ใบความรู้วิชาวิทยาศาสตร์เรื่องแรงและพลังงาน

ใบความรู้เร่อื ง แรงและพลงั งาน รายวชิ าวิทยาศาสตร์ พว11001 ระดับชน้ั ประถมศกึ ษา กศน. ตำบลเขาแดง

ใบความรู้เร่อื ง แรงและพลงั งาน

แรง ในทางฟิสกิ สค์ ือการกระทาจากภายนอกท่กี ่อใหเ้ กดิ การเปลยี่ นแปลงของระบบทางกายภาพ โดย

แรงเป็นผลมาจากการใชพ้ ลงั งาน เช่น คนท่ีจูงสนุ ขั อย่ดู ว้ ยเชือกล่าม ก็จะไดร้ บั แรงจากเชือกท่ีมือ ซ่งึ ทาใหเ้ กิด
แรงดึงไปขา้ งหนา้ ถา้ แรงก่อใหเ้ กิดการเปล่ียนแปลงทางจลนศาสตรต์ ามกฎขอ้ ท่ีสองของนิวตันคือ เกิด
ความเร่ง ถา้ ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางจลนศาสตรก์ ็อาจก่อใหเ้ กิดความเปลี่ยนแปลงอ่ืนๆ ไดเ้ ช่นกัน หน่วย
เอสไอของแรงคอื นวิ ตนั

พลังงาน หมายถึงความสามารถซ่ึงมีอยู่ในตวั ของส่ิงท่ีอาจใหแ้ รงงานได[้ 1] หรือ อังกฤษ: Energy

เป็นกาลงั งานท่ใี ช้ ในชว่ งเวลาหน่งึ หรือระยะทางหนึ่ง มคี า่ เป็น จลู หรอื Joule ในทางฟิสกิ ส์ พลงั งานเป็นหนึ่ง
ในคณุ สมบตั ิเชิงปรมิ าณพืน้ ฐานท่ีอธิบายระบบทางกายภาพหรือสถานะของวัตถุ พลงั งานสามารถเปลี่ยนรูป
(แปลงรูป)ไดห้ ลายรูปแบบท่ีแต่ละแบบอาจจะชดั เจนและสามารถวดั ไดใ้ นหลายรูปแบบท่ีแตกต่างกนั กฎของ
การอนุรกั ษ์พลงั งานระบุว่า พลงั งาน(ทงั้ หมด)ของระบบสามารถเพ่ิมหรือลดไดโ้ ดยการถ่ายโอนเขา้ หรือออก
จากระบบเท่านั้น พลังงานทั้งหมดของระบบใดๆสามารถคานวณได้โดยการรวมกันอย่างง่ายๆ เม่ือมัน
ประกอบดว้ ยชิน้ ส่วนท่ีไม่มีการปฏิสมั พนั ธท์ งั้ หลายหรือมีหลายรูปแบบของพลงั งานท่ีแตกต่างกนั รูปแบบของ
พลงั งานท่วั ไปประกอบดว้ ยพลงั งานจลนข์ องวัตถุเคล่ือนท่ี, พลงั งานท่ีแผ่รงั สีออกมาโดยแสงและการแผ่รงั สี
ของแม่เหล็กไฟฟ้าอ่ืนๆ และประเภทต่างๆของพลงั งานศกั ย์ เช่นแรงโนม้ ถ่วงและความยืดหย่นุ ประเภทท่วั ไป
ของการถ่ายโอนและการเปล่ียนแปลงพลังงานประกอบดว้ ยกระบวนการ เช่นการใหค้ วามรอ้ นกับวสั ดุ, การ
ปฏบิ ตั ิงานทางกลไกบนวตั ถ,ุ การสรา้ งหรือการใชพ้ ลงั งานไฟฟา้ และปฏกิ ิรยิ าทางเคมจี านวนมาก

ใบความรู้เร่อื ง แรงและพลังงาน รายวิชาวทิ ยาศาสตร์ พว11001 ระดับชนั้ ประถมศกึ ษา กศน. ตำบลเขาแดง

หนว่ ยของการวดั พลงั งานมกั จะถกู กาหนดโดยผ่านกระบวนการของการทางาน งานท่ีทาโดยสิ่งหนง่ึ
บนอีกส่ิงหน่งึ ถกู กาหนดไวใ้ นฟิสิกสว์ า่ เป็นแรง(หนว่ ย SI : นวิ ตนั )ท่ีทาโดยสง่ิ นนั้ คณู ดว้ ย ระยะทาง (หนว่ ย SI :
เมตร) ของการเคลอ่ื นไหวเพ่ือต่อสกู้ บั แรงท่ีกระทาโดยฝ่ายตรงขา้ ม ดงั นัน้ หนว่ ยพลงั งานเป็นนิวตนั -เมตร หรือ
ท่เี รยี กว่า จลู หน่วย SI ของกาลงั (พลงั งานต่อหนว่ ยเวลา) เป็นวตั ต์ หรือแค่ จลู ต่อวนิ าที ดงั นนั้ จลู เทา่ กบั
วตั ต-์ วินาที หรือ 3600 จลู สเ์ ทา่ กบั หนง่ึ วตั ต-์ ช่วั โมง หน่วยพลงั งาน CGS เป็น เอริ ก์ , และหน่วยอมิ พีเรียลและ
สหรฐั อเมรกิ าเป็น ฟุตปอนด์ หนว่ ยพลงั งานอ่นื ๆ เชน่ อเิ ล็กตรอนโวลต,์ แคลอรี่อาหารหรอื กิโลแคลอรีอณุ หพล
ศาสตร์ (ขนึ้ อย่กู บั การเปลย่ี นแปลงอณุ หภมู ขิ องนา้ ในกระบวนการใหค้ วามรอ้ น) และ บที ยี ู ถกู ใชใ้ นพืน้ ท่เี ฉพาะ
ของวิทยาศาสตรแ์ ละการพาณิชย์ และมีปัจจยั การแปลงหน่วยท่เี ก่ียวขอ้ งใหเ้ ป็น จลู

ใบความรู้เร่อื ง แรงและพลังงาน รายวิชาวิทยาศาสตร์ พว11001 ระดบั ชั้นประถมศกึ ษา กศน. ตำบลเขาแดง

พลงั งานศกั ยเ์ ป็นพลงั งานท่ีถูกเก็บไวโ้ ดยอาศยั อานาจตามตาแหน่งของวตั ถุในสนามพลงั เช่นสนาม
แรงโนม้ ถ่วง, สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก ตวั อย่างเช่น การยกวตั ถุท่ีตา้ นกบั แรงโนม้ ถ่วงทางานบนวตั ถแุ ละ
เก็บรกั ษาพลงั งานท่ีมีศกั ยภาพของแรงโนม้ ถ่วง ถา้ มันตก แรงโนม้ ถ่วงไม่ไดท้ างานบนวัตถุซ่ึงแปลงพลงั งาน
ศักย์ให้เป็นพลังงานจลน์ท่ีเกี่ยวข้องกับความเร็ว บางรูปแบบเฉพาะของพลังงานได้แก่พลังงานยืดหยุ่น
เน่ืองจากการยืดหรือการเปล่ียนรูปของวัตถุของแข็ง, พลังงานเคมีเช่นท่ีถูกปล่อยออกมาเม่ือเผาไหมน้ า้ มัน
เชือ้ เพลิงและพลงั งานความรอ้ น, พลงั งานจลนแ์ ละพลงั งานศักยข์ นาดเล็กๆของการเคลื่อนไหวท่ีไม่มีทิศทาง
ของอนภุ าคทาใหเ้ ป็นเร่ืองขนึ้ มา

ไม่ใชท่ งั้ หมดของพลงั งานในระบบจะสามารถถกู เปล่ียนหรือถกู โอนโดยกระบวนการของงาน; ปรมิ าณ
ท่สี ามารถจะถูกปลย่ี นหรือถูกโอนเรียกว่าพลงั งานท่มี อี ยู่ โดยเฉพาะอย่างยง่ิ กฎขอ้ ท่ีสองของอณุ หพลศาสตรจ์ ะ
จากดั ปรมิ าณของพลงั งานความรอ้ นท่สี ามารถถกู เปล่ียนใหเ้ ป็นพลงั งานรูปอ่นื ๆ พลงั งานรูปแบบเชิงกลและ
อ่นื ๆสามารถถกู เปลีย่ นในทศิ ทางอ่นื ๆใหเ้ ป็นพลงั งานความรอ้ นโดยไม่มีขอ้ จากดั ดงั กล่าว

วตั ถุใดๆท่ีมีมวลเม่ือหยุดน่ิง (จึงเรียกว่ามวลน่ิง) มีพลงั งานน่ิงท่ีสามารถคานวณไดโ้ ดยใชส้ มการ ของ
Albert Einstein E = mc2 การเป็นรูปแบบของพลงั งานแบบหน่ึง, พลงั งานน่ิงสามารถถูกเปลี่ยนไปยงั หรือจาก
รูปแบบอ่นื ๆของพลงั งาน ในขณะท่ีปรมิ าณทงั้ หมดของพลงั งานไม่เปล่ยี นแปลง จากมมุ มองนี้ จานวนของสสาร
ในจกั รวาลกอ่ ใหเ้ กิดการรวมของพลงั งานทงั้ หมด

ใบความรู้เร่อื ง แรงและพลงั งาน รายวชิ าวิทยาศาสตร์ พว11001 ระดับช้นั ประถมศกึ ษา กศน. ตำบลเขาแดง

ในทานองเดียวกัน พลงั งานทั้งหมดจะปรากฏเป็นจานวนสดั ส่วนของมวล ตัวอย่างเช่นการเพิ่ม 25
กิโลวตั ต-์ ช่ัวโมง (90 megajoules) ของรูปแบบใดๆของพลังงานใหก้ ับวัตถุหน่ึงจะเพ่ิมมวลของวัตถุนนั้ อีก 1
ไมโครกรมั หากคณุ มีเครื่องช่งั มวลท่ีไวพอ การเพ่ิมขึน้ ของมวลนีส้ ามารถวดั ได้ ดวงอาทิตยข์ องเรา (หรือระเบิด
นิวเคลียร์ )จะแปลงพลงั งานศักยน์ ิวเคลียรไ์ ปเป็นรูปแบบอ่ืนของ พลงั งาน มวลรวมของมนั ไม่ไดล้ ดลง เพราะ
มันยังคงมีพลงั งานทั้งหมดเหมือนเดิม เพียงแต่อยู่ในรูปแบบอ่ืน แต่มวลของมันลดลงจริงเม่ือพลังงานหนี
ออกไปยงั สภาพแวดลอ้ ม สว่ นใหญ่เป็นพลงั งานท่แี ผ่รงั สี

รูปแบบใหม่ของพลงั งานไมส่ ามารถกาหนดกฎเกณฑต์ ามใจได้ เพ่อื ท่จี ะใหถ้ กู ตอ้ ง มนั จะตอ้ งถกู แสดง
ใหเ้ ห็นว่าสามารถเปล่ยี นรูปไปยงั หรือจากจานวนท่คี าดการณไ์ ดข้ องพลงั งานบางรูปแบบท่รี ูจ้ กั กนั น่ีจงึ แสดงให้
เห็นว่าปริมาณพลงั งานจะมากแค่ไหนท่ีมนั เป็นตวั แทนในหน่วยเดียวกนั ท่ีใช้ ในรูปแบบอ่ืน มันจะตอ้ งปฏิบตั ิ
ตามการอนุรกั ษ์พลงั งาน ดงั นนั้ มนั จะตอ้ งไม่ลดหรือเพิ่ม ยกเวน้ ผ่านการเปลี่ยนแปลง(หรือถ่ายโอน)ดงั กล่าว
นอกจากนี้ ถา้ รูปแบบใหม่ของพลงั งานท่ีถกู กลา่ วหาสามารถแสดงว่าจะไมเ่ ปล่ียนมวลของระบบในสดั ส่วนกบั
พลงั งานของมนั ดงั นนั้ มนั ไม่ไดเ้ ป็น รูปแบบของพลงั งาน

สิ่งมีชีวิตต้องการพลังงานเพ่ือยังคงมีชีวิตอยู่; มนุษย์ได้รบั พลังงานดังกล่าวจากอาหารพร้อมกับ
ออกซิเจนท่ีจาเป็นในการเผาผลาญอาหารนนั้ อารยธรรมตอ้ งการอุปทานของพลงั งานในการ ทางาน; แหล่ง
พลงั งาน เช่นเชือ้ เพลิงฟอสซิลเป็นหวั ขอ้ สาคญั ในดา้ นเศรษฐกิจและการเมือง สภาพภมู อิ ากาศและระบบนิเวศ
ของโลกถกู ขบั เคล่อื นดว้ ยพลงั งานแผ่รงั สที ่โี ลกไดร้ บั จากดวงอาทิตย(์ เชน่ เดียวกับพลงั งานความรอ้ นใตพ้ ภิ พท่ีมี
อย่ใู นโลก) และมีความไวตอ่ การเปลีย่ นแปลงในปรมิ าณท่ีไดร้ บั

ตวั อย่างของพลงั งานไดแ้ ก่ พลงั งานไฟฟา้ ในแบตเตอรี่ พลงั งานเคมีในอาหาร พลงั งานความรอ้ นของ
เคร่อื งทานา้ รอ้ น หรือพลงั งานศกั ยข์ องนา้ ท่อี ย่เู หนอื เข่อื น

พลงั งานสามารถเปลีย่ นรูปจากรูปแบบหนงึ่ ไปสรู่ ูปแบบอ่ืนได้ โดยกฎการอนรุ กั ษพ์ ลงั งานระบวุ ่า ใน
ระบบปิดนนั้ พลงั งานทงั้ หมดท่ปี ระกอบขนึ้ จากพลงั งานของสว่ นย่อยๆ จะมีค่าคงท่ีเสมอ

ใบความรู้เร่อื ง แรงและพลังงาน รายวชิ าวิทยาศาสตร์ พว11001 ระดบั ชนั้ ประถมศกึ ษา กศน. ตำบลเขาแดง

พลงั งานท่วี ่านไี้ มส่ ามารถจะทาใหส้ ญู สลายไปได้ เวน้ แต่ว่าจะแปรเปลี่ยนใหอ้ ยใู่ นรูปของพลงั งานใน
รูปแบบอ่นื ยกตวั อยา่ งเชน่

· เปล่ยี นพลงั งานแสงจากดวงอาทิตยใ์ หเ้ ป็นพลงั งานไฟฟ้าท่ใี ชต้ ามบา้ นเรือน (โดยใชโ้ ซลารเ์ ซลล)์

· เปลีย่ นพลงั งานสะสมท่มี อี ย่ใู นนา้ ท่เี ก็บไวใ้ นเข่ือน (พลงั งานศกั ย)์ มาเป็นพลังงานท่ใี ชข้ บั เคลื่อนไดนาโม
(พลงั งานจลน)์ ของโรงไฟฟ้า

และยงั มีพลงั งานอีกหลายรูปแบบท่เี ราสามารถนามาใชไ้ ดแ้ ต่ยงั ไมไ่ ดน้ ามาใชห้ รอื ยงั ไม่ไดค้ ดิ คน้ ขนึ้ มา เช่น
พลงั งานจากโรงไฟฟ้านิวเคลียรแ์ บบฟิวช่นั เป็นตน้

· ความแตกต่างของพลงั งาน(energy) และ กาลงั งาน(power) มดี งั นี้

พลงั งาน (energy) คอื ความสามารถทางานไดใ้ นชว่ งเวลาหนงึ่ หรือระยะทางหนงึ่ เช่นเราเปิดไฟแสง
สวา่ ง 100 วตั ตท์ งิ้ ไว้ 24 ชม หมายความวา่ เราใชพ้ ลงั งานไป 100x24=2400 วตั ต-์ ชม หรือ 2.4 kWh หรือ 2.4
หนว่ ยไฟฟ้า คือตอ้ งมีหนว่ ยบอกเวลาหรือระยะทางเสมอ

กาลงั ในการทางาน (power) คืออตั ราท่งี านนนั้ ถกู ทาหรือปรมิ าณกาลงั งานท่สี ามารถทาได้ เช่นแบ
ตเตอรีรถยนตข์ นาด 12V 500A แสดงว่ามีกาลงั 12x500=6000 วตั ต์ หรือ 6 kW (ไม่บอกวา่ สามารถทางานได้
นานเท่าไร)