การทดลอง การ ถ่าย โอน ความร้อน

การถ่ายโอนความร้อน

เมื่อ :

วันอาทิตย์, 04 มิถุนายน 2560

การทดลอง การ ถ่าย โอน ความร้อน

วิธีการถ่ายโอนพลังงานความร้อนแบ่งได้เป็น 3 วิธี ดังนี้

1. การถ่ายโอนความร้อนโดยการนำความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของวัตถุจากตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ตำแหน่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่วัตถุที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนความร้อนไม่ได้เคลื่อนที่ เช่น การนำแผ่นอะลูมิเนียมมาเผาไฟ โมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียมที่อยู่ใกล้เปลวไฟจะร้อนก่อนโมเลกุลที่อยู่ไกลออกไป เมื่อได้รับความร้อนจะสั่นมากขึ้นจึงชนกับโมเลกุลที่อยู่ติดกัน และทำให้โมเลกุลที่อยู่ติดกันสั่นต่อเนื่องกันไป ความร้อนจึงถูกถ่ายโอนไปโดยการสั่นของโมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียม
โลหะต่างๆ เช่น เงิน ทอง อะลูมิเนียม เหล็ก เป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ดี จึงถูกนำมาทำภาชนะในการหุงต้มอาหาร วัตถุที่นำความร้อนไม่ดีจะถูกนำมาทำฉนวนกันความร้อน เช่น ไม้ พลาสติก แก้ว กระเบื้อง เป็นต้น

2. การถ่ายโอนความร้อนโดยการพาความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยวัตถุที่เป็นตัวกลางในการพาความร้อนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับความร้อนที่พาไป ตัวกลางในการพาความร้อนจึงเป็นสารที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่าย ได้แก่ ของเหลวและแก๊ส ลมบกลมทะเลเป็นการเคลื่อนที่ของอากาศที่พาความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่ง การต้ม การนึ่ง และการทอดอาหารเป็นการทำให้อาหารสุกโดยการพาความร้อน

3. การถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง เช่น การแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก การแผ่รังสีความร้อนจากเตาไฟไปยังอาหารที่ปิ้งย่างบนเตาไฟ เป็นต้น

สมดุลความร้อน

สมดุลความร้อน หมายถึง ภาวะที่สารที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน และถ่ายโอนความร้อนจนกระทั่งสารทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน (และหยุดการถ่ายโอนความร้อน) เช่น การผสมน้ำร้อนกับน้ำเย็นเข้าด้วยกัน น้ำร้อนจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนให้กับน้ำเย็น และเมื่อน้ำที่ผสมมีอุณหภูมิเท่ากัน การถ่ายโอนความร้อนจึงหยุด

การดูดกลืนความร้อนของวัตถุ

วัตถุทุกชนิดสามารถดูดกลืนพลังงานรังสี การดูดกลืนพลังงานรังสีของวัตถุเรียกว่า "การดูดกลืนความร้อน" จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์พบว่า วัตถุที่มีผิวนอกสีดำทึบหรือสีเข้ม จะดูดกลืนความร้อนได้ดี วัตถุที่มีผิวนอกสีขาวหรือสีอ่อนจะดูดกลืน ความร้อนได้ไม่ดี
ในทำนองตรงกันข้าม วัตถุที่มีความร้อนทุกชนิดสามารถคายความร้อนได้เช่นกัน โดยวัตถุที่มีผิวนอกสีดำจะคายความร้อนได้ดี และวัตถุที่มีผิวนอกขาวจะคายความร้อนได้ไม่ดี
ในชีวิตประจำวันใช้ประโยชน์จากสมบัติของการดูดกลืนความร้อนและการคายความร้อนของวัตถุในการเลือกสีทาอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ เช่น ชุดนักดับเพลิงมีสีสว่างและแวววาวเพื่อไม่ให้รับพลังงานความร้อนมากเกินไป บ้านเรือนที่อยู่อาศัยในเขตร้อนนิยมทาด้วยสีขาว เป็นต้น

การขยายตัวของวัตถุ

วัตถุบางชนิดจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนและจะหดตัวเมื่อคายความร้อน การขยายตัวของวัตถุเป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัตถุ อัตราส่วนระหว่างขนาดของวัตถุที่เปลี่ยนแปลงไปกับขนาดเดิมของวัตถุต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง เรียกว่า "สัมประสิทธิ์ของการขยายตัว" วัตถุใดที่มีสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวมากจะขยายตัวได้มากกว่าวัตถุที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวน้อย เช่น ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส และความดันบรรยากาศเดียวกัน สังกะสี ตะกั่ว อะลูมิเนียม จะขยายตัวได้มากไปน้อย ตามลำดับ

ความรู้เรื่องการขยายตัวของวัตถุเมื่อได้รับความร้อนถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เช่น การเว้นรอยต่อของรางรถไฟ การเว้นช่องว่างของหัวสะพาน การประดิษฐ์เทอร์มอมิเตอร์ และการติดตั้งเทอร์มอสแตตไฟฟ้า เพื่อใช้ควบคุมระดับอุณหภูมิของเครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น

หัวเรื่อง และคำสำคัญ

การถ่ายโอนความร้อน,การถ่ายโอนพลังงานความร้อน,วิธีการถ่ายโอนพลังงานความร้อน

รูปแบบการนำเสนอ แบ่งตามผลผลิต สสวท.

สื่อสิ่งพิมพ์ในรูปแบบดิจิทัล

ลิขสิทธิ์

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)

วันที่เสร็จ

วันอาทิตย์, 04 มิถุนายน 2560

สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา

วิทยาศาสตร์ทั่วไป

ช่วงชั้น

มัธยมศึกษาตอนปลาย

ดูเพิ่มเติม

สิ่งที่นักเรียนจะได้เรียนรู้

1. อธิบายความหมายของการนำความร้อนได้ (ด้านพุทธิพิสัย)

2. ตั้งสมมติฐานและสรุปผลการทดลองได้ (ด้านทักษะพิสัย)
3. ช่วยเหลือกันภายในกลุ่ม (ด้านจิตพิสัย)

อุปกรณ์

1. ตะเกียงแอลกอฮอล์
2. ตะเกียบสเตนเลส
3. ไม้จิ้มฟัน
4. เทียน
5. ไม้หนีบหลอดทดลอง

ขั้นตอนการสอน

1. นักเรียนตั้งแถวหน้าห้องทดลองวิทยาศาสตร์ หลังจากนั้น เดินไปนั่งที่โต๊ะทีละคนตามลำดับ เช่น คนคนที่ 1 นั่งโต๊ะที่ 1 คนที่ 2 นั่งโต๊ะที่ 2 ….. คนที่ 7 นั่งโต๊ะที่ 1 (แบ่งกลุ่มนั่งเรียน)
2. ครูเช็คชื่อนักเรียนเมื่อนักเรียนเดินผ่านเข้าประตูห้อง
3. ครูนำกิจกรรมปรบมือดัง เพื่อเตรียมความพร้อมให้นักเรียนก่อนเรียน
4. นักเรียนทำท่าตามเพลง ดังนี้ ปรบมือดัง /// กระทืบเท้าดัง /// ลุกขึ้นยืนแล้วนั่ง ปรบมือดัง /// ( ซ้ำ 2 รอบ) เมื่อนักเรียนทำได้แล้ว ให้ทำตรงกันข้าม คือ ปรบมือดังให้กระทืบเท้า ลุกขึ้นให้นั่งลง
5. ครูนำเข้าสู่บทเรียนโดยถามคำถาม ดังนี้
“ จากความรู้เมื่อคาบที่แล้ว จะพบว่า ลอยตัวขึ้นสูง แสดงว่าความร้อนมีการเคลื่อนที่ แต่ความร้อนเคลื่อนที่ได้อย่างไร?” (นักเรียนอาจตอบว่าลอยไปในอากาศ)
6. ครูให้ความรู้แก่นักเรียน (การถ่ายโอนความร้อน มี 3 รูปแบบ คือ การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน แต่คาบนี้จะมาเรียนกัน เรื่อง การนำความร้อน)

7. ครูเขียนวิธีการทดลองบนกระดานและอธิบายวิธีการทดลอง

8. ครูสาธิตวิธีการดับไฟตะเกียงแอลกอฮอล์ พร้อมเน้นย้ำให้ระมัดระวังไม่ให้นักเรียนทำเอทิลแอลกอฮอล์ในตะเกียงหก

9. นักเรียนรับอุปกรณ์การทดลอง ดังนี้
ตะเกียงแอลกอฮอล์ ตะเกียบสเตนเลส ไม้จิ้มฟัน เทียน ไม้หนีบหลอดทดลอง

10. นักเรียนปฏิบัติการทดลอง ดังนี้
-ใช้น้ำตาเทียนติดไม้จิ้มฟันไว้บนตะเกียบสเตนเลส
- จุดไฟที่ตะเกียงแอลกอฮอล์ ใช้ไม้หนีบหลอดทดลองคีบหลายของตะเกียบสเตนเลส แล้วยื่นเข้าไปใกล้เปลวไฟ

11. นักเรียนสังเกตและบันทึกผลการทดลอง
12. ตัวแทนกลุ่มบอกผลการทดลองให้กลุ่มอื่นฟัง

13. นักเรียนร่วมกันสรุปผลการทดลอง โดยเชื่อมโยงผลการทดลองกับเนื้อหาที่เรียนข้างต้น (ไม้จิ้มฟันที่ติดอยู่บนแท่งเหล็ก อันที่อยู่ใกล้เปลวไฟมากที่สุดจะร่วงลงมาก่อน เพราะน้ำตาเทียนละลายเนื่องจากความร้อน การทดลองนี้ทำให้รู้ความจริงว่า ความร้อนที่มาจากตะเกียงแอลกอฮอล์เคลื่อนที่ไปยังโลหะได้ แสดงว่าโลหะสามารถนำความร้อนได้)

14. ครูชี้แจงให้นักเรียนเห็นภาพว่า การนำความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนที่เกิดขึ้นจากโมเลกุลของสารในตำแหน่งที่สัมผัสกับความร้อน มีพลังงานเพิ่มขึ้น ทำให้โมเลกุลสั่น และส่งผลกระทบไปยังโมเลกุลอื่นที่อยู่ข้างเคียง เป็นการถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งต่อเนื่องกันไป โดยไม่มีการเคลื่อนที่ของโมเลกุล (ความร้อนเคลื่อนที่ วัตถุไม่ได้เคลื่อนที่)
15. นักเรียนจำลองตนเองเป็นโมเลกุลของวัตถุที่ยืนติดกัน แล้วเกิดการสั่นสะเทือนต่อๆ กันไป จากคนแรกจนถึงคนสุดท้าย คล้ายการเล่นเวฟ (Wave)
16. นักเรียนหาข้อมูลเพิ่มเติม เรื่อง ประโยชน์ของการนำความร้อนและนำมาส่งในคาบถัดไป

ที่มา: Kru Kookkik TFT