เทอร์โมไดนามิกส์พื้นฐาน

พื้นฐานความรู้

• เทอร์โมไดนามิกส์ คือการศึกษาเกี่ยวกับพลังงานและการเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบต่างๆ
• เกี่ยวข้องกับการวัดและอธิบายการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและทางเคมีโดยเน้นที่กระบวนการถ่ายเทพลังงาน
• มีหลักการพื้นฐานที่สำคัญหลายประการ เช่น กฎการเคลื่อนที่ของเทอร์โมไดนามิกส์

กฎของเทอร์โมไดนามิกส์

• กฎข้อที่หนึ่ง: พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งได้ แต่ไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้
• กฎข้อที่สอง: ในระบบปิด กระบวนการทั้งหมดจะเกิดขึ้นในทิศทางที่เพิ่มเอนโทรปีของระบบ และสิ่งแวดล้อมรวมกัน
• กฎข้อที่สาม: เอนโทรปีของสารบริสุทธิ์ในสถานะสมดุลที่สมบูรณ์แบบคือศูนย์

แนวคิดสำคัญในเทอร์โมไดนามิกส์

• ระบบ (System): ส่วนของจักรวาลที่กำลังศึกษา
• สิ่งแวดล้อม (Surroundings): ส่วนของจักรวาลที่อยู่รอบๆ ระบบ
• ขอบเขต (Boundary): ส่วนที่แยกระบบออกจากสิ่งแวดล้อม
• พลังงานภายใน (Internal Energy): พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ภายในของอนุภาคในระบบ
• เอนโทรปี (Entropy): ตัวชี้วัดความไม่เป็นระเบียบของระบบ
• เอนทาลปี (Enthalpy): พลังงานความร้อนที่ถูกตรวจจับได้ที่ความดันคงที่
• เอนทัลปีของการเกิด (Standard Enthalpy of Formation): การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีที่เกิดขึ้นเมื่อสารหนึ่งโมเลกุลสร้างขึ้นจากธาตุที่เป็นองค์ประกอบในสถานะมาตรฐาน

ประเภทของกระบวนการ

• กระบวนการกักความร้อน (Isothermal Process): กระบวนการที่อุณหภูมิคงที่
• กระบวนการกักความดัน (Isobaric Process): กระบวนการที่ความดันคงที่
• กระบวนการกักปริมาตร (Isochoric Process): กระบวนการที่ปริมาตรคงที่
• กระบวนการกักอะเดียบาติก (Adiabatic Process): กระบวนการที่ไม่มีการถ่ายเทพลังงานความร้อนเข้าหรือออกจากระบบ

เครื่องจักรความร้อน

• เครื่องจักรความร้อนคืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานความร้อนไปเป็นงานกล
• ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญเช่นแหล่งความร้อน, เครื่องยนต์, ตู้เย็น และถังเก็บความเย็น
• ประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของงานที่ทำได้กับพลังงานความร้อนโดยรวมที่ได้รับ

ความสัมพันธ์กับสาขาวิชาอื่น

• เทอร์โมไดนามิกส์มีบทบาทสำคัญในวิชาเคมี, วิศวกรรมเครื่องกล, วิศวกรรมเคมี และวิทยาศาสตร์สาขาอื่นๆ อีกมาก
• เป็นพื้นฐานในการออกแบบระบบ, การวิเคราะห์กระบวนการต่างๆ และการประเมินประสิทธิภาพของเครื่องจักร

application of thermodynamics

• การออกแบบและการวิเคราะห์เครื่องยนต์
• การออกแบบและการวิเคราะห์ระบบกักความร้อนอุณหภูมิต่ำ
• การคำนวณความต้องการพลังงานของกระบวนการทางเคมี

การใช้งานในด้านอื่นๆ

• การศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับระบบชีวภาพ
• การออกแบบและการวิเคราะห์เครื่องทำความเย็น
• อธิบายและทำนายการเปลี่ยนแปลงในระบบต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ

เรียนรู้เกี่ยวกับเทอร์โมไดนามิกส์และหลักการพื้นฐานเกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปพลังงานในระบบต่างๆ ในบทนี้จะมีการนำเสนอถึงกฎของเทอร์โมไดนามิกส์ทั้งสามข้อ รวมถึงแนวคิดสำคัญว่าอะไรคือระบบ สิ่งแวดล้อม และเอนโทรปี.