ສູດພື້ນຖານຂອງ Black
ຫຼັກການຂອງ Black ແມ່ນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນ. ມັນໄດ້ຖືກນຳສະເໜີໂດຍ Joseph Black, ນັກຟີຊິກສາດ ແລະ ນັກເຄມີສາດຊາວສະກັອດແລນໃນສະຕະວັດທີ 18. ມັນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ການເຂົ້າໃຈວິທີການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນຈາກວັດຖຸໜຶ່ງໄປຫາອີກວັດຖຸໜຶ່ງ ແລະ ມີການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດຕ່າງໆຕັ້ງແຕ່ວິສະວະກຳຈົນເຖິງວິທະຍາສາດສິ່ງແວດລ້ອມ. ບົດຄວາມນີ້ຈະອະທິບາຍແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງຫຼັກການຂອງ Black, ການນຳໃຊ້ຂອງມັນ, ແລະ ໃຫ້ຕົວຢ່າງທີ່ເປັນປະໂຫຍດຫຼາຍຢ່າງເພື່ອໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ຄົບຖ້ວນ.
ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານ
ຫຼັກການຂອງດຳກ່ຽວຂ້ອງກັບກົດໝາຍວ່າດ້ວຍການອະນຸລັກພະລັງງານໃນສະພາບການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນ. ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານແມ່ນວ່າເມື່ອວັດຖຸສອງອັນທີ່ມີອຸນຫະພູມແຕກຕ່າງກັນມາສຳຜັດກັນ, ຄວາມຮ້ອນຈະຖ່າຍໂອນຈາກວັດຖຸທີ່ຮ້ອນກວ່າໄປຫາວັດຖຸທີ່ເຢັນກວ່າຈົນກວ່າພວກມັນຈະຮອດສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນ, ນັ້ນຄືເມື່ອອຸນຫະພູມຂອງພວກມັນເທົ່າກັນ.
ໃນທາງຄະນິດສາດ, ສູດຫຼັກການຂອງດຳສາມາດສະແດງອອກໄດ້ດັ່ງນີ້:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
ຢູ່ໃສ:
– \( Q \) ແມ່ນປະລິມານຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມ ຫຼື ປ່ອຍອອກມາ (ເປັນຈູນ, J)
– \( m \) ແມ່ນ ມວນສານຂອງວັດຖຸ (ເປັນກິໂລກຣາມ, kg)
– \( c \) ແມ່ນ ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງວັດຖຸ (ເປັນ ຈູນ ຕໍ່ກິໂລກຣາມ ຕໍ່ອົງສາເຊນຊຽດ, J/kg°C)
– \( \Delta T \) ແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມຂອງວັດຖຸ (ເປັນອົງສາເຊນຊຽດ, °C)
ສູດນີ້ລວມເອົາຕົວແປຫຼັກສາມຢ່າງໃນການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນຄື: ມວນສານ, ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ, ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ. ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ (\(c \)) ແມ່ນປະລິມານພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມຂອງວັດຖຸໜຶ່ງກິໂລກຣາມຂຶ້ນໜຶ່ງອົງສາເຊນຊຽດ.
ການນຳໃຊ້ໃນຊີວິດປະຈຳວັນ
ສູດຫຼັກການຂອງ Black ມີການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງ. ຕົວຢ່າງໜຶ່ງແມ່ນການກຳນົດການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳເມື່ອປະສົມກັບນ້ຳກ້ອນ. ຕົວຢ່າງ, ຖ້າພວກເຮົາຕ້ອງການຮູ້ວ່າຕ້ອງການນ້ຳກ້ອນເທົ່າໃດເພື່ອເຮັດໃຫ້ນ້ຳໃນປະລິມານທີ່ແນ່ນອນເຢັນລົງ, ພວກເຮົາສາມາດໃຊ້ສູດນີ້ໄດ້.
ຕົວຢ່າງອີກອັນໜຶ່ງແມ່ນຢູ່ໃນວິສະວະກຳກົນຈັກ, ບ່ອນທີ່ວິສະວະກອນຈຳເປັນຕ້ອງເຂົ້າໃຈວ່າຄວາມຮ້ອນຖືກຖ່າຍໂອນພາຍໃນເຄື່ອງຈັກແນວໃດເພື່ອປ້ອງກັນຄວາມຮ້ອນເກີນ. ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ດີກ່ຽວກັບຫຼັກການຂອງ Black ຊ່ວຍໃຫ້ວິສະວະກອນສາມາດອອກແບບລະບົບເຮັດຄວາມເຢັນທີ່ມີປະສິດທິພາບ.
ນອກຈາກນັ້ນ, ໃນອຸດສາຫະກຳອາຫານ ແລະ ເຄື່ອງດື່ມ, ສູດນີ້ຍັງຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຄວບຄຸມອຸນຫະພູມໃນລະຫວ່າງການປຸງແຕ່ງອາຫານ ຫຼື ການເກັບຮັກສາ. ຕົວຢ່າງ, ບໍລິສັດຜະລິດກະແລ້ມໃຊ້ຫຼັກການຂອງການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນເພື່ອຮັບປະກັນວ່າຜະລິດຕະພັນຂອງເຂົາເຈົ້າຍັງຄົງແຂງຕົວໃນລະຫວ່າງການແຈກຢາຍ.
ຕົວຢ່າງ Perhitungan
ເພື່ອໃຫ້ເຫັນພາບທີ່ຊັດເຈນກວ່າກ່ຽວກັບວິທີການໃຊ້ສູດ Black Principle, ນີ້ແມ່ນຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່:
ສົມມຸດວ່າພວກເຮົາມີນ້ຳ 2 ກິໂລກຣາມ ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມ 20°C, ແລະພວກເຮົາຕ້ອງການເພີ່ມອຸນຫະພູມເປັນ 100°C. ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳແມ່ນ 4.186 J/kg°C. ຕ້ອງການພະລັງງານເທົ່າໃດ?
ໂດຍການໃຊ້ສູດ:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
ພວກເຮົາແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ Q = 2 \, \text{kg} \ຄູນ 4.186 \, \text{J/kg°C} \ຄູນ (100°C – 20°C) \]
\[ Q = 2 \, \text{kg} \ຄູນ 4.186 \, \text{J/kg°C} \ຄູນ 80°C \]
\[ Q = 669.76 \, \text{kJ} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຕ້ອງໃຊ້ພະລັງງານ 669.76 kJ ເພື່ອເພີ່ມອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳ 2 ກິໂລກຣາມ ຈາກ 20°C ເຖິງ 100°C.
ຄວາມສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນ
ການນຳໃຊ້ຫຼັກການຂອງດຳທີ່ສຳຄັນອັນໜຶ່ງແມ່ນການເຂົ້າໃຈເຖິງສົມດຸນຄວາມຮ້ອນ. ເມື່ອວັດຖຸສອງອັນທີ່ມີອຸນຫະພູມແຕກຕ່າງກັນສຳຜັດກັນ, ພວກມັນຈະແລກປ່ຽນຄວາມຮ້ອນຈົນກວ່າພວກມັນຈະບັນລຸສົມດຸນຄວາມຮ້ອນ. ໃນຈຸດນີ້, ອຸນຫະພູມຂອງວັດຖຸທັງສອງຈະເທົ່າກັນ, ແລະບໍ່ມີການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນສຸດທິລະຫວ່າງພວກມັນ.
ແນວຄວາມຄິດນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນຫຼາຍໆຂົງເຂດ, ລວມທັງວິສະວະກຳ, ດິນຟ້າອາກາດ, ແລະແມ່ນແຕ່ຊີວະວິທະຍາ. ຕົວຢ່າງ, ໃນລະບົບເຮັດຄວາມເຢັນຂອງຍານພາຫະນະ, ນ້ຳຢາຫຼໍ່ເຢັນ ແລະ ເຄື່ອງຈັກຈະບັນລຸຄວາມສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນເພື່ອປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ເຄື່ອງຈັກຮ້ອນເກີນໄປ.
ຜົນກະທົບຂອງຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ
ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ (\(c\)) ຂອງວັດສະດຸແມ່ນປັດໄຈສຳຄັນໃນການກຳນົດວ່າວັດສະດຸຈະຕອບສະໜອງຕໍ່ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມແນວໃດ. ວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສູງຈະຕ້ອງໃຊ້ພະລັງງານຫຼາຍກວ່າເພື່ອປ່ຽນອຸນຫະພູມຂອງມັນກ່ວາວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຕ່ຳ.
ຕົວຢ່າງ, ນ້ຳມີຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະສູງຫຼາຍ, ຊຶ່ງໝາຍຄວາມວ່າມັນສາມາດດູດຊຶມ ຫຼື ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນໃນປະລິມານຫຼາຍໂດຍບໍ່ມີການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ນ້ຳມັກຖືກໃຊ້ເປັນນ້ຳຢາຫຼໍ່ເຢັນໃນຫຼາຍໆການນຳໃຊ້, ລວມທັງໝໍ້ນ້ຳລົດยนต์ ແລະ ລະບົບເຮັດຄວາມເຢັນຂອງໂຮງງານໄຟຟ້າ.
ການທົດລອງງ່າຍໆ
ເພື່ອເຂົ້າໃຈຫຼັກການຂອງດຳໃຫ້ດີຂຶ້ນ, ພວກເຮົາສາມາດດຳເນີນການທົດລອງງ່າຍໆຢູ່ເຮືອນໄດ້. ຕົວຢ່າງ, ພວກເຮົາສາມາດປະສົມນ້ຳຮ້ອນ ແລະ ນ້ຳເຢັນ ແລະ ວັດແທກອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມ. ໂດຍການໃຊ້ຫຼັກການຂອງດຳ, ພວກເຮົາສາມາດຄາດຄະເນອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ ແລະ ປຽບທຽບມັນກັບຜົນການທົດລອງໄດ້.
ສົມມຸດວ່າພວກເຮົາປະສົມນ້ຳ 1 ກິໂລກຣາມ ທີ່ອຸນຫະພູມ 80°C ກັບນ້ຳ 1 ກິໂລກຣາມ ທີ່ອຸນຫະພູມ 20°C. ໂດຍການໃຊ້ຫຼັກການສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນ, ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມໄດ້. ເນື່ອງຈາກມວນສານ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳແມ່ນເທົ່າກັນ, ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ເປັນຄ່າສະເລ່ຍຂອງອຸນຫະພູມເບື້ອງຕົ້ນ:
\[ \text{ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ} = \frac{(m_1 \cdot T_1) + (m_2 \cdot T_2)}{m_1 + m_2} \]
\[ \text{ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ} = \frac{(1 \, \text{kg} \cdot 80°C) + (1 \, \text{kg} \cdot 20°C)}{1 \, \text{kg} + 1 \, \text{kg}} \]
\[ \text{ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ} = \frac{80 + 20}{2} \]
\[ \text{ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ} = 50°C \]
ການທົດລອງເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍເສີມສ້າງຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບຫຼັກການຂອງການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ການດຸ່ນດ່ຽງຄວາມຮ້ອນ.
ສະຫຼຸບ
ຫຼັກການຂອງ Black ເປັນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈວ່າຄວາມຮ້ອນຖ່າຍໂອນລະຫວ່າງວັດຖຸແນວໃດ. ໂດຍການລວມມວນສານ, ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ, ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ, ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ປະລິມານພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການເພື່ອປ່ຽນອຸນຫະພູມຂອງວັດຖຸ. ແນວຄວາມຄິດນີ້ມີການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຊີວິດປະຈຳວັນ ແລະ ຂົງເຂດອຸດສາຫະກຳຕ່າງໆ.
ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ດີກ່ຽວກັບຫຼັກການຂອງດຳຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດອອກແບບລະບົບທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ເຂົ້າໃຈຂະບວນການທາງຄວາມຮ້ອນໄດ້ດີຂຶ້ນ. ໂດຍການນໍາໃຊ້ຕົວຢ່າງຕົວຈິງ ແລະ ການທົດລອງງ່າຍໆ, ພວກເຮົາສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຫຼັກການນີ້ມີຄວາມສໍາຄັນແນວໃດໃນຫຼາຍໆດ້ານຂອງຊີວິດຂອງພວກເຮົາ.
