สมบัติของสาร เรื่องที่ 1 สมบัติของสาร
สาร หมายถึง สิ่งที่มีมวล ต้องการที่อยู่และสัมผัสได้ มีทั้งสถานะที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ตัวอย่างเช่น เงิน (Ag) และเกลือแกง (NaCl) เป็นของแข็ง น้ำ (H2O) และเอธานอล (C2H5O) เป็นของเหลว คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซออกซิเจน (O2) เป็นก๊าซ เป็นต้น
สมบัติของสาร
สมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะเฉพาะตัวของสาร เช่น เนื้อสาร สี กลิ่น รส การนำไฟฟ้า การละลายน้ำ จุดเดือด จุดหลอมเหลว ความเป็นกรด-เบส เป็นต้นนักวิทยาศาสตร์แบ่งสมบัติของสารออกเป็น 2 ประเภท คือ
1.สมบัติทางกายภาพ หรือสมบัติทางฟิสิกส์ (physical properties) หมายถึง สมบัติของสารที่สามารถสังเกตได้จากลักษณะภายนอก หรือจากการทดลองที่ไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี เข่น สถานะ เนื้อสาร สี กลิ่น รส ความหนาแน่น จุดเดือด จุดหลอมเหลว การนำไฟฟ้า การละลายน้ำ ความแข็ง ความเหนียว เป็นต้น
2.สมบัติทางเคมี (chemical properties) หมายถึง สมบัติที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีและองค์ประกอบทางเคมีของสาร เช่น การติดไฟ การผุกร่อน การทำปฏิกิริยากับน้ำ การทำปฏิกิริยากับกรด-เบส เป็นต้น
สถานะของสาร
สารแบ่งออกเป็น 3 สถานะ คือ
1. ของแข็ง (solid) หมายถึงสารที่มีลักษณะรูปร่างไม่เปลี่ยนแปลง และมีรูปร่างเฉพาะตัว เนื่อจากอนุภาคในของแข็งจัดเรียงชิดติดกันและอัดแน่นอย่างมีระเบียบไม่มีการเคลื่อนที่หรือเคลื่อนที่ได้น้อยมาก ไม่สามารถทะลุผ่านได้และไม่สามารถบีบหรือทำให้เล็กลงได้ เข่น ไม้ หิน เหล็ก ทองคำ ดิน ทราย พลาสติก กระดาษ เป็นต้น
2. ของเหลว (liquid) หมายถึงสารที่มีลักษณะไหลได้ มีรูปร่างตามภาชนะที่บรรจุ เนื่องจากอนุภาคในของเหลวอยู่ห่างกันมากกว่าของแข็ง อนุภาคไม่ยึดติดกันจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะใกล้ และมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน มีปริมาตรคงที่ สามารถทะลุผ่านได้ เช่น น้ำ แอลกอฮอล์ น้ำมันพืช น้ำมันเบนซิน เป็นต้น
3. แก๊ส (gas) หมายถึงสารที่ลักษณะฟุ้งกระจายเต็มภาชนะที่บรรจุ เนื่องจากอนุภาคของแก๊สอยู่ห่างกันมาก มีพลังงานในการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปได้ในทุกทิศทางตลอดเวลา จึงมีแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคน้อยมาก สามารถทะลุผ่านได้ง่าย และบีบอัดให้เล็กลงได้ง่าย เช่น อากาศ แก๊สออกซิเจน แก๊สหุงต้ม เป็นต้น
การจำแนกประเภทของสาร
ในการศึกษาเรื่องสาร จำเป็นต้องแบ่งสารออกเป็นหมวดหมู่ เพื่อให้ง่ายต่อการจดจำสาร โดยทั่วไปนิยมใช้สมบัติทางกายภาพด้านใดด้านหนึ่งของสารเป็นเกณฑ์ในการจำแนกสารซึ่งมีหลายเกณฑ์ด้วยกัน เช่น
1. ใช้สถานะเป็นเกณฑ์ จะแบ่งสารออกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ
1.1 ของแข็ง (solid)
1.2 ของเหลว (liquid)
1.3 ก๊าซ (gas)
2. ใช้ความเป็นโลหะเป็นเกณฑ์ แบ่งได้เป็น 3 กลุ่ม คือ
2.1 โลหะ (metal)
2.2 อโลหะ (non-metal)
2.3 กึ่งโลหะ (metaliod)
3. ใช้การละลายน้ำเป็นเกณฑ์ แบ่งได้ 2 กลุ่ม คือ
3.1 สารที่ละลายน้ำ
3.2 สารที่ไม่ละลายน้ำ
4. ใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์ แบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ
4.1 สารเนื้อเดียว (homogeneous substance)
4.2 สารเนื้อผสม (heterogeneous substance)
สมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะประจำตัวของสาร เช่น สถานะ สี กลิ่น รส การละลาย การนำไฟฟ้า จุดเดือด และการเผาไหม้ เป็นต้น
สมบัติของสาร อาจจะนำมาแบ่งเป็น 2 ประเภท ดังนี้
ก. สมบัติทางกายภาพ หมายถึง สมบัติเฉพาะตัวของสารที่สามารถสังเกตเห็นได้ง่ายจากลักษณะภายนอก หรือจากการทดลองง่ายๆ โดยไม่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างทางกายภาพได้แก่ สถานะ รูปร่าง สี กลิ่น รส การละลาย จุดเดือด จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น การนำความร้อน การนำไฟฟ้า ความร้อนแฝง ความถ่วงจำเพาะ เป็นต้น
ข. สมบัติทางเคมี หมายถึง สมบัติเฉพาะตัวของสารที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น การเกิดสารใหม่ การสลายตัวให้ได้สารใหม่ การเผาไหม้ การระเบิด และการเกิดสนิมของโลหะ เป็นต้น
การจำแนกสาร
การจัดจำพวกสารโดยใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์ สามาตรแยกได้ 2 ชนิด คือ
สารเนื้อเดียว (Homogeneous Substance) หมายถึง สารที่มีลักษณะเนื้อของสารและสมบัติเหมือนกันตลอดทั้งมวลของสารนั้น ได้แก่ ธาตุ สารประกอบ และสารละลาย เช่น น้ำเกลือ น้ำกลั่น ทองแดง เป็นต้น
สารเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบทางกายภาพเพียงอย่างเดียว ไม่สามารถแยกองค์ประกอบด้วยวิธีทางกายภาพได้อีก เรียกว่า สารบริสุทธิ์ (Pure Substance ) ส่วนสารเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบมากกว่า 1 อย่างและสามารถแยกองค์ประกอบออกจากกันด้วยวิธีทางกายภาพ เรียกว่า ของผสมเนื้อเดียว หรือสารละลาย (Solution)
สารเนื้อผสม (Heterogeneous Substance) หมายถึง สารที่มีลักษณะเนื้อของสารและสมบัติไม่เหมือนกันตลอดทั้งมวลของสารนั้น สามารถมองเห็นองค์ประกอบที่แตกต่างกันได้แก่ สารแขวนลอย เช่น น้ำโคลน ส้มต้ม ลอดช่องในน้ำกะทิ เป็นต้น
สารบริสุทธิ์ หมายถึง สารที่ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว อาจเป็นของแข็ง ของเหลวหรือก๊าซก็ได้ อาจเป็นธาตุหรือสารประกอบก็ได้ ตัวอย่างเช่น เหล็ก ทองแดง น้ำ น้ำตาล ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นสารบริสุทธิ์ แต่น้ำเชื่อม พริกกับเกลือ ไม่ใช่สารบริสุทธิ์
ธาตุ (Element) หมายถึง สารบริสุทธิ์ที่มีองค์ประกอบอย่างเดียว ธาตุไม่สามารถจะนำมาแยกสลายให้กลายเป็นสารอื่นโดยวิธีการทางเคมี ธาตุมีทั้งสถานะที่เป็นของแข็ง เช่น ธาตุสังกะสี(Zn) ตะกั่ว(Pb) เงิน (Ag) และดีบุก (Sn) , เป็นของเหลว เช่น ปรอท (Hg) เป็นก๊าซ เช่น ไนโตรเจน (N2) ฮีเลียม (He) ออกซิเจน (O2) ไฮโดรเจน (H2) เป็นต้น
ธาตุโลหะ (metal) จะเป็นธาตุที่มีสถานะเป็นของแข็ง (ยกเว้นปรอท ที่เป็นของเหลว ) มีผิวที่มันวาว นำความร้อน และไฟฟ้าได้ดี มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง (ช่วงอุณหภูมิระหว่างจุดหลอมเหลวกับจุดเดือดจะต่างกันมาก) ได้แก่ โซเดียม (Na), เหล็ก (Fe) , แคลเซียม (Ca) , ปรอท (Hg), อะลูมิเนียม (Al), แมกนีเซียม (Mg) , สังกะสี (Zn) , ดีบุก (Sn) ฯลฯ
ธาตุอโลหะ มีได้ทั้งสามสถานะ สมบัติส่วนใหญ่จะตรงข้ามกับอโลหะ เช่น ผิวไม่มันวาว ไม่นำไฟฟ้า ไม่นำความร้อน จุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ เป็นต้น ได้แก่ คาร์บอน( C ) , ฟอสฟอรัส (P) ,กำมะถัน (S) โบรมีน (Br), ออกซิเจน (O2) ไฮโดรเจน (H2), คลอรีน (Cl2) , ฟลูออรีน (F2) เป็นต้น
ธาตุกึ่งโลหะ (metalloid) ได้แก่ โบรอน (B) , ซิลิคอน ( Si) , เป็นต้น
หมายเหตุ
ก. ธาตุกิ่งโลหะ ถ้าใช้การนำไฟฟ้าเป็นเกณฑ์ จะหมายถึง ธาตุที่นำไฟฟ้าได้เล็กน้อยที่อุณหภูมิปกติ แต่ที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะนำไฟฟ้าได้มากขึ้น เช่น ธาตุโบรอน , ซิลิคอน ,เจอร์มาเนียม , อาร์เซนิก
ข. ธาตุกิ่งโลหะ ถ้าใช้สมบัติของออกไซด์เป็นเกณฑ์ จะหมายถึง ธาตุที่เกิดเป็นออกไซด์แล้วทำปฏิกิริยาได้ทั้งกรดแก่และเบสแก่ เช่น ธาตุเบริลเลียม , อะลูมิเนียม , แกลเลียม , ดีบุก , และตะกั่ว
สารประกอบ (compound) หมายถึง “สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่เกิดจากธาตุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปเป็นองค์ปนะกอบ” สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของธาตุโดยวิธีการทางเคมี สามารถแยกสลายให้เกิดเป็นสารใหม่หรือกลับคืนเป็นธาตุเดิมได้ สารประกอบจะมีสมบัติเฉพาะตัวที่แตกต่างจากธาตุเดิม เช่น น้ำ มีสูตรเคมีเป็น H2O น้ำเป็นสารประกอบที่เกิดจากธาตุไฮโดรเจน(H) และออกซิเจน (O) แต่มีสมบัติแตกต่างจาก
ไฮโดรเจนและออกซิเจน น้ำตาลทรายประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ( C ),ไฮโดรเจน (H) ,และออกซิเจน (O) เป็นต้น
– สถานะของสาร สารแบ่งออกเป็น 3 สถานะ คือ
1) ของแข็ง ( solid ) หมายถึง สารที่มีลักษณะรูปร่างไม่เปลี่ยนแปลง และมีรูปร่างเฉพาะตัว เนื่องจากอนุภาคในของแข็งจัดเรียงชิดติดกันและอัดแน่นอย่างมีระเบียบไม่มีการเคลื่อนที่หรือเคลื่อนที่ได้น้อยมาก ไม่สามารถทะลุผ่านได้และไม่สามารถบีบหรือทำให้เล็กลงได้ เช่น ไม้ หิน เหล็ก ทองคำ ดิน ทราย พลาสติก กระดาษ เป็นต้น
2) ของเหลว ( liquid ) หมายถึง สารที่มีลักษณะไหลได้ มีรูปร่างตามภาชนะที่บรรจุ เนื่องจากอนุภาคในของเหลวอยู่ห่างกันมากกว่าของแข็ง อนุภาคไม่ยึดติดกันจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะใกล้ และมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน มีปริมาตรคงที่ สามารถทะลุผ่านได้ เช่น น้ำ แอลกอฮอล์ น้ำมันพืช น้ำมันเบนซิน เป็นต้น
3) แก๊ส ( gas ) หมายถึง สารที่ลักษณะฟุ้งกระจายเต็มภาชนะที่บรรจุ เนื่องจากอนุภาคของแก๊สอยู่ห่างกันมาก มีพลังงานในการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปได้ในทุกทิศทางตลอดเวลา จึงมีแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคน้อยมาก สามารถทะลุผ่านได้ง่าย และบีบอัดให้เล็กลงได้ง่าย เช่น อากาศ แก๊สออกซิเจน แก๊สหุงต้ม เป็นต้น
ตารางที่ 1 แสดงความแตกต่างของสารในสถานะต่างๆ
ของแข็ง | ของเหลว | แก๊ส |
|
|
|
สารเนื้อเดียว สารเนื้อผสม
เนื้อสาร หมายถึง สิ่งที่เป็นสมบัติทุกส่วนของสาร สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า
การจำแนกสารโดยใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์เป็น วิธีที่นิยมใช้กันมาก เนื่องจากสามารถแสดงรายละเอียดเกี่ยวกับสารได้มากกว่าวิธีอื่น ๆ โดยตามเกณฑ์นี้จะจำแนกออกเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ 2 กลุ่ม คือ
1. สารเนื้อเดียว หมายถึง สารที่มีองค์ประกอบชนิดเดียวหรือหลายชนิดผสมกันอยู่อย่างกลมกลืน มองเห็นเป็นเนื้อเดียวกันตลอด อาจมีหลายสถานะที่แสดงสมบัติเหมือนกันทุกประการ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1.1. สารบริสุทธิ์ คือ สารเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบเพียงชนิดเดียวมีสมบัติเหมือนกัน ได้แก่ ธาตุและสารประกอบ มีสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีคงที่
(1) ธาตุ หมายถึง สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียว ไม่สามารถแยกหรือสลายออกเป็นสารอื่นได้ เช่น เงิน ทอง เหล็ก คาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน เป็นต้น ธาตุ แบ่งได้ 3 กลุ่ม คือ ธาตุโลหะ ธาตุอโลหะ ธาตุกึ่งโลหะ
(2) สารประกอบ หมายถึง สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่เกิดจากการรวมตัวกันของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป มีสมบัติเฉพาะตัวและแตกต่างไปจากธาตุเดิม อัตราส่วนของการรวมกันของธาตุจะคงที่เสมอ
1.2. สารละลาย หมายถึง สารเนื้อเดียวที่เกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมรวมกันโดยอัตราส่วนของการผสมไม่คงที่และสารที่เกิดขึ้นจาก การผสมนี้จะแสดงสมบัติที่ต่างไปจากสารเดิม เช่น เงินเหรียญ น้ำเชื่อม น้ำเกลือ เป็นต้น
2. สารเนื้อผสม หมายถึง สารที่มองเห็นด้วยตาเปล่าไม่เป็นเนื้อเดียวกันตลอดทุกส่วน สารที่เกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดมารวมกัน โดยมีอัตราส่วนที่ไม่แน่นอน อาจเป็นสารที่อยู่ในสถานะเดียวกันหรือต่างสถานะมารวมกัน ได้สารเนื้อผสม เช่น พริกกับเกลือ น้ำกับแป้ง ฝุ่นละอองในอากาศ คอนกรีต ตะกอนในน้ำ ลอดช่องน้ำกะทิ เป็นต้น
การนำไฟฟ้าและการนำความร้อนของสาร
การนำไฟฟ้า
เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ซึ่งประจุไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้ในตัวกลางหลายๆ
ชนิด เรียกสมบัติของตัวกลางที่ยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านได้ว่า “ตัวนำไฟฟ้า” ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าในตัวนำ
แสดงว่า “มีการนำไฟฟ้า”
การนำกระแสไฟฟ้าในโลหะ
โลหะทุกชนิดเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เนื่องจากมี “อิเล็กตรอนอิสระ” (Free electron) โดยอิเล็กตรอน
เหล่านี้จะเคลื่อนที่โดยเสรีไม่เป็นระเบียบ ไม่มีทิศทางแน่นอน เรียก “การเคลื่อนที่แบบ Brownian” ดังนั้น
ความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนอิสระทุกตัวจึงเป็นศูนย์ แต่เมื่อทำให้ปลายทั้งสองของแท่งโลหะมีความต่างศักย์
ไฟฟ้า เช่น ต่อไว้กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าภายในแท่งโลหะ แรงจากสนามไฟฟ้า จะ
ทำให้อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบ โดยมีความเร็วเฉลี่ยไม่เป็นศูนย์ เรียกว่า “ความเร็วลอยเลื่อน”
(drift velocity) จึงมีกระแสไฟฟ้าในแท่งโลหะ ดังนั้น กระแสไฟฟ้าในโลหะจึงเกิดจากการเคลื่อนที่ของ
อิเล็กตรอนอิสระ
การนำความร้อน (อังกฤษ: heat conduction) คือ ปรากฏการณ์ที่พลังงานความร้อนถ่ายเทภายในวัตถุหนึ่ง ๆ หรือระหว่างวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกัน โดยมีทิศทางของการเคลื่อนที่ของพลังงานความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่ตัวกลางไม่มีการเคลื่อนที่
การนำความร้อนเป็นกระบวนการชีววิทยา ที่เกิดขึ้นบนชั้นอะตอมของอนุภาค เป็นหนึ่งในกระบวนการถ่ายเทความร้อน ในโลหะ การนำความร้อนเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ(คล้ายการนำไฟฟ้า)ในของเหลวและของแข็งที่มีสภาพการนำความร้อนต่ำเป็นผลมาจากการสั่นของโมเลกุลข้างเคียง ในก๊าซ การนำความร้อนเกิดขึ้นผ่านการสั่นสะเทือนระหว่างโมเลกุลหรือกล่าวคือการนำความร้อนเป็นลักษณะการถ่ายเทความร้อนผ่าน โดยตรงจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งโดยการสัมผัสกัน เช่น การเอามือไปจับกาน้ำร้อน จะทำให้ความร้อนจากกาน้ำถ่ายเทไปยังมือ จึงทำให้รู้สึกร้อน เป็นต้น วัสดุใดจะนำความร้อนดีหรือไม่ดี ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การนำความร้อน(k)
ตัวอย่างสัมประสิทธิ์การนำความร้อน(k)
|
การนำความร้อน (Conduction) เป็นการถ่ายเทความร้อนจากโมเลกุลไปสู่อีกโมเลกุลหนึ่งซึ่งอยู่ติดกันไป เรื่อยๆ จากอุณหภูมิสูงไปสู่อุณหภูมิต่ำ ยกตัวอย่างเช่น หากเราจับทัพพีในหม้อหุงข้าว ความร้อนจะเคลื่อนที่ผ่านทัพพีมายังมือของเรา ทำให้เรารู้สึกร้อน โลหะเป็นตัวนำความร้อนที่ดี อโลหะและอากาศเป็นตัวนำความร้อนที่เลว
การพาความร้อน (Convection) เป็นการถ่ายเทความร้อนด้วยการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลของสสารซึ่งมี สถานะเป็นของเหลวและก๊าซ ส่วนของแข็งนั้นจะมีการถ่ายเทความร้อนด้วยการนำความร้อน และการแผ่รังสีเท่านั้น การพาความร้อนจึงมากมักเกิดขึ้นในบรรยากาศ และมหาสมุทร รวมทั้งภายในโลก และดวงอาทิตย์
การแผ่รังสี (Radiation) เป็นการถ่ายเทความร้อนออกรอบตัวทุกทิศทุกทาง โดยมิต้องอาศัยตัวกลางในการส่งถ่ายพลังงาน ดังเช่น การนำความร้อน และการพาความร้อน การแผ่รังสีสามารถถ่ายเทความร้อนผ่านอวกาศได้ วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า -273°C หรือ 0 K (เคลวิน) ย่อมมีการแผ่รังสี วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงแผ่รังสีคลื่นสั้น วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำแผ่รังสีคลื่นยาว
รังสีอุลตราไวโอเลต
รังสียูวี หรือ Ultra Violet Ray เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งมีอยู่ในธรรมชาติ ดังนั้นก่อนที่เราจะรู้จักกับรังสียูวี เราจึงควรทำความเข้าใจเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากันก่อน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการแกว่งเป็นคาบ (Oscillation) ของอิเล็คตรอนในอะตอมของสสาร การแกว่างเป็นคาบดังกล่าวของอิเล็คตรอนก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กขึ้น ซึ่งจะมีลักษณะเป็นคลื่นแผ่กระจายออกไปรอบจุดกำเนิดทุกทิศทุกทาง เปรียบเทียบแล้วก็คล้ายกับการที่เราโยนก้อนหินลงไปในบ่อน้ำจุดที่ก้อนหินกระทบน้ำจะเป็นจุดกำเนิดคลื่นน้ำซึ่งเราจะเห็นเป็นคลื่นแผ่กระจายออกเป็นวงกว้าง จนกว่าจะหมดพลังงานซึ่งคลื่นก็จะหายไป สิ่งที่แตกต่างกันก็คือคลื่นน้ำจะปรากฏอยู่ในระนาบของผิวน้ำหรืออยู่ในสองมิติเท่านั้น ในขณะที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะแผ่กระจายออกไปโดยรอบจุดกำเนิดหรืออยู่ในสามมิติ
เราแบ่งชนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกตามความยาวของคลื่น เมื่อพูดถึงความยาวคลื่น ขอให้เราลองนึกถึงคลื่นน้ำซึ่งเมื่อมองทางภาคตัดขาวงจะเห็นเป็นลอน เราเรียกจุดสูงสุดของลอนว่าสันคลื่น และเรียกจุดต่ำสุดของลอนว่าท้องคลื่น ระยะทางระหว่างสันคลื่นสองสันคลื่น (หรือท้องคลื่นสองท้องคลื่น) ที่อยู่ชิดกันคือสิ่งที่เราเรียกว่าความยาวคลื่น
เมื่อเราจัดแบ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกตามความยาวของคลื่นเราก็สามารถแสดงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละชนิดได้บนเส้นตรงในลักษณะเป็นแถบของความยาวคลื่นโดยให้ความยาวคลื่นที่มีขนาดสั้นอยู่ทางด้านซ้ายของเส้นตรงและเพิ่มขนาดความยาวคลื่นออกไปทางขวาของเส้นตรงนั้นซึ่งจะทำให้เราเห็นภาพรวมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในลักษณะเป็นแถบจากซ้ายไปขวาตามความยาวของคลื่นที่เพิ่มขึ้น แถบความยาวคลื่นเช่นนี้เราเรียกว่า สเปคตรัม (spectrum)
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ทางซ้ายสุดของสเปคตรัมคือรังสีคอสมิค (Cosmic Ray) ช่วงแถบความยาวคลื่นที่อยู่ถัดไปทางขวาของกลุ่มรังสีคอสมิคคือพวกกัมมันตภาพรังสี (Radioactive Ray) แถบต่อมาที่มีความยาวคลื่นมากขึ้นคือรังสีเอ๊กซ์ (X-Ray) ต่อจากนั้นคือแถบรังสียูวีซึ่งมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 200 ถึง 380 นาโนเมตร ต่อจากแถบรังสียูวีคือแสงสีต่าง ๆ ที่สายตามนุษย์มองเห็น (ความยาวคลื่น 380 ถึง 780 นาโนเมตร) เลยจากนี้ไปคือแถบรังสีอินฟราเรด (Infared Ray) ซึ่งเป็นคลื่นความร้อน แถบรังสีต่อไปคือคลื่นวิทยุซึ่งเริ่มตั้งแต่คลื่นไมโครเวฟไปจนถึงวิทยุคลื่นสั้นและคลื่นยาวตามลำดับ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดมีความเร็วในสุญญากาศเท่ากันคือประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที
รังสียูวี (Ultra Violet Ray) นั้นแบ่งออกได้เป็นสามกลุ่มคือ
1. รังสี UV-A ความยาวคลื่นระหว่าง 315 ถึง 380 นาโนเมตร รังสีความยาวคลื่นช่วงนี้ในแสงแดดมีผลทำให้ผิวหนังกลายเป็นสีน้ำตาลที่เรียกว่าสี Tan ซึ่งนักอาบแดดชาวตะวันตกนิยมกัน เป็นรังสีที่ยังไม่ถึงขั้นเป็นอันตรายต่อมนุษย์มากนัก
2. รังสี UV-B ความยาวคลื่นระหว่าง 280 ถึง 315 นาโนเมตร เริ่มเป็นอันตรายต่อมนุษย์ เช่น ทำให้ผิวหนังไหม้ถึงขั้นอักเสบ ทำให้การมองเห็นหมดสมรรถภาพ เช่น สายตาได้รับแสงสะท้อนจ้ามากเกินไปจนทำให้เกิดอาการมองไม่เห็นชั่วคราวที่เรียกว่า Snow Blindness แต่ถ้าเป็นมาก ๆ ก็อาจทำให้ตาบอดได้ ซึ่งคนไทยอาจไม่มีประสบการณ์ในเรื่องเช่นนี้เพราะบ้านเราไม่มีหิมะตก
3. รังสี UV-C ความยาวคลื่นระหว่าง 200 ถึง 280 นาโนเมตร เป็นรังสีที่มีอันตรายมาก เช่น ทำให้ตาบอด ทำให้เป็นมะเร็งผิวหนัง ฯลฯ โชคดีที่ชั้นโอโซนซึ่งห่อหุ้มบรรยากาศของโลกช่วยตัดรังสียูวีกลุ่มนี้ไว้ได้เป็นส่วนมาก แต่เราก็ไม่ควรจะประมาท เพราะทุกวันนี้การกระทำของมนุษย์ต่อสิ่งแวดล้อมหลายอย่างไม่ว่าจะโดยรู้เท่าไม่ถึงการณ์หรือไม่ก็ตามที่มีส่วนทำให้ความคุ้มครองเช่นนี้จากชั้นโอโซนดังกล่าวลดน้อยลงไป
ระบบและการเปลี่ยนแปลงของสาร
ระบบ (system) หมายถึง สิ่งที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษา การกำหนดองค์ประกอบของระบบ ขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของการศึกษา ซึ่งต้องกำหนดหรือระบุให้ชัดเจน
สิ่งแวดล้อม (environment) หมายถึง สิ่งต่างๆ ที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษา ตัวอย่างการกำหนดองค์ประกอบของระบบ เช่น การศึกษาการละลายของน้ำตาลทรายในน้ำ โดยสารละลายน้ำตาลทรายจะเป็นระบบ ส่วนบีกเกอร์ ภาชนะ และแท่งแก้วจัดเป็นสิ่งแวดล้อม
ภาวะของระบบ หมายถึง สมบัติต่าง ๆ ของสาร และปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของระบบ เช่น ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิ ปริมาณของสาร เมื่อระบบเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วจะมีการถ่ายเทพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม ดังนี้
ก. ระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อน คือ ระบบที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้ว ระบบจะถ่ายเทความร้อนให้แก่สิ่งแวดล้อม ทำให้สิ่งแวดล้อมร้อนขึ้น
ข. ระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อน คือ ระบบที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้ว ระบบจะดูดความร้อนจะสิ่งแวดล้อมทำให้สิ่งแวดล้อมนั้นเย็นลง
– ประเภทของระบบ
การเปลี่ยนแปลงพลังงานระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม จะใช้การถ่ายเทมวลของสารเป็นเกณฑ์ในการแบ่งประเภทของระบบ ดังนี้
– ระบบเปิด (open system) หมายถึง ระบบที่มีการถ่ายเทมวลให้กับสิ่งแวดล้อม
– ระบบปิด (close system) หมายถึง ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทมวลให้กับสิ่งแวดล้อม
– ระบบโดดเดี่ยว ( lone system) หมายถึง ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทมวลและพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม
– การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ มี 2 ประเภท คือ
- การเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อนหรือประเภทคายพลังงาน คือ การเปลี่ยนแปลงที่ระบบคายพลังงานให้แก่สิ่งแวดล้อม เนื่องจากระบบมีอุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล้อม จึงถ่ายเทพลังงานจากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อม เช่น การละลายของโซดาไฟในน้ำ อุณหภูมิของสารละลายสูงขึ้น จึงถ่ายเทพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม เพื่อทำให้อุณหภูมิของระบบลดลงจนอุณหภูมิของระบบเท่ากับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม
- การเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อนหรือประเภทดูดพลังงาน คือ การเปลี่ยนแปลงที่ระบบดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อม เนื่องจากระบบมีอุณหภูมิต่ำกว่าสิ่งแวดล้อม ระบบจะปรับตัวโดยดูดพลังงานความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่ระบบ เพื่อทำให้อุณหภูมิของระบบเท่ากับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม เช่น การละลายของเกลือแกงในน้ำ อุณหภูมิของสารละลายต่ำลง จึงดูดพลังงานเข้าสู่ระบบ เพื่อทำให้อุณหภูมิของระบบสูงขึ้นจนอุณหภูมิของระบบเท่ากับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม
แหล่งที่มา
สถาส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 . กรุงเทพฯ :
โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว , 2545
และ https://www.scimath.org/