บทความ

กฎของเธอร์โมไดนามิคส์


กฎข้อแรก และข้อที่ 2

กฎข้อที่ 1
พลังงานขับเคลื่อนและพลังงานความร้อนจะต้องมีปริมาณเท่ากับพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในถังเชื้อเพลิงพลังงานที่ถูกใส่เข้าไป = พลังงานที่ถูกปล่อยออกมา

 

กฎข้อที่ 2

แม้จะไม่มีพลังงานใดหายไป แต่พลังงานบางส่วนก็จะเปลี่ยนรูปไปจนใช้งานไม่ได้

 

พลังงานความร้อน

บางส่วนของพลังงานเชื้อเพลิงจะถูกเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานความร้อน และถูกระบายออกมาทางท่อไอเสีย

 

พลังงานที่ถูกใช้

น้ำมันเชื้อเพลิง นับเป็นพลังงานสำคัญที่จะถูกนำมาใช้

 

ระบบที่ยังขาดประสิทธิภาพ

พลังงานเชื้อเพลิงที่ไม่ได้ถูกใช้นั้น ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ดังนั้นเมื่อพลังงานเชื้อเพลิงหมด กระบวนการไหลเวียนของพลังงานก็จะหยุดลง

 

พลังขับเคลื่อน

พลังงานเชื้อเพลิงบางส่วน จะถูกแปรรูปให้เป็นพลังงานขับเคลื่อน เพื่อให้รถสามารถเคลื่อนที่ได้นั่นเอง

 

 

กฎ 4 ข้อ ของเธอร์โมไดนามิคส์ 

 

กฎข้อที่ 0

ถ้าวัตถุ 2 อย่างที่มีอุณหภูมิเท่ากันมาสัมผัสกัน จะไม่เกิดการไหลเวียนของพลังงานจากวัตถุหนึ่ง ไปยังอีกวัตถุหนึ่ง

 

กฎข้อที่ 1

พลังงานไม่ถูกสร้าง หรือถูกทำลาย แต่สามารถเปลี่ยนรูปแบบได้

 

กฎข้อที่ 2

เมื่อพลังงานเปลี่ยนแปลงรูปแบบ พลังงานบางส่วนจะใช้งานได้น้อยลง และหมดความจำเป็นไป

 

กฎข้อที่ 3

สสารไม่สามารถมีค่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) ได้

 

บทนำ

พลังงาน คือ สิ่งที่ทำให้ทุกสิ่งเกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็นแค่เรื่องเล็กน้อยอย่างการตื่นนอนตอนเช้า หรือเรื่องยิ่งใหญ่อย่างการปล่อยกระสวยอวกาศ และเพื่อให้สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้น การเปลี่ยนแปลงรูปแบบของพลังงานจึงเป็นสิ่งจำเป็น เช่น พลังงานจากสารอาหารที่คุณทานเข้าไป จะเปลี่ยนเป็นพลังงานที่ทำให้ร่างกายเคลื่อนไหว และพลังงานความร้อน เป็นต้น

 

เธอร์โมไดนามิคส์ หรือ อุณหพลศาสตร์ เป็นหนึ่งในศาสตร์ของฟิสิคส์ ที่ว่าด้วย ความสัมพันธ์ระหว่างความร้อน และพลังงาน ซึ่งกฎทั้ง 4 ข้อของมัน นั้นอธิบายถึงความเป็นไปในการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ทุกรูปแบบ และนับเป็นกุญแจให้เราเข้าใจโลกมากขึ้นอีกด้วย

 

สาระสำคัญ

กฎข้อแรกของเธอร์โมไดนามิคส์ กล่าวว่า พลังงานจะดำรงอยู่เสมอ ดังนั้น ปริมาณพลังงานที่ถูกใส่เข้าไปในกระบวนการเปลี่ยนแปลงพลังงาน จะต้องเท่ากับปริมาณของพลังงานที่ถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม แม้ปริมาณของพลังงานจะดำรงอยู่เท่าเดิม แต่ประโยชน์ในการใช้สอยก็อาจลดน้อยลง เนื่องจากการเปลี่ยนฟอร์ม นี่คือกฎข้อที่ 2 ของเธอร์โมไดนามิคส์ และเป็นเหตุผลว่าทำไมถึงไม่มีเครื่องยนต์ใดที่สามารถใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพร้อยเปอร์เซนต์ พูดอีกอย่าง คือ พลังงานไม่สามารถถูกนำมาใช้ใหม่ได้ และบางครั้งเราก็ต้องเพิ่มพลังงานรูปแบบอื่นเข้ามา เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงาน

 

ในขณะที่ กฎข้อ 0 ของเธอร์โมไดนามิคส์ กล่าวว่าหากวัตถุ 2 ชิ้นที่มีอุณหภูมิเท่ากันมาสัมผัสกัน การถ่ายเทพลังงานจะไม่เกิดขึ้น กฎข้อที่ 3 กล่าวว่า สสารไม่สามารถมีค่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) ได้ เพราะอะตอมของมันจะเคลื่อนที่ไม่ได้นั่นเอง

 

สรุป

กฎของเธอร์โมไดนามิคส์ อธิบายความสัมพันธ์ ระหว่างพลังงานทุกประเภทได้อย่างชัดเจน ซึ่งเราสามารถใช้หลักการเหล่านี้ทำความเข้าใจการทำงานของเครื่องยนต์ หรือเครื่องใช้ต่างๆ ได้

 

 

ปรากฏการณ์ดอพพเลอร์

เสียงและคลื่นแสงจะเปลี่ยนไป เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงนั้นเคลื่อนใกล้เข้ามา หรือเคลื่อนที่ห่างออกไป

 

เรียนรู้ผ่านการทดลอง

ทำไมเราจึงรู้สึกว่าเสียงไซเรนค่อยๆ ดังขึ้น และเบาลง

 

เสียงไซเรน

ไซเรนจะส่งเสียงที่มีคลื่นความถี่คงที่ ดังนั้น คนขับรถพยาบาล จะได้ยินเสียงในระดับเดิมตลอด

 

เมื่อรถเคลื่อนเข้าใกล้

เมื่อรถพยาบาลมุ่งหน้าเข้าใกล้ผู้สังเกตการณ์ คลื่นเสียงจะถูกบีบอัดให้สั้นลง

 

ผู้สังเกตการณ์ที่ 1

จะเห็นได้ว่า คลื่นเสียงนั้นยาวขึ้นอย่างชัดเจน แต่ความถี่ของเสียงน้อยลง ทำให้ระดับความดังของไซเรนลดลงไปด้วย

 

เมื่อรถเคลื่อนผ่านออกไป

เมื่อรถพยาบาลขับห่างออกไป ความยาวคลื่นจะขยาย ตามความห่างที่มากขึ้น

 

ผู้สังเกตการณ์ที่ 2

ความถี่ของเสียงไซเรนจะเพิ่มมากขึ้น แต่ความยาวของคลื่นจะลดลง ทำให้มีระดับเสียงที่สูงขึ้น

 
ปรากฏการณ์เคลื่อนทางแดง และน้ำเงิน

ทฤษฎีของปรากฏการณ์ดอพพเลอร์นั้น ถูกนำมาใช้กับเรื่องของแสงและเสียง ความถี่ของแสงทำให้เกิดสี ดังนั้น การศึกษาว่าแสงของวัตถุที่เคลื่อนที่นั้นมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร จะทำให้เราสามารถระบุได้ว่า วัตถุนั้นกำลังเคลื่อนที่เข้ามาหาเรา หรือกำลังเคลื่อนห่างออกไป

 

นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เอดวิน ฮับเบิล ใช้ทฤษฎีนี้ในการสรุปว่ากาแลกซีส่วนใหญ่เคลื่อนตัวออกจากโลกของเรา เพราะฉะนั้นเอกภพจึงต้องขยายออกไป แสงจากวัตถุในจักรวาลมีการเคลื่อนที่ไปด้วยความถี่ต่ำ ค่อนไปทางฝั่งสีแดงของแสงสเปคตรัม ส่วนแสงจากดวงดาว หรือกาแลกซีเคลื่อนที่เข้าหาฝั่งสีน้ำเงินของสเปคตรัม บอกเป็นนัยได้ว่า พวกมันกำลังเคลื่อนตัวเข้ามาหาเรา

 

บทนำ

ช่วงต้นทศวรรษ 1840 นักฟิสิคส์ชาวออสเตรีย คริสเตียน ดอพพเลอร์ เป็นคนแรกที่ค้นพบทฤษฎีความเปลี่ยนแปลงของเสียงและคลื่นแสงในระยะทางระหว่างแหล่งกำเนิดเสียงและผู้สังเกตการณ์ หลักทฤษฎีได้ถูกทดสอบในปี 1845 โดย คริสโตฟ เบิกส์ บัลลอท โดยในการทดลอง เขาได้ขอให้นักดนตรีเล่นโนทที่คงที่บนขบวนรถไฟที่กำลังเคลื่อนตัว เสียงที่เขาได้ยินจากชานชาลา หลังจากรถไฟแล่นไปแล้วนั้น ต่างออกไป

 

สาระสำคัญ

เราจะได้ยินว่าเสียงไซเรนนั้นเปลี่ยนไปเมื่อรถพยาบาลแล่นผ่าน ระดับเสียงไซเรนที่ใกล้เข้ามาจะมากขึ้น และจะลดลงเมื่อรถพยาบาลเคลื่อนห่างออกไปแล้ว เรียกว่า ปรากฏการณ์ดอพพเลอร์ ซึ่งเกิดขึ้นเพราะคลื่นเสียงได้รวมกลุ่มกัน หรือขยายออกไป นั่นเอง

 

เสียงที่คุณได้ยิน ถูกกระตุ้นด้วยความถี่ของเสียง หรือจำนวนคลื่นต่อนาที ความถี่ของเสียงไซเรนไม่ได้เปลี่ยนไป แต่เพราะรถพยาบาลแล่นผ่านคุณ จำนวนของคลื่นถูกกดให้น้อยลงตามระยะทางที่ลดลง ทำให้ความถี่ของคลื่นเสียงที่คุณได้ยินนั้นมากขึ้น ระดับของเสียงจึงเหมือนจะมากขึ้น แต่เมื่อรถพยาบาลแล่นห่างออกไป คลื่นเสียงก็จะแผ่กระจายออกตามระยะความห่าง ทำให้ความถี่ที่คุณได้ยินลดลง ระดับเสียงจึงลดลงตามด้วย แต่สำหรับผู้ที่นั่งอยู่บนรถฉุกเฉิน ระดับเสียงไซเรนจะยังเหมือนเดิม

 

สรุป

ระดับเสียงที่ปรากฏขึ้นนั้นมีความสัมพันธ์เกี่ยวกับระยะห่างที่เปลี่ยนไป ระหว่างแหล่งกำเนิดเสียงกับผู้สังเกตการณ์ ระยะทางลดลง ส่งผลให้ระดับเสียงสูงมากขึ้น เมื่อระยะทางมากขึ้น ระดับเสียงก็จะลดลง



------------------------------
เรื่องโดย : GADGET MAGAZINE
ภาพโดย : GADGET MAGAZINE
นิตยสาร 4WHEELS ฉบับเดือน กุมภาพันธ์ ปี 2560
คอลัมน์ : เรื่องเด่นจาก GADGET/HOW IT WORKS
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/AuK55

Follow autoinfo.co.th