วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี‎ งานและพลังงาน-ฟิสิกส์

งาน  =   แรง (นิวตัน) x  ระยะทาง (เมตร)

เมื่อ     W  คือ  งาน  มีหน่วยเป็นจูล ( J ) หรือนิวตันเมตร (N-m)
F   คือ  แรงที่กระทำ  มีนหน่วยเป็นนิวตัน ( N )
s   คือ  ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวราบ  มีหน่วยเป็นเมตร ( m )

จะได้สูตรคำนวณหางาน คือ      F  =  W x s

ตัวอย่าง  วินัยออกแรงยกกล่องด้วยแรง  30  นิวตัน  แล้วเดินขึ้นบันได  5  ขั้น แต่ละขั้นสูง 20 เซนติเมตรงานที่วินัยทำจากการยกกล่องขึ้นบันไดมีค่าเท่าใด

วิธีทำ    จากโจทย์ความสูงของขั้นบันใด              =   5 x 20
=   100 cm
=   1  m
จากสูตร                                     W    =   F x s
=  30 x 1
=  30  J
ตอบ  วินัยทำงานจากการลากกล่องได้  30  จูล

2.3พลังงานกล

E_p = mgh

2.  พลังงานจลน์ ( kinetic energy : E_k )  คือ  พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่
การคำนวณพลังงานจลน์ใช้สูตรดัง

พลังงานความร้อน
พลังงานความร้อนเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่สามารถทำงานได้และเปลี่ยนรูปมาจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง จากดวงอาทิตย์  พลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อนใต้พิภพ  หรือเกิดจากปฏิกิริยาเคมี  พลังงานเหล่านี้ล้วนแต่มีความสำคัญในการทำกิจกรรมต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

อุณหภูมิ
การบอกค่าพลังงานความร้อนของสารต่าง ๆ ว่าร้อนมาหรือน้อยเพียงใดนั้น  นักวิทยาศาสตร์เรียกนะดับความร้อนของสารเหล่านั้นว่า อุณหภูมิ (temperature) เครื่องมือที่ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิเรียกว่า เทอร์มอมิเตอร์ (thermometer)  เทอร์โมมิเตอร์ มักผลิตมาจากปรอทหรือแอลกอฮอล์ เมื่อของเหลวได้รับความร้อนจะมีการขยายตัวไปตามช่องเล็กๆ ซึ่งมีสเกลบอกอุณหภูมิเป็นตัวเลข มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส หรือองศาฟาเรนไฮต์
            หน่วยที่ใช้วัดอุณหภูมิ
1. องศาเซลเซียส (  ^oC )
2. องศาฟาเรนไฮต์ (  ^oF)
3. เคลวิน ( K )

ในการเปลี่ยนแปลงหน่วยวัดอุณหภูมิจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งใช้สูตรความสัมพันธ์ดังนี้

^oC/5  = ^oF -32/9 =  K – 273/5

ตัวอย่าง  อุณหภูมิร่างกายของคนเราปกติคือ 37 องศาเซลเซียส จะมีค่าเท่าใดในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์
วิธีทำ     จากสูตร                                  ^oC/5  =  ^oF-32/9
37/5  =  ^oF-32/9
7.4 x 9  =  ^oF – 32
66.6   =  ^oF – 32
         ^oF   =    66.6 + 32
=    98.6   ^oF
ดังนั้นอุณหภูมิร่างกายของคนปกติจะเท่ากับ  98.6  ฟาเรนไฮต์

การถ่ายโอนพลังงานความร้อน
การถ่ายเทหรือถ่ายโอนพลังงานความร้อนมีหลายแบบดังนี้

1. การนำความร้อน
การนำความร้อนเป็นการส่งผ่านความร้อนที่ต้องมีตัวกลาง ตัวกลางจะไม่เคลื่อนที่ แต่ความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของตัวกลาง เช่นการเผาด้านหนึ่งของแท่งเหล็ก ความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของแท่งเหล็กจนทำให้ปลายอีกข้างร้อนตามไปด้วย การนำความร้อนของวัตถุแต่ละชนิดไม่เท่ากัน เช่น เหล็กจะนำความร้อนได้ดีกว่า แท่งแก้ว วัตถุที่นำความร้อนได้เร็วเรียกว่า ตัวนำความร้อน วัตถุที่นำความร้อนได้ไม่ดีหรือช้า เรียกว่า ฉนวนความร้อน

2. การพาความร้อน
การพาความร้อนเป็นการส่งผ่านความร้อนที่มีการเคลื่อนที่ของตัวกลาง เช่น การที่เรานั่งรอบกองไฟแล้วรู้สึกร้อน ก็เพราะอากาศได้พาเอาความร้อนเคลื่อนที่มีถูกตัวเรา

3. การแผ่รังสีความร้อน
การแผ่รังสีความร้อน  เป็นการถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง  ซึ่งความร้อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดจะอยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถ เคลื่อนที่ไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางและมีอัตราเร็วในการ เคลื่อนที่สูงมาก

สมดุลความร้อน
สมดุลความร้อน  หมายถึง  การที่วัตถุมีอุณหภูมิสูงถ่ายโอนพลังงานความร้อนให้กับวัตถุที่มีอุณหภูมิ ต่ำจนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากันแล้วจึงจะหยุดการถ่ายโอนพลังงาน

การขยายตัวของวัตถุ
เมื่อวัตถุได้รับพลังงานความร้อน  ทำให้อุณหภูมิในวัตถุเพิ่มขึ้น  วัตถุจะขยายตัว และเมื่อวัตถุคายพลังงานความร้อนทำให้อุณหภูมิของวัตถุลดลง วัตถุจะหดตัว

การนำความรู้เกี่ยวกับการขยายตัวของวัตถุไปใช้ประโยชน์
1. การออกแบบบ้านให้ระบายความร้อนได้ดี
จากการขยายตัวของแก๊สได้นำมาใช้ในการออกแบบบ้านทรงไทยให้มีใต้ถุนสูง หน้าจั่วหลังคาสูงมากและมีช่องอากาศเพื่อให้อากาศร้อนที่ลอยตัวสูงขึ้นระบายออกมาจากบ้านได้ดี  ทำให้มีอากาศเย็นจากภายนอกเคลื่อนเข้ามาแทนที่

2. การสร้างบอลลูน
การเป่าลมร้อนเข้าไปในบอลลูน  ทำให้อากาศที่อยู่ภายในบอลลูนร้อนและลอยสูงขึ้น  เมื่อมีปริมาณมากจะทำให้บอลลูนสามารถลอยตัวได้

3. การสร้างตัวควบคุมอุณหภูมิ
จากความรู้เกี่ยวกับขยายตัวของของแข็งได้นำมาใช้ในการสร้างตัวควบคุมอุณหภูมิ  เพื่อใช้ในการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ เช่น เครื่องปรับอากาศ เตารีดไฟฟ้า หม้อหุงข้าวไฟฟ้า เป็นต้น
4.  การสร้างสะพานหรือรางรถไฟ
การสร้างสะพานหรือรางรถไฟมักจะเว้นระยะห่างระหว่างรอยต่อของสะพานหรือรางรถไฟเล็กน้อย  เพื่อป้องกันการขยายตัวของเหล็กเมื่ออากาศร้อนจัด  หรือเมื่อเกิดการเสียดสีกับล้อรถจนทำให้เกิดความร้อน