บทเรียนฟิสิกส์พื้นฐาน

ถ้าเราสังเกตดีๆ จะเห็นควันจากการเผาไหม้ในช่วงแรกๆ แต่หลังจากนั้นสักพักก็จะมองไม่เห็นควันแล้ว คุณเคยใช้น้ำหอมไหม? แม้ว่าคุณจะฉีดน้ำหอมในห้อง แต่คนอื่นๆ ที่อยู่นอกบ้านก็ยังได้กลิ่นน้ำหอมอยู่ดี ถ้าคุณแม่ทำอาหารอร่อยๆ ในครัว กลิ่นหอมของอาหารก็ยังได้กลิ่นไปถึงบ้านเพื่อนบ้าน ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น?

ยังมีตัวอย่างอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ถ้าคุณหยดหมึกสองสามหยดลงในแก้วน้ำใส หมึกหรือสีผสมอาหารจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งน้ำ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเองโดยอัตโนมัติ ตัวอย่างที่กล่าวมาข้างต้นเป็นปรากฏการณ์การแพร่กระจายที่พบเห็นได้บ่อยในชีวิตประจำวัน การแพร่กระจายคือกระบวนการเคลื่อนย้ายสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ ความเข้มข้นในที่นี้หมายถึงจำนวนโมเลกุล/โมลของสารต่อปริมาตร บริเวณที่มีความเข้มข้นสูงคือบริเวณที่มีโมเลกุลของสารจำนวนมากต่อปริมาตร ในทางกลับกัน บริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำคือบริเวณที่มีโมเลกุลจำนวนน้อยต่อปริมาตร

อ่านเพิ่มเติม

พลังงานในก๊าซอุดมคติอะตอมเดี่ยว

พลังงานในก๊าซอุดมคติแบบอะตอมเดี่ยว คือปริมาณพลังงานจลน์การเคลื่อนที่ทั้งหมดของโมเลกุลก๊าซอุดมคติแบบอะตอมเดี่ยว ปริมาณพลังงานจลน์การเคลื่อนที่ทั้งหมดของโมเลกุลก๊าซอุดมคติ = ผลคูณของพลังงานจลน์การเคลื่อนที่เฉลี่ยของแต่ละโมเลกุลและจำนวนโมเลกุล (N) ในทางคณิตศาสตร์:

อ่านเพิ่มเติม

ทฤษฎีบทการแบ่งพลังงานอย่างเท่าเทียมกันนั้นได้มาจากการคิดค้นทางทฤษฎีของคลาร์ก แม็กซ์เวลล์ โดยใช้กลศาสตร์เชิงสถิติ เรียกว่าเป็นทฤษฎีบทเพราะไม่มีการพิสูจน์ผ่านการทดลอง การแบ่งพลังงานหมายถึงการกระจายพลังงานอย่างเท่าเทียมกัน

KE = พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของโมเลกุลแก๊ส (จูล)

k = ค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์ = 1.38 x 10^-23 เจ/เค

T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ของโมเลกุลก๊าซอุดมคติ (เคลวิน)

อ่านเพิ่มเติม

นอกจากความดันแล้ว ปริมาณอีกอย่างหนึ่งที่บ่งบอกถึงลักษณะระดับมหภาคของแก๊สคืออุณหภูมิ (T) สมการความดันของแก๊ส:

อ่านเพิ่มเติม

kทฤษฎีจลน์กล่าวว่า สสารทุกชนิดประกอบด้วยอะตอมหรือโมเลกุล และอะตอมหรือโมเลกุลนั้นเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการควบคุม ข้อสมมติฐานนี้ของทฤษฎีจลน์สอดคล้องกับสถานการณ์และสภาวะของอะตอมหรือโมเลกุลในแก๊ส แรงดึงดูดระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลที่ประกอบเป็นแก๊สนั้นอ่อนมาก ทำให้อะตอมหรือโมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

อ่านเพิ่มเติม

บทความเกี่ยวกับกฎของบอยล์ กฎของชาร์ลส์ และกฎของเกย์-ลูแซค

กฎของบอยล์

โรเบิร์ต บอยล์ (ค.ศ. 1627-1691) ได้ทำการทดลองเพื่อศึกษาความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างความดันและปริมาตรของแก๊ส การทดลองนี้ทำโดยการใส่แก๊สปริมาณหนึ่งลงในภาชนะปิด จนกระทั่งได้วิธีการที่ดีพอสมควร เขาพบว่าถ้าอุณหภูมิของแก๊สคงที่ เมื่อความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาตรของแก๊สจะลดลง ในทำนองเดียวกัน เมื่อความดันของแก๊สลดลง ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้น ความดันของแก๊สแปรผกผันกับปริมาตรของแก๊ส ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของบอยล์ ในทางคณิตศาสตร์:

อ่านเพิ่มเติม

กฎของบอยล์ กฎของชาร์ลส์ และกฎของเกย์-ลูแซค ไม่สามารถใช้ได้กับทุกสภาวะของก๊าซ ทำให้การวิเคราะห์ของเรายากขึ้น ดังนั้นจึงมีการนำเสนอแบบจำลองก๊าซอุดมคติขึ้นมา ก๊าซอุดมคติไม่มีอยู่จริงในชีวิตประจำวัน ก๊าซอุดมคติเป็นเพียงรูปแบบที่สมบูรณ์แบบเพื่ออำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์ การมีอยู่ของแนวคิดก๊าซอุดมคตินี้ยังช่วยเราในการทบทวนความสัมพันธ์ระหว่างกฎของก๊าซทั้งสามข้อได้อีกด้วย

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ ปริมาตร และความดันของแก๊ส

โดยอ้างอิงจากกฎของแก๊สทั้งสามข้อข้างต้น เราสามารถหาความสัมพันธ์ทั่วไประหว่างอุณหภูมิ ปริมาตร และความดันของแก๊สได้

อ่านเพิ่มเติม

คำกล่าวเฉพาะเจาะจงของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ไม่สามารถอธิบายกระบวนการที่ไม่ผันกลับได้ทั้งหมด ดังนั้นเราจึงต้องการคำกล่าวทั่วไป คำกล่าวทั่วไปนี้คาดว่าจะสามารถอธิบายกระบวนการที่ไม่ผันกลับได้ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในจักรวาล คำกล่าวทั่วไปของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ได้รับการกำหนดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่สิบเก้า โดยใช้ปริมาณที่เรียกว่าเอนโทรปี (S) เอนโทรปีได้รับการแนะนำครั้งแรกโดยคลอซิอุส และได้รับการกำหนดขึ้นจากวัฏจักรคาร์โนต์ (เครื่องยนต์แคลอรีที่สมบูรณ์แบบ) ตามที่คลอซิอุสกล่าว การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีเกิดขึ้นกับระบบเมื่อระบบได้รับความร้อนเพิ่มเติม (Q) ที่อุณหภูมิคงที่ ซึ่งแสดงโดยสมการ:

อ่านเพิ่มเติม

บทความเกี่ยวกับค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็น

เครื่องทำความเย็นคือเครื่องที่ดึงความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ แล้วถ่ายเทความร้อนนั้นไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง เพื่อให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้ เครื่องจะต้องทำงาน เพราะความร้อนจะไหลจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำตามธรรมชาติ นี่คือคำกล่าวของคลอเซียส:

เป็นไปไม่ได้ที่เครื่องทำความเย็นจะถ่ายเทความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงโดยปราศจากงาน (กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ – คำกล่าวของคลอเซียส)

เครื่องจักรทำงาน (W) เพื่อถ่ายเทความร้อนจากอุณหภูมิต่ำ (Q)_L) ถึงอุณหภูมิสูง (Q_H). จากหลักการอนุรักษ์พลังงาน Q_L + W = Q_H.

อ่านเพิ่มเติม

เพื่อค้นหาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพของ ความร้อน ในปี 1824 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ ซาดี การ์โนต์ (ค.ศ. 1796-1832) ได้ทำการศึกษาเครื่องจักรความร้อนในอุดมคติทางทฤษฎี ในเวลานั้น กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ยังไม่ได้รับการกำหนดขึ้น รวมถึงกฎข้อที่สองด้วย สาเหตุที่กฎข้อที่หนึ่งยังไม่ได้รับการกำหนดขึ้นนั้นเป็นเพราะนักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้ว่าความร้อนคือพลังงาน หลังจากที่จูลและเพื่อนร่วมงานทำการทดลองในช่วงทศวรรษที่ 1830 นักวิทยาศาสตร์จึงได้ค้นพบว่าความร้อนคือพลังงานที่เคลื่อนที่เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ดังนั้น กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จึงได้รับการกำหนดขึ้นหลังจากปี 1830 การวิจัยของซาดี การ์โนต์ในปี 1824 มีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำ เนื่องจากเครื่องจักรไอน้ำส่วนใหญ่ในเวลานั้นมีประสิทธิภาพต่ำ

อ่านเพิ่มเติม