ຫຼັກການສີດຳ

1. ຄຳນິຍາມຂອງຫຼັກການສີດຳ

ຖ້າພວກເຮົາປະສົມນ້ຳຮ້ອນ ແລະ ນ້ຳເຢັນໃສ່ພາຊະນະທີ່ເປີດ (ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ ຖັງ), ຄວາມຮ້ອນຈະຖ່າຍໂອນຈາກນ້ຳຮ້ອນໄປຫານ້ຳເຢັນ. ເນື່ອງຈາກພາຊະນະເປີດ, ຄວາມຮ້ອນບາງສ່ວນຈະເຄື່ອນໄປສູ່ອາກາດ. ພາຊະນະກໍ່ຈະກາຍເປັນອຸ່ນຂຶ້ນ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກນ້ຳຮ້ອນບໍ່ພຽງແຕ່ຖືກດູດຊຶມໂດຍນ້ຳເຢັນເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງຖືກດູດຊຶມໂດຍບັນຍາກາດ ແລະ ພາຊະນະອີກດ້ວຍ. ໃນກໍລະນີນີ້, ຖັງແມ່ນລະບົບທີ່ບໍ່ໂດດດ່ຽວ. ເມື່ອພວກເຮົາປະສົມນ້ຳຮ້ອນ ແລະ ນ້ຳເຢັນໃສ່ກະຕຸກທີ່ປິດ, ຄວາມຮ້ອນຈະຖ່າຍໂອນຈາກນ້ຳຮ້ອນໄປຫານ້ຳເຢັນ. ກະຕຸກຮັກສາອຸນຫະພູມແມ່ນລະບົບໂດດດ່ຽວ, ສະນັ້ນຄວາມຮ້ອນຈຶ່ງບໍ່ເຄື່ອນທີ່ໄປສູ່ອາກາດ ຫຼື ກະຕຸກຮັກສາອຸນຫະພູມ. ນ້ຳເຢັນຈະດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກນ້ຳຮ້ອນເທົ່ານັ້ນຈົນກວ່າສ່ວນປະສົມຂອງນ້ຳຮ້ອນ ແລະ ນ້ຳເຢັນຈະບັນລຸຄວາມສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນ.

ຫຼັກການສີດຳກ່າວວ່າ ໃນລະບົບປິດທີ່ໂດດດ່ຽວ, ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກວັດຖຸທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ = ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມໂດຍວັດຖຸທີ່ມີອຸນຫະພູມຕ່ຳ.

2. ສູດຫຼັກການດຳ

Q _ປ່ອຍ = ຖາມ _{ດູດຊຶມ}

ການປ່ອຍ Q = ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກວັດຖຸທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ, ການດູດຊຶມ Q = ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມໂດຍວັດຖຸທີ່ມີອຸນຫະພູມຕ່ຳ.

3. ຕົວຢ່າງຂອງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາ

ຕົວຢ່າງຂອງບັນຫາ 1.

ເຫຼັກຮ້ອນທີ່ມີມວນສານ 1 ກິໂລກຣາມ ແລະ ອຸນຫະພູມ 100 ^oC ຖືກໃສ່ລົງໃນພາຊະນະທີ່ມີນ້ຳ 2 ກິໂລກຣາມ ແລະ ມີອຸນຫະພູມ 20 ^oຄ. ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍແມ່ນເທົ່າໃດ? ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງທາດເຫຼັກ = 450 J/kg C^o, ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ = 4200 J/kg C^o.

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ມວນສານຂອງທາດເຫຼັກ (ມ) = 1 ກິໂລກຣາມ

ອຸນຫະພູມຂອງທາດເຫຼັກ (T) = 100 ^oC

ມວນສານຂອງນ້ຳ (ມ) = 2 ກິໂລກຣາມ

ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳ (T) = 20 ^oC

ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບທາດເຫຼັກ (c) = 450 J/kg C^o

ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບນ້ຳ (c) = 4200 J/kg C^o

ຕ້ອງການ: ທ?

ວິທີແກ້ໄຂ:

ທາດເຫຼັກມີອຸນຫະພູມສູງກວ່ານໍ້າ ດັ່ງນັ້ນທາດເຫຼັກຈຶ່ງປ່ອຍຄວາມຮ້ອນອອກມາ, ນໍ້າຈຶ່ງດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ.

Q _ປ່ອຍ = ຖາມ _{ດູດຊຶມ}

mc ΔT = mc ΔT

(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)

(450)(100-T) = (8400)(T-20)

45000 – 450T = 8400 T – 168000

45000 + 168000 = 8400 T + 450 T

213000 = 8850 ໂຕນ

ທ = 213000 : 8850

T = 24 ^oC

ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມຂອງເຫຼັກຮ້ອນ ແລະ ນ້ຳເຢັນ ເມື່ອທັງສອງຢູ່ໃນສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນແມ່ນ 24 ^oC.

ຕົວຢ່າງຂອງບັນຫາທີ 2.

ນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມ ປະສົມກັບຊາອຸ່ນທີ່ມີນ້ຳໜັກ 0.2 ກິໂລກຣາມ. ອຸນຫະພູມຂອງ ice = -10 ^oອົງສາເຊນຊຽດ, ອຸນຫະພູມ ຂອງຊາອຸ່ນ = 40 ^oC. ຄວາມຮ້ອນສະເພາະຂອງ ice = 2100 J/kg C^o, ຄວາມຮ້ອນສະເພາະຂອງ ນ້ຳ = 4200 J/kg C^o, ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວສຳລັບ ນ້ຳ = 334000 J/kg. ນ້ຳກ້ອນ ແລະ ຊາ ຖືກປະສົມຢູ່ໃນລະບົບປິດທີ່ໂດດດ່ຽວ.

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ມວນສານຂອງນ້ຳກ້ອນ (ມ) = 0.2 ກິໂລກຣາມ

ນ້ຳໜັກຂອງຊາ (ມ) = 0.2 ກິໂລກຣາມ

ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ (c) = 4180 J/kg C^o

ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳກ້ອນ (c) = 2100 J/kg C^o

ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວສຳລັບນ້ຳ (ລິດ)_F) = 334 x 10³ J / kg

ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳກ້ອນ (T_ກ້ອນ) = -10 ^oC

ອຸນຫະພູມຂອງຊາ (T)_ຊາ) = 40 ນ ^oC

ຕ້ອງການ: ສ່ວນປະສົມ T

ວິທີແກ້ໄຂ:

ບາດກ້າວ ທຳ ອິດ, ປະເມີນສະຖານະສຸດທ້າຍ

ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງຖືກປ່ອຍອອກມາໂດຍນ້ຳເພື່ອຫຼຸດອຸນຫະພູມຂອງຊາອຸ່ນ 0.2 ກິໂລ, ຈາກ 40 oC ມາເປັນ 0 oC

ການປ່ອຍ Q = mc ∆T

ການປ່ອຍ Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg C^o) (40 ^oC - 0 ^oC)

ການປ່ອຍ Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg C^o) (40 ^oC)

ການປ່ອຍ Q = 33,440 ຈູນ

ການປ່ອຍ Q = 33.44 kJ

ນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມຈາກ -10 ^oC to 0 ^oC

Q ດູດຊຶມ = mc ∆T

ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C^o) (0 ^oຊ – (-10 ^oຄ))

ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C^o) (10 ^oC)

Q ດູດຊຶມ = 4,200 ຈູນ

Q ດູດຊຶມ = 4.2 kJ

ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມເພື່ອລະລາຍນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມ (ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອລະລາຍນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ເປັນນ້ຳ)

ການລວມຕົວຂອງ Q = m L_F

ການລວມຕົວຂອງ Q = (0.2 ກິໂລກຣາມ) (334 x 10³ ຈູນ/ກິໂລກຣາມ)

ຟິວຊັນ Q = 66.8 x 10³ Joule

ຟິວຊັນ Q = 66.8 kJ

ອີງຕາມການຄິດໄລ່ຂ້າງເທິງ, ຜົນໄດ້ຮັບ:

ການປ່ອຍ Q = 33.44 kJ

ການດູດຊຶມ Q = 4.2 kJ

ຟິວຊັນ Q = 66.8 kJ

ເມື່ອຊາຖືກປ່ອຍຄວາມຮ້ອນສູງເຖິງ 33.44 kJ, ອຸນຫະພູມຂອງຊາຈະປ່ຽນຈາກ 40 ^oC to 0 ^oຄ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາບາງສ່ວນ (ປະມານ 4.2 kJ) ຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 ^oC to 0 ^oຄ. 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫຼືອ = 29.24 kJ. ການລະລາຍນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ເປັນນ້ຳຕ້ອງໃຊ້ຄວາມຮ້ອນ 66.8 kJ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫຼືອແມ່ນພຽງແຕ່ 29.24 kJ ເທົ່ານັ້ນ.

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກຊາອຸ່ນແມ່ນໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 ເທົ່ານັ້ນ ^oC to 0 ^oC ແລະ ລະລາຍນ້ຳກ້ອນບາງກ້ອນ. ນ້ຳກ້ອນບາງກ້ອນໄດ້ລະລາຍເປັນນ້ຳ; ບາງກ້ອນບໍ່ໄດ້ລະລາຍ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການປ່ຽນຂອງແຂງໃຫ້ເປັນຂອງແຫຼວ, ອຸນຫະພູມບໍ່ປ່ຽນແປງ. ດັ່ງນັ້ນ, ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍ = 0 ^oC.

ຕົວຢ່າງຂອງບັນຫາ 3.

ມວນສານຂອງຊາຮ້ອນ (ມ) = 0.4 ກິໂລກຣາມ,

ມວນສານຂອງນ້ຳກ້ອນ (ມ) = 0.2 ກິໂລກຣາມ,

ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳກ້ອນ = -10 ^oC

ອຸນຫະພູມຂອງຊາຮ້ອນ = 90 ^oC.

ຖ້າທັງສອງປະສົມກັນ, ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍແມ່ນເທົ່າໃດ?

ຄວາມຮ້ອນສະເພາະສຳລັບນ້ຳ (c) = 4180 J/kg C^o,

ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບນ້ຳກ້ອນ (c) = 2100 J/kg C^o,

ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວສຳລັບນ້ຳ (ລິດ)_F) = 334 x 103 J/kg

ວິທີແກ້ໄຂ:

ຂັ້ນຕອນທຳອິດ: ປະເມີນສະຖານະສຸດທ້າຍ

ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງຖືກປ່ອຍອອກມາໂດຍນ້ຳເພື່ອຫຼຸດອຸນຫະພູມຂອງຊາຮ້ອນ 0.4 ກິໂລກຣາມ, ຈາກ 90 ^oC to 0 ^oC

ການປ່ອຍ Q = mc ∆T

ການປ່ອຍ Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg C^o) (90 ^oC - 0 ^oC)

ການປ່ອຍ Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg C^o) (90 ^oC)

ການປ່ອຍ Q = 150,480 ຈູນ

ການປ່ອຍ Q = 150.48 kJ

ຄວາມຮ້ອນຖືກດູດຊຶມໂດຍນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມ ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມຂອງມັນຈາກ -10 ^oC to 0 ^oC

Q ດູດຊຶມ = mc ∆T

ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C^o) (0 ^oຊ – (-10 ^oຄ))

ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C^o) (10 ^oC)

Q ດູດຊຶມ = 4,200 ຈູນ

Q ດູດຊຶມ = 4.2 kJ

ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອລະລາຍນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມ (ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອປ່ຽນນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ເປັນນ້ຳ)

ການລວມຕົວຂອງ Q = m L_F

ການລວມຕົວຂອງ Q = (0.2 ກິໂລກຣາມ) (334 x 10³ ຈູນ/ກິໂລກຣາມ)

ຟິວຊັນ Q = 66.8 x 10³ Joule

ຟິວຊັນ Q = 66.8 kJ

ອີງຕາມການຄິດໄລ່ຂ້າງເທິງ, ຜົນໄດ້ຮັບ:

ການປ່ອຍ Q = 150.48 kJ

Q ດູດຊຶມ = 4.2 kJ

ຟິວຊັນ Q = 66.8 kJ

ເມື່ອຊາຮ້ອນປ່ອຍຄວາມຮ້ອນ 150.48 kJ, ອຸນຫະພູມຂອງຊາຮ້ອນຈະປ່ຽນຈາກ 90 ^oC to 0 ^oຄ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາບາງສ່ວນ (ປະມານ 4.2 kJ) ຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 ^oC to 0 ^oC.

150.48 kJ – 4.2 kJ = 146.28 kJ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫຼືອ = 146.28 kJ.

ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອລະລາຍນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ເປັນນ້ຳແມ່ນພຽງແຕ່ 66.8 kJ. 146.28 kJ – 66.8 kJ = 79.48 kJ. ມັນປາກົດວ່າສ່ວນເກີນແມ່ນ 79.48 kJ. ຊາຮ້ອນຈະບໍ່ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນທັງໝົດຈົນກວ່າອຸນຫະພູມຈະຫຼຸດລົງເປັນ 0. ^oຄ. ສະຫຼຸບ: ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍຕ້ອງສູງກວ່າ 0 ^oC.

ຂັ້ນຕອນທີສອງ: ກຳນົດອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ (T)

ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 ^oC to 0 ^oC = 4200 ຈູລ

ຄວາມຮ້ອນຕ້ອງລະລາຍນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ກາຍເປັນນ້ຳ ຫຼື ຄວາມຮ້ອນແຝງ = 66,800 ຈູນ

ຄວາມຮ້ອນຕ້ອງເພີ່ມອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳ (ນ້ຳຈາກການລວມຕົວຂອງນ້ຳກ້ອນທັງໝົດ) ຈາກ 0 ^oC ຫາ T = (ມວນນ້ຳກ້ອນ) (ຄວາມຮ້ອນຂອງນ້ຳ) (T – 0 ^oC) = (0.2 ກິໂລກຣາມ) (4180 J/ກິໂລກຣາມ C^o)(T) = (836 T) J/C^o

ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກຊາອຸ່ນໆເພື່ອຫຼຸດອຸນຫະພູມລົງຈາກ 90 ^oC ຫາ T = (ມວນສານຂອງນ້ຳຮ້ອນ) (ປະເພດຄວາມຮ້ອນຂອງນ້ຳ) (90 ^oC – T) = (0.4 ກິໂລກຣາມ) (4180 J/ກິໂລກຣາມ C^o) (90 ^oC – T) = 1672 J/C^o (90 ^oC – T) = 150,480 J – (1672 T) J/C^o

4200 J + 66,800 J + (836 T) J/C^o = 150,480 J – (1672 T) J/C^o

71,000 J + (836 T) J/C^o = 150,480 J – (1672 T) J/C^o

(836 T) J/C^o + (1672 T) J/C^o = 150,480 ຈູນ – 71,000 ຈູນ

(2508 T) J/C^o = 79,480 ຈ

T = 31.7 ^oC

ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ = 31.7 ^oC