หลักพื้นฐานทางเทอร์โมไดนามิกส์

สัปดาห์ที่ 1
แผนบทเรยี น

เรื่อง
หลักพ้นื ฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์

แผนการจัดการเรียนรู้ แบบมุ่งเน้นสมรรถนะอาชีพ

และบูรณาการตามหลกั ปรัชญาของเศรษฐกจิ พอเพยี ง

รหัสวิชา 3101-2002 วิชา เคร่อื งยนต์สนั ดาปภายใน

หน่วยท่ี 1 ชื่อหน่วย หลักพืน้ ฐานทางเทอร์โมไดนามิกส์

ชอ่ื เร่ือง หลกั พื้นฐานทางเทอร์โมไดนามิกส์ จำนวน 3 ชวั่ โมง

1. สาระสำคัญ

1. เคร่อื งยนตส์ นั ดาปภายใน หมายถึง เครื่องยนต์ท่มี ีการการเผาไหม้เกดิ ข้ึนในเครอ่ื งยนต์

โดยตรงในกระบอกสูบหรือห้องเผาไหม้

2. เครื่องยนต์สันดาปภายนอก หมายถงึ เครือ่ งยนต์ที่มีการเผาไหมเ้ กดิ ข้ึนภายนอกเครื่องยนต์ เชน่

เครื่องจักรไอนำ้

3. เทอรโ์ มไดนามกิ ส์ เปน็ วิทยาศาสตรแ์ ขนงหน่ึงท่ีว่าดว้ ยการเปลี่ยนแปลงพลงั งานต่างๆจากรปู

หนงึ่ ไปอีกรูปหนง่ึ

4. ระบบทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ คือสารท่ีอยูภ่ ายในขอบเขต ระบบแบ่งออกเป็น 2 ระบบ

5. พลงั งาน คือ ความสามารถของวตั ถหุ รสิ ารในการทำงานไดจ้ าการกระทำของพลงั งานมหี ลาย

รูปแบบ เชน่ พลังงานกล,พลังงานไฟฟ้า,พลงั งานเคม,ี พลังงานความรอ้ น,พลังงานภายใน,พลงั งานนิวเคลียร์

2. สมรรถนะประจำหน่วยการเรียนรู้

1.สามารถอธิบายความหมายของเครอื่ งยนต์สนั ดาปได้อย่างถกู ต้อง
2.สามารถอธิบายหลกั พื้นฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ได้อย่างถูกต้อง
3.สามารถอธิบายระบบทางเทอร์โมไดนามิกส์ได้อยา่ งถูกต้อง
4.สามารถอธิบายความหมายของพลังงานได้อย่างถูกต้อง
5.มีความรบั ผิดชอบ ตามงานทม่ี อบหมาย (บูรณาการปรชั ญาเศรษฐกจิ พอเพียง)

3. จุดประสงค์การเรยี นรู้

3.1 จดุ ประสงค์ท่ัวไป
1.สามารถอธิบายความหมายของเคร่อื งยนตส์ นั ดาปได้อยา่ งถกู ต้อง
2.สามารถอธิบายหลกั พ้ืนฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ไดอ้ ย่างถูกต้อง
3.สามารถอธบิ ายระบบทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ได้อยา่ งถูกต้อง
4.สามารถอธิบายความหมายของพลงั งานได้อย่างถูกตอ้ ง
5.มีความรบั ผดิ ชอบ ตามงานท่ีมอบหมาย (บรู ณาการปรัชญาเศรษฐกจิ พอเพยี ง)

3.2 จดุ ประสงคเ์ ชงิ พฤตกิ รรม
1.สามารถอธิบายความหมายของเครอื่ งยนต์สนั ดาปได้อย่างถูกต้อง
2.สามารถอธิบายหลักพนื้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ไดอ้ ย่างถูกต้อง
3.สามารถอธิบายระบบทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ได้อยา่ งถูกต้อง
4.สามารถอธบิ ายความหมายของพลงั งานไดอ้ ย่างถูกต้อง
5.มคี วามรับผิดชอบ ตามงานที่มอบหมาย (บรู ณาการปรัชญาเศรษฐกิจพอเพยี ง)

4. หวั ข้อเรอ่ื ง/เนอื้ หาสาระการสอน/การเรยี นรู้

4.1 ด้านความรู้
- เครื่องยนตส์ นั ดาปภายใน
- หลกั พ้ืนฐานทางเทอร์โมไดนามิกส์
- ระบบทางเทอร์โมไดนามกิ ส์
- พลังงาน
- กระบวนการ

4.2 ดา้ นทกั ษะหรือปฏิบัติ
- การคำนวณสมการของพลงั งาน

4.3 ดา้ นคณุ ธรรม/จรยิ ธรรม/จรรยาบรรณ/บูรณาการเศรษฐกิจพอเพยี ง
- ความมวี ินัย : การแต่งกาย , การตรงตอ่ เวลา
- ความรับผิดชอบ : ทำงานเสร็จทันตามเวลาที่ กำหนด
- ความสนใจใฝ่รู้ : มคี วามสนใจในการหาความรูเ้ พ่มิ เติม , การกระตือรือร้นทีจ่ ะเรียนรู้
- ความมีมนษุ ยส์ มั พนั ธ์ : ยอมรบั ความคิดเหน็ ผอู้ ่ืน
- ความอดทน อดกลั้น : มีสติควบคุมอารมณ์ไดด้ ี
- ความซ่ือสตั ย์สจุ ริต : ไม่นำผลงานผู้อ่ืนมาแอบอา้ งเป็นของตน
- การประหยัด : ใช้วสั ดทุ ี่เหมาะสมกบั งาน , ปดิ ไฟฟ้า ทุกครั้งท่ีเลิกใช้
- ความกตญั ญกู ตเวที : อาสาชว่ ยเหลือและถอื ของช่วยครู –อาจารย์

5. กจิ กรรมการเรียนการสอนหรอื การเรียนรู้ (ใชก้ ระบวนการเรียนรู้แบบ MIAP)

ขน้ั ตอนการสอนหรือกจิ กรรมครู ขนั้ ตอนการเรยี นหรอื กจิ กรรมของผู้เรยี น

ขนั้ นำเข้าส่บู ทเรยี น (10 นาที )

1. นกั เรียนรู้จกั เคร่ืองยนตส์ นั ดาปภายใน หรือไม่ ใชท้ ำอะไร 1. ผเู้ รียนทั้งช้ัน แสดงความคดิ เห็นตามหวั ขอ้

2. นกั เรยี นรจู้ ักเคร่ืองยนต์สนั ดาปภายนอก หรอื ไม่ ใช้ทำ ท่ีครูชกั ถาม

อะไร

3. นักเรยี นรจู้ กั พลังงานหรอื ไม่ ใชท้ ำอะไร

ขน้ั การสอน (2 ชัว่ โมง ) 1. ผูเ้ รียนท้งั หมดตัง้ ใจฟงั การบรรยาย โดย
1. ครูอธบิ ายหลกั พนื้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ ใช้สื่อประกอบการเรียนการสอน Power
2. ครูสาธิตการเขียนสมการ Point รว่ มกับ สาธติ อธิบาย

3. ครูเปดิ โอกาสใหช้ ักถามข้อสงสยั 2. ผเู้ รียน ตั้งใจฟงั การบรรยายและจดบนั ทกึ
เนื้อหาจาก สือ่ คำบรรยายใสส่ มุด

3. ผเู้ รียนตอบคำถามตามหัวขอ้ ทคี่ รูซักถาม

ขน้ั พยายาม (20 นาท)ี 1. ผเู้ รียนทำแบบฝกึ หดั
1. ครูใหท้ ำแบบฝึกหดั

ขั้นสรุป ( 50 นาที ) 1. ผ้เู รียนทำแบบฝกึ หัดส่ง
1. ครใู ห้ส่งแบบฝกึ หดั 2. ผเู้ รยี นทราบเฉลย
2. ครูเฉลยแบบฝกึ หดั 3. ผูเ้ รียนท้ังหมดต้ังใจฟัง
3. ครูสรุปเนื้อหาเพ่มิ เตมิ

6. ส่อื การเรียนการสอน/การเรยี นรู้

6.1 ส่ือส่ิงพิมพ์
1. หนงั สอื งานสนั ดาปภายใน
2. เอกสารประกอบการสอน
3. แบบฝึกหดั 10 ข้อ

6.2 สื่อโสตทัศน์
-

6.3 สื่อของจริง
-

7. แหล่งการเรียนการสอน/การเรยี นรู้

7.1 ภายในสถานศกึ ษา
1. ตกึ วิทยบริการ
2. หอ้ ง Internet ชา่ งยนต์

7.2 ภายนอกสถานศกึ ษา
1. ร้าน Internet

8. งานทม่ี อบหมาย

8.1 ก่อนเรียน
-

8.2 ขณะเรยี น
- ใหผ้ เู้ รียนจดคำอธบิ าย ประกอบการบรรยายของครู
- ให้ผู้เรยี นทำแบบฝึกหัด

8.3 หลังเรยี น
- ใหผ้ ู้เรียนเฉลยแบบฝกึ หดั
- ให้ผเู้ รียนไปศกึ ษา เร่ือง กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ มาล่วงหนา้

9. ผลงาน/ช้ินงาน ทีเ่ กิดจากการเรียนรูข้ องผเู้ รยี น

-

10. เอกสารอ้างอิง

ชนะชยั กสิภาร์. เครื่องยนต์สันดาปภายใน. พมิ พ์คร้ังท่ี8, กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ชวนพิมพ์
มนตรี พิรุณเกษตร. เทอรโ์ มไดนามิกส์.พมิ พ์ครั้งที่2, กรงุ เทพฯ: วทิ ย์พัฒน์
รุ่งสุรยี ์ ใจเขื่อนแกว้ . เคร่ืองยนตส์ นั ดาปภายในและภายนอก. พิมพค์ รั้งท่ี7, กรุงเทพฯ: ซีเอด็ ยเู คชน่ั
วนิ จิ นวิ าศะบุตร. การวิเคราะห์การสันดาป. พิมพค์ ร้งั ที่7, กรุงเทพฯ: โรงพมิ พเ์ จริญธรรม, 2527

11. การบรู ณาการ/ความสมั พันธ์กบั รายวชิ าอน่ื

วิชา เทอร์โมไดนามิกส์ เร่อื ง กฎทางเทอร์โมไดนามกิ ส์

12. หลกั การประเมนิ ผลการเรียน

12.1 ก่อนเรยี น

- สังเกตจากคำถาม ของผ้เู รียน

12.2 ขณะเรียน

- สังเกตจากคำถาม ของผูเ้ รียน

12.3 หลังเรยี น

- แบบฝกึ หัด

13. รายละเอยี ดการประเมินผลการเรยี น

13.1 คะแนนระหว่างภาคเรยี น ร้อยละ 80 ไดจ้ าก

- ผลจากแบบทดสอบหลังเรียน รอ้ ยละ 20

- ผลจากใบงาน รอ้ ยละ 20

- ผลจากการปฏบิ ัติงานกลุม่ ร้อยละ 30

- ผลจากแบบฝกึ หดั รอ้ ยละ 10

13.2 คะแนนคณุ ธรรมและ จริยธรรม รอ้ ยละ 20 ไดจ้ าก

- ความตรงตอ่ เวลา รอ้ ยละ 5

- ความมีระเบยี บ วินยั รอ้ ยละ 5

- ความรับผิดชอบ รอ้ ยละ 5

- ความซื่อสตั ย์ ร้อยละ 5

การประเมินผล นำคะแนนที่ได้จากการวัดผลมาประเมิน โดยยึดหลักเกณฑ์การประเมินผลของ
วทิ ยาลัยเทคนิคพงั งาซง่ึ กำหนดดังน้ี

อตั ราคะแนน ระดับคะแนน

80 – 100 4.0
75 – 79 3.5
70 – 74 3.0
65 – 69 2.5
60 – 64 2.0
55 – 59 1.5
50 – 54 1.0
0 – 49 0

แผนการสอน หน่วยที่ 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนครงั้ ที่ 1 หนา้ 1
ชอื่ หน่วย หลกั พ้ืนฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชั่วโมง

เครือ่ งยนต์สันดาปภายใน
เครอ่ื งยนต์ความรอ้ นมีการสนั ดาป แบง่ ออกเป็น 2 ประเภท คอื

- เครื่องยนตส์ นั ดาปภายใน (Internal Combustion Engine)
- เครื่องยนตส์ ันดาปภายนอก (External Combustion Engine)
เครือ่ งยนตส์ นั ดาปภายใน
หมายถึง เคร่ืองยนต์ที่มกี ารเปาไหม้เกิดขึน้ ภายในเคร่ืองยนต์โดยตรงในกระบอกสูบหรือห้องเผา
ไหมท้ ่ีออกแบบโดยเฉพาะ เชน่ เครือ่ งยนตแ์ กส๊ โซลนี , เครอ่ื งยนตด์ เี ซล, เคร่ืองยนตโ์ รตาร่ี, เครื่องกงั หัน
แกส๊ ความรอ้ นจากการเปาไหมข้ องเชอื้ เพลงิ จะทำใหแ้ กสมีความดนั สูง และขยายตวั ภายในกระบอกสูบ
ผลักดันใหล้ ูกสูบเคลื่อนทีแ่ ละถา่ ยทอดมาหมนุ เพลาข้อเหวี่ยง แล้วจงึ ตอ่ เพลาออกมาใชง้ านภายนอก
เครือ่ งยนตส์ นั ดาปภายนอก
หมายถงึ เคร่ืองยนตท์ ่ีมกี ารเผาไหมเ้ กิดขนึ้ ภายนอกเคร่ือง เช่น เครื่องจกั ไอน้ำ, การสันดาป
ของเชื้อเพลิงจะเกิดทห่ี ม้อตม้ น้ำ (Boiler) ทำให้น้ำเป็นไอและมคี วามดันสงู ไปผลักดนั ลูกสูบของเคร่ืองจักร
ไอน้ำให้เคล่ือนทห่ี รือเอาไอนำ้ ท่ีมคี วามดนั สงู น้ีไปผลักดันใบพดั ของเครื่องกังหนั ไอน้ำ
ในการศึกษาทฤษฎขี องเคร่อื งยนตส์ นั ดาปภายใน จำเป็นทจ่ี ะต้องรพู้ น้ื ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิค
อยา่ งดีพอสมควร เพราะการทำงานของเคร่ืองยนตส์ ันดาปภายในจะเกี่ยวข้องกับความร้อนโดยตรง

พนื้ ฐานทางเทอร์โมไดน้ ามคิ
เทอรโ์ มไดนามคิ เปน็ วิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่ว่าดว้ ยการเปลี่ยนแปลงพลงั งานต่าง ๆ จากรปู
หนงึ่ ไปอีกรปู หน่ึง การศกึ ษาทางด้านวศิ วกรรมจะนำประโยชนข์ องการเปลีย่ นพลังงานความรอ้ นเปน็
พลงั งานกลโดยอาศัยเครื่องยนตค์ วามร้อน(Heat Engine) หรอื เปล่ียนพลงั งานกลให้เปน็ พลังงานความร้อน
โดยอาศยั ใช้ Heat Pump ความร้อนปกติท่ีไดจ้ ากการสนั ดาปของเชอื้ เพลิง (ของแขง็ , ของเหลว หรือแกส๊ )
จะสง่ ผ่านสารตัวกลางหรือสารทำงาน (Working Substance) ทำใหส้ ารทำงานมีอุณหภูมสิ ูงข้นึ พลังงาน
ความร้อนน้จี ะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานกลโดยโดยการขยายตัวของสารทำงานผลักดนั ให้ลูกสูบเคลอ่ื นที่
พลังงานส่วนท่ีเหลือจากการผลกั ดนั ลูกสูบจะถกู ถ่ายเทไปสภู่ ายนอกที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า สารทำงานทใี่ ช้ท่วั
ๆ ไป เป็นของไหล (Fluid) ซง่ึ อาจจะเป็นกาซหรือของเหลว ส่วนผสมระหวา่ งอากาศและเชอื้ เพลงิ จะเปน็
สารทำงานในเคร่ืองยนต์สนั ดาปภายใน และไอนำ้ จะเป็นสารทำงานในเครอ่ื งจักรไอนำ้ หรอื เครอ่ื งกงั หนั ไอ
น้ำ วิชาเทอรโ์ มไดนามิคนีใ้ ห้ประโยชนใ์ น การวเิ คราะหห์ าปรมิ าณความร้อนที่เปลย่ี นแปลงในกระบวนการ
ต่าง ๆ ซ่ึงถา้ ทราบสภาวะเรมิ่ ตน้ และสภาวะสดุ ท้ายของกระบวนการหน่งึ กจ็ ะสามารถใช้หลกั เกณฑท์ าง
เทอร์โมไดนามิค วเิ คราะห์ปริมาณความร้อนถ่ายเทท้ังหมดในกระบวนการนนั้ ได้

แผนการสอน หนว่ ยที่ 1
วชิ า งานสันดาปภายใน สอนครัง้ ที่ 1 หน้า 2
ชอื่ หน่วย หลกั พน้ื ฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชัว่ โมง

ระบบทางเทอรโ์ มไดนามคิ
ระบบ (System) คือ สารท่ีอย่ภู ายในเส้นขอบเขต (Boundary) ทพี่ จิ ารณา ซง่ึ ส่วนท่ีอยู่

ภายนอกเส้นขอบเขต คอื สงิ่ แวดล้อม (Surroundings) ปฏกิ ริ ยิ าระหว่างระบบกับสง่ิ แวดลอ้ มจะเปน็ ตวั
ควบคุมพฤติกรรมของระบบ ระบบทางเทอร์โมไดนามิคแบ่งออกได้เปน็ 2 ระบบ ไดแ้ ก่

1. ระบบเปดิ (Close System) หรือระบบควบคุมมวล

ระบบนคี้ อื สว่ นของกาซท่ีอยู่ภายในซึ่งถกู ล้อมรอบดว้ ยเสน้ เขตบรรจุในกระบอกสูบ ถา้ ใหค้ วาม
ร้อนจากภายนอกเข้าสรู่ ะบบ อุณหภมู ขิ องกาซจะเพิ่มขึน้ เกิดการขยายตัวและมีความดังสูงผลกั ดันให้ลูกสบู
เคลอื่ นท่เี ลื่อนขึ้นขณะเดียวกันนเ้ี ส้นขอบเขตของระบบกจ็ ะเลื่อนขึ้นตามไปด้วยทำให้เกิดงานเนื่องจากการ
เคลอื่ นที่ของกาซและความร้อนจากกาซ(ระบบ) ถ่ายเทออกผา่ นเส้นขอบเขต แต่มวลของกาวจะเทา่ เดิม
ดงั นนั้ จึงเรียกระบบนอี้ ีกอยา่ งว่า ระบบควบคมุ มวล

แผนการสอน หน่วยท่ี 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนคร้งั ท่ี 1 หนา้ 3
ชอื่ หนว่ ย หลักพ้ืนฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชั่วโมง

2. ระบบเปิด (Open System) หรอื ระบบควบคุมปริมาตร
2.1 ระบบเปดิ ไหลสองทาง

2.2 ระบบเปิดไหลทางเดยี ว

ในระบบนมี้ วลของสารจะผ่าเข้าออกจากระบบและจะเกดิ งานหรอื ความร้อนจากระบบด้วย ดังรูป
เปน็ ไดอะแกรมแสดงอากาศท่ีมคี วามดันตำ่ เขา้ เคร่ืองอัดอากาศ (Air Compressor) และอากาศที่มีความดัน
สูงออกจากเครอ่ื งอดั อากาศ อากาศภายในเครื่องอดั อากาศเปน็ ระบบงานเข้าสูร่ ะบบโดยผา่ นเพลาขับจาก
มอเตอร์ และความร้อนทเ่ี กดิ จากการอดั ตัวของอากาศจะถ่ายเทผา่ นผนังของกระบอกสบู เคร่ืองอดั อากาศ

งาน เครือ่ งหมาย ความรอ้ น เครื่องหมาย
งานเขา้ ส่รู ะบบ - ความร้อนเข้าสู่ระบบ +
งานออกจากระบบ + ความร้อนออกจากระบบ -

แผนการสอน หน่วยที่ 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนครง้ั ท่ี 1 หน้า 4
ชื่อหน่วย หลักพ้นื ฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชว่ั โมง

งาน (Work) คือ ผลคณู ของแรงและระยะทางท่วี ัตถเุ คลอื่ นทีต่ ามแนวแรงนน้ั มหี น่วยเป็นนวิ ตนั -เมตร

(N-m) หรอื จลู (J)

1 KJ = 103 J = 103 N.m.

1 KJ = 1 Kcal
4.1868

งานเนื่องจากการไหล (Flow Work) หรอื งานจากการแทนท่ี
งานในทางเทอร์โมไดนามิคจะเกยี่ วขอ้ งกับการเปลย่ี นแปลงปริมาตรของของไหล เน่ืองจากมี

การอัดและขยายตัวของสารทำงาน ดงั นน้ั งานทีเ่ กิดขนึ้ ก็คือ ผลคณู ของความดันและปริมาตรท่ี
เปลีย่ นแปลง

W = P(V2 – V1) มีหน่วยเป็น นิวตนั -เมตร (N-M) หรือ จูล (J)
สมมติให้อากาศในกระบอกสูบถูดอดั ตัวด้วยลกู สบู ซึ่งจะทำให้เกิดแรงกระทำบนหัวลกู สูบ เม่อื
ทำการปล่อยใหล้ ูกสบู เคล่ือนทถี่ อยหลงั ได้เป็นระยะทาง เพ่ือทีจ่ ะทำให้ความดันในกระบอกสบู คงทเี่ ทา่ เดิม
งานทีเ่ กิดข้ึน = แรง  ระยะทางทลี่ กู สบู เคล่ือนท่ี

W = PA L
= P(AL)
= P(V2-V1)

แผนการสอน หน่วยที่ 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนครง้ั ท่ี 1 หนา้ 5
ช่ือหนว่ ย หลักพืน้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชั่วโมง

เมือ่ AL = ปรมิ าตรทล่ี ูกสบู เคล่ือนท่ี ซ่ึงเรียกวา่ Swept volume หรือ Storke Volume

P

V1 V2 V

แผนภาพนแี้ สดงกรณที ่ีอากาศขยายตัว แบบความดันคงท่ี
ในกรณีที่แผนภาพความดนั มีลักษณะโค้งดังรูปขา้ งลา้ งน้ี ซึ่งแผนภาพท่ีไดจ้ ากการขยายตัวของ
กาซเกดิ ขึน้ ในเครอื่ งจักรความรอ้ น กราฟเป็นเสน้ โค้งระหวา่ งความดนั เดมิ และปรมิ าตรเดิมเมื่อเกดิ การ
ขยายตัวจนถึงสภาวะสุดทา้ ยมีคา่ ความดนั และปริมาตร ในกรณที งั้ ความดันและปริมาตรตา่ งก็เปลย่ี นแปลง
ทง้ั คู่ การหางานจาการแทนท่ีเม่ือหาจากแผนภาพน้ี งานที่ได้จะเท่าพื้นทีใ่ ต้เสน้ โคง้ ซงึ่ จะตอ้ งใชค้ วามรู้ใน
เรื่อง

P

P1

P2

V
V2 V1

งานทก่ี ำลังขยายตวั 1W2 =

แผนการสอน หนว่ ยท่ี 1
วชิ า งานสนั ดาปภายใน สอนครง้ั ท่ี 1 หน้า 6
ช่ือหนว่ ย หลกั พื้นฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชวั่ โมง

กำลงั งาน (Power)

กำลงั งาน = งาน

 P= เวลา
พลงั งาน (Energy) w
t มีหนว่ ยเปน็ (วัตต์)

คอื ความสามารถของวัตถุหรือสารในการท่จี ะทำงานได้ ซ่ึงสามารถดูไดจ้ ากการกระทำของ

พลังงานมหี ลายรปู แบบ เช่น พลงั งานกล, พลงั งานไฟฟ้า, พลังงานเคม,ี พลงั งานความร้อน, พลงั งาน

ภายใน, พลังงานนวิ เคลยี ร์

พลังงานกล (Mechanical Energy) มี 2 ชนิด คือ

1. พลังงานศกั ย์(Potential Energy)

คือ พลังงานทเี่ กิดจากความตา่ งศักยร์ ะหว่างสองจุด พลังงานศักยเ์ พ่ิมมากย่ิงขึ้นถา้ ความ

สงู แตกต่างกนั มากทั้งนเี้ นื่องจากแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อวตั ถใุ ห้เกดิ ความเรง่ ส่จู ุดศนู ยก์ ลางจากกฎของ

นิวตนั F = mgz

PE = FZ

P.E. = mgz มหี นว่ ยเป็นนวิ ตัน- เมตร หรอื จูล

g = อตั ราเร่งเน่ืองจากความโน้มถ่วงของโลกมีคา่ = 9.80665 เมตร/วินาที2

m = มวลของวัตถุ (ก.ก.)

z = ความสงู จากระดบั อ้างอิง (เมตร)

2. พลังงานจลย์ (Kenetic Enerfy)

คือ พลงั งานทเี่ กิดจากการเคล่ือนทีข่ องวตั ถุมีค่าเทา่ กับ

K.E = mc 2 มหี น่วยเป็นจลู (J)
2
c = ความเรว็ ของวตั ถุ (เมตร/วนิ าที)

แผนการสอน หน่วยที่ 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนคร้งั ท่ี 1 หน้า 7
ชอ่ื หน่วย หลักพนื้ ฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชั่วโมง

พลงั งานภายใน (Internal Energy)
คอื พลังงานทเ่ี กิดข้ึนภายในโมเลกุลของสาร เปน็ คณุ สมบัติเฉพาะเม่ือสารเปลี่ยนสภาวะมคี า่

เท่ากบั ผลคณู ของปรมิ าณความร้อนจำเพาะและอณุ หภูมิท่ีเปล่ียนแปลงของสารนนั้
พลังงานภายในทั้งหมดของสารแทนดว้ ย U
พลงั งานภายในจำเพาะ มคี ่าเท่ากบั พลงั งานภายใน/มวลสาร 1 กโิ ลกรัม แทนด้วย μ

พลงั งานความร้อน (Heat Energy)
ในระหวา่ งทข่ี องไหลเคล่ือนที่ผา่ นระบบ ของไหลอาจจะได้รับความร้อนจากบรเิ วณรอบ ๆ ระบบ

หรอื คายความรอ้ นจากระบบออกสูภ่ ายนอก ปริมาณความร้อนน้หี าไดจ้ าก
Q = m.c.t
m = มวลของของไหล(กิโลกรัม)
c = ความจุความร้อนจำเพาะ(กิโลจลู /กิโลกรัม-เคลวิน)
t = อณุ หภมู ิ K

ความจคุ วามร้อนจำเพาะ (Specific Heat Capacity)
คือ จำนวนความร้อนทที่ ำใหส้ ารมมี วล 1 หน่วย มีอุณหภูมเิ ปล่ยี นไปจากเดิม 1 องศา กาซ

จะมคี วามจุความร้อน 2 ลักษณะ คอื
1. ความจุความรอ้ นจำเพาะที่ปรมิ าตรคงท่ี cv
2. ความจคุ วามรอ้ นจำเพาะท่ีความดนั คงที่ cp

แผนการสอน หนว่ ยท่ี 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนคร้งั ท่ี 1 หนา้ 8
ชือ่ หน่วย หลกั พนื้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชัว่ โมง

ความจุความร้อนจำเพาะปริมาตรคงท่ี
คือ จำนวนความร้อนทตี่ ้องการทจ่ี ะทำใหก้ าซที่มีมวล 1 หน่วย มีอุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศา

เมื่อไดร้ บั ความร้อนท่ปี รมิ าตรคงท่ี ใชส้ ญั ลักษณ์ cv

จากรปู กาซบรรจใุ นภาชนะมีฝาปดิ แนน่ เมอื่ ใหค้ วามร้อนแกภ่ าชนะจะทำให้กาซมีอุณหภูมิและความดนั
เพิม่ ขึ้น

ถา้ ให้ m = มวลของกาซ (Kg)
T1 = อุณหภมู ิของกาซขณะเรม่ิ ต้น (K)
T2 = อุหณภูมิสุดทา้ ยของกาซ (K)

ความรอ้ นท่ีต้องการท่จี ะทำใหก้ าซมีอุณหภูมิเปลยี่ นจาก T1 เป็น T2 จะเทา่ กบั
Q = mcv(T2-T1)

สังเกตว่ากาซเมอ่ื ได้รับความรอ้ นปริมาตรคงที่ จะไม่มีงานเกดิ ขึน้ พบลงั งานความร้อนทั้งหมดจะ
ทำใหก้ าซมีอุณหภมู ิและความดันเพม่ิ ข้ึน ความร้อนท่ีกาซได้รบั น้จี ะทำให้ พลงั งานภายในของกาซเพ่ิมขน้ึ

แผนการสอน หนว่ ยท่ี 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนครง้ั ท่ี 1 หนา้ 9
ช่ือหนว่ ย หลักพื้นฐานทางเทอร์โมไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชัว่ โมง

ความจคุ วามร้อนจำเพาะท่คี วามดันคงท่ี
คอื จำนวนความรอ้ นที่ต้องการที่จะทำให้กาซซ่งึ มีมวล 1 หนว่ ย มอี ุหณภูมิเปลยี่ นไป 1

องศา ท่ีความดนั คงท่ี ใช้สญั ลักษณ์ cp

พิจารณากาวบรรจุอยใู่ นภาชนะทีม่ ฝี าปดิ ซ่ึงสามารถเลื่อนขึน้ ลงได้ ถ้ากาซได้รับความร้อนจะทำให้อุณหภูมิ
และความดนั เพ่ิมขึ้น เน่อื งจากมฝี าปิดอยู่นัน้ สามารถเลื่อนได้ ดงั นน้ั ความดนั ทเ่ี กดิ จะคงท่ี
ถา้ ให้ m = มวลของกาซ (kg)
T1 = อุณหภมู ขิ องกาซขณะเรมิ่ ตน้ (0K)
T2 = อุณหภมู สิ ดุ ทา้ ยของกาซ (0K)

ความร้อนที่จะทำใหก้ าซมอี ุณหภูมเิ ปลย่ี นแปลงจาก T1 เป็น T2 จะเท่ากับ
Q = mcp(T2-T1)

เม่ือกาซไดร้ บั ความร้อนทค่ี วามดนั คงที่ ความร้อนน้จี ะทำให้เกดิ
1. อุณหภูมกิ าซเพิม่ ข้ึน ทำใหพ้ ลังงานภายในของกาซเพิม่ ข้ึนดว้ ยมีคา่
2. เกดิ งานเนื่องจากการขยายตวั ของกาซ W = P (V2-V1)
V1 = ปรมิ าตรของกาซเมื่ออุณหภูมิ T1
V2 = ปริมาตรของกาซเม่ืออุณหภมู ิ T2

แผนการสอน หนว่ ยที่ 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนครัง้ ท่ี 1 หน้า 10
ชื่อหน่วย หลักพ้นื ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ จำนวน 3 ชัว่ โมง

ความจุความร้อนจำเพาะเฉล่ีย

ของแข็ง ของเหลว

สาร ความจคุ วามร้อนจำเพาะ สาร ความจุความร้อนจำเพาะ

J/Kg-K J/Kg-K

แกว้ คราวน์ 674 กลเี ซอรนี 2429

ดบี กุ 230 เบนซีน 1718

ตะกั่ว 130 ปรอท 138

ทองแดง 394 อีเธอร์ 2219

ทองเหลือง 385 เอธิล แอลกอฮอล 2303

นเิ กล 460

สังกะสี 394

เหลก็ กลา้ 480

เหลก็ หลอ่ 477

อลูมิเนยี ม 917

ความจุความร้อนจำเพาะของกาซเฉลีย่

กาซ Cp (KJ / Kg-K) Cv (KJ / Kg-K)

อากาศ 1.005 0.718

คารบ์ อนไดออกไซด์ 0.84 0.65

คารบ์ อนดมนอกไซด์ 1.046 0.754

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ 0.796 0.67

ไนโตรเจน 1.046 0.754

มีเธน 2.22 0.17

ออกซเิ จน 0.92 0.67

ไฮโดรเจน 14.4 10.4

พงึ สงั เกตวา่ ค่าความจุความร้อนจำเพาะที่ความดนั คงท่จี ะมคี ่ามากกว่าความจคุ วามร้อนจำเพาะท่ีปริมาตร

คงท่ี

แผนการสอน หน่วยท่ี 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนคร้ังที่ 1 หนา้ 11
ชือ่ หนว่ ย หลกั พ้ืนฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ จำนวน 3 ช่วั โมง

กระบวนการ (Process)

คอื การทสี่ ารเปลย่ี นสภาวะ (อณุ หภมู ิ, ความดนั , ปริมาตร) อย่างใดอย่างหน่ึง แล้วเข้าสู่สภาวะ

สมดุลใหม่ สภาพการเปล่ยี นแปลงนี้สามารถเขียนลงในกราฟหรอื ตารางคณิตศาสตร์ เพื่อใชค้ ำนวณหา

ปรมิ าณความร้อน,งาน และปรมิ าณอนื่ ๆ กระบวนการมี 2 แบบ คอื

- กระบวนการย้อนกลบั ได้ (Reversible Process)

- กระบวนการย้อนกลับไม่ได้ (Irreversible Process)

สภาวะ (State)

คือ คุณสมบตั ิของสารที่ขณะใดขณะหนงึ่ คุณสมบตั นิ ี้สามารถวดั หรือสังเกตไดค้ ือ ความดัน,

ปริมาตร,อณุ หภมู ิ เช่น

ท่คี วามดนั 12000 นิวตนั อณุ หภมู ิ 500ซ นำ้ มีสภาวะเปน็ ไอ
ม2
นิวตนั
ทคี่ วามดัน 100000 ม2 อุณหภมู ิ 500ซ น้ำมีสภาวะเป็นไอดง

วัฏจกั ร (Cycle)

หมายถึง กระบวนการเปลีย่ นแปลงทางเทอรโ์ มไดนามิค ต้ังแต่ 2 กระบวนการข้นึ ไป แล้วการ

เปลี่ยนแปลงคร้ังสุดทา้ ยสามารถคืนส่สู ภาวะเรม่ิ ตน้ เดิมครบวงจร คือ มอี ุณหภมู ิ, ความดัน, ปริมาตร ฯลฯ

เทา่ กบั จดุ เรมิ่ ตน้ วัฏจักรมี 2 ลกั ษณะ คอื

วฏั จักรตาม คอื วฏั จกั รที่มกี ารเปล่ียนแปลงกระบวนการไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกา

วฏั จักรดังกลา่ วเปน้ วฏั จกั รพ้ืนฐานของเครือ่ งยนต์ท่วั ไป

P1 P
1

32 4
V 2

3

V

วฏั จักรทวน คอื วฏั จักรที่มกี ารเปลีย่ นแปลงกระบวนการไปในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา
วฏั จักรทวนน้ีเป็นวฏั จักรท่ใี ช้กบั เคร่ืองทำความเยน็

แผนการสอน หน่วยท่ี 1
วชิ า งานสนั ดาปภายใน สอนครัง้ ท่ี 1 หน้า 12
ชือ่ หน่วย หลักพนื้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ จำนวน 3 ชวั่ โมง

ปริมาตรจำเพาะ (Specific Volume)

คือ ปรมิ าณสารท่ีมีปริมาตร/มวลสาร 1 กโิ ลกรัม แทนดว้ ยสญั ลกั ษณ์ “”

ปริมาตรจำเพาะ “” = ปริมาตรv มหี นว่ ยเปน็ ม3/ก.ก.
มวลm
ปริมาตรจำเพาะจะเปน็ สว่ นกลับกับคา่ ความหนาแนน่ (ρ )

ความหนาแนน่ (ρ ) = มวลm
V ปริมาตรv
1
= ρ

เอนทาลปี (Entalpy)
เปน็ คณุ สมบตั ิภายในของสารอยา่ งหน่ึง ใช้สญั ลักษณ์ H มีหน่วยเป็น KJ
h มีหน่วยเป็น KJ/kg
เมื่อของไหลเกิดการเคล่ือนท่ีจะเกดิ การเปล่ียนแปลงพลังงานภายในพร้อมกับงานทเ่ี กิดจากการ

ไหล ดังน้นั
คุณสมบตั ทิ ั้งสองนเี้ ป็นคณุ สมบัติทางความร้อนของของไหลอย่างหนึง่ ทเ่ี รยี กว่า เอนทาลปี
H = U + Pv

จากที่กล่าวมาแตต่ ้นแล้วว่าสารทำงานท่ใี ชเ้ ครื่องยนต์สนั ดาปภายใน คอื อากาศผสมกับเชือ้ เพลงิ เหลว ซ่ึง
ในการคำนวณเราถือว่าเปน็ กาซสมบรู ณ์ ดังนนั้ จะขอกล่าวเฉพาะเทอร์โมไดนามิคทีเ่ กยี่ วกบั กาซเท่าน้ัน

แผนการสอน หน่วยที่ 1
วิชา งานสันดาปภายใน สอนครัง้ ที่ 1 หน้า 13
ชื่อหนว่ ย หลกั พืน้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ จำนวน 3 ช่ัวโมง

แบบฝกึ หัด

1. เครอื่ งยนต์สันดาปภายในมกี ่ปี ระเภท

ก. 1 ประเภท ข. 2 ประเภท

ค. 3 ประเภท ง. 4 ประเภท

2. ระบบทางเทอรโ์ มไดนามกิ สม์ กี ีร่ ะบบ

ก. 1 ระบบ ข. 2 ระบบ

ค. 3 ระบบ ง. 4 ระบบ

3. มวล (m) มีหน่วยเปน็ อะไร

ก. kg ข. N

ค. m ง. J

4.งาน (Work) มหี น่วยเปน็ อะไร

ก. kg ข. m2

ค. J ง. m3

5. ปรมิ าตร (V) มีหนว่ ยเปน็ อะไร

ก. N ข. mm2

ค. m2 ง. m3

6. พลงั งานกล มีกช่ี นดิ

ก. 1 ชนดิ ข. 2 ชนดิ

ค. 3 ชนิด ง. 4 ชนดิ

7. กำลังงาน (Power) มีหนว่ ยเปน็ อะไร

ก. W ข. J

ค. kg ง. N

8. Cv คอื อะไร

ก. คา่ ความจุความรอ้ นจำเพาะที่ปริมาตรคงท่ี ข. อัตราเรง่

ค. อณุ หภมู ิ ง. ความดนั

9. Cp คืออะไร

ก. ค่าความจคุ วามร้อนจำเพาะที่ความดันคงที่ ข. อัตราเร่ง

ค. อณุ หภมู ิ ง. ปริมาตร

10. V คืออะไร ข. ปรมิ าตร
ก. อณุ หภูมิ ง. อัตราเรง่
ค. ความดนั

แผนการสอน หน่วยที่ 1
วิชา งานสนั ดาปภายใน สอนคร้ังท่ี 1 หนา้ 14
ช่ือหนว่ ย หลกั พนื้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ จำนวน 3 ชัว่ โมง

เฉลยแบบฝึกหัด

1. เคร่ืองยนตส์ นั ดาปภายในมกี ปี่ ระเภท 6. พลังงานกล มีก่ีชนิด
ก. 1 ประเภท ก. 1 ชนดิ
ข. 2 ประเภท ข. 2 ชนดิ
ค. 3 ประเภท ค. 3 ชนดิ
ง. 4 ประเภท ง. 4 ชนดิ

2. ระบบทางเทอรโ์ มไดนามิกสม์ ีกรี่ ะบบ 7. กำลงั งาน (Power) มีหนว่ ยเป็น
อะไร
ก. W
ก. 1 ระบบ ข. J
ข. 2 ระบบ ค. kg
ค. 3 ระบบ ง. N
ง. 4 ระบบ 8. Cv คืออะไร
3. มวล (m) มหี นว่ ยเป็นอะไร ก. ค่าความจุความร้อนจำเพาะทป่ี รมิ าตรคงท่ี
ก. kg ข. อัตราเรง่
ข. N
ค. m ค. อณุ หภูมิ
ง. J ง. ความดนั
4.งาน (Work) มีหน่วยเปน็ อะไร 9. Cp คืออะไร
ก. kg ก. ค่าความจคุ วามร้อนจำเพาะทีค่ วามดันคงที่
ข. m2 ข. อตั ราเรง่
ค. J ค. อุณหภูมิ
ง. m3 ง. ปรมิ าตร
5. ปริมาตร (V) มีหน่วยเป็นอะไร 10. V คืออะไร
ก. N ก. อณุ หภมู ิ
ข. mm2 ข. ปรมิ าตร
ค. m2 ค. ความดนั
ง. m3 ง. อตั ราเรง่

บันทึกผลหลังการจดั การเรียนรู้แบบมุง่ เนน้ สมรรถนะอาชีพและบรู ณาการตามหลักปรัชญาของเศรษฐกจิ พอเพยี ง

รายการ ระดบั การปฏบิ ตั ิ
5432 1

ด้านการเตรียมการสอน

1. จัดหน่วยการเรยี นรู้ได้สอดคลอ้ งกับวตั ถปุ ระสงคก์ ารเรียนรู้

2. กำหนดเกณฑก์ ารประเมนิ ครอบคลุมทั้งด้านความรู้ ด้านทกั ษะ และด้านจิตพสิ ัย

3. เตรยี มวัสดุ-อุปกรณ์ ส่ือ นวตั กรรม กิจกรรมตามแผนการจัดการเรียนรู้ก่อนเข้าสอน

ดา้ นการจดั กิจกรรมการเรยี นรู้

4. มวี ิธีการนำเข้าส่บู ทเรยี นท่ีนา่ สนใจ

5. มกี ิจกรรมที่หลากหลาย เพื่อช่วยให้ผ้เู รยี นเกดิ การเรยี นรู้ ความเขา้ ใจ

6. จดั กิจกรรมที่สง่ เสริมให้ผ้เู รียนค้นคว้าเพื่อหาคำตอบดว้ ยตนเอง

7. นักเรยี นมสี ว่ นรว่ มในการจัดกจิ กรรมการเรียนรู้

8. จดั กิจกรรมทเ่ี นน้ กระบวนการคิด ( คิดวเิ คราะห์ คิดสงั เคราะห์ คิดสรา้ งสรรค์ )

9. กระต้นุ ให้ผู้เรียนแสดงความคิดเห็นอย่างเสรี

10. จดั กิจกรรมการเรียนรู้ทีเ่ ช่ือมโยงกบั ชีวติ จริงโดยนำภมู ปิ ญั ญา/บูรณาการเขา้ มามสี ่วนร่วม

11. จัดกจิ กรรมโดยสอดแทรกคุณธรรม จริยธรรม

12. มีการเสรมิ แรงเมื่อนักเรียนปฏบิ ตั ิ หรอื ตอบถูกต้อง

13. มอบหมายงานให้เหมาะสมตามศักยภาพของผูเ้ รยี น

14. เอาใจใสด่ ูแลผู้เรยี น อย่างทั่วถึง

15. ใช้เวลาสอนเหมาะสมกับเวลาที่กำหนด

ดา้ นส่อื นวตั กรรม แหลง่ การเรยี นรู้

16. ใชส้ ่ือทเี่ หมาะสมกับกิจกรรมและศักยภาพของผเู้ รยี น

17. ใชส้ อ่ื แหล่งการเรียนรูอ้ ย่างหลากหลาย เชน่ บุคคล สถานท่ี ของจริง เอกสาร

ส่ืออเิ ล็กทรอนกิ ส์ และอนิ เทอรเ์ นต็ เป็นต้น

ด้านการวัดและประเมินผล

18. ผูเ้ รียนมสี ่วนรว่ มในการกำหนดเกณฑก์ ารวดั และประเมนิ ผล

19. ประเมนิ ผลอย่างหลากหลายและครบทั้งด้านความรู้ ทักษะ และจติ พสิ ยั

20. ครู ผู้เรยี น ผู้ปกครอง หรือ ผทู้ ่เี กยี่ วข้องมสี ่วนรว่ ม ในการประเมิน

หมายเหตุ ระดับการปฏบิ ตั ิ 5 = ปฏบิ ตั ดิ เี ยีย่ ม 4 = ปฏิบตั ดิ ี 3 = ปฏบิ ตั ิ รวม
ค่าเฉล่ีย
พอใช้

2 = ควรปรบั ปรุง 1 = ไมม่ ี

การปฏิบตั ิ

บนั ทกึ การสอนตามจดุ ประสงค์การเรยี นรู้ ปีการศึกษา 2560

หน่วยที่ 1 ช่ือหน่วย หลักพื้นฐานทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์

จุดประสงคก์ ารเรียนรู้
1.สามารถอธิบายความหมายของเคร่ืองยนต์สนั ดาปได้อยา่ งถกู ต้อง
2.สามารถอธิบายหลกั พนื้ ฐานทางเทอรโ์ มไดนามิกส์ไดอ้ ย่างถูกต้อง
3.สามารถอธบิ ายระบบทางเทอรโ์ มไดนามกิ ส์ได้อยา่ งถูกต้อง
4.สามารถอธิบายความหมายของพลังงานได้อย่างถูกตอ้ ง
5.มคี วามรับผดิ ชอบ ตามงานที่มอบหมาย (บรู ณาการปรัชญาเศรษฐกิจพอเพยี ง)

ดา้ นความรู้

จากการที่ผู้สอนได้มีการพัฒนากิจกรรมการเรียนรู้ โดยใช้กระบวนการจัดการเรียนรู้แบบ MIAP และ
สอ่ื ประกอบการจัดการเรยี นรู้ประเภท Power Point ไปแลว้ นน้ั พบว่า ผู้เรียนมคี วามต้ังใจ สนใจในการเรียนมาก
ขึน้ มคี วามเขา้ ใจของเน้อื มากขนึ้ สง่ ผลให้ผเู้ รยี นมผี ลสัมฤทธ์ทิ างการเรียนผา่ นเกณฑต์ ามท่สี ถานศกึ ษากำหนด

ปัญหาท่ีพบ
-

แนวทางแก้ไข

-

นายประวตั ิ อินทแย้ม
ครผู สู้ อน