5 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อน
1. แท่งโลหะสองแท่ง P และ Q ที่มีขนาดเท่ากันแต่ทำจากโลหะต่างชนิดกัน ถูกเชื่อมต่อกันดังแสดงในรูปด้านล่าง ถ้าค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของ P เป็นสองเท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของ Q แล้วอุณหภูมิที่รอยต่อระหว่าง P และ Q จะเป็น...
600 oC
ข. 200 องศาเซลเซียส
C. 100 o C
ง. 90 องศาเซลเซียส
E. 60 องศาเซลเซียส
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
แท่ง P และ Q สองแท่งมีขนาดเท่ากัน
ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน P มีค่าเป็นสองเท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน Q
อุณหภูมิที่ปลายแท่ง P คือ 90 °อุณหภูมิที่ปลายแท่ง Q คือ 0 °และอุณหภูมิระหว่างแท่ง P กับ Q คือ T
คำถาม:อุณหภูมิที่ระนาบขอบเขต P และ Q
คำตอบ :
สูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน :
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่หน้าตัด, T 1 = อุณหภูมิสูง, T 2 = อุณหภูมิต่ำ, l = ความยาวของวัตถุ
แท่ง P และ Q มีขนาดเท่ากัน ดังนั้นพื้นที่ผิว (A) และความยาว (l) จึงหายไปจากสมการ สมการข้างต้นจึงเปลี่ยนเป็น:
ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน P มีค่าเป็นสองเท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน Q สมการข้างต้นจึงเปลี่ยนเป็น:
อุณหภูมิที่ปลายแท่ง P คือ 90 °อุณหภูมิที่ปลายแท่ง Q คือ 0 °และอุณหภูมิระหว่างแท่ง P กับ Q คือ T สมการข้างต้นจะเปลี่ยนเป็น:
อุณหภูมิที่ระนาบขอบเขต P และ Q คือ 60 องศาเซลเซียส
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
2. แท่ง A และแท่ง B มีพื้นที่หน้าตัดและความยาวเท่ากัน ถ้าค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง A เท่ากับ 1/4 เท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง B แล้วทั้งสองแท่งได้รับความร้อนที่ปลายด้านหนึ่งและพบว่าอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเท่ากัน ดังนั้นอัตราส่วนของอัตราการถ่ายเทความร้อนของแท่ง A และแท่ง B คือ…..
ก. 1 : 4
B. 1 : 2
C. 1 : 1
ง. 2 : 1
E. 4 : 1
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
พื้นที่หน้าตัดของแท่ง A (A) = พื้นที่หน้าตัดของแท่ง B (A)
ความยาวของแท่ง A (ล) = ความยาวของแท่ง B (ล)
ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง A (k) = 1/4 เท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง B (1/4 k)
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของแท่ง A (ΔT) = การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของแท่ง B (ΔT)
ต้องการ:การเปรียบเทียบอัตราการถ่ายเทความร้อนของแท่ง A และแท่ง B
คำตอบ :
สูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน:
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่หน้าตัด, T 2 = อุณหภูมิสูง, T 1 = อุณหภูมิต่ำ, l = ความยาวของวัตถุ
พื้นที่หน้าตัดเท่ากัน ความยาวของแท่งเท่ากัน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก็เท่ากัน
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
3. แท่งโลหะสองแท่ง A และ B ที่มีขนาดเท่ากัน มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนเท่ากับ 2k และ k ตามลำดับ
ทั้งสองส่วนเชื่อมต่อกัน และปลายอิสระจะได้รับอุณหภูมิตามที่แสดงในรูป
อุณหภูมิ (T) ณ จุดเชื่อมต่อโลหะ A และ B คือ...
ก. 80 องศาเซลเซียส
ข. 100 องศาเซลเซียส
C. 120 o C
ง. 150 องศาเซลเซียส
E. 160 องศาเซลเซียส
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
แท่งโลหะสองแท่ง A และ B มีขนาดเท่ากัน
ค่าสัมประสิทธิ์การนำไฟฟ้าของโลหะ A = 2k
สัมประสิทธิ์การนำไฟฟ้าของโลหะ B = k
อุณหภูมิของปลายโลหะ A = 210 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิของปลายโลหะ B = 30 องศาเซลเซียส
ต้องการทราบ:อุณหภูมิ (T) ที่จุดเชื่อมต่อโลหะ A และ B
คำตอบ :
สูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน :
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่ผิว, T 1 -T 2 = การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, l = ความยาวของแท่ง
แท่งโลหะ A และ B สองแท่งมีขนาดเท่ากัน ดังนั้นพื้นที่ผิว (A) และความยาว (l) ของแท่งจึงถูกตัดออกจากสมการ
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
4. แท่งตัวนำสองแท่งที่มีความยาวและพื้นที่หน้าตัดเท่ากันต่อกันดังแสดงในรูปด้านล่าง ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่งตัวนำที่สองเท่ากับ 2 เท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่งตัวนำแรก ถ้าแท่งตัวนำแรกถูกทำให้ร้อนจน T1 = 100 ° C และ T2 = 25 ° C อุณหภูมิที่จุดต่อ (T) จะเป็น ...
30 oC
ข. 35 องศาเซลเซียส
C. 40 o C
ง. 45 องศาเซลเซียส
E. 50 องศาเซลเซียส
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
แท่งโลหะสองแท่ง A และ B มีขนาดเท่ากัน
สัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง I = k
สัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่งที่ II = 2k
อุณหภูมิที่ปลายแท่ง I = 100 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิปลายแท่ง II = 25 องศาเซลเซียส
ถาม:อุณหภูมิที่ข้อต่อของแท่งที่ 1 และ 2
คำตอบ :
สูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน:
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่ผิว, T 1 -T 2 = การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, l = ความยาวของแท่ง
อุณหภูมิที่ระนาบขอบเขต P และ Q:
แท่งโลหะ A และ B สองแท่งมีขนาดเท่ากัน ดังนั้นพื้นที่ผิว (A) และความยาว (l) ของแท่งจึงถูกตัดออกจากสมการ
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
5. แท่งโลหะสามแท่งที่แตกต่างกัน คือ A, B และ C แต่มีความยาวและพื้นที่หน้าตัดเท่ากัน ถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันดังแสดงในภาพด้านล่าง
ค่าการนำไฟฟ้าสูง 4 kA = 2kB = เคC และที1 = 100oซีและที4 = 20oC จากนั้นอุณหภูมิ T2 และที3 เป็น…
A. T 2 = 54,26 o C, T 3 = 31,4 o C
B. T 2 = 31,4 o C, T 3 = 54,26 o C
C. T 2 = 32,4 o C, T 3 = 54,26 o C
D. T 2 = 56,26 o C, T 3 = 31,4 o C
E. T 2 = 54,26 o C, T 3 = 30,4 o C
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
T 1 = 100 องศาเซลเซียส
T 4 = 20 องศาเซลเซียส
4k A = 2k B = k C
ถ้า k C = 4, k B = 2, k A = 1
ถาม: T 2 และ T 3
คำตอบ :
สูตรสำหรับการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน:
ข้อสังเกต:
Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่หน้าตัด, T 1 = อุณหภูมิเริ่มต้น, T 2 = อุณหภูมิสุดท้าย, l = ความยาวของแท่ง
เนื่องจากความยาว (l) และพื้นที่หน้าตัด (A) เท่ากัน จึงตัดออกจากสมการได้
ใช้สมการนี้ในการคำนวณอุณหภูมิ
พิจารณาแท่งโลหะ A และ B
พิจารณาแท่งโลหะ B และ C
กำจัดสมการที่ 1 และสมการที่ 2:
คำนวณค่า T 2โดยใช้สมการที่ 1:
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.
ที่มาของคำถาม:
ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับชาติ สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย/อาชีวศึกษา
