ถาม – ตอบ เทอร์โมไดนามิกส์ ( Thermodynamics )

1. เทอร์โมไดนามิกส์เป็นแขนงวิชาที่เกี่ยวข้องกับอะไร

ตอบ   แนวคิดทางด้าน พลังงาน, ความร้อน, งาน,  รวมไปทั้งกลไกการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวัน

2. กฎของเทอร์โมไดนามิกส์(Laws of Thermodynamics)  มีกี่ข้อ

ตอบ   3   ข้อ   คือ

กฎข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์

แนวคิดของกฎข้อที่หนึ่งนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับ กฎของการอนุรักษ์พลังงาน (conservation of energy) ซึ่งกล่าวว่า “ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงต่างๆ นั้น พลังงานจะไม่ถูกสร้างขึ้นมาใหม่และไม่มีการสูญหายไป แต่สามารถเปลี่ยนไปอยู่ในรูปอื่นได้” กฎข้อหนึ่งจะบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดขึ้นภายในระบบต่างๆ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทั้งทางเคมีและทางกายภาพ

กฎข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์

กฎข้อที่ 2 อธิบายเกี่ยวกับตัวแปรที่เป็นตัวกำหนดทิศทางของการเกิดกระบวนการต่างๆไม่ว่าจะเป็นทางกายภาพหรือทางเคมี (driving force of physical and chemical change) ซึ่งตัวแปรที่สำคัญเกี่ยวกับการกำหนดทิศทางของการเกิดกระบวนการต่างๆ คือ เอนโทรปี (Entropy, S)

กฎข้อที่ 3 ของเทอร์โมไดนามิกส์

ในการที่จะหาค่าเอนโทรปีของระบบที่อุณหภูมิใดๆนั้นจำเป็นต้องอาศัย กฎข้อที่ 3 ซึ่งนิยามเอนโทรปีของระบบที่ ศูนย์องศาเคลวิน ดังนี้ “ค่าเอนโทรปีของระบบผลึกที่สมบูรณ์แบบที่อุณหภูมิศูนย์องศาเคลวินจะมีค่าเป็น ศูนย์”

3. ระบบสามารถแบ่งออกได้เป็น

ตอบ    1) ระบบเปิด (open system) คือ ระบบที่สามารถเกิดการถ่ายเทมวลสาร เข้า-ออก จากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อมได้

2) ระบบปิด (closed system) คือ ระบบที่ไม่สามารถเกิดการถ่ายเทมวลสาร เข้า-ออก จากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อมได้(แต่อาจเกิดการถ่ายเทพลังงานได้)

3) ระบบโดดเดี่ยว (isolated system) คือ ระบบที่ไม่สามารถเกิดการถ่ายเทมวลสารและพลังงาน เข้า-ออก จากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อมได้

4. กระบวนการที่เกิดขึ้นแล้วมีการให้พลังงานกับสิ่งแวดล้อม เรียกว่าอะไร

ตอบ   กระบวนการแบบคายความร้อน (exothermic process) ตัวอย่างของกระบวนการเปลี่ยนแปลงแบบนี้ก็ได้แก่ การเผาไหม้ต่างๆ

5. กระบวนการที่เกิดขึ้นแล้วมีการรับพลังงานจากสิ่งแวดล้อม เรียกว่าอะไร

ตอบ   กระบวนการแบบดูดความร้อน (endothermic process) ซึ่งได้แก่ การหลอมเหลว, การระเหย ของสสาร

6. พลังงานทั้งหมดของระบบเรียกว่าอะไร

ตอบ    พลังงานภายใน (Internal Energy, U)  ซึ่งค่าของพลังงานภายในขึ้นอยู่กับค่าตัวแปรต่างๆ เช่น จำนวนโมล (n), ความดัน (p), ปริมาตร (v), อุณหภูมิ (T),… ซึ่งเราสามารถเขียนแทนด้วยเทอม U(n,p,v,..) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในจะเกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงค่าของตัวแปรเหล่านี้

7. หลักการสำคัญของกฎข้อที่1    คืออะไร

ตอบ   “การเกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน(DU) จะเกิดขึ้นในลักษณะที่ทำให้เกิดการทำงาน(Work,w) หรือ เกิดเป็นความร้อน (Heat, q) หรือเกิดทั้งสองอย่างพร้อมๆกัน”

8. ค่าปริมาณของความร้อนที่ให้เข้าไป(q) เมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ(DT) 1 K เรียกว่าอะไร

ตอบ   ค่าความจุความร้อน (C) ซึ่งมีค่าแตกต่างกันและเป็นค่าจำเพาะสำหรับแต่ละระบบ

9. ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานภายในกับเอนทาลปี คือ

ตอบ      H = U + pV

10. ตัวแปรที่สำคัญเกี่ยวกับการกำหนดทิศทางของการเกิดกระบวนการต่างๆ คืออะไร

ตอบ   เอนโทรปี (Entropy, S)

11. กระบวนการที่เกิดขึ้นได้เอง เรียกว่าอะไร

ตอบ   spontaneous change หรือ  natural change ตัวอย่างของกระบวนการเหล่านี้ได้แก่ การขยายตัวของแก๊สจากปริมาตรน้อยไปสู่ปริมาตรมากขึ้น, การเย็นตัวลงของวัตถุร้อนไปสู่อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม หรือ การเกิดปฏิกิริยาบางชนิดที่สามารถเกิดได้ในทิศทางเดียว เราสามารถทำให้แก๊สมีปริมาตรลดลงได้, ทำให้ปฏิกิริยาเกิดในทิศทางตรงข้ามได้ แต่ว่าการที่จะทำได้ต้องอาศัยการทำงานเข้ามาช่วยให้เกิดขึ้น

12. กระบวนการที่เกิดขึ้นได้เองจะเกิดขึ้นได้เมื่อใด

ตอบ    การเปลี่ยนแปลงนั้นทำให้ระบบมีความไม่เป็นระเบียบมากขึ้น