13 ตัวอย่างของปัญหาเกี่ยวกับคลื่น
1. ดูภาพต่อไปนี้สิ!
ถ้าเวลาที่คลื่นดังในภาพใช้ไปคือ 0,3 วินาที แล้วคาบของคลื่นนั้นคือ...
ก. 0,2 วินาที
ข. 0,9 วินาที
C. 2,0 วินาที
ง. 5,0 วินาที
การอภิปราย
1. ดูภาพต่อไปนี้สิ!
ถ้าเวลาที่คลื่นดังในภาพใช้ไปคือ 0,3 วินาที แล้วคาบของคลื่นนั้นคือ...
ก. 0,2 วินาที
ข. 0,9 วินาที
C. 2,0 วินาที
ง. 5,0 วินาที
การอภิปราย
1. โปรดให้ความสนใจกับข้อความต่อไปนี้!
1. คนเดินเท้ากำลังข้ามถนนโดยใช้ทางม้าลาย
2. แมววิ่งไล่หนู
3. มะม่วงสุกร่วงจากต้น
4. ลูกเทนนิสถูกปล่อยบนพื้นเอียง
ข้อความข้างต้นซึ่งรวมถึงการเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบเร่งความเร็วสม่ำเสมอ (GLBB)คือ...
ในการอภิปรายครั้งก่อน เราได้ศึกษาข้อความเฉพาะบางประการของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ควรสังเกตว่าข้อความเฉพาะเหล่านี้สามารถอธิบายได้เฉพาะกระบวนการที่ไม่ผันกลับได้บางอย่างเท่านั้น ข้อความของคลอเซียสอธิบายได้เฉพาะการถ่ายเทความร้อนและความสัมพันธ์กับหลักการทำงานของตู้เย็น ข้อความของเคลวินและพลังค์เกี่ยวข้องกับหลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนโดยพื้นฐานแล้ว ข้อความทั้งสองนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อน ยังมีกระบวนการที่ไม่ผันกลับได้อื่นๆ อีกมากมายที่ไม่สามารถอธิบายได้โดยใช้ข้อความทั้งสองนี้
ตู้เย็นเป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ เครื่องยนต์ความร้อนจะดูดความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำและปล่อยความร้อนนั้นไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง เพื่อให้กระบวนการนี้เกิดขึ้น เครื่องยนต์ต้องทำงาน อย่างไรก็ตาม ความร้อนโดยธรรมชาติจะไหลจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำเท่านั้น ความร้อนไม่สามารถไหลจากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงได้เอง นี่เป็นไปตามหลักการของคลอเซียสที่กล่าวถึงไปก่อนหน้านี้ สำหรับกระบวนการที่เกิดขึ้นในตู้เย็น หลักการของคลอเซียสสามารถเขียนได้ดังนี้:
บทความเกี่ยวกับวัฏจักรเครื่องยนต์คาร์โนต์
เพื่อหาทางเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อซาดี การ์โนต์ (ค.ศ. 1796-1832) ได้ศึกษาเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติในเชิงทฤษฎีในปี ค.ศ. 1824 ในเวลานั้น กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ยังไม่ได้รับการกำหนดขึ้น และกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ก็ยังไม่ได้รับการกำหนดขึ้นเช่นกัน กฎข้อที่หนึ่งยังไม่ได้รับการกำหนดขึ้นเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าความร้อนคือพลังงาน หลังจากที่จูลและเพื่อนๆ ของเขาทำการทดลองในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1830 นักวิทยาศาสตร์จึงทราบแน่ชัดว่าความร้อนคือพลังงานที่ถ่ายโอนเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ดังนั้นกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์จึงได้รับการกำหนดขึ้นหลังจากปี ค.ศ. 1830 การวิจัยของซาดี การ์โนต์ในปี ค.ศ. 1824 มีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำที่ใช้งานอยู่ในเวลานั้น ซึ่งเครื่องยนต์ไอน้ำส่วนใหญ่ในเวลานั้นมีประสิทธิภาพต่ำ
บทความเกี่ยวกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
กระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติทั้งหมดเกิดขึ้นในทิศทางเดียวเท่านั้น แต่ไม่สามารถเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามได้ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่ากระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้ หลังจากที่มะม่วงหลุดจากก้านและร่วงลงสู่พื้นแล้ว มันจะไม่เคลื่อนที่ขึ้นไปอีก หนังสือที่เราผลักแล้วหยุดจะไม่เคลื่อนที่กลับมาหาเรา ถ้าเราเอาวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง (วัตถุร้อน) มาแตะกับวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ (วัตถุเย็น) ความร้อนจะไหลจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำโดยธรรมชาติ เราไม่เคยเห็นกระบวนการย้อนกลับที่ความร้อนเคลื่อนที่จากวัตถุเย็นไปยังวัตถุร้อน ถ้ากระบวนการนี้เกิดขึ้น วัตถุเย็นก็จะเย็นลง ในขณะที่วัตถุร้อนก็จะร้อนขึ้น แต่ในความเป็นจริงแล้ว มันไม่ใช่แบบนั้น มีกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้มากมายที่ดูแตกต่างกัน แต่ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบของพลังงานและการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง
บทความเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์หลายประการ
ก่อนหน้านี้ เราได้กล่าวถึงกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์และวิเคราะห์งานที่ระบบกระทำไปแล้ว ครั้งนี้ เราจะมาพิจารณาการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สี่อย่าง ได้แก่ กระบวนการอุณหภูมิคงที่ กระบวนการปริมาตรคงที่ กระบวนการความดันคงที่ และกระบวนการอะเดียแบติก ซึ่งคำศัพท์เหล่านี้มาจากภาษากรีก
ก่อนอื่น เรามาทบทวนการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์กับกระบวนการไอโซเทอร์มอลกันก่อน ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล อุณหภูมิของระบบจะคงที่ ระบบที่เรากำลังวิเคราะห์ในเชิงทฤษฎีคือก๊าซอุดมคติ อุณหภูมิของก๊าซอุดมคติเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานภายในของก๊าซอุดมคติ (U = 3/2 nRT) เนื่องจาก T คงที่ U จึงคงที่ด้วย ดังนั้น เมื่อนำไปใช้กับกระบวนการไอโซเทอร์มอล สมการของกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จึงเป็นดังนี้:
ในชีวิตประจำวันของเรา มีพลังงานหลายรูปแบบ ในหัวข้อเรื่องงานและพลังงาน เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับพลังงานเชิงกลสองรูปแบบ ได้แก่พลังงานศักยภาพและพลังงานจลน์พลังงานศักยภาพประกอบด้วยหลายประเภท เช่น พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานยืดหยุ่น และ พลังงาน ไฟฟ้าพลังงานจลน์ประกอบด้วยสองประเภท ได้แก่ พลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่เชิงเส้นและพลังงานจลน์จากการหมุน
มะม่วงสุกน่ารับประทานมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงขณะที่มันห้อยอยู่บนก้าน เช่นเดียวกับเมื่อคุณอยู่สูงจากพื้นดินในระดับหนึ่ง เช่น บนดาดฟ้า วัตถุจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเนื่องจากตำแหน่งของมันเมื่อเทียบกับโลก
ความร้อน (Q) คือพลังงานที่เคลื่อนที่จากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ เมื่อพิจารณาถึงระบบและสิ่งแวดล้อม ความร้อนอาจกล่าวได้ว่าเป็นพลังงานที่เคลื่อนที่จากระบบไปยังสิ่งแวดล้อม หรือพลังงานที่เคลื่อนที่จากสิ่งแวดล้อมไปยังระบบเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ หากอุณหภูมิของระบบสูงกว่าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม ความร้อนจะไหลจากระบบไปยังสิ่งแวดล้อม ในทางกลับกัน หากอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมสูงกว่าอุณหภูมิของระบบ ความร้อนจะไหลจากสิ่งแวดล้อมไปยังระบบ
ถ้าความร้อน (Q) เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิงาน (W) ก็จะเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานที่เกิดขึ้นผ่านกลไก ตัวอย่างเช่น ถ้าหากระบบทำงานให้กับสิ่งแวดล้อม พลังงานก็จะเคลื่อนที่จากระบบไปยังสิ่งแวดล้อมโดยอัตโนมัติ ในทางกลับกัน ถ้าสิ่งแวดล้อมทำงานให้กับระบบ พลังงานก็จะเคลื่อนที่จากสิ่งแวดล้อมไปยังระบบ
ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับความหนาแน่น 9 ข้อ
1. วัตถุชิ้นหนึ่งมีปริมาตร 8 cm³ และมีมวล 84 กรัม ดังนั้นความหนาแน่นของวัตถุชิ้นนี้คือ...
ก. 10,5 กรัม/ซม. ³
B. 8,5 กรัม/ซม. ³
C. 6,4 กรัม/ซม. ³
ง. 4,8 กรัม/ซม. ³
การอภิปราย