สรุป ความร้อน ม.6 พร้อมโจทย์ให้ฝึกทำและเฉลย ฟรี !

ความร้อน เป็นหนึ่งในบทใหญ่ของเนื้อหาฟิสิกส์ ม.ปลาย โดยน้อง ๆ จะได้เจอเรื่องนี้ในชั้น ม.6 สำหรับเรื่องความร้อนก็มีทั้งทฤษฎีบทและสูตรที่ควรจำเหมือนกับบทอื่น ๆ เลย ซึ่งพี่ก็ได้สรุปเนื้อหามาให้ทุกคนอ่านกันหมดแล้ว ไปดูกัน !!

ความร้อน (heat) คือ พลังงานรูปแบบหนึ่งที่ถ่ายโอนระหว่างวัตถุเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ พลังงานความร้อนจะถ่ายโอนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเสมอ โดยจะหยุดถ่ายโอนเมื่ออุณหภูมิของทั้งสองบริเวณเท่ากัน

อุณหภูมิ คืออะไร ?

อุณหภูมิ (temperature) คือ ปริมาณที่ใช้บอกระดับความร้อนของสสารหรือระบบ อุปกรณ์ที่ใช้วัดอุณหภูมิ เรียกว่า
เทอร์มอมิเตอร์ (thermometer) ระดับอุณหภูมิหรือสเกลอุณหภูมิที่แสดงบนเทอร์มอมิเตอร์สร้างจากการแบ่งช่วงอุณหภูมิออกเป็นช่วงเท่า ๆ กัน การสร้างสเกลด้วยวิธีที่ต่างกันทำให้เกิดหน่วยวัดอุณหภูมิที่หลากหลาย เช่น องศาเซลเซียส องศาฟาเรนไฮต์ สามารถแปลงหน่วยของอุณหภูมิได้ตามความสัมพันธ์ดังนี้ 

ความร้อน ฟิสิกส์ 1

ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ / สถานะ

เมื่อความร้อนถ่ายโอนเข้าสู่หรือออกจากวัตถุ จะทำให้เกิดผลกระทบต่อสมบัติของสสารใน 2 ลักษณะสำคัญต่อไปนี้

1. ความร้อนส่งผลให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

เมื่อสสารได้รับความร้อน ความร้อนจะเข้าไปกระตุ้นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลภายใน ส่งผลให้อุณหภูมิของสสารเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันถ้าสสารสูญเสียความร้อน ความร้อนจะเข้าไปลดทอนการเคลื่อนที่ของโมเลกุลภายใน ส่งผลให้อุณหภูมิของสสารลดลง

โดยตลอดช่วงเวลาที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมินี้ สสารจะรักษาสถานะทางกายภาพไว้ดังเดิม ไม่มีการเปลี่ยนสถานะ

2. ความร้อนส่งผลให้สถานะเปลี่ยนแปลง

เมื่อสสารได้รับหรือคายความร้อนจนถึงจุดการเปลี่ยนสถานะ (เช่น จุดหลอมเหลว หรือ จุดเดือด) ความร้อนที่เติมเข้าไปจะไม่ส่งผลต่อระดับอุณหภูมิอีก แต่จะถูกนำไปใช้เพื่อทำลายหรือสร้างแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแทน ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะทางกายภาพ เช่น การหลอมเหลว (ของแข็งกลายเป็นของเหลว) หรือ การกลายเป็นไอ (ของเหลวกลายเป็นแก๊ส) ซึ่งในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนสถานะนี้ อุณหภูมิของสสารจะคงที่

เราสามารถทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้ได้อย่างชัดเจนผ่านกระบวนการรับความร้อนของน้ำแข็ง โดยอ้างอิงจากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนและอุณหภูมิ ดังนี้

ช่วง A-B น้ำแข็งได้รับความร้อน อุณหภูมิสูงขึ้นจาก -10^\circ\text{C} เป็น 0^\circ\text{C} (อุณหภูมิเปลี่ยน แต่สถานะยังเป็นของแข็ง)
ช่วง B-C น้ำแข็งละลายเป็นน้ำ อุณหภูมิคงที่ 0^\circ\text{C}
(สถานะเปลี่ยน แต่อุณหภูมิคงที่ที่ 0^\circ\text{C})
ช่วง C-D น้ำได้รับความร้อน อุณหภูมิสูงขึ้นจาก 0^\circ\text{C} เป็น 100^\circ\text{C} (อุณหภูมิเปลี่ยน แต่สถานะยังเป็นของเหลว)
ช่วง D-E น้ำกลายเป็นไอ อุณหภูมิคงที่ 100^\circ\text{C}
(สถานะเปลี่ยน แต่อุณหภูมิคงที่ที่ 100^\circ\text{C})
ช่วง E-F ไอน้ำได้รับความร้อน อุณหภูมิสูงขึ้นต่อเนื่อง (อุณหภูมิเปลี่ยน สถานะเป็นแก๊ส)

ความร้อน ฟิสิกส์ 2

จากกราฟข้างต้น จะเห็นได้ชัดเจนว่ากระบวนการที่สสารได้รับความร้อนจะแบ่งออกเป็นช่วงที่อุณหภูมิเปลี่ยนและช่วงที่สถานะเปลี่ยนสลับกันไป โดยการหาปริมาณความร้อนที่ใช้ในแต่ละกระบวนการจะมีรูปแบบการคำนวณที่แตกต่างกัน เราจะมาเจาะลึกในแต่ละรูปแบบว่าปริมาณความร้อนในแต่ละรูปแบบจะมีความสัมพันธ์กับตัวแปรใดบ้าง ดังหัวข้อต่อไปนี้

ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (ความจุความร้อนและความร้อนจำเพาะ)

ปริมาณความร้อนที่ทำให้สสารทั้งหมดที่กำลังพิจารณา มีอุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 หน่วย เรียกว่า ความจุความร้อน
(heat capacity)
ซึ่งสามารถเขียนแสดงความสัมพันธ์ได้ดังสมการ

ความร้อน ฟิสิกส์ 3

ปริมาณความร้อนที่ทำให้สสารมวล 1 หน่วย มีอุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 หน่วย โดยไม่มีการเปลี่ยนสถานะ เรียกว่า 
ความร้อนจำเพาะ (specific heat) ซึ่งค่านี้จะเป็นค่าเฉพาะตัวของสสารชนิดนั้น ๆ (ไม่ว่าจะมวลน้อยหรือมาก สสารชนิดเดียวกันจะมีค่าความร้อนจำเพาะเท่ากัน) ซึ่งสามารถเขียนแสดงความสัมพันธ์ได้ดังสมการ

ความร้อน ฟิสิกส์ 4

จากความสัมพันธ์ของสมการความจุความร้อนและความร้อนจำเพาะ  พบว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างกัน
ดังสมการต่อไปนี้

ความร้อน ฟิสิกส์ 5

ตัวอย่างโจทย์ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

1. เหล็กแท่งหนึ่งมีมวล 10 กิโลกรัม ความร้อนที่ทำให้เหล็กแท่งนี้มีอุณหภูมิเปลี่ยนไป 30 เคลวิน มีค่าเป็นกี่จูล กำหนดให้ ความร้อนจำเพาะมีค่าเท่ากับ 450  \, \text {J/kg} \cdot \text{K}

วิธีทำ
หาความร้อนที่ทำให้เหล็กแท่งนี้มีอุณหภูมิเปลี่ยนไป 30 เคลวิน ได้ดังนี้

ตอบ ความร้อนที่ทำให้เหล็กแท่งนี้มีอุณหภูมิเปลี่ยนไป 30 เคลวิน มีค่าเท่ากับ 135,000 จูล

2. ถ้าต้องการให้ของเหลวมวล 8 กิโลกรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 20 องศาเซลเซียส เป็น 40 องศาเซลเซียส จะต้องใช้ความร้อน 800 กิโลจูล ความร้อนจำเพาะของของเหลวมีค่าเท่าไร

วิธีทำ

หาความร้อนจำเพาะของของเหลว

ตอบ ความร้อนจำเพาะของของเหลวมีค่าประมาณ 5,000 จูลต่อกิโลกรัมองศาเซลเซียส

ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงสถานะ (ความร้อนแฝง)

ความร้อนที่ทำให้สสารมวล 1 หน่วย เปลี่ยนสถานะ โดยที่อุณหภูมิของสสารไม่เปลี่ยนแปลง เรียกว่า ความร้อนแฝง (latent heat) สามารถคำนวณความร้อนที่ทำให้สารมวล m เปลี่ยนสถานะได้ดังสมการ

ความร้อน ฟิสิกส์ 5

โดยความร้อนแฝงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่

  • ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (latent heat of fusion)

คือ ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะสารจากของแข็งมวล 1 หน่วย เป็นของเหลวหมดพอดี โดยอุณหภูมิคงที่ตลอดกระบวนการ 

  • ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (latent heat of vaporisation)

คือ ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะสารจากของเหลวมวล 1 หน่วย เป็นแก๊สหมดพอดี โดยอุณหภูมิคงที่ตลอดกระบวนการ

ตัวอย่าง โจทย์ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงสถานะ

1. น้ำแข็งมวล 2\text{ kg} ละลายหมดที่อุณหภูมิ 0^\circ\text{C} จงหาพลังงานความร้อนที่ใช้ในการละลายน้ำแข็ง
กำหนดให้ ความร้อนแฝงของการหลอมเหลวของน้ำแข็งเท่ากับ 333,000\text{ J/kg}

วิธีทำ
หาพลังงานความร้อนที่ใช้ในการละลายน้ำแข็ง

ตอบ ต้องใช้พลังงานความร้อน 666,000/katex จูล ในการละลายน้ำแข็ง 2 \text{ kg}

2. การทำน้ำแข็งบริสุทธิ์มวล 2 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ -15^\circ\text{C} หลอมเหลวกลายเป็นน้ำที่อุณหภูมิ 40^\circ\text{C} จะต้องใช้ปริมาณความร้อนทั้งหมดกี่จูล
กำหนดให้
ความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งเท่ากับ 2{,}100  \, \text{J/kg} \cdot \text{K}
ความร้อนจำเพาะของน้ำเท่ากับ 4{,}186  \, \text{J/kg} \cdot \text{K}
ความร้อนแฝงจำเพาะของการหลอมเหลวของน้ำแข็งเท่ากับ 333{,}000  \, \text{J/kg}

วิธีทำ
หาความร้อนที่ทำให้อุณหภูมิของน้ำแข็ง -15^\circ\text{C} เพิ่มขึ้นเป็น 40^\circ\text{C}

ดังนั้น ความร้อนที่ทำให้อุณหภูมิของน้ำแข็งเพิ่มขึ้นมาอยู่ที่ 0^\circ\text{C} มีค่าเท่ากับ 63,000 จูล
หาความร้อนที่ทำให้น้ำแข็งเปลี่ยนสถานะจากน้ำแข็งเป็นน้ำที่อุณหภูมิ 0^\circ\text{C}

ดังนั้น ความร้อนที่ทำให้น้ำแข็งทั้งหมดเปลี่ยนสถานะเป็นน้ำที่อุณหภูมิ 0^\circ\text{C} มีค่าเท่ากับ 666,000 จูล

หาความร้อนที่ทำให้อุณหภูมิของน้ำ 0^\circ\text{C} เพิ่มขึ้นเป็น 40^\circ\text{C}

ดังนั้น ความร้อนที่ทำให้อุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้นเป็น 0^\circ\text{C} มีค่าเท่ากับ 334,880 จูล
หาความร้อนทั้งหมด

ตอบ จะต้องใช้ความร้อนทั้งหมด 1,063,880 จูล

การถ่ายโอนความร้อน

เมื่อระบบและสิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิแตกต่างกัน จะเกิดการถ่ายโอนความร้อน (heat transfer) จากสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปสู่สิ่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า วิธีการถ่ายโอนความร้อน มีดังต่อไปนี้

ความร้อน ฟิสิกส์ 7
ความร้อน ฟิสิกส์ 7

สมดุลความร้อน

การถ่ายโอนความร้อนระหว่างสสารใดๆ จะเกิดขึ้นจนกระทั่งสสารนั้นมีอุณหภูมิเท่ากัน ณ สภาวะดังกล่าว เรียกว่าเกิด สมดุลความร้อน (thermal equilibrium) สสารที่อุณหภูมิสูงกว่าจะคายพลังงานความร้อนให้แก่สสารที่อุณหภูมิต่ำกว่า ที่สภาวะสมดุลความร้อน ปริมาณความร้อนที่สสารอุณหภูมิสูงกว่าคายออกมา จะเท่ากับปริมาณความร้อนที่สสารอุณหภูมิต่ำกว่าดูดเข้าไป เขียนเป็นแผนภาพและสมการได้ดังนี้  

ความร้อน ฟิสิกส์ 8

ตัวอย่าง โจทย์สมดุลความร้อน

เทน้ำร้อนมวล 0.5  \, \text{kg} อุณหภูมิ 80^\circ\text{C} ลงในถ้วยแก้วที่มีน้ำเย็นมวล 1.0   \, \text{kg}อุณหภูมิ 20^\circ\text{C} อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำหลังเข้าสู่สมดุลความร้อนเป็นเท่าใด

กำหนดให้ ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ 4{,}186  \, \text{J/kg} \cdot \text{K}
วิธีทำ
หาอุณหภูมิสุดท้ายของน้ำหลังเข้าสู่สมดุลความร้อน

ตอบ อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำมีค่าเท่ากับ 40^\circ\text{C}

ตัวอย่างโจทย์ความร้อนพร้อมเฉลยละเอียด

1. นำของเหลว A มวล 3  \, \text{g} อุณหภูมิเริ่มต้น 25^\circ\text{C} มาให้ความร้อนเป็นระยะเวลาหนึ่ง พบว่ามีความร้อนปริมาณ 900 \, \text{J}ที่เข้าสู่ของเหลว A และทำให้ระเหยจนหมดที่อุณหภูมิ 125^\circ\text{C} หากกำหนดความร้อนจำเพาะของของเหลว A มีค่า 0.3  \, \text{J/g} \, ^\circ\text{C} จงคำนวณหาค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลว A ในหน่วย \text{J/g}

1. 250
2. 270
3. 300
4. 315
5. 320

เฉลยละเอียด

ตอบ ตัวเลือกที่ 2 270

วิธีทำ
คำนวณหาค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลว A

ตอบ ค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลว A มีค่าเท่ากับ 270 จูลต่อกรัม

2. นำโลหะมวล 400 กรัม ที่มีอุณหภูมิ 80.0 องศาเซลเซียส ผสมกับของเหลวมวล 200 กรัม ที่มีอุณหภูมิ 24.0 องศาเซลเซียส ในภาชนะปิด โดยไม่มีการถ่ายเทความร้อนระหว่างภายในและภายนอกภาชนะ
กำหนดให้ ความจุความร้อนจำเพาะของโลหะและของเหลวมีค่า 250 และ 300 จูลต่อกรัมองศาเซลเซียส ตามลำดับ
คำถาม เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลความร้อน อุณหภูมิของผสมนี้จะมีค่ากี่องศาเซลเซียส
1. 33.0
2. 41.0
3. 51.0
4. 59.0
5. 69.0

เฉลยละเอียด

ตอบ ตัวเลือกที่ 4 59.0

วิธีทำ
หาอุณหภูมิของผสม

ตอบ เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลความร้อน อุณหภูมิของผสมนี้จะมีค่า 59.0 องศาเซลเซียส

แจกฟรี ข้อสอบฟิสิกส์พร้อมเฉลย

ดูคลิปติว A-Level ฟิสิกส์

ดูคลิปติววิชาอื่น ๆ ได้ทาง Youtube : SmartMathPro

จบไปแล้วกับเนื้อหาความร้อน ม.6 จะเห็นว่าเป็นอีกเรื่องที่มีสูตรให้จำและทำความเข้าใจค่อนข้างเยอะ ดังนั้นแนะนำให้น้อง ๆ อ่านสรุปจากบทความนี้ควบคู่ไปกับการฝึกทำโจทย์บ่อย ๆ จะช่วยให้เข้าใจมากขึ้นน้า และสำหรับน้อง ๆ ที่ต้องใช้ A-Level ฟิสิกส์ในการยื่นเข้ามหาลัยฯ รวมถึงอยากเตรียมตัวสนามอื่น ๆ แต่ยังไม่รู้ว่าจะต้องเรื่มเตรียมตัวอย่างไรดี

พี่ก็ขอแนะนำตัวช่วยอย่าง คอร์สเตรียมสอบมหาลัยฯ ของ SmartMathPro เลยย มีให้เลือกมากมายทั้งสนาม TGAT / TPAT หรือ A-Level และสอนโดยติวเตอร์ที่มีความเชี่ยวชาญในแต่ละวิชาด้วย

โดยในแต่ละคอร์สจะสอนปูพื้นฐานแบบละเอียด อิงตาม Test Blueprint ปีล่าสุด (ใครที่พื้นฐานไม่แน่นก็สามารถเรียนได้) พร้อมพาตะลุยโจทย์แบบไต่ระดับ ตั้งแต่โจทย์ซ้อมมือไปจนถึงข้อสอบเก่าหรือโจทย์ที่ใกล้เคียงกับข้อสอบจริง แถมยังแจกเทคนิคในการทำข้อสอบที่จะช่วยให้น้อง ๆ ทำข้อสอบได้เร็วขึ้นและช่วยเพิ่มโอกาสในการอัปคะแนนให้อีกด้วย สำหรับน้อง ๆ คนไหนที่สมัครตอนนี้ รับฟรี Unseen Mock Test ชุดพิเศษ และสิทธิพิเศษต่าง ๆ ประจำเดือน ถ้าใครสนใจ คลิก เข้ามาดูรายละเอียดแต่ละคอร์สได้เลยยย 

บทความ แนะนำ

บทความ แนะนำ

A-Level-ฟิสิกส์ ออกสอบอะไรบ้าง ?
ข้อสอบ A-Level ฟิสิกส์ 69 ออกอะไรบ้าง? ฝึกทำโจทย์ที่นี่เลย!
สรุปเนื้อหาฟิสิกส์ ม.5 ไฟฟ้าสถิต
สรุป ไฟฟ้าสถิต ฟิสิกส์ ม.5 พร้อมโจทย์และเฉลยฟรี
ภาพปกฟิสิกส์_เสียง
เสียง ฟิสิกส์ ม.5 สรุปเนื้อหา พร้อมสูตรและตัวอย่างโจทย์
สรุปเนื้อหาฟิสิกส์ แรง ม.4
สรุป แรง ฟิสิกส์ ม.4 พร้อมแจกโจทย์และเฉลย - SmartMathPro
ภาพปกฟิสิกส์_แสงเชิงคลื่น
สรุป แสงเชิงคลื่น ฟิสิกส์ ม.5 พร้อมโจทย์และเฉลย

ทีมวิชาการฟิสิกส์

ผู้อยู่เบื้องหลังการจัดทำคอร์สเรียนร่วมกับพี่ติวเตอร์
และผู้เขียนบทความวิชาการฟิสิกส์ของสถาบัน SmartMathPro

ทีมวิชาการฟิสิกส์

ผู้อยู่เบื้องหลังการจัดทำคอร์สเรียนร่วมกับพี่ติวเตอร์
และผู้เขียนบทความวิชาการฟิสิกส์ของสถาบัน SmartMathPro

สำหรับน้อง ๆ ที่สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม รวมถึงติดตามข่าวสารต่าง ๆ ที่อัปเดตอย่างเรียลไทม์ ได้ที่

Line : @smartmathpronews

FB : Pan SmartMathPro ติวคณิต By พี่ปั้น 

IG : pan_smartmathpro

X : @PanSmartMathPro

Tiktok : @pan_smartmathpro

Lemon8 : @pan_smartmathpro

Share
โปรโมชัน


คลังข้อสอบ



เว็บไซต์สำหรับ Dek70