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
ການປ່ອຍ Q = ການດູດຊຶມ Q
ການປ່ອຍ Q = ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກວັດຖຸທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ, ການດູດຊຶມ Q = ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມໂດຍວັດຖຸທີ່ມີອຸນຫະພູມຕ່ຳ.
3. ຕົວຢ່າງຂອງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາ
ຕົວຢ່າງຂອງບັນຫາ 1.
ເຫຼັກຮ້ອນທີ່ມີມວນ 1 ກິໂລກຣາມ ແລະ ອຸນຫະພູມ 100 ° C ຖືກໃສ່ລົງໃນພາຊະນະທີ່ມີນ້ຳ 2 ກິໂລກຣາມ ແລະ ອຸນຫະພູມ 20 ° C . ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍແມ່ນເທົ່າໃດ? ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງເຫຼັກ = 450 J/kgCo , ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ = 4200 J/kgCo.
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ມວນສານຂອງທາດເຫຼັກ (ມ) = 1 ກິໂລກຣາມ
ອຸນຫະພູມຂອງທາດເຫຼັກ (T) = 100 o C
ມວນສານຂອງນ້ຳ (ມ) = 2 ກິໂລກຣາມ
ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳ (T) = 20 o C
ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບທາດເຫຼັກ (c) = 450 J/kg Co2
ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບນ້ຳ (c) = 4200 J/kg Co2
ຕ້ອງການ : ທ?
ວິທີແກ້ໄຂ:
ທາດເຫຼັກມີອຸນຫະພູມສູງກວ່ານໍ້າ ດັ່ງນັ້ນທາດເຫຼັກຈຶ່ງປ່ອຍຄວາມຮ້ອນອອກມາ, ນໍ້າຈຶ່ງດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ.
ການປ່ອຍ Q = ການດູດຊຶມ Q
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. ອຸນຫະພູມຂອງນ ້ຳກ້ອນ = -10 oC , ອຸນຫະພູມ ຂອງຊາອຸ່ນ = 40 oC . ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ ຳກ້ອນ = 2100 J/kgC o , ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງ ນ້ຳ = 4200 J/kgC o , ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວສຳລັບ ນ້ຳ = 334000 J/kg. ນ້ຳກ້ອນ ແລະ ຊາຖືກປະສົມຢູ່ໃນລະບົບປິດທີ່ໂດດດ່ຽວ.
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ມວນສານຂອງນ້ຳກ້ອນ (ມ) = 0.2 ກິໂລກຣາມ
ນ້ຳໜັກຂອງຊາ (ມ) = 0.2 ກິໂລກຣາມ
ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ (c) = 4180 J/kg Co2
ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳກ້ອນ (c) = 2100 J/kg Co2
ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວຂອງນໍ້າ (L₂F ) = 334 x 10₂ J /kg
ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳກ້ອນ (T ນ້ຳກ້ອນ ) = -10 o C
ອຸນຫະພູມຂອງຊາ (T ຊາ ) = 40 o C
ຕ້ອງການ: ສ່ວນປະສົມ T
ວິທີແກ້ໄຂ:
ຂັ້ນຕອນທຳອິດ, ປະເມີນສະພາບສຸດທ້າຍ
ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງຖືກປ່ອຍອອກມາໂດຍນ້ຳເພື່ອຫຼຸດອຸນຫະພູມຂອງຊາອຸ່ນ 0.2 ກິໂລ, ຈາກ 40 oC ມາເປັນ 0 oC
ການປ່ອຍ Q = mc ∆T
ການປ່ອຍ Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg Co₂O ) (40 oC – 0 oC )
ການປ່ອຍ Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg Co₂O ) (40 oC )
ການປ່ອຍ Q = 33,440 ຈູນ
ການປ່ອຍ Q = 33.44 kJ
ນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມ ດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມຈາກ -10 oC ເປັນ 0 oC
Q ດູດຊຶມ = mc ∆T
ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg Co o ) (0 o C – (-10 o C))
ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg Co₂O₃ ) ( 10₂O₃C )
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 J /ກິໂລກຣາມ)
ຟິວຊັນ Q = 66.8 x 10 3 ຈູລ
ຟິວຊັນ Q = 66.8 kJ
ອີງຕາມການຄິດໄລ່ຂ້າງເທິງ, ຜົນໄດ້ຮັບ:
ການປ່ອຍ Q = 33.44 kJ
ການດູດຊຶມ Q = 4.2 kJ
ຟິວຊັນ Q = 66.8 kJ
ເມື່ອຊາປ່ອຍຄວາມຮ້ອນເຖິງ 33.44 kJ, ອຸນຫະພູມຂອງຊາຈະປ່ຽນຈາກ 40 oC ເປັນ 0 oC . ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາບາງສ່ວນ (ປະມານ 4.2 kJ) ຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 oC ເປັນ 0 oC . 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫຼືອ = 29.24 kJ. ການລະລາຍນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ເປັນນ້ຳຕ້ອງການຄວາມຮ້ອນ 66.8 kJ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫຼືອແມ່ນພຽງແຕ່ 29.24 kJ ເທົ່ານັ້ນ.
ສະຫຼຸບແລ້ວ, ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກຊາອຸ່ນແມ່ນໃຊ້ພຽງແຕ່ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 oC ເປັນ 0 oC ແລະ ລະລາຍນ້ຳກ້ອນບາງສ່ວນ. ນ້ຳກ້ອນບາງກ້ອນໄດ້ລະລາຍເປັນນ້ຳ; ບາງກ້ອນບໍ່ໄດ້ລະລາຍ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການປ່ຽນຂອງແຂງໃຫ້ເປັນຂອງແຫຼວ, ອຸນຫະພູມບໍ່ປ່ຽນແປງ. ດັ່ງນັ້ນ, ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍ = 0 oC.
ຕົວຢ່າງຂອງບັນຫາ ທີ 3.
ມວນສານຂອງຊາຮ້ອນ (ມ) = 0.4 ກິໂລກຣາມ,
ມວນສານຂອງນ້ຳກ້ອນ (ມ) = 0.2 ກິໂລກຣາມ,
ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳກ້ອນ = -10 o C
ອຸນຫະພູມຂອງຊາຮ້ອນ = 90 o C.
ຖ້າທັງສອງປະສົມກັນ, ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍແມ່ນເທົ່າໃດ?
ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບນ້ຳ (c) = 4180 J/kg C₂O ,
ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສຳລັບນ້ຳກ້ອນ (c) = 2100 J/kg C₂O ,
ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວຂອງນໍ້າ (L₂F ) = 334 x 103 J/kg
ວິທີແກ້ໄຂ:
ຂັ້ນຕອນທຳອິດ: ປະເມີນສະຖານະສຸດທ້າຍ
ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງຖືກປ່ອຍອອກມາໂດຍນ້ຳເພື່ອຫຼຸດອຸນຫະພູມຂອງຊາຮ້ອນ 0.4 ກິໂລກຣາມ, ຈາກ 90 o C ມາເປັນ 0 o C
ການປ່ອຍ Q = mc ∆T
ການປ່ອຍ Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg Co₂O ) (90 oC – 0 oC )
ການປ່ອຍ Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg Co₂O ) (90 oC )
ການປ່ອຍ Q = 150,480 ຈູນ
ການປ່ອຍ Q = 150.48 kJ
ຄວາມຮ້ອນຖືກດູດຊຶມໂດຍນ້ຳກ້ອນ 0.2 ກິໂລກຣາມ ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມຂອງມັນຈາກ -10 oC ເປັນ 0 oC
Q ດູດຊຶມ = mc ∆T
ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg Co o ) (0 o C – (-10 o C))
ດູດຊຶມ Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg Co₂O₃ ) ( 10₂O₃C )
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 J /Kg)
ຟິວຊັນ Q = 66.8 x 10 3 ຈູລ
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 ເປັນ 0 oC . ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາບາງສ່ວນ (ປະມານ 4.2 kJ) ຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 oC ເປັນ 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. ຊາຮ້ອນຈະບໍ່ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນທັງໝົດຈົນກວ່າອຸນຫະພູມຈະຫຼຸດລົງເຖິງ 0 oC . ສະຫຼຸບ: ອຸນຫະພູມຂອງສ່ວນປະສົມສຸດທ້າຍຕ້ອງສູງກວ່າ 0 oC.
ຂັ້ນຕອນທີສອງ: ກຳນົດອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ (T)
ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມນ້ຳກ້ອນຈາກ -10 oC ເປັນ 0 oC = 4200 Joules
ຄວາມຮ້ອນຕ້ອງລະລາຍນ້ຳກ້ອນທັງໝົດໃຫ້ກາຍເປັນນ້ຳ ຫຼື ຄວາມຮ້ອນແຝງ = 66,800 ຈູນ
ຄວາມຮ້ອນຕ້ອງເພີ່ມອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳ (ນ້ຳຈາກການລວມຕົວຂອງນ້ຳກ້ອນທັງໝົດ) ຈາກ 0 oC ເປັນ T = (ມວນນ້ຳກ້ອນ) (ຄວາມຮ້ອນຂອງນ້ຳ) (T – 0 oC ) = (0.2 kg) (4180 J/kg C o )(T) = (836 T) J/C o
ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກຊາອຸ່ນເພື່ອຫຼຸດອຸນຫະພູມຈາກ 90 o C ເປັນ T = (ມວນສານຂອງນ້ຳຮ້ອນ) (ປະເພດຄວາມຮ້ອນຂອງນ້ຳ) (90 o C – T) = (0.4 kg) (4180 J/kg C o ) (90 o C – T) = 1672 J/C o (90 o C – T) = 150,480 J – (1672 T) J/C o
4200 J + 66,800 J + (836 T) J/C₂O = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂O
71,000 J + (836 T) J/C₂O = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂O
(836 T) J/C₂O + (1672 T) J/C₂O = 150,480 J – 71,000 J
(2508 T) J/C₂O = 79,480 J
T = 31.7 oC
ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ = 31.7 o C
