ความหมายเบื้องต้นของเทอร์โมไดนามิกส์ (Basic Definition of Thermodynamics)

เทอร์โมไดนามิกส์คืออะไร ?

เทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamics) เป็นศาสตร์ที่ว่าด้วยเรื่องของพลังงาน (Energy) โดยมีเนื้อหาครอบคลุมถึงเรื่องของพลังงานในรูปแบบต่างๆ การเปลี่ยนรูปของพลังงาน การถ่ายโอนพลังงาน รวมทั้งสมบัติต่าง ๆ ของสสารที่ใช้เป็นตัวกลางในการเปลี่ยนแปลง

หลักการของเทอร์โมไดนามิกส์สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ตามธรรมชาติได้มากมาย เช่น สมบัติของสสารใด ๆ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อระดับพลังงานในสสารนั้นเปลี่ยนแปลงไป ความร้อนมีการถ่ายเทจากแหล่งที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่แหล่งที่มีอุณหภูมิต่ำ หรือน้ำจะไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำเสมอ เป็นต้น ในแง่ของการประยุกต์ใช้งาน เราสามารถใช้ทฤษฎีของเทอร์โมไดนามิกส์มาช่วยในการวิเคราะห์ และออกแบบอุปกรณ์ต่างๆ ได้หลายอย่าง เช่น เครื่องทำความเย็น เครื่องทำอาหาร ระบบรถยนต์ เครื่องบิน และโรงจักรกำลัง เป็นต้น

รูป อุปกรณ์ที่สามารถใช้หลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์มาช่วยในการวิเคราะห์ และออกแบบ

พลังงานคืออะไร ?

พลังงาน (Energy) คือ ความสามารถในการทำงานได้ โดยพลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง และสามารถถ่ายโอนจากบริเวณหนึ่งไปสู่อีกบริเวณหนึ่งได้ ในการเปลี่ยนรูป หรือการถ่ายโอนพลังงานจะเป็นไปตาม กฎอนุรักษ์พลังงาน (Energy conservation law) กล่าวคือ พลังงานทั้งหมดมีค่าคงที่ เนื่องจากพลังงานไม่สามารถถูกทำลาย หรือถูกสร้างขึ้นมาใหม่ได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อก้อนหินหล่นจากหน้าผาจะพบว่าความเร็วในการเคลื่อนที่ของก้อนหินจะสูงขึ้น เนื่องจากพลังงานศักย์ของก้อนหินถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ หรือเมื่อคนได้รับพลังงานเข้าไป (โดยการรับประทานอาหาร) มากกว่าการใช้พลังงาน (โดยทำงานหรือการออกกำลังกาย) จะทำให้เกิดการสะสมพลังงานในรูปไขมัน

รูป กฎอนุรักษ์พลังงานในปรากฏการณ์หล่นของก้อนหิน

รูป กฎอนุรักษ์พลังงานในร่างกายของคน

งานคืออะไร ?

งาน (Work) คือ ความสามารถที่แรงกระทำแก่วัตถุให้เคลื่อนที่ไปได้ ซึ่งงานนี้เป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) แสดงว่าทิศทางของแรง (Force) และทิศทางของระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ (Displacement) มีผลต่องานที่เกิดขึ้นเสมอ หน่วยงานในหน่วย SI คือ จูล (Joule)

รูป ทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ที่ทำให้เกิดงาน (Work) และไม่เกิดงาน (Not Work)

Source: PHYSICS OF SPORT, (2015)

กำลังคืออะไร ?

กำลัง (Power) คือ อัตราที่ทำงานหรืองานที่เกิดขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลา หรือปริมาณงาน (Work) ที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ต่อหนึ่งหน่วยเวลา บางครั้งปริมาณงานนั้นอาจจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้เร็วหรือช้าก็ได้ เมื่อมีปริมาณงานที่เท่ากัน ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ได้เร็วแสดงว่า กำลังที่กระทำต่อวัตถุนั้นมาก ในทางกลับกันถ้าวัตถุนั้นเคลื่อนที่ได้ช้าแสดงว่า กำลังที่กระทำต่อวัตถุนั้นน้อย โดยทั่วไปหน่วของกำลังจะอยู่ในรูปของ วัตต์ (Watts)

รูป ม้าออกแรงยกวัตถุเคลื่อนที่ 1 เมตรโดยใช้เวลา 1 วินาที

Source: WIKIPEDIA , (2015)

อ้างอิง

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

WIKIPEDIA. (2015). Horsepower. Retrieved from WIKIPEDIA : https://en.wikipedia.org/wiki/Horsepower

HYSICS OF SPORT . (2015). Work and Power. Retrieved from PHYSICS OF SPORT : http://mikebusscaio.weebly.com/work-and-power.html