ฟิสิกส์ระดับมัธยมปลาย

ความเข้าใจเกี่ยวกับระบบและสิ่งแวดล้อม

ระบบ คือ วัตถุหรือกลุ่มของวัตถุที่กำลังถูกศึกษา วัตถุอื่นๆ ในจักรวาลเรียกว่า สิ่งแวดล้อม โดยทั่วไป ระบบจะถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อมด้วย "ผนังกั้น/ตัวจำกัด/ตัวแยก"

ยกตัวอย่างเช่น สมมติว่าเราต้องการศึกษาคุณสมบัติของน้ำในกระติกน้ำร้อน น้ำที่อยู่ภายในกระติกน้ำร้อนนั้นถือเป็นระบบ ในขณะที่อากาศและวัตถุอื่นๆ ภายนอกกระติกน้ำร้อนนั้นถือเป็นสิ่งแวดล้อม ผนังของกระติกน้ำร้อน ทั้งส่วนที่เป็นแก้วด้านในและส่วนที่เป็นพลาสติกด้านนอก ทำหน้าที่เป็นตัวแบ่ง กระติกน้ำร้อนสำหรับใส่น้ำเป็นตัวอย่างหนึ่ง

อ่านเพิ่มเติม

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความร้อนแฝง

หากคุณเสียบเทอร์โมมิเตอร์ปรอทลงในภาชนะที่มีส่วนผสมของน้ำเย็นและน้ำแข็ง คุณจะสังเกตเห็นว่าหลังจากที่ปรอทเคลื่อนลงไปแล้ว ผิวปรอทจะหยุดนิ่งหรือไม่ขยับอีกต่อไป ผิวปรอทจะหยุดขยับเมื่อถึงจุดหลอมเหลวของน้ำหรือจุดเยือกแข็งของน้ำ (0 ^องศาเซลเซียส) หากภาชนะเปิดอยู่ ความร้อนจะไหลจากอากาศที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังส่วนผสมของน้ำแข็งและน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ความร้อนเพิ่มเติมจากอากาศทำให้น้ำแข็งละลาย เมื่อน้ำแข็งละลายอุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็งและน้ำจะเปลี่ยนแปลงหรือไม่? เมื่อน้ำแข็งละลาย อุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำและน้ำแข็งจะไม่เปลี่ยนแปลง

อ่านเพิ่มเติม

ความร้อนจำเพาะ (c) คือปริมาณความร้อน (Q) ที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิ (T) ของวัตถุหนึ่งหน่วยมวล (m) ขึ้นหนึ่งองศา สูตรสำหรับ c คือ:

ระบบหน่วยสากล คือ J/Kg K.

ความร้อนจำเพาะของวัตถุเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ หากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิไม่มากเกินไป ค่าดังกล่าวสามารถถือว่าคงที่ได้ ต่อไปนี้คือค่า c สำหรับวัตถุหลายชนิดที่ความดัน 1 บรรยากาศ และอุณหภูมิ 20 ^องศาเซลเซียส (ได้จากการทดลอง)

อ่านเพิ่มเติม

หากวัตถุที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน ความร้อนจะถ่ายเทจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าโดยธรรมชาติ การถ่ายเทความร้อนจะหยุดลงเมื่อวัตถุทั้งสอง ถึงสมดุลทางความร้อนกล่าวได้ว่าการถ่ายเทความร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัตถุที่สัมผัสกัน จากคำอธิบายโดยย่อนี้ สรุปได้ว่าความร้อน (Q) เกี่ยวข้องกับวัตถุและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (delta T) ของวัตถุนั้น วัตถุแต่ละชิ้นมีมวล (m) และชนิดของวัตถุก็แตกต่างกันด้วย

อ่านเพิ่มเติม

หน่วยของความร้อนคือแคลอรี (ย่อว่า kal) แคลอรีคือปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กรัมขึ้น 1 องศาเซลเซียส⁽จาก 14,5 ^องศาเซลเซียส เป็น 15,5 ^องศาเซลเซียส) ปริมาณความร้อนที่ต้องการจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิของน้ำ สำหรับปริมาณความร้อนเท่ากัน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้ำ 1 องศา ^{เซลเซียส}จะเกิดขึ้นได้เฉพาะระหว่าง 14,5 ^องศาเซลเซียส และ 15,5 ^องศาเซลเซียสเท่านั้น หน่วยของความร้อนที่ใช้บ่อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแสดงค่าพลังงานของอาหาร คือ กิโลแคลอรี (kcal) 1 kcal = 1000 แคลอรี อีกชื่อหนึ่งของ 1 kcal คือ 1 แคลอรี (ตัวพิมพ์ใหญ่ K) หน่วยของความร้อนในระบบของอังกฤษคือ บีทียู (British thermal unit) 1 บีทียู = ปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 ปอนด์ขึ้น 1 องศาฟาเรนไฮต์⁽จาก 63 ^องศาฟาเรนไฮต์ เป็น 64 ^องศาฟาเรนไฮต์)

อ่านเพิ่มเติม

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความผิดปกติของน้ำ

วัตถุทุกชนิดจะขยายตัว (ปริมาตรเพิ่มขึ้น) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และจะหดตัว (ปริมาตรลดลง) เมื่ออุณหภูมิลดลง น้ำก็เช่นกัน จะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและหดตัวเมื่ออุณหภูมิลดลง แต่จะไม่เกิดขึ้นใน ช่วงอุณหภูมิ 0-4 องศา^{เซลเซียส}ระหว่าง 0-4 ^{องศาเซลเซียส}ปริมาตรของน้ำจะลดลง (น้ำหดตัว) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น หากเราให้ความร้อนแก่น้ำที่อุณหภูมิ 0 ^{องศาเซลเซียส}ยิ่งน้ำร้อนมากเท่าไหร่ ปริมาตรของน้ำก็จะยิ่งลดลงมากเท่านั้น กระบวนการหดตัวจะหยุดลงเมื่อน้ำมีอุณหภูมิถึง 4 ^องศาเซลเซียส เหนือ 4 ^องศาเซลเซียส ปริมาตรของน้ำจะเพิ่มขึ้น (น้ำขยายตัว) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน น้ำจะขยายตัว (ปริมาตรน้ำเพิ่มขึ้น) เมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 4 องศา^{เซลเซียส}ถึง 0 ^องศาเซลเซียส ปรากฏการณ์แปลกประหลาดนี้ของน้ำเรียกว่าความผิดปกติของน้ำ

อ่านเพิ่มเติม

หากคุณสังเกตสายไฟฟ้าอย่างใกล้ชิด คุณจะเห็นว่ามันโค้งลงเนื่องจากความหย่อน ทำไมจึงต้องปล่อยให้สายไฟฟ้าหลวม แทนที่จะดึงให้ตึง? หลังคาบ้านส่วนใหญ่ในฟลอเรสและเลมบาตา จังหวัดนูซาเต็งการาตะวันออก ทำจากสังกะสี (Zn) หลังคาสังกะสีจะส่งเสียงดังทั้งกลางวันและกลางคืน ทำไมสังกะสีจึงส่งเสียงดัง? หากคุณอาศัยอยู่บนเกาะชวา คุณอาจเคยเห็นรางรถไฟ มีช่องว่างตรงรอยต่อของราง ช่องว่างเหล่านี้มีหน้าที่อะไร? มีหลายสิ่งที่คุณสามารถคิดและถามเกี่ยวกับเรื่องการขยายตัวได้

อ่านเพิ่มเติม

หากเราสอบเทียบเทอร์โมมิเตอร์ต่างชนิดกัน เช่น เทอร์โมมิเตอร์ปรอทและเทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์ สเกลของเทอร์โมมิเตอร์ทั้งสองจะเหมือนกันเฉพาะที่ 0 ^องศาเซลเซียส (หรือ 32 ^องศาฟาเรนไฮต์) และ 100 ^องศาเซลเซียส (หรือ 212 ^องศาฟาเรนไฮต์) เท่านั้น แต่ถ้าเราใช้เทอร์โมมิเตอร์ทั้งสองวัดอุณหภูมิอากาศ ตัวเลขที่แสดงโดยเทอร์โมมิเตอร์แต่ละตัวจะไม่จำเป็นต้องเหมือนกันเสมอไปเทอร์โมมิเตอร์ปรอท อาจแสดงค่า 48 ^องศาเซลเซียส ในขณะที่เทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์แสดงค่า 46 ^องศาเซลเซียส เนื่องจากอัตราการขยายตัวของปรอทและแอลกอฮอล์แตกต่างกัน เช่นเดียวกับเทอร์โมมิเตอร์ชนิดอื่นๆ เช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบโลหะสองชนิด เป็นต้น สเกลอุณหภูมิที่กำหนดด้วยวิธีนี้จึงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้เป็นอย่างมาก

อ่านเพิ่มเติม

มาตราเซลเซียสและมาตราฟาเรนไฮต์เป็นมาตราวัดอุณหภูมิที่แตกต่างกัน หากเราวัดและแสดงอุณหภูมิของวัตถุในหน่วยเซลเซียส แล้วต้องการแสดงอุณหภูมิในหน่วยฟาเรนไฮต์ เราจะต้องแปลงจากเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ ในส่วนนี้ เราจะเรียนรู้วิธีการแปลงหรือเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ที่ความดัน 1 บรรยากาศ อุณหภูมิจุดเยือกแข็งสำหรับเทอร์โมมิเตอร์เซลเซียส = 0 ^oC ในขณะที่มาตราส่วนเทอร์โมมิเตอร์ฟาเรนไฮต์ = 32 ^oในทางกลับกัน ที่ความดัน 1 บรรยากาศ อุณหภูมิจุดไอสำหรับเทอร์โมมิเตอร์แบบเซลเซียสจะเท่ากับ 100 ^oC ในขณะที่มาตราส่วนเทอร์โมมิเตอร์ฟาเรนไฮต์ = 212 ^oF. สังเกตภาพด้านล่าง!

อ่านเพิ่มเติม

ประเภทของมาตราส่วนเทอร์โมมิเตอร์

ในการใช้เทอร์โมมิเตอร์วัดอุณหภูมิ จำเป็นต้องกำหนดมาตราส่วนให้ชัดเจนมาตราส่วนเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปสองมาตราส่วนคือ มาตราส่วนเซลเซียสและมาตราส่วนฟาเรนไฮต์ มาตราส่วนอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดในอินโดนีเซียคือมาตราส่วนเซลเซียส อีกชื่อหนึ่งของมาตราส่วนเซลเซียสคือมาตราส่วนเซนติเกรด เซนติเกรดเท่ากับหนึ่งร้อยขั้น มาตราส่วนฟาเรนไฮต์มักใช้ในสหรัฐอเมริกาหรือประเทศที่มีฤดูหนาวที่หนาวเย็น มาตราส่วนอุณหภูมิที่สำคัญอย่างยิ่งในทางวิทยาศาสตร์คือมาตราส่วนสัมบูรณ์ หรือมาตราส่วนเคลวิน ซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

มาตราส่วนเซลเซียสและฟาเรนไฮต์ใช้จุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำเป็นจุดคงที่ จุดเยือกแข็งของสารคืออุณหภูมิที่สถานะของแข็งและของเหลวอยู่ในสมดุลทางความร้อน ในทางกลับกัน จุดเดือดของสารคืออุณหภูมิที่สถานะของเหลวและก๊าซอยู่ในสมดุลทางความร้อนจุดเยือกแข็งและจุดเดือดจะเปลี่ยนแปลงไปตามความดันอากาศเสมอ ดังนั้นจึงต้องหาค่าความดันอากาศก่อน โดยปกติเราจะใช้ความดันมาตรฐาน ซึ่งคือ 1 บรรยากาศ (atm) บรรยากาศเป็นหน่วยวัดความดันอากาศ

อ่านเพิ่มเติม