การถ่ายโอนความร้อน

สาเหตุที่น้ำร้อนเย็นลงนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนความร้อนในรูปแบบใด

• การนำความร้อน

• การพาความร้อน

• การแผ่รังสี

• การกลายเป็นไอ

Answer explanation

การนำความร้อนเกิดขึ้นเมื่อความร้อนถูกถ่ายโอนผ่านวัสดุที่เป็นตัวนำ เช่น จากน้ำร้อนในถ้วยไปยังโต๊ะไม้ที่เป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ดี ทำให้น้ำเย็นลงและโต๊ะไม้มีอุณหภูมิสูงขึ้น

ข้อความที่ว่า "พลังงานความร้อนถ่ายโอนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า" ข้อความดังกล่าวอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสาเหตุที่น้ำร้อนค่อย ๆ เย็นลงและโต๊ะไม้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย ถูกต้อง ใช่หรือไม่ จงเลือกตอบว่า “ใช่” หรือ “ไม่ใช่”

• “ใช่”

• “ไม่ใช่”

Answer explanation

ใช่ เพราะ หลักการพื้นฐานของการถ่ายโอนพลังงานความร้อนคือ พลังงานความร้อนจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเสมอ

ข้อความที่ว่า "พลังงานความร้อนทำให้โมเลกุลของของแข็งเคลื่อนที่ไปชนกับโมเลกุลที่อยู่ติดกันทำให้ความร้อนถ่ายโอนไปด้วย" ข้อความดังกล่าวอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสาเหตุที่น้ำร้อนค่อย ๆ เย็นลงและโต๊ะไม้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย ถูกต้อง ใช่หรือไม่ จงเลือกตอบว่า “ใช่” หรือ “ไม่ใช่”

• “ใช่”

• “ไม่ใช่”

Answer explanation

ไม่ใช่ เพราะ เนื่องจากในของแข็ง การถ่ายโอนพลังงานความร้อนเกิดจากการสั่นของโมเลกุลหรืออะตอมในโครงผลึก และการถ่ายโอนพลังงานผ่านการสั่นของพันธะระหว่างโมเลกุล ไม่ใช่การ "เคลื่อนที่ไปชน" เพราะในของแข็ง โมเลกุลไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเหมือนในของเหลวหรือก๊าซ

ข้อความที่ว่า "การถ่ายโอนความร้อนของน้ำร้อนไปสู่ถ้วยน้ำร้อนและโต๊ะไม้ตามลำดับเป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยอาศัยตัวกลาง" ข้อความดังกล่าวอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสาเหตุที่น้ำร้อนค่อย ๆ เย็นลงและโต๊ะไม้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย ถูกต้อง ใช่หรือไม่ จงเลือกตอบว่า “ใช่” หรือ “ไม่ใช่”

• “ใช่”

• “ไม่ใช่”

Answer explanation

ใช่ เพราะ การถ่ายโอนความร้อนในกรณีนี้เกิดขึ้นผ่านการนำความร้อน (conduction) ซึ่งต้องอาศัยตัวกลาง เช่น ผิวสัมผัสระหว่างน้ำร้อน ถ้วย และโต๊ะไม้ พลังงานความร้อนจะถ่ายโอนผ่านการชนของอนุภาคในตัวกลางนั้น

จากตารางเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์ของการนำความร้อนของวัสดุชนิดต่าง ๆ นักเรียนสามารถจัดเรียงลำดับฉนวนที่สามารถต้านทานความร้อนได้มากไปหาน้อยได้อย่างไร

• A – B – C – D – E

• B – D – C – E – A

• E – B – D – A – C

• C – A – E – B - D

Answer explanation

- โฟมโพลียูรีเทน มีค่า K ต่ำสุด (0.023) จึงเป็นวัสดุที่ต้านทานความร้อนได้ดีที่สุดในกลุ่มนี้

- แผ่นยิปซัม มีค่า K สูงสุด (0.191) ซึ่งหมายความว่านำความร้อนได้ง่ายที่สุด จึงต้านทานความร้อนได้แย่ที่สุด

- ฉนวนที่ดีในทางวิทยาศาสตร์คือวัสดุที่มีค่า K ต่ำที่สุด เนื่องจากวัสดุนั้นช่วยลดการถ่ายเทความร้อนระหว่างสองด้านได้ดีที่สุด

“ถ้าค่าสัมประสิทธิ์ของการนำความร้อน (ค่า K) ยิ่งน้อย แสดงว่า เป็นฉนวนที่สามารถต้านทานความร้อนได้ดีกว่า” จากเหตุผลดังกล่าว บุคคลใดมีแนวคิดในการเลือกใช้วัสดุฉนวนกันความร้อนมุงหลังคาบ้านสอดคล้องกับเหตุผลดังกล่าวมากที่สุด

• สมศักดิ์เลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยโฟมโพลียูรีเทนมุงหลังคาบ้าน

• ขวัญข้าวเลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยฉนวนใยแก้วมุงหลังคาบ้าน

• ก้องภพเลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยไม้อัดมุงหลังคาบ้าน

• แตงโมเลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยแผ่นยิปซัมมุงหลังคาบ้าน

Answer explanation

- สมศักดิ์เลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยโฟมโพลียูรีเทนมุงหลังคาบ้าน

วัสดุ: โฟมโพลียูรีเทน (ค่า K = 0.023) โฟมโพลียูรีเทนมีค่า K ต่ำที่สุดในตาราง เป็นวัสดุที่ต้านทานความร้อนได้ดีที่สุด

- ขวัญข้าวเลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยฉนวนใยแก้วมุงหลังคาบ้าน

วัสดุ: ฉนวนใยแก้ว (ค่า K = 0.035) ฉนวนใยแก้วต้านทานความร้อนได้ดี (ค่า K ต่ำ) แต่ยังเป็นรองโฟมโพลียูรีเทน

- ก้องภพเลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยไม้อัดมุงหลังคาบ้าน

วัสดุ: ไม้อัด (ค่า K = 0.123) ไม้อัดมีค่า K สูงกว่าหลายวัสดุในตาราง ต้านทานความร้อนได้ไม่ดี

- แตงโมเลือกใช้กระเบื้องพร้อมติดฉนวนกันความด้วยแผ่นยิปซัมมุงหลังคาบ้าน

วัสดุ: แผ่นยิปซัม (ค่า K = 0.191) แผ่นยิปซัมมีค่า K สูงที่สุดในตาราง ต้านทานความร้อนได้แย่ที่สุด

“ฉนวนที่ดีจะต้องต้านทานความร้อนที่ผ่านจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งให้ลดลงเหลือน้อยที่สุด” จากข้อความดังกล่าวเหตุผลที่อาจเป็นไปได้ของการตัดสินใจซื้อวัสดุกันความร้อนในการสร้างบ้านของนักวิศวกรที่นิยมนำแผ่นยิปซัมมาเป็นฉนวนกันความร้อนงานผนังและฝ้าเพดานของการสร้างบ้าน เพราะราคาถูก สวยงาม และกันความร้อนได้ดีกว่าโฟมโพลียูรีเทน เหตุผลเหล่านั้นเป็นเหตุผลทางวิทยาศาสตร์หรือไม่ จงคลิก “เป็น” หรือ “ไม่เป็น”

• “เป็น”

• “ไม่เป็น”

Answer explanation

เหตุผลนี้เน้นด้านความสวยงามและราคาถูก ซึ่งเป็นปัจจัยด้านการตลาดและการออกแบบมากกว่าปัจจัยทางวิทยาศาสตร์ นอกจากนี้ยังไม่ถูกต้องในเชิงวิทยาศาสตร์ เพราะแผ่นยิปซัมมีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน (ค่า K) สูงกว่าโฟมโพลียูรีเทน (ตามตารางที่กำหนด) จึงกันความร้อนได้แย่กว่า ไม่สอดคล้องกับหลักวิทยาศาสตร์

“ฉนวนที่ดีจะต้องต้านทานความร้อนที่ผ่านจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งให้ลดลงเหลือน้อยที่สุด” จากข้อความดังกล่าวเหตุผลที่อาจเป็นไปได้ของการตัดสินใจซื้อวัสดุกันความร้อนในการสร้างบ้านของนักวิศวกร เนื่องจากวัสดุฉนวนกันความร้อนมีลักษณะเบา ประกอบด้วย ฟองอากาศเล็ก ๆ จำนวนมากซึ่งมีคุณสมบัติสกัดกั้นความร้อนให้อยู่ในฟองอากาศ จึงไม่นำพาความร้อนไปยังส่วนอื่น ๆ เหตุผลเหล่านั้นเป็นเหตุผลทางวิทยาศาสตร์หรือไม่ จงคลิก “เป็น” หรือ “ไม่เป็น”

• “เป็น”

• “ไม่เป็น”

Answer explanation

เหตุผลนี้อธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์อย่างถูกต้อง วัสดุฉนวนที่มีฟองอากาศจำนวนมาก เช่น โฟมโพลียูรีเทน หรือฉนวนใยแก้ว จะมีคุณสมบัติในการต้านทานความร้อนดี เนื่องจากฟองอากาศทำหน้าที่เป็นตัวกั้นการถ่ายโอนความร้อนระหว่างโมเลกุล

ตึกมิวเซียมสยามสร้างขึ้นในสมัยรัชกาลที่ 6 และมีอายุครบ 100 ปี ในปี พ.ศ.2565 ถ้าตึกมิวเซียมสยามมีอายุครบ 125 ปี จะทำการเปิดให้เข้าชมฟรีสำหรับบุคคลที่มีช่วงอายุระหว่าง 7 – 14 ปี บุคคลดังกล่าวจะต้องเกิดในช่วงปี พ.ศ. ใด

• พ.ศ. 2567 – 2530

• พ.ศ. 2562 – 2576

• พ.ศ. 2565 – 2590

• พ.ศ. 2576 - 2583

Answer explanation

1. หาปีที่ตึกมิวเซียมสยามมีอายุครบ 125 ปี:

ตึกมิวเซียมสยามมีอายุครบ 125 ปีในปี: 2565 + (125 − 100) = 2590

2. ช่วงอายุของบุคคลที่จะเข้าชมฟรี:

ในปี พ.ศ. 2590 บุคคลต้องมีอายุระหว่าง 7 – 14 ปี

ดังนั้น ปีเกิดของบุคคลเหล่านั้นจะอยู่ในช่วง: 2590 – 14 = 2576 และ  2590 – 7 = 2583  ในปี พ.ศ. 2590 บุคคลที่เกิดในปี พ.ศ. 2576 จะมีอายุ 14 ปี และบุคคลที่เกิดในปี พ.ศ. 2583 จะมีอายุ 7 ปี

จากข้อความ “การสร้างผนังก่ออิฐสองชั้น แล้วเว้นช่องว่างตรงกลางไว้ซึ่งทำให้ผนังนี้มีคุณสมบัติช่วยป้องกันความร้อนได้” ผนังอาคารแบบสองชั้นป้องกันความร้อนได้ จงจับคู่ตัวกลางการถ่ายโอนความร้อนให้สัมพันธ์กับวิธีการถ่ายโอนความร้อน

• ผนังอิฐ : การพาความร้อน และอากาศ : การแผ่รังสีความร้อน

• ผนังอิฐ : การนำความร้อน และอากาศ : การพาความร้อน

• ผนังอิฐ : การแผ่รังสีความร้อน และอากาศ : การนำความร้อน

Answer explanation

หลักการถ่ายโอนความร้อนมี 3 รูปแบบ ดังนี้

- การนำความร้อน (Conduction): ความร้อนถ่ายโอนผ่านการสัมผัสโดยตรงระหว่างอนุภาคของวัสดุ เช่น โลหะที่นำความร้อนได้ดี

- การพาความร้อน (Convection): ความร้อนถ่ายโอนผ่านการเคลื่อนที่ของของไหล (อากาศหรือของเหลว) เช่น อากาศร้อนลอยขึ้น

- การแผ่รังสีความร้อน (Radiation): ความร้อนถ่ายโอนในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ความร้อนจากดวงอาทิตย์

อิฐหรือปูน → การนำความร้อน (Conduction) ช่องว่างที่มีอากาศ → การพาความร้อน (Convection)