមពលខាងក្នុងរបស់វាអាចកើនឡើង ប៉ុន្តែមិនមែនជានិច្ចទេ — ពីព្រោះថាមពលចូលមួយចំនួនអាចត្រូវបានបំប្លែងទៅជាទិន្នផលការងារ។ ផ្ទុយទៅវិញ នៅពេលដែលប្រព័ន្ធមួយដំណើរការ ថាមពលខាងក្នុងរបស់វាអាចថយចុះ ទោះបីជាមិនមានកំដៅបាត់បង់ក៏ដោយ ដូចជាការពង្រីកអាឌីអាបាទិក។

៥. ថាមពលខាងក្នុងនៅក្នុងច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក

ច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិកចែងអំពីការអភិរក្សថាមពល។ សម្រាប់ប្រព័ន្ធបិទជិត ទម្រង់ទូទៅបំផុតគឺ៖

\[
\Delta U + \Delta KE + \Delta PE = Q – W
\]

ប្រសិនបើការផ្លាស់ប្តូរនៃថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពលអាចត្រូវបានមិនអើពើ៖

\[
ឌីលតា U = Q – W
\]

សមីការនេះពន្យល់ថា ការផ្លាស់ប្ដូរថាមពលខាងក្នុងត្រូវបានកំណត់ដោយតុល្យភាពថាមពល៖ ថាមពលចូលជាកម្ដៅដកថាមពលចេញជាការងារ។

ឧទាហរណ៍​គោលគំនិត
– នៅពេល​កំដៅ​ឧស្ម័ន​ក្នុង​ធុង​រឹង (បរិមាណ​ថេរ) ការងារ​ព្រំដែន​គឺ \(W = 0\) ដូច្នេះ​កំដៅ​ចូល​ទាំងអស់​បង្កើន​ថាមពល​ខាងក្នុង៖ \(\Delta U = Q\)។
– នៅក្នុងការពង្រីកអាឌីអាបាទិក (គ្មានការផ្ទេរកំដៅ \(Q=0\)) ប្រព័ន្ធដំណើរការ ហើយថាមពលខាងក្នុងរបស់វាថយចុះ៖ \(\Delta U = -W\)។

៦. ភាពខុសគ្នារវាងថាមពលខាងក្នុង និងអង់តាល់ពី

នៅក្នុងទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្ម ក្រៅពីថាមពលខាងក្នុង អេនថាល់ពី (H) ក៏ត្រូវបានគេស្គាល់ផងដែរ៖

\[
H = U + PV
\]

អង់តាល់ពី ជារឿយៗអាចអនុវត្តបានច្រើនជាងសម្រាប់ប្រើប្រាស់ក្នុងប្រព័ន្ធលំហូរ (បរិមាណត្រួតពិនិត្យ) ដូចជាទួរប៊ីន ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ ឡចំហាយ និងឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ ពីព្រោះពាក្យ \(PV\) តំណាងឱ្យ "ការងារលំហូរ" ដែលជាប់ទាក់ទងនឹងការរុញសារធាតុរាវចូល និងចេញពីបរិមាណត្រួតពិនិត្យ។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ថាមពលខាងក្នុងនៅតែមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ ជាពិសេសនៅក្នុង៖
– ប្រព័ន្ធបិទជិត (ឧទាហរណ៍ ស៊ីឡាំង-ពីស្តុង)
- ដំណើរការបរិមាណថេរ
– ការវិភាគបណ្ដោះអាសន្នលើធុង
– និងការកំណត់លក្ខណៈសម្បត្តិទែរម៉ូឌីណាមិកនៃសារធាតុក្រោមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់។

៧. ថាមពលខាងក្នុងនៅក្នុងឧស្ម័នដ៏ល្អ

ចំពោះឧស្ម័នដ៏ល្អមួយ ថាមពលខាងក្នុងអាស្រ័យតែលើសីតុណ្ហភាពប៉ុណ្ណោះ៖

\[
យូ = យូ(ធី)
\]

ដូច្នេះការប្រែប្រួលថាមពលខាងក្នុងអាចត្រូវបានគណនាជាមួយនឹងសមត្ថភាពកំដៅនៅបរិមាណថេរ (\(C_v\)):

\[
\Delta U = m\int_{T_1}^{T_2} C_v(T)\, dT
\]

ប្រសិនបើ \(C_v\) ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាថេរ៖

\[
ដេលតា U = m C_v (T_2 – T_1)
\]

វាមានប្រយោជន៍ខ្លាំងណាស់សម្រាប់ការគណនារហ័សលើសមាសធាតុវិស្វកម្មដូចជាដំណើរការបង្ហាប់/ពង្រីកឧស្ម័ន ការវិភាគវដ្តដ៏ល្អ (Otto, Diesel, Brayton) និងការគណនាការផ្ទេរថាមពលជាមូលដ្ឋាន។

៨. ថាមពលខាងក្នុងនៅក្នុងសារធាតុពិត និងចំហាយទឹក

នៅក្នុងសារធាតុពិតដូចជាទឹក សារធាតុត្រជាក់ ឬល្បាយអ៊ីដ្រូកាបូន ថាមពលខាងក្នុងមិនមែនតែងតែជាមុខងារនៃសីតុណ្ហភាពតែម្នាក់ឯងនោះទេ។ វាក៏ត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយសម្ពាធ និងដំណាក់កាល (រាវ ចំហាយ ល្បាយ)។ ដូច្នេះ ការវិភាគថាមពលខាងក្នុងជាធម្មតាសំដៅទៅលើ៖
– តុទែរម៉ូឌីណាមិក (តុចំហាយទឹក)
– ដ្យាក្រាម \(Pv\), \(Ts\), ឬ \(hs\),
- ឬសមីការនៃគំរូរដ្ឋ និង អចលនទ្រព្យ។

ឧទាហរណ៍ នៅក្នុងទឹក៖ ថាមពលខាងក្នុងកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង នៅពេលដែលមានការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលពីអង្គធាតុរាវឆ្អែតទៅជាចំហាយឆ្អែត ដោយសារតែថាមពលមិនទាន់ឃើញច្បាស់ ដែលទាក់ទងនឹងការបំបែកកម្លាំងទាក់ទាញអន្តរម៉ូលេគុល។

៩. ការអនុវត្តថាមពលផ្ទៃក្នុងក្នុងប្រព័ន្ធទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្ម

ការយល់ដឹងអំពីថាមពលមានផលប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅលើការរចនា និងការវាយតម្លៃដំណើរការនៃឧបករណ៍វិស្វកម្ម ឧទាហរណ៍៖
១. បន្ទប់ចំហេះ និងម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុង៖ ការប្រែប្រួលថាមពលនៅក្នុងឧស្ម័នចំហេះគឺទាក់ទងនឹងការបញ្ចេញថាមពលគីមី និងសីតុណ្ហភាពនៃឧស្ម័ន។
2. ធុងស្តុកដែលមានសម្ពាធ៖ ដំណើរការបំពេញ/បញ្ចេញអាចត្រូវបានវិភាគតាមរយៈការផ្លាស់ប្តូរថាមពលខាងក្នុងនៃសារធាតុរាវនៅក្នុងធុង ជាពិសេសក្រោមលក្ខខណ្ឌអាឌីអាបាទិក ឬលក្ខខណ្ឌបណ្ដោះអាសន្ន។
៣. ឡចំហាយ និងម៉ាស៊ីនបង្ហាប់៖ ទោះបីជាការវិភាគលំហូរច្រើនតែប្រើអង់តាល់ពីក៏ដោយ ថាមពលខាងក្នុងជួយយល់ពីការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាល និងតុល្យភាពថាមពលខាងក្នុងនៃសារធាតុរាវ។
៤. ប្រព័ន្ធទូរទឹកកក៖ ថាមពលខាងក្នុងពន្យល់ពីការប្រែប្រួលថាមពលនៅក្នុងសារធាតុត្រជាក់កំឡុងពេលបង្ហាប់ ការពង្រីក និងការផ្ទេរកំដៅ ជាពិសេសនៅពេលវិភាគជាប្រព័ន្ធបិទជិតនៅក្នុងសមាសធាតុមួយចំនួន។

៧. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

ថាមពលខាងក្នុងគឺជាគោលគំនិតស្នូលមួយនៅក្នុងទែរម៉ូឌីណាមិកវិស្វកម្ម ពីព្រោះវាតំណាងឱ្យថាមពលមីក្រូទស្សន៍ដែលរក្សាទុកក្នុងប្រព័ន្ធមួយជាលក្ខណៈសម្បត្តិនៃស្ថានភាព។ តាមរយៈច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក ការផ្លាស់ប្តូរថាមពលខាងក្នុងទាក់ទងនឹងការផ្ទេរកំដៅ និងការងារ ដូច្នេះបង្កើតជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការវិភាគថាមពលនៃដំណើរការវិស្វកម្មផ្សេងៗ។ នៅក្នុងឧស្ម័នដ៏ល្អ ថាមពលខាងក្នុងអាស្រ័យជាចម្បងលើសីតុណ្ហភាព ខណៈពេលដែលនៅក្នុងសារធាតុពិត ថាមពលខាងក្នុងត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយលក្ខខណ្ឌដំណាក់កាល និងសម្ពាធ។ តាមរយៈការយល់ដឹងស៊ីជម្រៅអំពីថាមពលខាងក្នុង វិស្វករអាចបង្កើតគំរូដែលត្រឹមត្រូវជាងមុន អនុវត្តការគណនាប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព និងធ្វើការសម្រេចចិត្តរចនាសមស្របនៅក្នុងកម្មវិធីប្រព័ន្ធកម្ដៅផ្សេងៗ។

ប្រសិនបើអ្នកចង់បាន ខ្ញុំអាចបន្ថែមឧទាហរណ៍នៃការគណនាលេខ (ឧទាហរណ៍ កំដៅឧស្ម័ននៅក្នុងស៊ីឡាំង ឬការពង្រីកអាឌីអាបាទិក) ដើម្បីធ្វើឱ្យគោលគំនិតនៃថាមពលខាងក្នុងកាន់តែច្បាស់លាស់។