สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่1 เรื่อง สารและสมบัติของสาร 49
สารและ สมบัติของสาร ความหมายและสมบัติของสาร สิ่งต่าง มากมายทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต สิ่งเหล่านี้ ล้วนมีน ้าหนัก มีตัวตน ต้องการที่อยู่ และสัมผัสได้ เรียกว่า สสาร (matter) เรียกสสารที่ศึกษาจนทราบสมบัติและ องค์ประกอบที่แน่นอนว่า สาร (substance) ชนิดของสสาร ชนิดของสารที่เป็นองค์ประกอบ อากาศ น ้า ตะปู หม้อ หินปูน ทองค า น ้าแป้งดิบ แก๊สไนโตรเจน แก๊สออกซิเจน แก๊สอาร์กอน แก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ น ้า เหล็ก อะลูมิเนียม แคลเซียมคาร์บอเนต ทองค า น ้าและแป้งมัน 50
การจ าแนกประเภทของสสารโดยใช้จ านวน สารองค์ประกอบเป็นเกณฑ์ สมบัติของสาร สถานะ รูปร่าง สี กลิ่น รส ความหนาแน่น การติดไฟ การ เกิดสนิม ความเป็นโลหะ หรืออโลหะ สมบัติทางกายภาพ (physical properties) สถานะ สี กลิ่น รส จุดเดือด จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น ลักษณะเนื้อสาร สมบัติทางเคมี (chemical properties) การติดไฟ การเกิดสนิม การรวมตัวกับ สารอื่นแล้ว ได้สารใหม่ 51
สมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีของสาร การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ : สมบัติทางกายภาพของสารเปลี่ยนไป แต่สมบัติทางเคมีและองค์ประกอบทางเคมีไม่เปลี่ยน การเปลี่ยนแปลงทางเคมี : การเปลี่ยนแปลงที่ท าให้เกิดสารใหม่ขึ้น โดยสารใหม่ที่เกิดขึ้นจะมีองค์ประกอบ และสมบัติทางเคมีแตกต่างจากสารเดิม 52
สถานะของสารสามารถจ าแนกประเภทของสารได้ เป็น 3 กลุ่ม คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ของแข็ง ของเหลว แก๊ส 53 อนุภาคของสารในสถานะของแข็ง จะอยู ่ชิดกันมาก ท าให้แรงยึด เหนี ่ยวระหว ่างอนุภาคของสารใน สถานะของแข็งมีค่ามาก ดังนั้น สารในสถานะของแข็งจึงมี รูปร่างแน่นอนและมีปริมาตรคงที่ อนุภาคของสารในสถานะของเหลว จะอยู่ใกล้กัน จึงมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง อนุภาคค่อนข้างมาก มีรูปร่างไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับภาชนะที่บรรจุ แต่มีปริมาตร คงที่ อนุภาคของสารในสถานะแก๊สอยู่ห่างกัน แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมาก ดังนั้น แก๊สจึงมีรูปร่างและปริมาตรไม่คงที่
การเปลี่ยนสถานะของสารจากของแข็งเป็นของเหลว และจากของเหลวเป็นแก๊สจะต้องท าให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่าง อนุภาคลดลง ท าได้โดยให้พลังงานความร้อนแก่สาร การเปลี่ยนสถานะของสารจากแก๊สเป็นของเหลว และ จากของเหลวเป็นของแข็งนั้นจะต้องท าให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่าง อนุภาคมีมากขึ้น ซึ่งท าได้โดยให้สารนั้นคายความร้อนออกมา # การเปลี่ยนสถานะของสาร ของแข็ง ของเหลว แก๊ส สารได้รับความร้อน (การเปลี่ยนแปลงแบบดูดความร้อน) การระเหิด การระเหิดกลับ สารคายความร้อน (การเปลี่ยนแปลงแบบคายความร้อน) การหลอมเหลว การเยือกแข็ง การกลายเป็ นไอ/ การเดือด การควบแน่น 54
# อุณหภูมิกับการเปลี่ยนสถานะของสาร เมื่อให้ความร้อนแก่น ้า อุณหภูมิของน ้าจะสูงขึ้น เมื่อถึงจุดหนึ่ง น ้าก็จะเดือด อุณหภูมิของน ้าจะคงที่ เราเรียกว่า จุดเดือดของน ้า ส่วนปรากฏการณ์ที่น ้าเปลี่ยนสถานะจากแก๊สเป็นของเหลว เรียกว่า การควบแน่นของไอน ้า และอุณหภูมิขณะที่ไอน ้าควบแน่น เป็นหยดน ้าเรียกว่า จุดควบแน่น ซึ่งอุณหภูมิที่เป็นจุดเดือดของน ้า และจุดควบแน่นของน ้ามีค่าเท่ากัน ช่วงที่น ้าแข็งก าลังเปลี่ยนสถานะเป็นน ้า เป็นช่วงที่น ้าแข็งก าลังหลอมเหลว อุณหภูมิในช่วงนี้จะมีค่าคงที่ เรียกอุณหภูมินี้ว่า จุดหลอมเหลวของน ้าแข็ง ถ้าท าให้น ้าเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่น ้ากลายเป็นน ้าแข็ง เรียกอุณหภูมินี้ว่า จุดเยือกแข็งของน ้า จุดหลอมเหลวของน ้าแข็งจึงมีอุณหภูมิเท่ากับจุดเยือก แข็งของน ้า ความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะของสารเรียก ความร้อนแฝง ความร้อนที่ท าให้น ้าแข็งเปลี่ยนสถานะโดยอุณหภูมิคงที่เรียก ความร้อน แฝงของการหลอมเหลวของน ้าแข็ง มีค่า 80 แคลอรี/กรัม ถ้าให้ความร้อนแก่น ้าจนเดือด อุณหภูมิขณะเดือดจะคงที่ แต่จะมี การเปลี่ยนสถานะเป็นไอน ้า เรียกความร้อนดังกล่าวว่า ความร้อนแฝงของ การกลายเป็นไอ มีค่า 540 แคลอรี/กรัม 55
กราฟ การเปลี่ยนแปลงเมื่อสารได้รับความร้อน สารบริสุทธิ์และสารผสม สารที่มีองค์ประกอบเป็นสาร เพียงชนิดเดียวเรียกว่า สารบริสุทธิ์ (pure substances) สารที่มีองค์ประกอบเป็นสารมากกว่า 1 ชนิดเรียกว่า สารผสม (mixtures) # สารผสมเนื้อเดียว (สารละลาย) เมื่อน าไปต้ม อุณหภูมิขณะเดือด จะไม่คงที่ เช่น น ้าเกลือ # สารบริสุทธิ์ซึ่งมีองค์ประกอบเพียงชนิดเดียวเมื่อน าไปต้ม อุณหภูมิ ขณะเดือดจะคงที่ เช่น น ้ากลั่น แสดงว่า สารบริสุทธิ์แต่ละชนิดมีสมบัติบาง ประการที่เป็นค่าเฉพาะตัว เช่น มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวคงที่ จุดเดือด จุดหลอมเหลวของสารบริสุทธิ์และสารผสม 56
• ความหนาแน่นของสารบริสุทธิ์และสารผสม ความหนาแน่นของสารเป็นสมบัติทางกายภาพ เฉพาะตัวของสารแต่ละชนิด ตาราง ความสัมพันธ์ระหว่างมวลและปริมาตรของสารที่อุณหภูมิ 25C อัตราส่วนโดยมวลต่อปริมาตรของน ้ามีค่าคงที่เท่ากับ 1 กรัมต่อ ลูกบาศก์เซนติเมตร เหล็กมีอัตราส่วนโดยมวลต่อปริมาตรคงที่เท่ากับ 7.8 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร เราเรียกอัตราส่วนดังกล่าวว่า ความหนาแน่น (density) โดย ความหนาแน่นเป็นสมบัติเฉพาะตัวของสารแต่ละชนิด สารต่างชนิดกัน มีความหนาแน่นไม่เท่ากัน 57
ความหนาแน่นของสารบริสุทธิ์และสารผสม ความหนาแน่นของสาร (D) = มวลสาร (M) ปริมาตร (V) หรือ D = M V เมื่อ D = ความหนาแน่นของสาร (g/cm3 ) M = มวลสาร (g) V = ปริมาตรสาร (cm3 ) ชนิดของสาร ความหนาแน่น (g/cm3) ทองค า 19.3 เงิน 10.5 ทองแดง 8.9 อะลูมิเนียม 2.7 ปรอท 13.6 เอทิลแอลกอฮอล์ 0.79 น ้า (4 C) 1 น ้าแข็ง (0 C) 0.92 น ้าทะเล 1.02 ชนิดของสารองค์ประกอบใน สารผสมก็มีผลต่อความ หนาแน่นของสารผสมด้วย ความหนาแน่นของสาร คือ มวลของสารต่อหนึ่งหน่วย ปริมาตร หรือ สารบริสุทธิ์แต่ละชนิดมี ความหนาแน่นคงที่ แต่สาร บริสุทธิ์แต่ละชนิด มีความหนาแน่นไม่เท่ากัน สารผสมแต่ละชนิดมีความ หนาแน่นไม่คงที่ ขึ้นอยู่กับ ชนิดและสัดส่วนของสาร องค์ประกอบ ความหนาแน่นของสาร = มวลสาร ปริมาตร สรุปได้ ดังนี้ 58 ความหนาแน่นของสารชนิดต่าง
สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่1 เรื่อง พลังงานความร้อน 59
พลังงานความร้อน • พลังงานความร้อนกับชีวิตประจ าวัน พลังงานความร้อนซึ่งเป็นพลังงานรูปหนึ่ง ไม่สามารถ มองเห็นได้ แต่รับรู้ได้จากการสัมผัส สิ่งมีชีวิตได้รับพลังงานความร้อนจากหลายแหล่ง เช่น พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ พลังงานความร้อนจาก ปฏิกิริยาเคมี พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานความร้อน จากเชื้อเพลิงชนิดต่าง # เชื้อเพลิงแต่ละชนิดจะให้พลังงานความร้อนไม่เท่ากัน แก๊สหุงต้ม 11,158 (kcal/kg) นา ้มันเบนซิน 10,444 (kcal/kg) นา ้มันก๊าด 10,313 (kcal/kg) นา ้มันดเีซล 10,235 (kcal/kg) นา ้มันดบิ 10,093 (kcal/kg) ถ่าน 6,900 (kcal/kg) แอลกอฮอล์ 6,460 (kcal/kg) ฟื น 3,820 (kcal/kg) แก๊สหุงต้ม น ้ามันเบนซิน น ้ามันก๊าด น ้ามันดีเซล น ้ามันดิบ ถ่าน แอลกอฮอล์ ฟื น 60
บอมบ์แคลอริมิเตอร์ (bomb calorimeter) คือ เครื่องมือวัดค่าความร้อนในเชื้อเพลิง 1 แคลอรี (cal) มีค่าประมาณ 4.2 จูล (J) ปริมาณความร้อนของสารวัดเป็นหน่วยแคลอรี โดยก าหนดให้ 1 แคลอรี หมายถึง ปริมาณความร้อนที่ท าให้น ้ามวล 1 กรัม (g) มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 C • เทอร์มอมิเตอร์และหน่วยวัดอุณหภูมิ เครื่องมือที่ใช้วัดระดับความร้อน เย็น คือ เทอร์มอมิเตอร์ และระดับความร้อน เย็น ในวัตถุเรียกว่า อุณหภูมิ เทอร์มอมิเตอร์มีลักษณะเป็นแท่งแก้วใส มีรูเล็ก เป็นหลอดตรงกลาง -ส่วนปลายล่างของเทอร์มอมิเตอร์ท าเป็นกระเปาะ -ส่วนใหญ่จะบรรจุปรอทหรือแอลกอฮอล์ผสมสี เมื่อปลายกระเปาะของเทอร์มอมิเตอร์ไปสัมผัสกับสิ่งใดของเหลวที่ บรรจุอยู่ภายในจะได้รับการถ่ายโอนความร้อน แล้วเกิดการขยายตัวขึ้นไป ตามหลอดตรงกลางของเทอร์มอมิเตอร์ 61
หลักปฏิบัติในการใช้เทอร์มอมิเตอร์วัดอุณหภูมิ 1. ในกระเปาะเทอร์มอมิเตอร์จุ่มหรือสัมผัสกับสิ่งที่ต้องการจะวัดอุณหภูมิเสมอ และ ระมัดระวังไม่ให้กระเปาะแตะด้านข้างหรือก้นภาชนะ 2. ให้ก้านเทอร์มอมิเตอร์ตั้งตรงในแนวดิ่ง เว้นแต่จะกระท าไม่ได้จริง 3. อ่านค่าอุณหภูมิเมื่อระดับของเหลวขึ้นไปจนหยุดนิ่งแล้ว 4. ขณะอ่านค่าอุณหภูมิ ต้องให้สายตาอยู่ระดับเดียวกับระดับของเหลวในเมอร์ มอมิเตอร์ 5. อ่านอุณหภูมิขณะที่กระเปาะเทอร์มอมิเตอร์ยังสัมผัสกับสิ่งที่วัดอยู่ เมื่ออ่าน เสร็จแล้วจึงเอาออกจากการสัมผัสได้ ข้อควรระวังในการใช้เทอร์มอมิเตอร์ 1. เนื่องจากกระเปาะของเทอร์มอมิเตอร์บางและแตกง่าย เวลาใช้จึงควร ระมัดระวังไม่ให้กระเปาะไปกระทบกับของแข็ง แรง 2. ไม่ควรใช้เทอร์มอมิเตอร์ใช้วัดอุณหภูมิที่แตกต่างกันมาก ในเวลา ต่อเนื่องกัน เช่น วัดของที่ร้อนจัดแล้วเปลี่ยนมาเป็นวัดของที่เย็นจัดทันที เพราะ หลอดแก้วจะขยายตัวและหดตัวอย่างทันทีทันใดท าให้แตกหักได้ 3. อย่าใช้เทอร์มอมิเตอร์วัดอุณหภูมิที่สูง หรือต ่ากว่าสเกลสูงสุด ต ่าสุดมาก 4. เมื่อไข้เสร็จแล้ว ควรล้างท าความสะอาด เซ็ดให้แห้ง แล้วเก็บรักษาไว้ในที่ ปลอดภัย 62
1. หน่วยองศาเซลเซียส ( C) ที่แบ่งมาตราส่วนโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน ชื่ออันเดอร์ส เซลซิอัส (Anders Celsius) 4. หน่วยองศาโรเมอร์ ( R) คิดแบ่งมาตราส่วนโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ เรอเน่ อังตวน เฟโชต์เดอ โรเมอร์ (René Antoine Ferchault de Réaumur) 2. หน่วยองศาฟาเรนไฮต์( F) คิดแบ่งมาตราส่วนโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ชื่อ กาบริเอล ดานิเอล ฟาเรนไฮต์ (Gabriel Daniel Fahrenheit) 3. หน่วยเคลวิน (K) เป็นหน่วยในระบบเอสไอ คิดแบ่งมาตราส่วนโดย นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ ลอร์ด เคลวิน (Lord Kelvin) ºC ºF K ºR หน่วยที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิ 63
จุดเยือกแข็ง จุดเดือดของน ้า และจ านวนช่องของการแบ่งมาตราส่วน ของหน่วยวัดอุณหภูมิของเทอร์มอมิเตอร์ในหน่วย C F K และ R • เราสามารถเปลี่ยนหน่วยวัดอุณหภูมิของระบบหนึ่งไปเป็นหน่วยวัดอุณหภูมิของ อีกระบบหนึ่งได้ โดยใช้วิธีการเทียบบัญญัติไตรยางศ์ ตัวอย่าง ดังนี้ หน่วย จุดเยือก แข็งของน ้า จุดเดือด ของน ้า จ านวนช่องของการแบ่ง มาตราส่วน (ช่อง) องศาเซลเซียส 0 100 100 องศาฟาเรนไฮต์ 32 212 180 เคลวิน 273 373 100 องศาโรเมอร์ 0 80 80 64
เมื่อวัดอุณหภูมิ จากระบบองศาเซลเซียสได้ 50C และจากระบบ องศาฟาเรนไฮต์ได้ 122 F พบว่า อัตราส่วนระหว่าง อุณหภูมิที่อ่านได้ ลบด้วยจุดเยือกแข็งต่อจุดเดือดลบด้วยจุดเยือกแข็งของทั้งสองระบบ จะมีค่าเท่ากัน คือ = 122 - 32 212 - 32 50 - 0 100 - 0 ของ C = อุณหภูมิที่อ่านได้ - จุดเยือกแข็ง จุดเดือด - จุดเยือกแข็ง ของ F = อุณหภูมิที่อ่านได้ - จุดเยือกแข็ง จุดเดือด - จุดเยือกแข็ง ของ K = อุณหภูมิที่อ่านได้ - จุดเยือกแข็ง จุดเดือด - จุดเยือกแข็ง ของ R อุณหภูมิที่อ่านได้ - จุดเยือกแข็ง จุดเดือด - จุดเยือกแข็ง สรุปได้ดังนี้ 65
ผลของความร้อนที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงของ สารและสมดุลความร้อน สารเมื่อได้รับความร้อนหรือคายความร้อน ปริมาตรจะเกิดการเปลี่ยนแปลง • หากได้รับความร้อนเกิดการขยายตัวก็จะมีปริมาตรเพิ่มขึ้น • เมื่อคายความร้อนเกิดการหดตัวก็จะมีปริมาตรลดลง ดังนั้น เมื่อน าฝาขวดที่ปิดแน่นไปแช่ในน ้าร้อน จะเกิดการขยายตัวท าให้ฝาเปิด ได้ดังภาพ # ผลของความร้อนที่มีต่อการหดตัวและขยายตัวของสาร ลักษณะของฝาขวดก่อนและหลังแช่น ้าร้อน การที่สารได้รับความร้อน (ดูดความร้อน) หรือสูญเสียความร้อน (คายความร้อน) ส่งผลให้สารเปลี่ยนสถานะได้ # ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงของสาร การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน ้าเมื่อได้รับความร้อนและคายความร้อน น ้าแข็ง → น ้า ถ้าต้องการท าให้น ้าแข็งมวล 1 กรัม เกิดการหลอมเหลวกลายเป็นของเหลวได้หมด โดยที่อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง จะต้องให้ปริมาณความร้อน 80 แคลอรี เรียกค่า ปริมาณความร้อนนี้ว่า ความร้อนแฝงจ าเพาะของการหลอมเหลวของน ้า 66
ปริมาณความร้อนแฝงของการหลอมเหลวสามารถค านวณได้จากผลคูณระหว่างมวล ของสาร กับความร้อนแฝงจ าเพาะของการหลอมเหลว สรุปเป็นสมการได้ ดังนี้ Q=mL เมื่อ Q = ความร้อนแฝงหรือปริมาณความร้อนที่วัตถุได้รับหรือคายออก มี หน่วยเป็นแคลอรี (cal) กิโลแคลอรี (kcal) หรือ จูล (J) m = มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกรัม (g) หรือ กิโลกรัม (kg) L = ความร้อนแฝงจ าเพาะของวัตถุมีหน่วยเป็นแคลอรีต่อกรัม (cal/g) กิโลแคลอรีต่อกิโลกรัม(kcal/kg) หรือ จูลต่อกิโลกรัม ( J/Kg) น ้ากลายเป็นไอ ความร้อนแฝงจ าเพาะของการกลายเป็นไอน ้า ปริมาณ ความร้อนที่ท าให้น ้ามวล 1 กรัม กลายเป็นไอได้หมด โดย ที่อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง มีค่า 540 แคลอรีต่อกรัม 67
ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว หมายถึง ปริมาณพลังงานความร้อนที่ใช้ใน การเปลี่ยนสถานะของของแข็งเป็นของเหลว โดยอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ความร้อนแฝงจ าเพาะของการหลอมเหลว หมายถึง ปริมาณพลังงานความร้อนที่ท าให้สารที่เป็นของแข็งมวล 1 หน่วย เปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว 1 หน่วย โดยอุณหภูมิไม่ เปลี่ยนแปลง ซึ่งความร้อนแฝงจ าเพาะของน ้าแข็งมีค่าประมาณ 80 แคลอรีต่อกรัม ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ หมายถึง ปริมาณพลังงานความร้อนที่ใช้ในการ เปลี่ยนสถานะของของเหลวกลายเป็นไอ โดย อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ความร้อนแฝงจ าเพาะของการกลายเป็นไอ หมายถึง ปริมาณพลังงานความร้อนที่ท าให้สารที่เป็นของเหลวมวล 1 หน่วย เปลี่ยนสถานะเป็นแก๊ส โดยอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลงซึ่ง ความร้อนแฝงจ าเพาะของการกลายเป็นไอของน ้าเดือด มีค่าประมาณ 540 แคลอรีต่อกรัม 68
ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการลดหรือเพิ่มอุณหภูมิของสาร สามารถค านวณได้ จากผลคูณระหว่างมวลของสารกับความจุความร้อนจ าเพาะของสารกับอุณหภูมิที่ เปลี่ยนแปลงไป สรุปเป็นสมการได้ ดังนี้ เมื่อ Q = ปริมาณความร้อนใช้ในการลดหรือเพิ่มอุณหภูมิ ของสารนั้น (แคลอรี) m = มวลของสาร (กรัม) c = ความจุความร้อนจ าเพาะของสาร (แคลอรี/ กรัม-องศาเซลเซียส) t = อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป อาจเพิ่มขึ้นหรือลดลง Q = mct # สรุปปริมาณความร้อนที่ใช้ในการท าให้ น ้าแข็งที่ 0 ºC กลายเป็นไอได้ทั้งหมด 69
• สมดุลความร้อน เมื่อน าสสารที่มีอุณหภูมิต่างกันมาผสมเข้าด้วยกันหรือน ามาสัมผัสกันจะ มีการถ่ายโอนความร้อนเกิดขึ้น จากสสารที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปสู่ที่มีอุณหภูมิต ่า กว่าจนกระทั่งมีอุณหภูมิเท่ากัน เรียกว่า การเกิดสมดุลความร้อน ส่วนอุณหภูมิ ของวัตถุขณะที่เกิดสมดุลความร้อน เรียกว่า อุณหภูมิผสม # วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงจะคายความร้อนออกมาแล้วมีปริมาณความร้อน ลดลง วัตถุที่มีอุณหภูมิต ่าจะรับความร้อนแล้วมีปริมาณความร้อนเพิ่มขึ้น สมดุลความร้อน สรุปเป็นสมการได้ ดังนี้ ปริมาณความร้อนที่สูญเสีย = ปริมาณความร้อนที่ได้รับ Q สูญเสีย = Q ได้รับ อุณหภูมิผสม ตัวอย่างการค านวณ 70
#การถ่ายโอนพลังงานความร้อนนี้สามารถแบ่งได้เป็น 3 ลักษณะ คือ การพาความร้อน การน าความร้อน และ การแผ่รังสี การพาความร้อน การแผ่รังสี การน าความร้อน • การพาความร้อน 71 เมื่อต้มน ้า ในส่วนล่างจะได้รับความร้อน ก่อน เกิดการขยายตัวแล้วเคลื่อนที่ขึ้นไปด้านบน น ้าส่วนที่เย็นกว่า ความหนาแน่นมากกว่าก็จะจม ลงมาแทนที ่ ท าให้เกิดการเคลื ่อนที ่ของน ้า ไปทั่วทั้งภาชนะที่ใช้ต้มน ้าและมีการพาความร้อน เคลื่อนที่ไปด้วย เรียกว่า การพาความร้อน ซึ่งต้อง อาศัยตัวกลางที่ได้รับความร้อนแล้วเคลื่อนที่มาเอา ความร้อนนั้นไปด้วยเรียกว่า ตัวพาความร้อน
• การพาความร้อน เมื่ออนุภาคของของเหลวและแก๊สได้รับความร้อน มีพลังงานจลน์สูงขึ้น เคลื่อนที่เร็ว เรียกว่า ตัวพาความร้อน และอนุภาคห่างจากกันมากขึ้นท าให้มีความหนาแน่นลดลง จะลอยตัวขึ้นไปด้านบนโดยพาความร้อนไปด้วย อนุภาคที่อยู่ข้างเคียงจะเคลื่อนที่ เข้ามาแทนที่ เกิดการพาความร้อน หลักการนี้สามารถน าไปใช้ประโยชน์ใชีวิต ประจ าวันได้ การสร้างปล่องควันจากเตาไฟ อากาศเย็นเข้า อากาศร้อนออก การออกแบบบ้านให้ระบายความร้อนได้ดี • การน าความร้อน การถ่ายโอนพลังงานความร้อน จากที่ ที่มีอุณหภูมิสูงไปยังที่ที่มีอุณหภูมิต ่ากว่า โดยอาศัยวัตถุตัวกลางซึ่งไม่ได้เคลื่อนที่ ไปด้วยเรียกว ่า การน าความร้อน วัตถุ ตัวกลางที่ยอมให้พลังงานความร้อนผ่าน ได้ดี เรียกว ่า ตัวน าความร้อน ได้แก่ โลหะต่าง ส่วนวัตถุตัวกลางที่ไม่ยอม ให้พลังงานความร้อนผ่านได้ดีเรียกว่า ฉนวนความร้อน ได้แก่ อโลหะต่าง การท าอาหารที่หุ้มด้วยกระดาษฟอยล์ อุปกรณ์ในครัวที่เป็นโลหะน าความร้อน และที่มือจับเป็นฉนวนความร้อน 72
การแผ่รังสี การถ่ายโอนพลังงานความร้อน ออกไปโดยรอบ โดยไม่ต้องอาศัย ตัวกลางใด ทั้งสิ้นเรียกว่า การแผ่รังสี • วัตถุที่มีสีมืดคล ้าจะดูดกลืนรังสีความร้อนได้ มากกว่าวัตถุสีขาว • วัตถุที่มีผิวเรียบหรือเป็นมันเงา และมีสีสว่าง เช่น กระจก จะสะท้อนรังสีความร้อนได้ดี ส่วนวัตถุที่มีผิว ขรุขระและสีมืด คล ้า จะดูดกลืนรังสีความร้อนได้ดี 73
สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่1 เรื่อง บรรยากาศ 74
บรรยากาศ # ส่วนประกอบของอากาศ บรรยากาศ หมายถึง อากาศที่ปกคลุมบริเวณเนื้อที่กว้างใหญ่ และสูง ประกอบด้วย ส่วนผสมของแก๊สต่าง ที่อยู่รอบโลกสูงขึ้นไป จากพื้นผิวโลกหลายกิโลเมตร อากาศ เป็นของผสม ประกอบด้วย แก๊ส ชนิดต่าง 1. แก๊สไนโตรเจน (N2 ) ร้อยละ 78.08 2. แก๊สออกซิเจน (O2 ) ร้อยละ 20.95 3. แก๊สอาร์กอน (Ar) ร้อยละ 0.93 4. แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) ร้อยละ 0.03 ส่วนที่เหลืออีกร้อยละ 0.01 นั้น ประกอบด้วยแก๊สอื่น เช่น นีออน (Ne) ฮีเลียม (He) มีเทน (CH4 ) คริปทอน (Kr) ไฮโดรเจน (H2 ) โอโซน (O3 )นอกจากนี้อากาศโดยทั่วไปตามแหล่งต่าง ยังประกอบด้วยไอน ้า ควันไฟฝุ่นละออง และสิ่งต่าง 75 แก๊สอาร์กอน (Ar) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) แก๊สอื่น แก๊สออกซิเจน (O2 ) แก๊สไนโตรเจน (N2 )
แก๊สไนโตรเจน มีมากที่สุดในอากาศ เมื่อสิ่งมีชีวิต หายใจเข้าไป จะไม่มีผลต่อร่างกาย 1. ท าให้แก๊สออกซิเจนในบรรยากาศเจือจางลง 2. ท าให้อัตราเร็วในการเผาไหม้ลดลง 3. มีความส าคัญในการสร้างโปรตีน แก๊สออกซิเจน มีมากเป็นอันดับ 2 ในอากาศ รองจากแก๊สไนโตรเจน 1. สิ่งมีชีวิตหายใจน าแก๊สออกซิเจนเข้าไป เพื่อการด ารงชีวิต 2. ช่วยในการเผาไหม้สารเชื้อเพลิง แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แม้มี ปริมาณเล็กน้อยแต่มีบทบาท ส าคัญต่อสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะพืช ใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ใน กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพื่อสร้างอาหาร • การแบ่งชั้นบรรยากาศโดยใช้เกณฑ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความสูง 76
การแบ่งชั้นบรรยากาศโดยใช้เกณฑ์การ เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความสูง โทรโพสเฟียร์ (troposphere) สตราโตสเฟียร์ (stratosphere) อยู่เหนือโทรโพสเฟียร์ในช่วงระยะความ สูงประมาณ 50 กิโลเมตร ในชั้นนี้ไม่มีเมฆ หรือพายุ มีปริมาณความชื้นและผงฝุ่นเพียง เล็กน้อย มีแก๊สโอโซนอยู่หนาแน่น เรียก ชั้นนี้ว่า ชั้นโอโซน เป็นชั้นบรรยากาศที่ช่วย ดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ไม่ให้มายังโลกมากเกินไป มีโซสเฟียร์(mesosphere) อยู่เหนือสตราโตสเฟียร์ขึ้นไปจนถึงระดับความ สูงประมาณ 80 กิโลเมตร เป็นชั้นบรรยากาศที่ ช่วยชะลอวัตถุนอกโลกที่ผ่านเข้ามาให้เกิดการ เผาไหม้กลายเป็นวัตถุขนาดเล็ก เทอร์โมสเฟียร์ (thermosphere) เอกโซสเฟียร์ (exosphere) อยู่เหนือระดับเทอร์โมสเฟียร์ มีระยะตั้งแต่ความสูง 500-1,000 กิโลเมตร จนถึง 10,000 กิโลเมตร เป็นชั้นนอกสุดของบรรยากาศที่ ห่อหุ้มโลก เหมาะส าหรับการโคจร ของดาวเทียมรอบโลกในระดับต ่า 77 อยู่เหนือมีโซสเฟียร์ขึ้นไปจนถึง ระดับ 400-500 กิโลเมตร เป็นชั้น ที่อากาศมีอุณหภูมิสูงประมาณ 227-1,727 องศาเซลเซียส บรรยากาศชั้นนี้สามารถสะท้อน คลื่นวิทยุได้ เป็นประโยชน์ในการ ใช้วิทยุสื่อสารทางไกล อัตราการเปลี่ยนแปลงประมาณ 6.5 องศา เซลเซียสต่อกิโลเมตร สูงจากระดับน ้าทะเล ประมาณ 10 กิโลเมตร เป็นชั้นที่มีลมฟ้าอากาศ ที่ส าคัญ ได้แก่ ไอน ้า หมอก ฝน พายุ และแก๊ส ที่จ าเป็นต่อการด ารงชีวิตของสิ่งมีชีวิต
ประโยชน์ของแก๊สโอโซนในบรรยากาศ แก๊สโอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์สามารถดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต ถ้าปราศจากแก๊สโอโซน พื้นโลกจะได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตสูง อาจส่งผลต่อการเกิด มะเร็งที่ผิวหนัง แต่ถ้ามีปริมาณแก๊สโอโซนเพิ่มขึ้นมากกว่าปกติท าให้ปริมาณรังสี อัลตราไวโอเลตมายังโลกลดลง ส่งผลกระทบต่อการสร้างวิตามินดีในร่างกายมนุษย์ สารที่ท าให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นคือ ซีเอฟซี (CFC =chlorofluorocarbon) แก๊สเหล่านี้เมื่อลอยสูงขึ้นจะไปท าลายแก๊สโอโซนในบรรยากาศ หากแก๊สโอโซนลดลง จะท าให้รังสีอัลตราไวโอเลตส่องผ่านมายังโลกมากเกินไป อุณหภูมิของโลกจึงสูงขึ้น สภาวะอากาศเวลาหนึ่งของพื้นที่หนึ่งมีการเปลี่ยนแปลง ตลอดเวลาเรียกว่า ลมฟ้าอากาศ ลมฟ้าอากาศ ได้แก่ อุณหภูมิอากาศ ความกดอากาศ ความชื้น ลม เมฆ และหยาดน ้าฟ้า 78
อากาศท าหน้าที่คล้ายผ้าห่มที่ห่อหุ้มโลก ช่วยปรับอุณหภูมิของโลก ทั้งกลางวันและกลางคืนให้เหมาะสมกับการด ารงชีวิตของสิ่งมีชีวิต และ ช่วยป้องกันอันตรายจากรังสีและอนุภาคต่าง ที่มาจากนอกโลก ถ้าไม่ มีอากาศห่อหุ้มโลก อุณหภูมิบนผิวโลกในเวลากลางวันจะสูงประมาณ 110 C ในเวลากลางคืนอุณหภูมิบนพื้นโลกจะต ่ามากถึง -180 C อุณหภูมิอากาศ พลังงานแสงและพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบโลกท าให้ อุณหภูมิอากาศบริเวณส่วนต่าง ของโลกแตกต่างกัน แรงหรือน ้าหนักของอากาศที่กดลงบนพื้นที่ใด เรียกว่า แรงดัน อากาศ ส่วนแรงหรือน ้าหนักอากาศที่กระท าต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ เรียกว่า ความดันอากาศ หรือ ความดันบรรยากาศ ในการพยากรณ์อากาศ เรียกความดันอากาศหรือความดัน บรรยากาศว่า ความกดอากาศ ความกดอากาศเกิดจากน ้าหนักของอากาศที่กดทับลงบนผิวโลก ท า ให้อากาศมีความหนาแน่นต่างกันตามระดับความสูงของชั้นบรรยากาศ 79
• การวัดความดันอากาศ (1) วัดเป็นความสูงของน ้าความดันอากาศ 1 บรรยากาศ คือ ความดันอากาศ ที่ระดับน ้าทะเลมีค่าเท่ากับความดันอากาศที่ท าให้น ้าสามารถค้าง อยู่ในหลอดแก้วปลายปิดที่ระดับความสูงประมาณ 10 เมตร การวัดความดันอากาศโดยวัด เป็นความสูงของปรอท (2) วัดเป็นความสูงของปรอทความดันอากาศ 1 บรรยากาศ คือ ความดันอากาศ ที่ระดับน ้าทะเลมีค่าเท่ากับความดันที่กระท าให้ปรอทค้างอยู่ในหลอดปลายปิด มีระดับความสูง 76 เซนติเมตร หรือ 760 มิลลิเมตร • เครื่องมือวัดความดันอากาศ (1) บารอมิเตอร์ (barometer) (2) แอนิรอยด์บารอมิเตอร์ (aneroid barometer) (3) อัลติมิเตอร์ (altimeter) # หน่วยของความดันอากาศ คือ เซนติเมตรของปรอทหรือมิลลิเมตรของปรอท 80
การค านวณหาความสูงจากระดับน ้าทะเล • ความดันอากาศปกติมีค่าเท่ากับความสูง 760 มิลลิเมตรของปรอท และความดันอากาศจะลดลงประมาณ 1 มิลลิเมตรของปรอททุก ระยะ ความสูง 11 เมตร จากระดับน ้าทะเล ความดันอากาศกับความสูงจากระดับน ้าทะเล 1. ที่ระดับความสูงเดียวกัน ความดันอากาศเท่ากัน และที่ระดับความสูง ต่างกัน ความดันอากาศจะต่างกัน 2. ความดันอากาศแปรผกผันกับความสูงจากระดับน ้าทะเล 3. ความดันอากาศและความหนาแน่นของอากาศจะมีค่าลดลงเมื่อระดับความ สูงจากระดับน ้าทะเลเพิ่มขึ้น การค านวณหาความสูงจากระดับน ้าทะเล 81
• ความชื้นของอากาศสภาวะที่อากาศมีไอน ้าผสม อยู่ เรียกว่า ความชื้นของอากาศ อากาศมี อุณหภูมิสูง จะสามารถรับไอน ้าได้มากกว่า อากาศที่มีอุณหภูมิต ่า (1) การใช้สารเคมี เช่น โคบอลต์ (II) คลอไรด์ สารนี้เมื่ออยู่ในที่แห้ง (ปราศจากความชื้น) จะมีสีน ้าเงินม่วงจนถึงสีน ้าเงินเข้ม แต่ถ้าเติมน ้า ให้เป็นสารละลาย จะให้สีชมพู (มีความชื้นสูง) 1) วิธีการตรวจสอบความชื้นของอากาศ (2) การชั่งน ้าหนักกระดาษกรอง โดยน ากระดาษกรองเข้าตู้อบอุณหภูมิ เพื่อให้ความชื้นระเหยออกจากกระดาษกรองจนหมด จากนั้นน า กระดาษกรองไปชั่งน ้าหนักแล้วน ากระดาษกรองดังกล่าวไปตั้งไว้ใน บริเวณที่ต้องการศึกษา น ากระดาษกรองดังกล่าวมาชั่งน ้าหนักอีกครั้ง ถ้าอากาศมีความชื้นสูงผลต่างของน ้าหนักกระดาษกรองจะมีค่ามาก แต่ ถ้าอากาศมีความชื้นต ่า ผลต่างของน ้าหนักกระดาษกรองจะมีค่าน้อย 82
(1) อากาศชื้น หมายความว่า อากาศมีปริมาณไอน ้าอยู่มาก ท าให้รับไอน ้าเพิ่มเติมได้เพียงเล็กน้อย (2) อากาศแห้ง หมายความว่า อากาศมีปริมาณไอน ้าอยู่น้อย ท าให้รับไอน ้าเพิ่มเติมได้อีกมาก 2) ผลของความชื้นของอากาศต่อสิ่งต่าง บนโลก (1) วัดเป็นค่าความชื้นสัมบูรณ์ 3) การหาค่าความชื้นของอากาศ 83
• วัดเป็นค่าความชื้นสัมพัทธ์ การหาค่าความชื้นของอากาศ ความชนื้สัมพัทธ ์= x 100 หรือ ความชนื้สัมพัทธ ์ = x 100 มวลของไอน ้าทมี่ีอยู่จริงในอากาศ มวลของไอน ้าในอากาศอมิ่ตัว การค านวณค่าความชื้นสัมพัทธ์ ความชนื้สัมบูรณ ์ ความชนื้ของอากาศอมิ่ตัว อากาศมีความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 75 หมายความว่า อากาศ มีมวลของไอน ้าจริงคิดเป็นร้อยละ 75 ของมวลของไอน ้าในอากาศ อิ่มตัวที่อุณหภูมิและปริมาตรเดียวกัน (1) ไฮโกรมิเตอร์ (hygrometer) (2) ไซโครมิเตอร์ (psychrometer) # เครื่องมือใช้วัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ 84
ลม คือ การเคลื่อนที่ของอากาศเป็นผลเนื่องจากความแตกต่าง ของอุณหภูมิสองแห่ง หรือความแตกต่างของความกดอากาศสองแห่ง (1) ความแตกต่างของอุณหภูมิสองแห่ง อากาศเมื่อได้รับความร้อนจะขยายตัว อากาศร้อนจึงลอยตัวสูงขึ้น อากาศที่มีอุณหภูมิต ่ากว่าจากบริเวณข้างเคียงจึง เคลื่อนที่เข้าแทนที่ การเคลื่อนที่ของอากาศเนื่องจากอากาศสองแห่งมี อุณหภูมิต่างกันท าให้เกิดลม # กระบวนการเกิดลม (2) ความแตกต่างของความกดอากาศ อากาศร้อนจะขยายตัว ท าให้มีความ หนาแน่นลดลง และความกดอากาศน้อยลงด้วย อากาศเย็นมีความหนาแน่น มากกว่าและมีความกดอากาศสูงกว่าจะเกิดการเคลื่อนที่เข้ามา พื้นดินคายความร้อนได้เร็วกว่าพื้นน ้า ท าให้อากาศเหนือพื้นดินมีอุณหภูมิต ่ากว่าอากาศ เหนือพื้นน ้า หรืออากาศเหนือพื้นดินมีความกดอากาศสูงกว่าอากาศเหนือพื้นน ้า เป็นผลให้ อากาศเหนือพื้นดินที่มีความกดอากาศสูงกว่าเคลื่อนที่ไปสู่บริเวณพื้นน ้าที่มีความกดอากาศ ต ่ากว่าหรือเกิดลมพัดจากฝั่งออกสู่ทะเลในเวลากลางคืน เรียกว่า ลมบก ในเวลากลางคืน พื้นดิน และพื้นน ้าได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ แต่เนื่องจากดินมีความจุจ าเพาะน้อย กว่าน ้า ท าให้อุณหภูมิอากาศเหนือพื้นดินสูงกว่าอุณหภูมิเหนือพื้นน ้า ความกดอากาศเหนือ พื้นน ้าจึงสูงกว่าความกดอากาศเหนือพื้นดิน เป็นผลให้อากาศเหนือพื้นน ้าที่มีความกดอากาศ สูงกว่าเคลื่อนที่เข้าหาบริเวณพื้นดินที่มีความกดอากาศต ่ากว่าหรือเกิดลมพัดจากทะเลเข้าหา ฝั่งในเวลากลางวัน เรียกว่า ลมทะเล ลมบก ลมทะเล ในเวลากลางวัน 85
การวัดทิศทางลมและความเร็วของลม สามารถอาศัยวิธีทางธรรมชาติช่วยในการสังเกตได้ เช่น สังเกตจากควัน ไฟ ใบไม้ไหว ธงปลิว แต่ก าหนดทิศทางและความเร็วของลมได้ไม่แน่นอน (1) ศรลม (wind vane) มีลักษณะเป็นลูกศร ที่มีหางลูกศรเป็นแผ่น ใหญ่กว่าหัวลูกศรมาก เมื่อลมพัดมาหางลูกศรจะถูกผลักแรงกว่า หัวลูกศร หัวลูกศรจึงชี้ไปในทิศทางที่ลมพัดมา (2) แอนิมอมิเตอร์ (anemometer) คือ เครื่องมือวัดความเร็วของลม (3) แอโรเวน (aerovane) คือ เครื่องมือที่วัดทิศทางและความเร็วของลม เครื่องมือตรวจสอบทิศทางและความเร็วของลม • น ้าในบรรยากาศ เมฆ ละอองน ้าที่เกิดจากการกลั่นตัวของไอน ้า และเห็นได้ด้วยตาเปล่า ถ้าอยู่ในอากาศระดับสูง เรียกว่า เมฆ และเมฆที่อยู่ใกล้พื้นดินเรียกว่า หมอก # การเกิดเมฆ เมื่ออากาศชื้นลอยตัวสูงขึ้นแล้วแผ่ขยายและเย็นลง ไอน ้าจะ ควบแน่นเกาะบนผิวของอนุภาคเกิดเป็นหยดน ้าเล็ก รวมกัน เป็นเมฆ อุณหภูมิตรงจุดที่เกิดสภาพนี้ เรียกว่า จุดน ้าค้าง 86
รูปร่างของเมฆ (1) เมฆสเตรทัส (stratus) มีลักษณะการก่อตัวเป็นชั้นหรือแผ่นพาดบน ท้องฟ้า เมฆชนิดนี้พบอยู่ในระดับต ่าซึ่งต ่ากว่า 500 เมตร และมักก่อให้เกิดฝนตกปรอย และฝนละออง (2) เมฆคิวมูลัส (cumulus) พบในระดับความสูงต่าง กัน เป็น เมฆก้อนกลม ที่มีฐานค่อนข้างราบ อยู่เป็นเอกเทศ มักจะเห็นในวันที่ อากาศแห้งและแดดจัด (4) เมฆเซอร์รัส (cirrus) เป็นเมฆระดับสูง ปกติ พบอยู่เหนือระดับความ สูง 6,000 เมตร ประกอบขึ้นด้วยผลึก น ้าแข็ง ลักษณะเหมือน ขนนกหรือเกลียวควัน (3) เมฆคิวมูโลนิมบัส (cumulonimbus) เป็นการก่อตัวของเมฆขนาดใหญ่ อาจจะสูง ถึง 18,000 เมตร จากฐานเมฆ เมื่อเห็นเมฆ แบบนี้เกิดขึ้น แสดงว่าจะเกิดฝนและพายุฝน ฟ้าคะนอง 87
88
หยาดน ้าฟ้าที่พบบ่อยใน ประเทศไทยได้แก่ ฝน ฝนเกิด จากไอน ้าที่กลั่นตัวเป็นหยดน ้า แล้วรวมตัวกันมีขนาดโตจนมี น ้าหนักมากพอที่จะลงสู่พื้นโลก # หยาดน ้าฟ้า (precipitation) เป็นค าที่ใช้ ในทางอุตุนิยมวิทยา หมายถึง หยดน ้าที่ตกลงมาจากเมฆ ลงสู่พื้นดินในรูปของเหลว เช่น ฝน น ้าค้าง และในรูป ของแข็ง เช่น ลูกเห็บ น ้าค้างแข็ง หิมะ • การหมุนเวียนของน ้าในธรรมชาติเรียกว่า วัฏจักรของน ้า (water cycle) 89
หมอก เป็นกลุ่มของไอน ้าใน อากาศที่ รวมตัวกันหนาแน่นอยู่ในระดับต ่า ใกล้ผิวโลก สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ลอยอยู่ในอากาศใกล้พื้นดิน ซึ่งท าให้ทัศน วิสัยหรือการมองเห็นเลวลง เป็นอันตรายต่อ การจราจรทั้งทางบกและทางอากาศ น ้าค้าง คือ ละออง ไอน ้าที่รวมตัวเป็นหยดน ้าที่ เกาะตามใบไม้ใบหญ้าใกล้ พื้นดิน ส่วนมากจะเกิดตอน ใกล้สว่าง น ้าค้างแข็ง คือ ไอน ้ากลั่นตัวเป็น น ้าค้างอยู่บนวัตถุ หรือพื้นผิวของใบไม้ใบหญ้า ที่อุณหภูมิของน ้าค้างต ่ากว่าจุดเยือกแข็ง ท าให้ น ้าค้างแข็งตัวเป็นหยดน ้าแข็ง ลูกเห็บ คือ ก้อน น ้าแข็งกลม มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณ 5 มิลลิเมตร เกิดจาก ละอองน ้าฝนถูกพายุหอบขึ้นไป จนถึงบริเวณที่เย็นจัดจึงจับเป็น ก้อนตกลงมา ส่วนมากจะเกิดเมื่อ มีพายุฝนฟ้าคะนองอย่างแรง เกิดจากการที่อากาศที่มีอุณหภูมิและความชื้นสูงเคลื่อนที่ขึ้นสู่ระดับความสูงที่ มีอุณหภูมิต ่าลง ท าให้เกิดฝนตกหนัก ลมกระโชกแรง ฟ้าแลบและฟ้าร้อง เป็นพายุ ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาอันสั้น ฟ้าแลบและฟ้าร้องในพายุฝนฟ้าคะนองมักเกิดขึ้นพร้อม กัน แต่จะมองเห็นฟ้าแลบก่อน ทั้งนี้เพราะว่าแสงมีความเร็วมากกว่าเสียง (แสงมี อัตราเร็วประมาณ 3 x 108 เมตรต่อวินาที เสียงมีอัตราเร็วประมาณ 350 เมตรต่อ วินาที) พายุฝนฟ้าคะนองอาจท าให้เกิดอันตรายและก่อให้เกิดความเสียหายได้ เช่น น ้าท่วมฉับพลัน น ้าป่าไหลหลาก เกิดฟ้าผ่าได้ พายุฝนฟ้าคะนอง (thunderstorms) • พายุฝนฟ้าคะนองและพายุหมุนเขตร้อน 90
เป็นค าทั่วไปที่ใช้เรียกพายุหมุน หรือพายุไซโคลน (cyclone) ที่มีถิ่นก าเนิดเหนือมหาสมุทรในเขตร้อนแถบ ละติจูดต ่า แต่อยู่นอกเขตบริเวณเส้นศูนย์สูตร พายุหมุนเขตร้อน (tropical cyclone) พายุหมุนเกิดขึ้นได้อย่างไร ? ไอน ้าระเหยจากผิวหน้า ของมหาสมุทรที่มีอุณหภูมิ 26-27 องศาเซลเซียสขึ้นไป เคลื่อนที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วเป็น บริเวณกว้าง อากาศบริเวณอื่น เคลื่อนเข้ามาแทนที่ อากาศพัดหมุนเวียน เข้าหาศูนย์กลางของพายุ ยิ่งใกล้ศูนย์กลาง อากาศ จะพัดเวียนเกือบเป็นวงกลม และมีอัตราเร็วที่สุด 91
พายุเฮอริเคน ชนิดของพายุหมุนเขตร้อน องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกได้จัดรายชื่อเพื่อเรียก พายุหมุนเขตร้อนที่ก่อตัวในมหาสมุทรแปซิฟิกด้าน ตะวันตกตอนบนและทะเลจีนใต้ไว้เป็นสากล การตั้ง ชื่อใช้หมุนเวียนกันไปตามล าดับตัวอักษรและล าดับชุด เมื่อถึงชื่อสุดท้าย จะเริ่มต้นที่ชุดที่ 1 ใหม่ ความรุนแรงของพายุ • การเรียกชื่อพายุหมุนเขตร้อน 92 พายุหมุนเขตร้อนมีชื่อเรียกต่าง กันแล้วแต่ท้องถิ่นที่เกิด เกิดฝั่งตะวันตก ของบริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกหรือทะเลจีนใต้ เรียกว่า พายุไต้ฝุ่น (typhoon) เกิดบริเวณอ่าวเบงกอล และมหาสมุทรอินเดีย เรียกว่า พายุไซโคลน (cyclone) เกิดบริเวณมหาสมุทรแอตแลนติก เหนือทะเลแคริบเบียนอ่าวเม็กซิโก และทาง ด้านฝั่งตะวันตกของอ่าวเม็กซิโก เรียกว่า พายุเฮอริเคน(hurricane) พายุที่มี ลักษณะหมุนเป็นเกลียว เห็นเป็นลมหอบฝุ่นละอองเป็นล าพุ่งชี้สู่บรรยากาศคล้าย มีงวงหรือปล่องยื่นลงมาเรียกว่า พายุทอร์นาโด (tornado) หรือลมงวงช้าง
อุตุนิยมวิทยาและการพยากรณ์อากาศ วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวกับอากาศและปรากฏการณ์ของภูมิอากาศ เรียกว่า อุตุนิยมวิทยา มีกรมอุตุนิยมวิทยาเป็นหน่วยราชการ การพยากรณ์อากาศ เป็นการคาดการณ์ลมฟ้าอากาศที่จะเกิดขึ้นในอนาคต รวมทั้งปรากฏการณ์ทาง ธรรมชาติที่จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาข้างหน้า 1. เส้นความกดอากาศเท่า (isobars) คือ เส้นที่ลากผ่านจุด ที่มีความกดอากาศเท่ากัน 2. H แทนหย่อมความกดอากาศสูง หรือบริเวณที่มีความกด อากาศสูง บริเวณนี้ท้องฟ้าจะแจ่มใสและอากาศหนาวเย็น 3. L แทนหย่อมความกดอากาศต ่า หรือบริเวณที่มีความกด อากาศต ่า บริเวณนี้ท้องฟ้าจะมีเมฆมาก อาจเกิดพายุดีเปรสชัน และรุนแรงเป็นพายุโซนร้อนได้ ตัวอย่างรหัสและสัญลักษณ์ในแผนที่อากาศ 93
• ประโยชน์ของการพยากรณ์อากาศ การทราบถึงข้อมูลที่ได้จากการรวบรวมในการพยากรณ์อากาศ ท าให้เรา ทราบถึงสภาวะอากาศที่ครอบคลุมในบริเวณนั้น เพื่อสามารถเตรียมตัวรับ สถานการณ์การเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างทันท่วงที รวมทั้งช่วยให้ สามารถวางแผนในการท ากิจกรรมต่าง ในชีวิตประจ าวัน การคมนาคม การเกษตร การป้องกัน การเฝ้าระวังภัยพิบัติทางธรรมชาติได้อย่างเหมาะสม • เกณฑ์การรายงานการพยากรณ์อากาศ แผนที่อากาศ (weather map) คือ สิ่งที่แสดงลักษณะอากาศใน เวลาขณะใดขณะหนึ่ง ประกอบด้วยข้อมูลที่เกี่ยวกับความกดอากาศ แนวปะทะอากาศ อุณหภูมิ ลักษณะเมฆ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ 94
# ปรากฏการณ์เอลนีโญและลานีญา เอลนีโญ (elniño) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากลมค้าตะวันออกอ่อนก าลังลงท า ให้กระแสน ้าอุ่นจากฝั่งตะวันตกแผ่ขยายไปทางฝั่งตะวันออกของมหาสมุทรแปซิฟิก ลานีญา (laniña) คือ ลมค้าตะวันออกแรงกว่าปกติ ท าให้กระแสน ้าอุ่นถูก ผลักมาทางตะวันตกของมหาสมุทรแปซิฟิกมากขึ้น ปัจจัยที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก ผลกระทบจากปรากฏการณ์เอลนีโญ 1. การก่อตัวของเมฆและฝนเหนือน่านน ้าบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ลดลง 2. การมีอุณหภูมิสูงผิดปกติในทางตะวันตกของแคนาดาและตอนบนสุดของสหรัฐอเมริกา 3. การมีพายุพัดผ่านมากขึ้นที่บริเวณด้านตะวันตกของประเทศเม็กซิโกและสหรัฐอเมริกา ผลกระทบจากปรากฏการณ์ลานีญา 1. การเกิดฝนมากและมีน ้าท่วมบริเวณฝั่งตะวันตกของมหาสมุทร แปซิฟิก ขณะที่บริเวณฝั่งตะวันออกมีฝนน้อยและแห้งแล้ง 2. การเกิดความแห้งแล้งกว่าปกติในสหรัฐอเมริกาทางตะวันตกเฉียงใต้ ในช่วงปลายฤดูร้อน ต่อเนื่องถึงฤดูหนาว 3. การที่อุณหภูมิผิวพื้นบริเวณเขตร้อนโดยเฉลี่ยลดลง 4. การเกิดพายุหมุนเขตร้อน โดยพายุเฮอริเคนในมหาสมุทร แอตแลนติกของอ่าวเม็กซิโกมีจ านวนเพิ่มมากขึ้น 95
ฝนกรด เป็นผลมาจากแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และแก๊สไนโตรเจน ไดออกไซด์ มักจะเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง แก๊สเหล่านี้สามารถรวมตัว กับน ้าฝนเกิดเป็นฝนกรด ซึ่งจะท าลายสิ่งแวดล้อมอย่างมาก หรืออาจจะจับตัว รวมกับหมอกก่อให้เกิดหมอกควันพิษ (smog) ที่ท าอันตรายกับระบบทางเดิน หายใจ และอาจรุนแรงถึงชีวิตได้การลดปัญหาฝนกรดท าได้โดยวิธีการลด ปริมาณแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ ภาวะโลกร้อน (global warming) หมายถึง การที่อุณหภูมิของอากาศชื้นใกล้ผิวโลกสูงขึ้น จนสามารถรู้สึกได้ สาเหตุส าคัญเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ที่ ท าให้โลกร้อน เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิง การตัดไม้ท าลายป่า • ผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก การเพิ่มขึ้นของแก๊สเรือนกระจกท าให้อุณหภูมิเฉลี่ยของบรรยากาศบริเวณ ผิวโลกสูงขึ้นจนเกิดภาวะโลกร้อน การเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ แก๊สเรือนกระจกท าให้โลกมี พลังงานความร้อนสะสมอยู่บนผิวโลก และชั้นบรรยากาศมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงของระดับน ้าทะเล จากการที่อุณหภูมิของบรรยากาศ สูงขึ้น ท าให้น ้าทะเลและมหาสมุทรเกิดการขยายตัว ระดับน ้าทะเลสูงขึ้น 96
การเปลี่ยนแปลงด้านระบบนิเวศ ระบบนิเวศป่าไม้ จะมีการเปลี่ยนแปลงทางด้านความหลากหลายของ พืชพรรณ มีผลท าให้สิ่งมีชีวิตบางชนิดเกิดการกลายพันธุ์เพื่อความอยู่รอด และ บางชนิดถ้าปรับตัวไม่ได้ก็จะสูญพันธุ์ไป ระบบนิเวศชายฝั่ง การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศและระดับน ้าทะเลที่สูงขึ้น ป่าชายเลนที่เคยเป็นตัวกั้นคลื่น กั้นพายุลดลง เกิดการเปลี่ยนแปลงของแหล่ง อนุบาลสัตว์น ้าบริเวณชายฝั่ง การพัดพาของตะกอน และสารอาหารในน ้า ท าให้ ระบบนิเวศชายฝั่งเปลี่ยนแปลงไป • การแพร่กระจายของเชื้อโรคในเขตร้อน เชื้อโรค จุลินทรีย์และไวรัสต่าง เจริญเติบโต และแพร่กระจายไปได้เร็วขึ้น เช่น เชื้อไวรัสเวสต์ไนล์ จากเดิมเป็นไวรัสที่พบในแอฟริกา แต่ในปัจจุบันพบ ได้ทั่วไปในแคนาดาและสหรัฐอเมริกา ผลกระทบที่เกิดกับประเทศไทย 1. ท าให้ฤดูกาลของฝน เปลี่ยนแปลงไป 2. ผลผลิตทางการเกษตรจะลดลง 3. สัตว์น ้าอพยพไปตามการ เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิน ้าทะเล 4. น ้าทะเลสูงขึ้นส่งผลกระทบต่อ ระบบนิเวศชายฝั่งของประเทศไทย 1. ลดการใช้ทรัพยากรธรรมชาติและวางแผนการจัดการทรัพยากรธรรมชาติให้ถูกวิธี 2. ใช้แหล่งพลังงานทดแทน เช่น พลังงานจากแสงอาทิตย์ พลังงานจากลม พลังงานจากชีวมวล 3. ช่วยกันรักษาป่า ฟื้นฟูสภาพป่าที่เสื่อมโทรม ลดการตัดไม้ท าลายป่า และปลูกป่าเพิ่มเติม 4. เปลี่ยนพฤติกรรมในการอุปโภคบริโภค เพื่อลดปริมาณขยะและของเสียต่าง 5. ใช้เทคโนโลยีอย่างฉลาด เพื่อให้ได้ผลผลิตทางอุตสาหกรรมและรักษาไว้ซึ่งคุณภาพสิ่งแวดล้อม วิธีป้องกันแก้ไขเพื่อรักษาสมดุลธรรมชาติ 97
Science teaching media https://www.facebook.com/Science.Biology14/ ➢ ➢ ➢ ➢