การถ่ายเทความร้อนมี3 ประเภท ได้แก่ การถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน
การถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนเมื่อวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงสัมผัสกับวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ พลังงานจะเคลื่อนที่จากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ พลังงานที่เพิ่มเข้ามาทำให้โมเลกุลและอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น ขณะที่เคลื่อนที่ โมเลกุลจะมีพลังงานจลน์ (EK = ½ mv² )โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วกว่า (มีพลังงานจลน์มากกว่า) จะชนกับโมเลกุลที่อยู่ข้างๆ จากนั้นโมเลกุลเหล่านั้นก็จะชนกับโมเลกุลอื่นๆ ที่อยู่ข้างๆ ต่อไปเรื่อยๆ ดังนั้นโมเลกุลจึงชนกันและถ่ายเทพลังงานการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นจากการชนกันระหว่างโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุเรียกว่าการนำความร้อน การนำความร้อนมักเกิดขึ้นในของแข็ง หรือจากของแข็งไปยังของเหลว (ของเหลวไปยังของแข็ง) หรือจากของแข็งไปยังก๊าซ (ก๊าซไปยังของแข็ง)
การถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนการพาความร้อนมักเกิดขึ้นในของเหลว (เช่น น้ำ) และก๊าซ (เช่น อากาศ) การพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนพร้อมกับการเคลื่อนที่ของวัตถุเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น ความหนาแน่นของวัตถุเปลี่ยนแปลงเพราะปริมาตรของวัตถุเปลี่ยนแปลง ปริมาตรของวัตถุเปลี่ยนแปลงเพราะวัตถุดูดซับความร้อนในปริมาณหนึ่ง
การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีการแผ่รังสีคือการถ่ายเทความร้อนในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่างของการแผ่รังสี ได้แก่ ความอบอุ่นที่ร่างกายรู้สึกเมื่ออยู่ใกล้เตา และการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์สู่โลก ดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงกว่า (ประมาณ 6000 เคลวิน) ในขณะที่โลกมีอุณหภูมิต่ำกว่า ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างดวงอาทิตย์และโลกนี้ทำให้ความร้อนเคลื่อนที่จากดวงอาทิตย์ (อุณหภูมิสูงกว่า) ไปสู่โลก (อุณหภูมิต่ำกว่า) หากการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์สู่โลกต้องอาศัยตัวกลาง เช่น การนำความร้อนและการพาความร้อน ความร้อนจะไม่สามารถไปถึงโลกได้เพราะจะต้องผ่านสุญญากาศก่อน
ตัวอย่างคำถาม
1. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (SMA/MA) ปีการศึกษา 2015/2016 ข้อที่ 19
แท่งโลหะขนาดเท่ากันแต่ทำจากโลหะต่างชนิดกันถูกเชื่อมต่อกันดังแสดงในรูปด้านล่าง ถ้าค่าการนำความร้อนของโลหะ I เป็น 4 เท่าของค่าการนำความร้อนของโลหะ II แล้วอุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อของโลหะทั้งสองจะเป็น…
45oC
ข. 40 องศาเซลเซียส
35 องศาเซลเซียส
ง. 30 องศาเซลเซียส
E. 25 o C
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ค่าการนำความร้อนของโลหะ I = 4k
ค่าการนำความร้อนของโลหะ II = k
อุณหภูมิขอบโลหะ I = 50 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิขอบโลหะ II = 0 องศาเซลเซียส
ถาม:อุณหภูมิ ณ จุดเชื่อมต่อของโลหะทั้งสองชนิด
คำตอบ :
สูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน:
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่ผิว, T 1 -T 2 = การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, l = ความยาวของแท่ง
โลหะทั้งสองมีขนาดเท่ากัน ดังนั้น A และ l จึงถูกตัดออกจากสมการ
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
2. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (SMA/MA) ปีการศึกษา 2015/2016 ข้อที่ 19
ภาพต่อไปนี้แสดงแท่งโลหะ A และ B ที่แตกต่างกัน ซึ่งเชื่อมต่อกันที่ปลายด้านหนึ่ง
พื้นที่หน้าตัดของแท่งทั้งสองเท่ากัน แต่ความยาวของแท่ง A เป็นสองเท่าของความยาวของแท่ง B และค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง A เป็น 3 เท่าของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแท่ง B ถ้าปลายอิสระของแท่ง A และแท่ง B ได้รับอุณหภูมิที่มีขนาดแตกต่างกัน อุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อจะเป็นเท่าใด…
60oC
ข. 64 องศาเซลเซียส
70 องศาเซลเซียส
ง. 76 องศาเซลเซียส
E. 78 o C
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ค่าการนำความร้อนของแท่ง A = 3k
ค่าการนำความร้อนของแท่ง B = k
ความยาวของแท่ง A = 2l
ความยาวของแท่ง B = l
อุณหภูมิที่ขอบของแท่ง A = 100 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิที่ขอบของแท่ง B = 40 องศาเซลเซียส
ถาม:อุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อของแท่งโลหะสองแท่ง
คำตอบ :
สูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน:
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่ผิว, T 1 -T 2 = การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, l = ความยาวของแท่ง
แท่งทั้งสองมีพื้นที่หน้าตัดเท่ากัน ดังนั้นจึงตัด A ออกจากสมการได้
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
3. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (SMA/MA) ปีการศึกษา 2014/2015 ข้อที่ 14
โปรดให้ความสนใจกับข้อความต่อไปนี้:
(1) การนำไฟฟ้าของโลหะ
(2) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายโลหะ
(3) ความยาวของโลหะ
(4) มวลโลหะ
ปัจจัยที่กำหนดอัตราการถ่ายเทความร้อนในโลหะ ได้แก่…
ก. (1), (2) และ (3)
B. (1) และ (4)
C. (2) และ (4)
ง. (3) และ (4)
E. (4) เท่านั้น
การอภิปราย
การถ่ายเทความร้อนในโลหะเป็นการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนสูตรสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนคือ:
คำอธิบาย: Q/t = อัตราการถ่ายเทความร้อน, k = ค่าการนำความร้อน, A = พื้นที่ผิว, T 1 -T 2 = การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, l = ความยาวของแท่ง
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.
