• Link to Facebook
  • Link to X
  • Link to Youtube
  • Link to Behance
  • Contact
  • Ad-information
iEnergyGuru
  • Home
  • iNews
    • ข่าวเทคโนโลยีพลังงาน
    • ข่าวพลังงานทดแทน
    • ข่าวอนุรักษ์พลังงาน
    • ข่าวด้านสิ่งแวดล้อม
    • ข่าวนวัตกรรมและเทคโนโลยี
    • ข่าวประชาสัมพันธ์
  • iKnow
    • ข้อมูลพลังงาน
      • อัตราค่าไฟฟ้า : การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
      • อัตราค่าไฟฟ้า : การไฟฟ้านครหลวง
      • อัตราค่าไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ (Ft)
    • A Global Map
    • Energy Infographics
    • วันสำคัญ
    • สารานุกรมศัพท์พลังงาน
    • บุคคลสำคัญด้านเทคโนโลยี
    • เอกสารเผยแพร่และประชาสัมพันธ์
    • กฏหมายด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม
  • iContent
    • Renewable Energy
      • ชีวมวลและพลังงานชีวภาพ (Biomass and Bioenergy)
      • พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)
      • พลังงานน้ำ (Hydro Power)
      • พลังงานมหาสมุทร (Ocean Energy)
      • พลังงานลม (Wind Energy)
      • พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy)
      • เชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuels)
    • Fossil Energy
      • ปิโตรเลียม
      • ก๊าซธรรมชาติ
      • ถ่านหิน
    • Emerging & Alternative Energy
      • พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy)
      • Fusion Energy & Nuclear Technology
      • พลังงานจากของเสีย (Waste-to-Energy)
      • กระบวนการเลียนแบบการสังเคราะห์แสง (Artificial Photosynthesis)
    • Energy Conservation
      • พลังงานไฟฟ้า
        • Air compressor
        • Refrigeration & Air Condition
        • Motor
        • Lighting
        • Electric Power System
        • Pump & Fan
        • Heater
      • พลังงานความร้อน
        • Thermal Theory
        • Boiler
        • Furnace
        • Dryer & Oven
        • Condenser & Evaporator
      • เทคโนโลยีเชิงลึก
      • วัสดุเพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
      • เครื่องมือวัดด้านพลังงาน
    • Industrial Management & Standard
      • ISO 50001
        • ความต้องการของมาตรฐาน ISO 50001
        • ขั้นตอนการดำเนินการตามมาตรฐาน ISO 50001
        • การตรวจสอบรับรอง ISO 50001
        • กรณีศึกษา ISO 50001
      • การจัดการพลังงานตามกฎหมาย
        • กฎหมายด้านพลังงาน
      • การจัดการอุตสาหกรรม
  • iChannel
    • ISO 50001
    • Energy Management Systems
    • Energy Conservation Video
    • Renewable Energy Video
    • The Earth Awareness
    • iEnergyGuru
  • Click to open the search input field Click to open the search input field Search
  • Menu Menu

Second Law of Thermodynamics (กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ )

Facebook6Tweet0

คำนิยามของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ 

นิยามของ Kelvin-Planck

กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ในนิยามของ Kelvin-Planck ได้กล่าวเอาไว้ว่า

“ไม่มีกลจักรความร้อน (Heat engine) ใด ๆ สามารถทำงานเป็นวัฏจักรและสามารถสร้างงานออกมาได้เมื่อได้รับความร้อนจากแหล่งความร้อนเพียงเเหล่งเดียว”

ฉะนั้นงานที่เกิดขึ้น (Work output) นั้นจะต้องสูญเสียความร้อนส่วนหนึ่งให้แก่ที่ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเสมอ ดังนั้นเราจำเป็นที่จะต้องทราบปริมาณความร้อนที่แหล่ง(ให้)ความร้อนอุณหภูมิสูง (Thermal energy source) กับแหล่ง(รับ)ความร้อนอุณหภูมิต่ำ (Thermal energy sink)

รูป ระบบที่ไม่สอดคล้องกับนิยามของ Kelvin-Planck (T2 > T1)

Source: web.mit.edu ,(2015)

นิยามของ Clausius

นิยามของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์อีกนิยามหนึ่งที่นิยามโดย Clausius กล่าวว่า

“ไม่มีอุปกรณ์ใด ๆ ที่สามารถดำเนินการเป็นวัฏจักรและสามารถถ่ายเทความร้อนได้จากแหล่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าไปสู่แหล่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าโดยปราศจากการให้งานแก่ระบบ (Work in = 0)”

นั้นหมายความว่าถ้าระบบใด ๆ ก็ตามต้องการดึงความร้อนจากอุณหภูมิต่ำไปสู่อุณหภูมิสูงต้องมีการให้งานแก่ระบบนั้นเสมอ ซึ่งนิยามนี้เป็นที่มาของระบบทำความเย็นในปัจจุบัน

รูป ระบบที่ไม่สอดคล้องกับนิยามของ Clausius (T2 > T1)

Source: web.mit.edu ,(2015)

จากนิยามของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ สามารถสรุปได้ว่าว่า กระบวนการจะเกิดขึ้นในทิศทางที่แน่นอน และพลังงานนั้นเป็นค่าที่มีทั้งปริมาณ (Quantity) และคุณภาพ (Quality) กระบวนการทางความร้อนใด ๆ จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ถ้ากระบวนการนั้นไม่เป็นไปตามทั้ง กฎข้อที่หนึ่ง และสองของเทอร์โมไดนามิกส์

การที่จะทำให้ความร้อนและงานสามารถเปลี่ยนแปลงไปมาได้อย่างต่อเนื่อง จึงต้องทำให้ของไหลมีการเปลี่ยนสภาวะอย่างต่อเนื่องเช่นกัน การเปลี่ยนแปลงในหนึ่งวัฏจักรนั้น สิ่งที่สำคัญที่สุดคือระบบจะต้องกลับมาสู่สภาวะเดิมตอนเริ่มต้น การเปลี่ยนแปลงครบหนึ่งรอบแบบนี้ จะเรียกว่า วัฏจักร  ส่วนของไหลที่ได้รับการเปลี่ยนสภาวะแบบนี้จะเรียกว่า “ของไหลทำงาน (Working fluid)”

วัฏจักรใด ๆ มีการเปลี่ยนแปลงสภาวะทั้งหมดเป็นแบบที่สามารถเปลี่ยนแปลงย้อนกลับได้ วัฏจักรแบบนี้จะถูกเรียกว่า “วัฏจักรที่ย้อนกลับได้ (Reversible cycle)”    แต่ถ้ามีสภาวะใดสภาวะหนึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้ วัฏจักรนั้นจะถูกเรียกว่า “วัฏจักรย้อนกลับไม่ได้ (Irreversible cycle)”

กลจักรความร้อน (Heat Engine)

งานสามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่นได้ง่ายหรืองานสามารถเปลี่ยนรูปไปเป็นความร้อนได้โดยตรง แต่ถ้าต้องการเปลี่ยนความร้อนไปเป็นงานนั้นจำเป็นต้องอาศัยอุปกรณ์พิเศษบางอย่าง อุปกรณ์ที่ว่านี้คือ กลจักรความร้อน หรือ เครื่องยนต์ความร้อน (Heat engine)

รูป กลจักรความร้อน (Heat engine)

Source: user.physics.unc.edu, (2015)

กลจักรความร้อนชนิดต่าง ๆ อาจจะแตกต่างกันบ้าง แต่โดยส่วนใหญ่แล้วจะมีคุณสมบัติที่เหมือนกันดังนี้คือ

  1. อุปกรณ์เหล่านี้จะรับความร้อนจากแหล่งพลังงานที่มีอุณหภูมิสูง (Thermal Energy Source) เช่น แสงอาทิตย์ เตาเผา เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู เป็นต้น
  1. อุปกรณ์เหล่านี้จะเปลี่ยนความร้อนบางส่วนที่ได้รับไปเป็นงาน (Work out) (ปกติเป็นการหมุนเพลา)
  1. อุปกรณ์เหล่านี้จะทิ้งความร้อนที่เหลือไปยังแหล่งพลังงานที่มีอุณหภูมิต่ำ(Thermal Energy Sink) เช่น บรรยากาศ แม่น้ำ เป็นต้น
  2. กระบวนการต่าง ๆ จะทำงานเป็นวัฏจักร (Cycle)

ในบางครั้งกลจักรความร้อนอาจหมายรวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้งานบางอย่างที่ไม่ได้ทำงานเป็นวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิกส์ เช่น เครื่องยนต์ที่มีการสันดาปภายใน (Internal combustion engine) อุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานเป็นวัฏจักรในเชิงกลศาสตร์แต่ไม่ได้ทำงานเป็นวัฏจักรในเชิงเทอร์โมไดนามิกส์ เพราะว่าของไหลที่ทำงานในระบบนั้น จะถูกเผาไหม้ไป อาทิพวก เชื้อเพลิง ทำให้ไม่ได้ไหลวนอยู่ในวัฏจักรตลอด แต่ถูกปล่อยออกมาเป็นไอเสีย เพื่อทำให้ระบบเย็นตัวลง และถูกแทนที่ด้วยอากาศกับเชื้อเพลิงใหม่แทน

ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่ผลิตงานโดยที่ตัวมันเองทำงานเป็นวัฏจักรเชิงเทอร์โมไดนามิกส์ เช่น โรงจักรกำลังไอน้ำ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีการสันดาปภายนอก กล่าวคือ การเผาไหม้จะเกิดขึ้นภายนอก และพลังงานความร้อนถูกถ่ายเทให้กับไอน้ำ

รูป โรงจักรกำลังไอน้ำ (Steam power plant)

 

จากรูปสัญลักษณ์ต่าง ๆ ที่แสดงมีความหมายดังนี้คือ

Qin คือ ปริมาณความร้อนที่ป้อนให้กับไอน้ำภายในหม้อไอน้ำ (Boiler) จากแหล่งพลังงานที่มีอุณหภูมิสูง (Thermal Energy Source)

Qout คือ ปริมาณความร้อนที่ปล่อยทิ้งจากไอน้ำภายในเครื่องควบแน่น (Condenser) ไปยังแหล่งพลังงานที่อุณหภูมิต่ำ (Thermal Energy Sink)

Win คือ ปริมาณงานที่ต้องใช้ในการปั๊มน้ำไปยังหม้อไอน้ำ

Wout คือ ปริมาณงานที่ได้จากการขยายตัวของไอน้ำภายในกังหัน (Turbine)

งานสุทธิที่ได้ (Wnet, out) จากโรงจักรกำลังนี้คือ ความแตกต่างระหว่างงานทั้งหมดที่ได้ออกมา กับงานทั้งหมดที่ป้อนเข้าไป

Wnet, out = Wout - Win

 

นอกจากนี้งานสุทธิยังหาได้จากการถ่ายเทความร้อน กล่าวคือ เมื่อพิจารณาวัฏจักรความร้อน จะพบว่าเป็นระบบปิดเพราะไม่มีการถ่ายโอนมวลเข้าหรือออกจากวัฏจักร และเนื่องจากมีการทำงานเป็นแบบวัฏจักร ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในจึงมีค่าเป็นศูนย์ งานสุทธิที่ได้จากระบบจึงมีค่าเท่ากับการถ่ายโอนความร้อนสุทธิของระบบ

Wnet, out = Qin - Qout

วัฏจักรคาร์โนต์ (The Carnot Cycle)

วัฏจักรคาร์โนต์เป็นวัฏจักรที่ให้ค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดซึ่งจัดได้ว่าเป็นวัฏจักรในอุดมคติ ซึ่งวัฏจักรที่ให้ค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดนี้ ประกอบไปด้วย กระบวนการเปลี่ยนแปลงแบบแอเดียแบติก 2 กระบวนการ และกระบวนการเปลี่ยนแปลงแบบอุณหภูมิคงที่อีก 2 กระบวนการ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรนี้จะไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของ ของไหลทำงาน ดังนั้นเมื่อพิจารณาให้ของไหลทำงานเป็นเสมือนแก๊สในอุดมคติแล้วก็จะสามารถคำนวณวิเคราะห์เป็นวัฏจักรคาร์โนต์ได้

รูป Heat engine และ วัฏจักรคาร์โนต์

Source: user.physics.unc.edu, (2015)

ในวัฏจักรคาร์โนต์นี้จะมีความร้อนเข้า-ออกจากระบบ มีกระบวนการเปลี่ยนแปลงแบบอุณหภูมิคงที่อยู่อีก 2 กระบวนการ โดยจะกำหนดให้อุณหภูมิของแหล่งให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเป็น TH และ ให้อุณหภูมิของแหล่งความร้อนที่อุณหภูมิต่ำเป็น TL ส่วน QH และQL เป็นปริมาณความร้อนที่เข้าและออกจากกฎของเทอร์โมไดนามิกส์ เราสามารถสร้างสมการได้ดังต่อไปนี้

ดังนั้นจากสมการนี้สามารถคำนวณหาค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อน (ηth) ของวัฏจักรคาร์โนต์ ในรูปแบบที่ง่ายๆ ได้ดังนี้

เอนโทรปี (Entropy)

ค่าเอนโทรปีเป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งทางเทอร์โมไดนามิกส์ เป็นตัวบ่งชี้ความไม่มีระเบียบของโมเลกุล ซึ่งเห็นได้จากของแข็งจะมีค่าเอนโทรปีน้อยที่สุด และก๊าซจะมีค่าค่าเอนโทรปีมากที่สุด ซึ่งการเปลี่ยนแปลงค่าของเอนโทรปี ของกระบวนการย้อนกลับได้ (Reversible process) สามารถหาได้จากความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้

โดยที่ dS = การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี (kJ/K)
dQ = การเปลี่ยนแปลงความร้อน (KJ)
T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ภายในระบบ (K)

เนื่องจากเอนโทรปีเป็นคุณสมบัติที่เหมือนกับคุณสมบัติอื่น ๆ คือเป็นค่าที่ขึ้นกับสภาวะใดสภาวะหนึ่ง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี (dS) ระหว่าง 2 สภาวะ จึงมีค่าเท่ากันไม่ว่าเส้นทางของกระบวนการจะเป็นแบบย้อนกลับได้ หรือย้อนกลับไม่ได้ก็ตาม

อ้างอิง

Yunus A. Cengel, M. A. (2005). In Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill Science/Engineering/Math.

สำนักพัฒนาทรัพยากรบุคคลด้านพลังงาน. (2004). ความร้อนเบื้องต้น. Retrieved from DEDE: http://www2.dede.go.th/bhrd/old/file_handbook.html

ienergyguru.com

1 Review

1

Write a Review

https://i0.wp.com/ienergyguru.com/wp-content/uploads/2015/09/photo-1415226161018-3ec581fa733d.jpg?fit=2912%2C2912&ssl=1 2912 2912 s.yanwaree https://ienergyguru.com/wp-content/uploads/2015/07/logo-.png s.yanwaree2015-09-23 15:05:592023-01-05 12:17:36Second Law of Thermodynamics (กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ )
0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

ใส่ความเห็น ยกเลิกการตอบ

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องข้อมูลจำเป็นถูกทำเครื่องหมาย *

Follow us on Facebook

Newsletter

Subscribe Newsletter อัพเดทข่าวสาร สิทธิพิเศษเพื่อคุณ

Subscribe Now

Latest News & Articles

  • กระบวนการประเมินและทวนสอบคาร์บอนฟุตพริ้นท์ขององค์กร (CFO) ตามมาตรฐานสากลมกราคม 30, 2026 - 10:00 am
  • CFO คือก้าวแรกสู่ Net Zero “ทำความรู้จักคาร์บอนฟุตพริ้นท์: รอยเท้าเล็กๆ ที่ส่งผลกระทบยิ่งใหญ่ต่อโลก”มกราคม 27, 2026 - 11:00 am
  • ไม่ใช่แค่ผ้าขนหนู! 6 เรื่องจริงที่คุณอาจไม่เคยรู้เกี่ยวกับ “โรงแรมสีเขียว” มาตรฐานไทยธันวาคม 23, 2025 - 9:35 am
  • เทคโนโลยีเพื่อการลดต้นทุนสำหรับหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงไม้สับ
    เทคโนโลยีเพื่อการลดต้นทุนสำหรับหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงไม้สับธันวาคม 19, 2025 - 12:25 pm

Free Training Zone

  • โครงการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดเล็ก (SMEs) กลุ่มภาคตะวันออกตอนล่างพฤษภาคม 15, 2020 - 1:55 pm
  • เชิญร่วมฟังเสวนาในหัวข้อ “กลยุทธ์สู่ความสำเร็จในการพัฒนาระบบการจัดการพลังงานสู่มาตรฐานสากล ISO 50001”กรกฎาคม 24, 2018 - 9:26 pm
  • โครงการส่งเสริมระบบการจัดการพลังงานในระดับสากล (ISO 50001)พฤษภาคม 15, 2017 - 10:24 am
  • Contact
  • นโยบายคุกกี้
  • นโยบายข้อมูลส่วนบุคคล
© Copyright 2015 - iEnergyGuru
  • Link to Facebook
  • Link to X
  • Link to Youtube
  • Link to Behance
Scroll to top Scroll to top Scroll to top
เว็บไซต์นี้มีการจัดเก็บคุกกี้(cookies) เพื่อจัดการข้อมูลส่วนบุคคล นำเสนอประสบการณ์ในการใช้เว็บไซต์ที่ดีที่สุดและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการให้บริการแก่ท่าน การใช้งานเว็บไซต์นี้ถือเป็นการยินยอมให้เราจัดเก็บและใช้คุกกี้ของท่าน ท่านสามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับนโยบายคุกกี้ของเราได้
นโยบายคุกกี้ | นโยบายความเป็นส่วนตัว
ตั้งค่าคุกกี้ยอมรับ
Manage consent

Privacy Overview

This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary
Always Enabled
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. These cookies ensure basic functionalities and security features of the website, anonymously.
CookieDurationDescription
cookielawinfo-checkbox-analytics11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Analytics".
cookielawinfo-checkbox-functional11 monthsThe cookie is set by GDPR cookie consent to record the user consent for the cookies in the category "Functional".
cookielawinfo-checkbox-necessary11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookies is used to store the user consent for the cookies in the category "Necessary".
cookielawinfo-checkbox-others11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Other.
cookielawinfo-checkbox-performance11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Performance".
viewed_cookie_policy11 monthsThe cookie is set by the GDPR Cookie Consent plugin and is used to store whether or not user has consented to the use of cookies. It does not store any personal data.
Functional
Functional cookies help to perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collect feedbacks, and other third-party features.
Performance
Performance cookies are used to understand and analyze the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.
Analytics
Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.
Advertisement
Advertisement cookies are used to provide visitors with relevant ads and marketing campaigns. These cookies track visitors across websites and collect information to provide customized ads.
Others
Other uncategorized cookies are those that are being analyzed and have not been classified into a category as yet.
SAVE & ACCEPT