การถ่ ายโอนความร้ อน

ณิ ชนันท์ นันท์รุ่งโรจน์ ม.๑/๑ เลขที่ ๓๓

คำนำ ชีวิตประจำวันของทุกคนนั้นย่อมเกี่ยวข้องกับกำรถ่ำยโอนควำมร้อนทั้งสิ้น เช่น กำรใช้ ควำมร้อนในกำรหุงต้ม ผัด ทอด นึ่ง ปิ้ ง ย่ำง อำหำร นอกจำกนั้นยังเกี่ยวข้องกับอุตสำหกรรม ในกำรแปรรู ปอำหำร เช่น กระบวนกำรแช่เย็น กำรแช่แข็ง กำรฆ่ำเชื้อโดยใช้ควำมร้อน กำร อบแห้ง และกำรระเหย หรื อแม้แต่ในปรำกฎกำรณ์ธรรมชำติ ล้วนเกี่ยวข้องกับกำรถ่ำยโอนควำม ร้อน เช่น กำรเกิดลมบก ลมทะเล กำรเคลื่อนที่ของกระแสน้ ำในมหำสมุทร กำรแผ่รังสีอลั ตร้ำไว โอเลตจำกดวงอำทิตย์มำยังโลก เป็ นต้น รำยงำนฉบับนี้ จัดทำขึ้นเพื่อจุดประสงค์ให้ผอู ้ ่ำนเข้ำใจถึงหลักกำรถ่ำยโอนควำมร้อน วิธีกำรถ่ำยโอนควำมร้อน ทั้ง 3 วิธี คือ กำรนำควำมร้อน กำรพำควำมร้อน และกำรแผ่รังสีควำม ร้อน และตัวอย่ำงประกอบของแต่ละวิธี ผูเ้ ขียนหวังว่ำจะเป็ นประโยชน์แก่ผอู ้ ่ำนทุกท่ำน

ณิชนันท์ นันท์รุ่งโรจน์ ม.1/1 เลขที่ 33 (ผูจ้ ดั ทำ)

1

สำรบัญ หน้ำ หลักกำรถ่ำยโอนควำมร้อน

3

วิธีกำรถ่ำยโอนควำมร้อน

3

กำรนำควำมร้อน

4

ตัวนำควำมร้อนและฉนวนควำมร้อน

5

ตัวอย่ำงกำรประกอบอำหำรโดยใช้หลักกำรนำควำมร้อน

6

กำรพำควำมร้อน

7

ตัวอย่ำงกำรประกอบอำหำรโดยใช้หลักกำรพำควำมร้อน

7

ปรำกฏกำรณ์ธรรมชำตที่ใช้กำรพำควำมร้อน

8

กำรแผ่รงั สีควำมร้อน

9

ตัวอย่ำงกำรประกอบอำหำรโดยใช้หลักกำรแผ่รังสีควำมร้อน

9

ภำคผนวก

11

2

กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน (Heat Transfer) หลักกำรถ่ ำยโอนควำมร้ อน กำรถ่ำยโอนควำมร้อน เป็ นกำรส่งผ่ำนพลังงำนควำมร้อนระหว่ำงสองบริ เวณที่มี อุณหภูมิต่ำงกัน โดยจะถ่ำยโอนพลังงำนจำกบริ เวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริ เวณที่มีอุณหภูมิต่ำ กว่ำ ด้วยวิธีกำรนำควำมร้อน กำรพำควำมร้อน และกำรแผ่รังสีควำมร้อน และจะหยุดถ่ำยโอน ควำมร้อนเมื่ออุณหภูมิท้งั สองบริ เวณเท่ำกัน เรี ยกว่ำ “ สมดุลควำมร้อน (Thermal Equilibrium)”

วิธีกำรถ่ ำยโอนควำมร้ อน ควำมร้อนจะถ่ำยโอนควำมร้อน หรื อส่งผ่ำนควำมร้อนจำกวัตถุที่มีระดับควำมร้อนสูง (อุณหภูมิสูง) ไปสู่วตั ถุที่ระดับควำมร้อนต่ำ (อุณหภูมิต่ำ) กำรถ่ำยโอนควำมร้อน มี 3 แบบ คือ 1. กำรนำควำมร้อน (Heat Conduction) 2. กำรพำควำมร้อน (Heat Convection) 3. กำรแผ่รงั สีควำมร้อน (Heat Radiation) กำรนำควำมร้อน

กำรพำควำมร้อน

กำรแผ่รังสีควำมร้อน

3

กำรนำควำมร้ อน (Heat Conduction) กำรนำควำมร้อน เกิดขึ้นเมื่อสสำรได้รับควำมร้อนแล้วควำมร้อนจะถ่ำยโอนจำกบริ เวณ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่ำไปยังบริ เวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่ำ โดย 1. เป็ นกำรถ่ำยโอนควำมร้อนที่ตอ้ งอำศัยตัวกลำง 2. อนุภำคของสสำรหรื อตัวกลำงไม่ได้เคลื่อนที่ไปกับควำมร้อน 3. อนุภำคของสสำรที่ได้รับควำมร้อนจะเกิดกำรสัน่ มำกขึ้น แล้วชนกับอนุภำคที่อยู่ ข้ำงเคียง ทำให้เกิดกำรสั่นมำกขึ้นต่อเนื่องกันตำมลำดับ และทำให้ควำมร้อนถ่ำยโอน ต่อเนื่องไปสู่สิ่งที่สัมผัสกับตัวกลำง 4. เกิดขึ้นได้กบั สสำรทั้ง 3 สถำนะ ของแข็ง (Solid) ของเหลว (Liquid) และแก๊ส (Gas) 5. ตัวกลำงที่นำควำมร้อนได้ดี เรี ยกว่ำ “ตัวนำควำมร้อน” เช่น เงิน ทองแดง อะลูมิเนียม เหล็ก 6. ตัวกลำงที่นำควำมร้อนได้ไม่ดี เรี ยกว่ำ “ฉนวนควำมร้อน” เช่น พลำสติก ไม้ อำกำศ ยำง แก้ว

4

ตัวนำควำมร้ อนและฉนวนควำมร้ อน ตัวนำควำมร้อน (Thermal/ Heat Conductors) หมำยถึง วัตถุที่ยอมให้ควำมร้อนเคลื่อนที่ผ่ำนเข้ำ ไปในวัตถุน้ นั ได้ดี โดยของแข็งนำควำมร้อนได้ดีที่สุด รองลงมำคือ ของเหลว และแก๊ส ตำมลำดับ เช่น ทองแดง นำควำมร้อนได้ดีกว่ำน้ ำ และอำกำศ ตำมลำดับ ตำรำงแสดงค่ ำกำรนำควำมร้ อนของสสำรในสถำนะต่ ำงๆ กัน สสำร

ค่ำกำรนำควำมร้อน (cal/s)/(cm๐C)

เงิน

1.01

ทองแดง

0.99

อะลูมิเนียม

0.50

เหล็ก

0.163

น้ ำแข็ง

0.005

ไม้

0.0001

น้ ำ ที่อุณหภูมิ 20๐C

0.0014

อำกำศที่อุณหภูมิ 0 ๐C

0.000057 5

จำกตำรำงค่ำกำรนำควำมร้อนของสสำรจะพบว่ำ ของแข็งที่เป็ นโลหะ เช่น เงิน ทองแดง อะลูมิเนียม เหล็ก ซึ่งมีค่ำกำรนำควำมร้อนมำก จะนำควำมร้อนได้ดี ส่วนอำกำศซึ่งเป็ นแก๊สมีค่ำ กำรนำควำมร้อนน้อยกว่ำของแข็งและของเหลว (น้ ำ) จึงนำควำมร้อนได้นอ้ ยที่สุด ฉนวนควำมร้อน (Thermal/ Heat Insulators) หมำยถึง วัตถุที่ไม่ยอมให้ควำมร้อนเคลื่อนที่ผ่ำน เข้ำไปได้ หรื อนำควำมร้อนได้ไม่ดี ตัวอย่ำงกำรประกอบอำหำรโดยใช้หลักกำรนำควำมร้อน 1. กำรทำโรตี เป็ นกำรนำควำมร้อนจำกเตำไฟไปยังกระทะ และจำกกระทะไปยังเนื้อโรตี จนสุก กรอบ น่ำรับประทำน https://youtu.be/wA2qTN2YQh8 2. กำรทำแพนเค้ก เป็ นกำรนำควำมร้อนจำกเตำไฟไปยังกระทะ และจำกกระทะไปยังเนื้อ แป้งแพนเค้ก จนสุก หอม น่ำรับประทำน https://youtu.be/wAo5-i9bx3E ตัวอย่ำงกำรนำฉนวนควำมร้อนมำใช้ในชีวิตประจำวัน 1. ใช้ประโยชน์จำกฉนวนควำมร้อน เช่น ด้ำมจับ หูจบั ป้องกันไม่ให้ควำมร้อนมำถึงมือเรำ 2. ใช้ผำ้ ห่มที่หนำห่มในหน้ำหนำว เพรำะผ้ำห่มเป็ นฉนวนควำมร้อน ทำให้ร่ำงกำยอบอุ่น

6

กำรพำควำมร้ อน (Heat Convection)

เป็ นกำรถ่ำยเทควำมร้อนที่เกิดขึ้นได้เมื่อสสำรได้รับควำมร้อน แล้วควำมร้อนจะถ่ำยโอนจำก บริ เวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่ำไปยังบริ เวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่ำ โดย 1. เป็ นกำรถ่ำยโอนควำมร้อนที่ตอ้ งอำศัยตัวกลำง 2. ควำมร้อนจะถูกถ่ำยโอนไปพร้อมกับกำรเคลื่อนที่ของอนุภำค 3. เกิดขึ้นได้กบั สสำร 2 สถำนะ คือ ของเหลว (Liquid) และแก๊ส (Gas) 4. เมื่อสสำรได้รับควำมร้อนจะมีกำรขยำยตัว อนุภำคห่ำงกันมำกขึ้น ทำให้ควำมหนำแน่น ต่ำลง และลอยตัวสูงขึ้น สสำรที่มีอุณหภูมิ ต่ำกว่ำ หรื อ ควำมหนำแน่นสูงกว่ำ ก็จะ เคลื่อนเข้ำมำแทนที่ ตัวอย่ำงกำรประกอบอำหำรโดยใช้หลักกำรพำควำมร้อน 1. กำรทอดปลำในน้ ำมัน เป็ นกำรพำควำมร้อนจำกน้ ำมันไปยังปลำจนเนื้อปลำสุกทัว่ ทั้งตัว https://youtu.be/pgRXhF2nH7g 2. กำรต้มแกงจืดเต้ำหูห้ มูสับ เป็ นกำรพำควำมร้อนจำกน้ำในหม้อไปยังเห็ดหอม แครอท ผักกำด เต้ำหู และหมูสับ จนสุกทัว่ ทั้งหม้อ https://youtu.be/4EBLqe473AA 7

นอกจำกนี้ ปรำกฎกำรณ์ธรรมชำติ ล้วนเกี่ยวข้องกับกำรถ่ำยโอนควำมร้อนโดยกำรพำ ควำมร้อน เช่น กำรเกิดลมบก ลมทะเล ลมทะเล จะเกิดในช่วงกลำงวัน โดยอำกำศเหนือพื้นดินมีอุณหภูมิสูงกว่ำ และควำมหนำแน่นต่ำ กว่ำอำกำศเหนือมหำสมุทร ทำให้อำกำศเหนือพื้นดินขยำยตัว และลอยตัวขึ้นสูง อำกำศเหนือมหำสมุทรซึ่งอุณหภูมิต่ำกว่ำ และควำมหนำแน่นมำกกว่ำจึงเคลื่อนตัวเข้ำมำแทนที่ ลมบก จะเกิดในช่วงกลำงคืน โดยอำกำศเหนือมหำสมุทรจะมีอุณหภูมิสูงกว่ำ และมีควำม หนำแน่นต่ำกว่ำพื้นดิน อำกำศเหนือมหำสมุทรจึงขยำยตัวและลอยตัวขึ้นสูง ทำให้อำกำศเหนือ พื้นดินซึ่งอุณหภูมิต่ำกว่ำและควำมหนำแน่นมำกกว่ำเคลื่อนตัวเข้ำมำแทนที่ กำรเคลื่อนที่ของกระแสน้ำในมหำสมุทร กระแสน้ำพื้นผิวมหำสมุทร เกิดขึ้นจำกแรงเสียดทำนระหว่ำงอำกำศกับผิวน้ ำ โดยอำกำศ เคลื่อนที่โดยกำรพำควำมร้อน ซึ่งพลังงำนควำมร้อนจำกดวงอำทิตย์จะถ่ำยทอดลงสู่ผิวน้ ำ ทำให้ เกิดกำรไหลของน้ ำในมหำสมุทรเป็ นรู ปวงเวียน ในทิศทำงตำมเข็มนำฬิกำในซีกโลกเหนือ และ ในทิศทำงทวนเข็มนำฬิกำในซีกโลกใต้

8

กำรแผ่รังสี (Heat Radiation)

เป็ นกำรถ่ำยโอนควำมร้อนออกรอบตัวทุกทิศทุกทำง ในรู ปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ำ(รังสี UV) จึง สำมำรถถ่ำยโอนควำมร้อนผ่ำนอวกำศได้ เช่น กำรแผ่รังสี ควำมร้อนจำกดวงอำทิตย์มำถึงโลก 1. เป็ นกำรถ่ำยโอนควำมร้อนโดยไม่ใช้ตวั กลำงใดๆ 2. วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่ำ -273๐C หรื อ 0 K (เคลวิน) สำมำรถแผ่รังสีควำมร้อนได้ 3. วัตถุที่มีอุณหภูมิสูง จะแผ่รังสีคลื่นสั้น 4. วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ จะแผ่รังสีคลื่นยำว ตัวอย่ำงกำรประกอบอำหำรโดยใช้หลักกำรแผ่รังสีควำมร้อนในชีวิตประจำวัน 1. กำรทำกล้วยตำก โดยควำมร้อนจำกดวงอำทิตย์จะแผ่รงั สีในรู ปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ำ ไปยัง กล้วยที่นำไปตำกเป็ นเวลำ 2 วัน จนได้ที่ แล้วนำไปนึ่งเพื่อฆ่ำเชื้อโรค และให้กล้วยมีสี สวยงำม น่ำรับประทำน https://youtu.be/UOAWK_9SpxA 2. กำรทำเนื้อแดดเดียวโดยควำมร้อนจำกดวงอำทิตย์จะแผ่รังสีในรู ปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ำ ไป ยังเนื้อที่นำไปตำกเป็ นเวลำ 3-4 ชัว่ โมง จนเนื้อตึงๆ สำมำรถแบ่งเก็บไว้ในตูเ้ ย็นได้ เมื่อ จะรับประทำน ให้นำไปทอดในน้ ำมัน จะมีกลิ่นหอมของเนื้อ น่ำรับประทำน https://youtu.be/RRXJcjwd1NY 9

นอกจำกนี้ในชีวิตประจำวันสำมำรถพบเห็นกำรแผ่รังสีควำมร้อนได้ เช่น • กำรเดินชำยหำดในช่วงกลำงวัน แล้วรู ้สึกร้อน เนื่องจำกมีกำรแผ่รังสีควำมร้อนจำกดวง อำทิตย์มำที่ผิวหนังของเรำ • กำรตำกผ้ำ จะแห้งเร็วในวันที่มีแสงแดด (กำรแผ่รังสีควำมร้อน) และลมแรง (กำรพำควำม ร้อน) • กำรเลือกสีผำ้ ได้อย่ำงเหมำะสม เช่น ในเขตหนำว ควรเลือกเสื้อผ้ำสีเข้ม เพรำะดูดกลืนรังสี ควำมร้อนได้ดี ในเขตร้อน เลือกเสื้อผ้ำสีอ่อน เพรำะดูดกลืนรังสีควำมร้อนได้นอ้ ย ทำให้เย็น สบำย

10

ภำคผนวก คลิปวีดีโอกำรประกอบอำหำรโดยใช้ หลักกำรถ่ ำยโอนควำมร้ อน 1. https://youtu.be/wA2qTN2YQh8 2. https://youtu.be/wAo5-i9bx3E 3. https://youtu.be/pgRXhF2nH7g 4. https://youtu.be/4EBLqe473AA 5. https://youtu.be/UOAWK_9SpxA 6. https://youtu.be/RRXJcjwd1NY

11

บรรณำนุกรม 1. สถำบันส่งเสริ มกำรสอนวิทยำศำสตร์และเทคโนโลยี. (2560). หนังสือเรี ยนรำยวิชำพื้นฐำน วิทยำศำสตร์ วิทยำศำสตร์ 1 มัธยมศึกษำปี ที่1 เล่ม 2 กลุ่มสาระการเยนรู้วิทยาศาสตร์ (พิมพ์ ครั้งที่ 7). กรุ งเทพฯ: โรงพิมพ์สกสค. ลำดพร้ำว 2. กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.www.yoncsyonyangggกำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.com สื บค้ นวันที่20 มกรำคม 2565 3. กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.www.scimath.org สื บค้นวันที่20 มกรำคม 2565 4. กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.www.wikipedia.com สื บค้นวันที่20 มกรำคม 2565 5. กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.www.wikipedia.com สื บค้นวันที่20 มกรำคม 2565 6. กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.www.trueplookpanya.com สื บค้ นวันที่20 มกรำคม 2565 7. กำรถ่ำยโอนควำมร้ อน.www.learnneo.in.th สื บค้นวันที่20 มกรำคม 2565 8. รูปภำพกำรนำควำมร้ อน.File: Heat-conduction.svg-Wikimedia Commons สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 9. รูปภำพตัวนำและฉนวนกันควำมร้ อน. www.slideshare.net สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 10. ตำรำงแสดงค่ำกำรนำควำมร้ อนของสสำรในสถำนะต่ำงๆ. สไลด์ประกอบกำรสอนกำรนำ ควำมร้ อน กลุ่มสำระวิทยำศำสตร์ ระดับชั้นมัธยมศึกษำตอนต้น โรงเรียนมำแตร์ เดอีวิทยำลัย สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 11. รูปภำพกำรพำควำมร้ อน. www.savemyexams.co.uk สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 12. รูปภำพกระแสน้ำในมหำสมุทร. http://www.lesa.biz สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 13. รูปภำพกำรแผ่รังสีควำมร้ อน. https://www.goconqr.com สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 14. รูปปกหน้ ำYakiniku (เนื้อย่ำง) livejapan.com สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565 15. รูปปกหลังกำรถ่ำยเทควำมร้ อนคืออะไร. www.iLovevaquero.com สื บค้นวันที่24 มกรำคม 2565

12

จัดทำโดย

เด็กหญิงณิชนันท์ นันท์รุ่งโรจน์ ชั้น ม.๑/๑ เลขที่ ๓๓ โรงเรียนมำแตร์เดอีวิทยำลัย ปี กำรศึกษำ พ.ศ. ๒๕๖๔

13

14