อุณหภูมิเกี่ยวข้องกับพลังงานจลน์อย่างไร คู่มือง่ายๆ

หากคุณเคยสงสัยว่าอุณหภูมิและพลังงานจลน์เกี่ยวข้องกันอย่างไร บทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจข้อมูลพื้นฐาน เราจะอธิบายว่าอุณหภูมิและพลังงานจลน์คืออะไร วัดอย่างไร และส่งผลอย่างไร

อุณหภูมิคืออะไร

อุณหภูมิเป็นตัววัดว่าสิ่งใดร้อนหรือเย็นเพียงใด เป็น. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเป็นการวัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นวัตถุ พลังงานจลน์คือพลังงานของการเคลื่อนที่ และอนุภาคคืออะตอมหรือโมเลกุลเล็กๆ ที่ทุกอย่างสร้างขึ้น

วัตถุต่างๆ กันอาจมีอุณหภูมิต่างกัน ขึ้นอยู่กับความเร็วของอนุภาคที่เคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น กาแฟร้อนหนึ่งแก้วมีอุณหภูมิสูงกว่าแก้วน้ำที่ใส่น้ำแข็งเพราะอนุภาคกาแฟเคลื่อนที่เร็วกว่าอนุภาคน้ำ

พลังงานจลน์คืออะไร

จลน์ พลังงานคือพลังงานของการเคลื่อนไหว วัตถุใด ๆ ที่เคลื่อนที่มีพลังงานจลน์ ตัวอย่างเช่น รถยนต์ที่ขับอยู่บนถนนมีพลังงานจลน์เพราะมันกำลังเคลื่อนที่ ลูกบอลที่โยนขึ้นไปในอากาศมีพลังงานจลน์เพราะมันกำลังบินอยู่ คนที่วิ่งมีพลังงานจลน์เนื่องจากกำลังเคลื่อนที่

ปริมาณพลังงานจลน์ของวัตถุขึ้นอยู่กับปัจจัย 2 ประการ ได้แก่ มวลและความเร็ว มวลคือปริมาณของสสารที่วัตถุมีอยู่ และความเร็วคือความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ สูตรสำหรับพลังงานจลน์คือ:

$$KE=\frac{1}{2}mv^2$$

โดยที่ KE คือพลังงานจลน์ m คือมวล และ v คือความเร็ว

ยิ่งวัตถุมีมวลมาก วัตถุก็มีพลังงานจลน์มาก ตัวอย่างเช่น รถบรรทุกมีพลังงานจลน์มากกว่าจักรยานเพราะมีมวลมากกว่า ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่เร็วเท่าไร วัตถุก็มีพลังงานจลน์มากเท่านั้น ตัวอย่างเช่น กระสุนมีพลังงานจลน์มากกว่าขนนกเพราะมันเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า

อุณหภูมิและพลังงานจลน์เกี่ยวข้องกันอย่างไร

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและพลังงานจลน์คือยิ่งสูง อุณหภูมิยิ่งอนุภาคเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิและพลังงานจลน์เป็นสัดส่วนโดยตรงซึ่งกันและกัน

ความสัมพันธ์นี้ใช้กับสสารใดๆ ไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ อย่างไรก็ตาม สารต่างๆ มีวิธีการเคลื่อนที่ของอนุภาคต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในของแข็ง อนุภาคจะสั่นในตำแหน่งคงที่ ในของเหลว อนุภาคจะเลื่อนผ่านกัน ในก๊าซ อนุภาคจะบินไปมาอย่างอิสระ

อะตอมในก๊าซเชิงเดี่ยวอย่างง่าย เช่น ฮีเลียมหรือนีออน เคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเป็นเส้นตรงได้จนกว่าจะชนกับอีกที่หนึ่ง อะตอมหรือโมเลกุล ดังนั้น พลังงานจลน์และอุณหภูมิเฉลี่ยของก๊าซจึงเป็นสัดส่วนโดยตรง สูตรสำหรับความสัมพันธ์นี้คือ:

$$KE=\frac{3}{2}kT$$

โดยที่ KE คือพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซ k คือ ค่าคงที่ Boltzmann (ตัวเลขเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับพลังงานและอุณหภูมิ) และ T คืออุณหภูมิ

เมื่ออุณหภูมิของแก๊สเพิ่มขึ้น ความเร็วของโมเลกุลของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อความเร็วของโมเลกุลแก๊สเพิ่มขึ้น การชนกันก็มากขึ้น และพลังงานจลน์ทั้งหมดของโมเลกุลแก๊สก็เพิ่มขึ้นด้วย

สรุป

อุณหภูมิและพลังงานจลน์สัมพันธ์กันโดยข้อเท็จจริงที่ว่า อุณหภูมิวัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคที่ประกอบเป็นวัตถุ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น อนุภาคก็ยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ความสัมพันธ์นี้ใช้ได้กับสสารใดๆ แต่ความสัมพันธ์นี้จะตรงไปตรงมาที่สุดสำหรับก๊าซ