3. คำถามเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อน
1. ดูภาพต่อไปนี้สิ!
ถ้าวางท่อสามท่อไว้ในกล่องแก้วปิดสนิทดังแสดงในภาพ ควันจากม้วนกระดาษถูกวางไว้ที่ปลายท่อ B และควันจะเข้าไปในท่อ B จากนั้นควันจะออกมาทางท่อ A และ C ดังแสดงในภาพ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนโดย…
บี. การนำไฟฟ้า
การเหนี่ยวนำ C.
ง. รังสี
การอภิปราย
ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน การถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่ของสสาร ตัวอย่างของการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน ได้แก่ ลม น้ำเดือด หรือการเคลื่อนที่ของควัน ดังแสดงในภาพด้านบน
คุณจะอธิบายการเคลื่อนที่ของควันดังที่แสดงในภาพด้านบนได้อย่างไร? ภายในกล่องแก้วปิดสนิท มีเทียนที่จุดไฟอยู่ เปลวเทียนจะให้ความร้อนแก่อากาศโดยรอบ ทำให้อุณหภูมิของอากาศภายในกล่องแก้วสูงขึ้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมินี้ทำให้อากาศขยายตัว (ปริมาตรเพิ่มขึ้น) การขยายตัวนี้ทำให้ความหนาแน่นของอากาศลดลง ดังนั้น ความหนาแน่นของอากาศภายนอกกล่องแก้วจึงมากกว่าความหนาแน่นของอากาศภายในกล่องแก้ว โดยธรรมชาติแล้ว ก๊าซจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความหนาแน่นของอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นของอากาศต่ำ ความแตกต่างของความหนาแน่นของอากาศนี้ทำให้ควันไหลจากภายนอกกล่องแก้ว ซึ่งมีความหนาแน่นของอากาศสูง เข้าไปในกล่องแก้ว ซึ่งมีความหนาแน่นของอากาศต่ำ
เมื่อควันเข้าไปในกล่องแก้วแล้ว เปลวเทียนจะให้ความร้อนแก่ควัน ทำให้อุณหภูมิและปริมาตรของควันเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความหนาแน่นของควันเพิ่มขึ้น และลอยขึ้นไปในบริเวณที่มีความหนาแน่นของอากาศต่ำกว่า โปรดจำไว้ว่า ยิ่งสถานที่อยู่สูงจากพื้นดินมากเท่าไหร่ ความหนาแน่นของอากาศก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น เพราะแรงโน้มถ่วงจะลดลง
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.
2. โปรดให้ความสนใจกับข้อความด้านล่างนี้:
1. น้ำในกระทะเดือดเพราะได้รับความร้อน
2. ตอนกลางวันรู้สึกร้อนกว่าตอนกลางคืน
3. โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ทำครัวมักมีด้ามจับทำจากไม้หรือพลาสติก
4. เทียนที่กำลังลุกไหม้จะค่อยๆ ละลายจนหมด
จากข้อความที่ระบุว่าผลกระทบของรังสีมีหลายประการ...
ก. 1 และ 3
ข. 1 และ 4
ค. 2 และ 4
ง. 2 และ 3
การอภิปราย
ข้อความที่ 1: น้ำในกระทะเดือดเพราะได้รับความร้อน
จริงอยู่ที่ความร้อนบางส่วนถ่ายเทจากเปลวไฟไปยังภาชนะผ่านการแผ่รังสี และความร้อนบางส่วนก็ถ่ายเทจากภาชนะไปยังน้ำผ่านการนำความร้อน แต่การเดือดของน้ำเป็นผลโดยตรงจากการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน
ข้อความที่ 2: ตอนกลางวันรู้สึกว่าร้อนกว่าตอนกลางคืน
ในเวลากลางวัน ดวงอาทิตย์ส่องแสงมายังพื้นผิวโลกผ่านทางรังสี
ข้อความที่ 3: โดยทั่วไปแล้วเครื่องครัวจะมีด้ามจับทำจากไม้หรือพลาสติก
หากด้ามจับของอุปกรณ์ทำอาหารทำจากโลหะ มือของผู้ปรุงอาหารจะร้อนขึ้นเนื่องจากความร้อนหรือความอบอุ่นถูกถ่ายเทโดยการนำความร้อนผ่านด้ามจับของอุปกรณ์ทำอาหาร
ข้อความที่ 4: เทียนที่กำลังลุกไหม้จะละลายไปเรื่อยๆ จนกว่าจะหมด
ขี้ผึ้งละลายเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีจากเปลวไฟไปยังขี้ผึ้ง
ดังนั้นข้อความที่แสดงถึงผลกระทบของรังสีคือข้อ 2 และ 4
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
3. ภาพแสดงปรากฏการณ์การพาความร้อนที่ถูกต้องในของเหลว...
การอภิปราย
การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน คือการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่ของสสาร ตัวอย่างของการพาความร้อนตามธรรมชาติ ได้แก่ การเดือดของน้ำในระหว่างการให้ความร้อน หรือการเกิดลมบกและลมทะเล
ในกระบวนการข้างต้น ความร้อนจะเคลื่อนจากไฟไปยังภาชนะโดยการนำความร้อนและในทำนองเดียวกัน ความร้อนจะเคลื่อนจากภาชนะไปยังน้ำโดยการนำความร้อน ต่อมา ความร้อนจะเคลื่อนจากโมเลกุลของน้ำไปยังโมเลกุลของน้ำอื่นๆ โดยการพาความร้อน
น้ำบริเวณก้นภาชนะจะมีอุณหภูมิสูงกว่า จึงขยายตัวและมีความหนาแน่นลดลง ในทางกลับกัน น้ำที่อยู่เหนือขึ้นไป หรือน้ำที่อยู่บนผิวน้ำ จะมีอุณหภูมิต่ำกว่า จึงมีความหนาแน่นสูงกว่า
น้ำที่อยู่ก้นภาชนะมีความหนาแน่นต่ำกว่า จึงลอยขึ้นและถูกแทนที่ด้วยน้ำที่มีความหนาแน่นสูงกว่าที่อยู่ด้านบน การเคลื่อนที่ของน้ำในภาชนะนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำทุกส่วนจะมีอุณหภูมิเท่ากัน หรือเดือด
แผนภาพที่ถูกต้องกว่าซึ่งอธิบายกระบวนการพาความร้อนของน้ำในภาชนะนั้นอยู่ในคำตอบ C เหตุผลก็คือ น้ำที่ร้อนกว่าซึ่งขยายตัวจะเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนทันทีและไม่เคลื่อนที่ไปด้านข้างก่อน
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
