สารบัญ
9 ความสัมพันธ์: ฟิสิกส์พายุหมุนเขตร้อนกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กระบวนการผันกลับได้กังหันไอน้ำอุณหพลศาสตร์นีกอลา เลออนาร์ ซาดี การ์โนเครื่องจักรความร้อนการ์โนต์เครื่องจักรนิรันดร์
ฟิสิกส์
แสงเหนือแสงใต้ (Aurora Borealis) เหนือทะเลสาบแบร์ ใน อะแลสกา สหรัฐอเมริกา แสดงการแผ่รังสีของอนุภาคที่มีประจุ และ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ขณะเดินทางผ่านสนามแม่เหล็กโลก ฟิสิกส์ (Physics, φυσικός, "เป็นธรรมชาติ" และ φύσις, "ธรรมชาติ") เป็นวิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับ สสาร และ พลังงาน ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และ ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสสารกับพลังงาน รวมทั้งเป็นความรู้พื้นฐานที่นำไปใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับการผลิต และเครื่องใช้ต่าง ๆ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ ตัวอย่างเช่น การนำความรู้พื้นฐานทางด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ (โทรทัศน์ วิทยุ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ) อย่างแพร่หลาย หรือ การนำความรู้ทางอุณหพลศาสตร์ไปใช้ในการพัฒนาเครื่องจักรกลและยานพาหนะ ยิ่งไปกว่านั้นความรู้ทางฟิสิกส์บางอย่างอาจนำไปสู่การสร้างเครื่องมือใหม่ที่ใช้ในวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่น การนำความรู้เรื่องกลศาสตร์ควอนตัม ไปใช้ในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ใช้ในชีววิทยา เป็นต้น นักฟิสิกส์ศึกษาธรรมชาติ ตั้งแต่สิ่งที่เล็กมาก เช่น อะตอม และ อนุภาคย่อย ไปจนถึงสิ่งที่มีขนาดใหญ่มหาศาล เช่น จักรวาล จึงกล่าวได้ว่า ฟิสิกส์ คือ ปรัชญาธรรมชาติเลยทีเดียว ในบางครั้ง ฟิสิกส์ ถูกกล่าวว่าเป็น แก่นแท้ของวิทยาศาสตร์ (fundamental science) เนื่องจากสาขาอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เช่น ชีววิทยา หรือ เคมี ต่างก็มองได้ว่าเป็น ระบบของวัตถุต่าง ๆ หลายชนิดที่เชื่อมโยงกัน โดยที่เราสามารถสามารถอธิบายและทำนายพฤติกรรมของระบบดังกล่าวได้ด้วยกฎต่าง ๆ ทางฟิสิกส์ ยกตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของสารเคมีต่าง ๆ สามารถพิจารณาได้จากคุณสมบัติของโมเลกุลที่ประกอบเป็นสารเคมีนั้น ๆ โดยคุณสมบัติของโมเลกุลดังกล่าว สามารถอธิบายและทำนายได้อย่างแม่นยำ โดยใช้ความรู้ฟิสิกส์สาขาต่าง ๆ เช่น กลศาสตร์ควอนตัม, อุณหพลศาสตร์ หรือ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น ในปัจจุบัน วิชาฟิสิกส์เป็นวิชาที่มีขอบเขตกว้างขวางและได้รับการพัฒนามาแล้วอย่างมาก งานวิจัยทางฟิสิกส์มักจะถูกแบ่งเป็นสาขาย่อย ๆ หลายสาขา เช่น ฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ฟิสิกส์อนุภาค ฟิสิกส์อะตอม-โมเลกุล-และทัศนศาสตร์ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์พลศาสตร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น-และเคออส และ ฟิสิกส์ของไหล (สาขาย่อยฟิสิกส์พลาสมาสำหรับงานวิจัยฟิวชั่น) นอกจากนี้ยังอาจแบ่งการทำงานของนักฟิสิกส์ออกได้อีกสองทาง คือ นักฟิสิกส์ที่ทำงานด้านทฤษฎี และนักฟิสิกส์ที่ทำงานทางด้านการทดลอง โดยที่งานของนักฟิสิกส์ทฤษฎีเกี่ยวข้องกับการพัฒนาทฤษฎีใหม่ แก้ไขทฤษฎีเดิม หรืออธิบายการทดลองใหม่ ๆ ในขณะที่ งานการทดลองนั้นเกี่ยวข้องกับการทดสอบทฤษฎีที่นักฟิสิกส์ทฤษฎีสร้างขึ้น การตรวจทดสอบการทดลองที่เคยมีผู้ทดลองไว้ หรือแม้แต่ การพัฒนาการทดลองเพื่อหาสภาพทางกายภาพใหม่ ๆ ทั้งนี้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ภาคปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับขีดจำกัดของการสังเกต และประสิทธิภาพของเครื่องมือวัด ถ้าเทคโนโลยีของเครื่องมือวัดพัฒนามากขึ้น ข้อมูลที่ได้จะมีความละเอียดและถูกต้องมากขึ้น ทำให้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ยิ่งขยายออกไป ข้อมูลที่ได้ใหม่ อาจไม่สอดคล้องกับสิ่งที่ทฤษฎีและกฎที่มีอยู่เดิมทำนายไว้ ทำให้ต้องสร้างทฤษฏีใหม่ขึ้นมาเพื่อทำให้ความสามารถในการทำนายมีมากขึ้น.
ดู เครื่องจักรความร้อนและฟิสิกส์
พายุหมุนเขตร้อน
รนแบนด์โดยรอบ, และลักษณะของพายุหมุนเขตร้อน ที่สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนจากอวกาศ พายุหมุนเขตร้อน คือ ระบบพายุที่พัฒนามาจากศูนย์กลางของหย่อมความกดอากาศต่ำ, ลมแรง และการจัดเกลียวของพายุฝนฟ้าคะนอง ทั้งนี้ขึ้นกับสถานที่และความรุนแรง ซึ่งเกิดขึ้นบริเวณเขตร้อนของโลก ซึ่งมีชื่อเรียกต่างๆ กัน เช่น พายุเฮอร์ริเคน, พายุโซนร้อน, พายุไซโคลน, พายุดีเปรสชันเขตร้อน และพายุไซโคลนอย่างง่าย โดยทั่วไปรูปแบบพายุหมุนเขตร้อนจะมีขนาดใหญ่ขึ้นกับความสัมพันธ์กับน้ำอุ่น โดยพายุจะได้รับพลังงานผ่านการระเหยของน้ำบริเวณพื้นผิวมหาสมุทร ซึ่งในที่สุดน้ำเหล่านั้นจะควบแน่นอีกครั้งและเข้าไปอยู่ในกลุ่มเมฆและฝน เมื่ออากาศชื้นและความเย็นอิ่มตัว ซึ่งแหล่งพลังงานนี้จะแตกต่างกับพายุหมุนละติจูดกลาง ตัวอย่างเช่น นอร์อิสเทิร์น และพายุลมยุโรป ซึ่งได้รับพลังพลักดันหลักจากความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวนอน โดยลมหมุนวนรอบอย่างรุนแรงของพายุหมุนเขตร้อนนั้นเป็นผลมาจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งเกิดจากสภาวะการหมุนรอบตัวเองของโลก ขณะที่อากาศไหลเข้ามาสู่แกนกลางของการหมุน ผลที่ตามมา คือ พายุมักไม่ค่อยเกิดขึ้นภายใน 5° จากศูนย์สูตร พายุหมุนเขตร้อนโดยทั่วไปเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 100 - 4,000 กิโลเมตร คำว่า พายุหมุน (หรือไซโคลน) หมายถึง พายุหมุนตามธรรมชาติ ซึ่งลมจะพัดหมุนทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และจะพัดหมุนตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ ซึ่งทิศทางตรงข้ามการของการไหลเวียนลม เป็นผลมาจากคอริโอลิส ส่วนคำว่า เขตร้อน หมายถึง แหล่งกำเนิดของพายุทางภูมิศาสตร์ ซึ่งเป็นรูปแบบพิเศษของทะเลในเขตร้อน นอกจากลมแรงและฝนตก พายุหมุนเขตร้อนมีความสามารถในการสร้างคลื่นสูง และก่อให้เกิดความเสียหายจากน้ำขึ้นจากพายุ และทอร์นาโด ซึ่งมักจะลดลงอย่างรวดเร็วในช่วงที่พายุอยู่บนแผ่นดิน เนื่องจากถูกตัดขาดจากแหล่งพลังงานหลักของมัน จากเหตุผลนี้ ทำให้บริเวณชายฝั่งทะเล มักมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายจากพายุหมุนเขตร้อนมากกว่า เมื่อเทียบกับในแผ่นดิน อย่างไรก็ตามในแผ่นดินเองก็เกิดความเสียหายได้จากน้ำท่วมบนแผ่นดิน จากฝนตกหนัก และน้ำขึ้นจากพายุสามารถก่อให้เกิดน้ำท่วมบนแผ่นดินได้กว้างถึง 40 กิโลเมตร จากชายฝั่งทะเล แม้ว่าพายุหมุนเขตร้อนจะส่งผลกระทบต่อประชากรมนุษย์มหาศาล แต่พายุยังสามารถช่วยบรรเทาภาวะภัยแล้งได้ พวกมันยังพาพลังงานความร้อนออกไปจากเขตร้อน ข้ามผ่านไปยังละติจูดในเขตอบอุ่น ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในการปรับเปลี่ยนสภาวะภูมิอากาศในระดับภูมิภาคและระดับโลก.
ดู เครื่องจักรความร้อนและพายุหมุนเขตร้อน
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กล่าวถึงการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีหรือพลังงานเสียในระบบอิสระ โดยอธิบายได้หลายแบบดังนี้.
ดู เครื่องจักรความร้อนและกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
กระบวนการผันกลับได้
ในทางอุณหพลศาสตร์ กระบวนการผันกลับได้ หรือ วัฏจักรผันกลับได้ หมายถึงกระบวนการที่สามารถ "ผันกลับ" ย้อนการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติบางประการของระบบได้โดยไม่มีการสูญเสียพลังงาน หากกระบวนการนั้นต้องใช้เวลาเป็นอนันต์เพื่อสิ้นสุดกระบวนการ ถือว่ากระบวนการนั้นไม่สามารถผันกลับได้ กระบวนการผันกลับได้ มีการเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบ โดยที่ค่าความเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีรวมของระบบกับสิ่งแวดล้อมมีค่าเท่ากับศูนย์ กระบวนการนี้จึงให้นิยามขอบเขตว่า ประสิทธิภาพเชิงอุณหพลศาสตร์ของเครื่องจักรความร้อนจะเป็นไปได้เท่าไร กล่าวคือ เครื่องจักรความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เป็นเครื่องจักรที่ไม่มีความร้อนสูญเสียออกจากระบบเลย (ดูเพิ่มที่ วัฏจักรการ์โนต์) ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีเครื่องจักรความร้อนใดสามารถทำได้ตามทฤษฎี.
ดู เครื่องจักรความร้อนและกระบวนการผันกลับได้
กังหันไอน้ำ
รเตอร์ของกังหันไอน้ำสมัยใหม่ที่ใช้ในโรงไฟฟ้า กังหันไอน้ำ (steam turbine) เป็นอุปกรณ์หรือเครื่องจักรที่ใช้ไอน้ำแรงดันสูงมาขับกังหันให้หมุนรอบเพลา กังหันไอน้ำที่เป็นรูปธรรมมากที่สุดถูกคิดค้นโดยเซอร์ ชาร์ล พาร์ซัน (Sir Charles Parsons) ใน..
ดู เครื่องจักรความร้อนและกังหันไอน้ำ
อุณหพลศาสตร์
แผนภาพระบบอุณหพลศาสตร์ทั่วไป แสดงพลังงานขาเข้าจากแหล่งความร้อน (หม้อน้ำ) ทางด้านซ้าย และพลังงานขาออกไปยังฮีทซิงค์ (คอนเดนเซอร์) ทางด้านขวา ในกรณีนี้มีงานเกิดขึ้นจากการทำงานของกระบอกสูบ อุณหพลศาสตร์ (/อุน-หะ-พะ-ละ-สาด/ หรือ /อุน-หะ-พน-ละ-สาด/) หรือ เทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamics; มาจากภาษากรีก thermos.
ดู เครื่องจักรความร้อนและอุณหพลศาสตร์
นีกอลา เลออนาร์ ซาดี การ์โน
ซาดี การ์โน นีกอลา เลออนาร์ ซาดี การ์โน (Nicolas Léonard Sadi Carnot; 1 มิถุนายน ค.ศ. 1796 - 24 สิงหาคม ค.ศ. 1832) เป็นนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส และนายช่างวิศวกรประจำกองทัพ ซึ่งคิดค้นทฤษฎีเครื่องจักรความร้อนได้สำเร็จจริง จากงานวิจัยเรื่อง Reflections on the Motive Power of Fire ในปี..1824 ปัจจุบันทฤษฎีนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ "วัฏจักรการ์โน" เป็นผู้วางรากฐานกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ หรืออาจกล่าวได้ว่าเขาเป็นนักอุณหพลศาสตร์คนแรกของโลก ซึ่งคิดค้นหลักการพื้นฐานต่าง ๆ มากมายเช่น ประสิทธิภาพการ์โน ทฤษฎีการ์โน เครื่องจักรความร้อนการ์โน เป็นต้น การ์โนเกิดในกรุงปารีส เป็นบุตรชายคนโตของนักเรขาคณิตและนายทหารผู้มีชื่อเสียง คือ ลาซาร์ นีกอลา มาร์เกอริต การ์โน (Lazare Nicholas Marguerite Carnot) น้องชายของเขาคือ อีปอลิต การ์โน (Hippolyte Carnot) ซึ่งเป็นบิดาของมารี ฟร็องซัว ซาดี การ์โน (Marie François Sadi Carnot ประธานาธิบดีของสาธารณรัฐฝรั่งเศส ระหว่างปี ค.ศ.1887-1894) เมื่อการ์โนอายุ 16 ปี (ค.ศ.
ดู เครื่องจักรความร้อนและนีกอลา เลออนาร์ ซาดี การ์โน
เครื่องจักรความร้อนการ์โนต์
รื่องจักรความร้อนการ์โนต์ (Carnot Heat Engine) ถูกใช้ในการศึกษาวงจรอุณหพลศาสตร์โดย นิโคลัส ลีโอนาร์ด ซาดี การ์โนต์ (Nicolas Léonard Sadi Carnot) ในปี คริสต์ศักราช 1820 และได้รับการอธิบายเพิ่มเติมโดยเบอนัวต์ โปล เอมีล กลาปีรง (Benoit Paul Émile Clapeyron) ในทศวรรษต่อมา เครื่องจักรความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ความร้อนในการสร้างงานโดยการนำพาสารไปตามกระบวนการที่เป็นวัฏจักร.
ดู เครื่องจักรความร้อนและเครื่องจักรความร้อนการ์โนต์
เครื่องจักรนิรันดร์
รื่องจักรนิรันดร์ (perpetual motion) มีความหมายตรงตามตัวอักษร คือ เครื่องจักรที่ทำงานตราบนิรันดร์ ทำงานได้ไปจนกัลปาวสาน ซึ่งอาจเป็นไปได้ในทางทฤษฎีตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน แต่โดยทั่วไปคำนี้ใช้ในความหมายถึง อุปกรณ์หรือระบบที่สามารถผลิตพลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่ได้รับเข้าไป ซึ่งเป็นหลักการที่ขัดกับกฎทรงพลังงาน ที่ว่า พลังงานไม่สามารถเกิดขึ้นใหม่หรือถูกทำลายลงไปได้ ดังนั้นเครื่องจักรนี้จึงไม่อาจเป็นไปได้ภายใต้กฎฟิสิกส์ แม้แต่เครื่องจักรนิรันดร์ในความหมายแรกก็ยังเป็นเพียงระบบทางกลที่สามารถทำงานได้ตลอดเวลาโดยยังคงต้องสูญเสียพลังงานไปจากแรงเสียดทานและแรงต้านของอาก.