การดูดกลืนและการคายความร้อน
เมื่อประมาณ 4,600
ล้านปีที่ผ่านมา
ดวงอาทิตย์ได้ส่องแสงมายังโลกตลอดเวลา
โดยพืชใช้แสงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
ซึ่งเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่มีความจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก
เมื่อปี พ.ศ.
2210 เซอร์ไอแซค นิวตัน
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ
ได้ทดลองเกี่ยวกับเรื่องแสง
พบว่าถ้าให้แสงอาทิตย์ส่องผ่านปริซึม
แสงจะเกิดการหักเหออกมาเป็นแสงสีต่าง ๆ
7 สี
เริ่มจากแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นไปหาแสงที่มีความยาวคลื่นยาวได้ดังนี้คือ ม่วง
คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง
ส้ม และแดง ที่สามารถมองเห็นได้นอกจากแสงทั้ง 7
สีแล้ว ยังมีรังสีอื่น ๆ
ที่ตาไม่สามารถมองเห็นได้อีกหลายชนิด
ทั้งที่มีความยาวคลื่นสั้นและที่มีความยาวคลื่นยาว
ในปี พ.ศ.
2343 วิลเลียม เฮอร์สเชล
(William
Herschel)
นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้ค้นพบแสงชนิดใหม่ที่สายตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ โดยเฮอร์สเชลให้แสงอาทิตย์ส่องผ่านปริซึม แล้ววัดอุณหภูมิของสีทั้ง 7
สี ที่เรียกว่า สเปกตรัม เขาพบว่า
สีแดง เป็นสีที่ร้อนที่สุด
แต่สิ่งที่น่าแปลกใจก็คือช่วงแสงที่อยู่ถัดจากแสงสีแดงออกไปมีอุณหภูมิสูงกว่าแสงสีแดง
ซึ่งช่วงแสงดังกล่าวเป็นรังสีความร้อนที่มองไม่เห็นที่เรียกว่า รังสีใต้แดง (Infrared)
เมื่อ พ.ศ.
2428 แมกซ์ แพลงค์
(Max Planck)
ได้ค้นพบทฤษฎีความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและการแผ่รังสีความร้อน ซี่งเขาได้พิสูจน์ว่าวัตถุทุกชนิดเมื่อได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์จะทำให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นหมายความว่าวัตถุทุกชนิดนั้นสามารถรับพลังงานความร้อนในรูปของแสงหรือรังสีจากดวงอาทิตย์ และสามารถถ่ายเทพลังงานความร้อนออกมาได้
การดูดกลืนความร้อนของวัตถุ
การดูดกลืนความร้อนของวัตถุ หมายถึง การที่วัตถุบนโลกได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์แล้วเก็บสะสมความร้อนไว้ภายใน
ส่งผลให้วัตถุได้รับพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น
เช่น ถ้านักเรียนยืนอยู่กลางแสงแดดเป็นเวลานาน จะรู้สึกร้อนและพบว่าร่างกายของนักเรียนแต่ละส่วนจะมีอุณหภูมิไม่เท่ากัน ซึ่งบริเวณที่ร้อนที่สุด คือ
ศีรษะทั้งนี้เนื่องจากดวงอาทิตย์จะแผ่พลังงานความร้อนออกมายังโลกในรูปของพลังงานแสง เมื่อมากระทบกับวัตถุบนโลก
วัตถุเหล่านั้นจะดูดกลืนความร้อนเก็บสะสมไว้ภายใน ส่งผลให้วัตถุได้รับพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น ดังนั้น
เมื่อเวลาอยู่กลางแสงแดดจึงทำให้วัตถุร้อนขึ้น
การคายความร้อนของวัตถุ หมายถึง การที่วัตถุดูดกลืนพลังงานความร้อนไว้แล้ว
ก็จะแผ่รังสีความร้อนหรือปลดปล่อยความร้อนออกมา
วัตถุที่ดูดกลืนความร้อนไว้มากจะแผ่รังสีความร้อนที่มีความยาวคลื่นของแสงสีแดง ดังนั้นวัตถุที่ร้อนจัดจึงเห็นเป็นสีแดง และเมื่อทำให้ร้อนขึ้นไปอีกก็จะแผ่รังสีอื่นที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกันออกมาเรื่อย
ๆ จนในที่สุดเมื่อร้อนจัดก็จะปล่อยแสงสว่างที่ตาเรามองเห็นได้ออกมา
ปัจจัยที่มีผลต่อการดูดกลืนและการคายความร้อน
วัตถุต่าง ๆ
มีสมบัติการดูดกลืนและคายความร้อนแตกต่างกัน
หากเรามีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับสมบัติดังกล่าวของวัตถุ ก็จะทำให้สามารถเลือกใช้วัตถุได้อย่างเหมาะสม ซึ่งการดูดกลืนจะคายความร้อนของวัตถุขึ้นอยู่กับปัจจัย ดังนี้
1) สี
วัตถุที่มีสีเข้มจะดูดกลืนและคายความร้อนได้ดีกว่าวัตถุที่มีสีอ่อน เช่น
รถยนต์สีดำกับรถยนต์สีขาว เมื่อจอดปิดกระจกอยู่กลางแดด ภายในรถยนต์สีดำจะร้อนเร็วกว่ารถยนต์สีขาว และคายความร้อนได้เร็วกว่าด้วย
2) เนื้อวัตถุ วัตถุที่มีเนื้อหยาบและผิวด้านจะดูดกลืนและคายความร้อนได้ดีกว่าวัตถุที่มีเนื้อละเอียด ผิวเป็นมัน
3. อุณหภูมิ
วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมมากจะดูดกลืนความร้อนได้เร็ว เช่น
แก้วกาแฟสองใบตั้งไว้ในห้องที่มีอุณหภูมิ
25
แก้วกาแฟที่มีอุณหภูมิ 10
จะดูดกลืนความร้อนได้เร็วกว่าแก้วกาแฟที่มีอุณหภูมิ 20
วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมมาก จะแผ่รังสีหรือคายความร้อนได้เร็ว เช่น
ตั้งแก้วกาแฟทั้งสองใบไว้ในห้องอุณหภูมิ
25
แก้วกาแฟใบที่มีอุณหภูมิ 80
จะคายความร้อนได้เร็วกว่าแก้วกาแฟที่มีอุณหภูมิ 40
4) พื้นที่ผิว
วัตถุที่มีพื้นที่ผิวมากจะดูดกลืนและคายความร้อนได้เร็วกว่าวัตถุที่มีพื้นผิวน้อย
การนำความรู้ไปใช้ประโยชน์
มนุษย์นำความรู้เรื่องการดูดกลืนและคายความร้อนมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน เช่น
- กล้องเทอร์มอล อิมเมจ (thermal image) การประดิษฐ์กล้องเทอร์มอล อิมเมจ
ส่องดูวัตถุ
หรือสิ่งต่าง ๆ ในที่มืดสนิท ทำให้เราสามารถมองเห็นวัตถุในที่มืดได้
กล้องชนิดนี้จะอาศัยหลักการที่ว่าวัตถุทุกชนิดจะแผ่รังสีความร้อนออกมาตลอดเวลานั่นเอง
- การเอกซเรย์
ในทางการแพทย์สามารถใช้รังสีเอกซ์ถ่ายภาพส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย
คนลงบนแผ่นฟิลม์ เพื่อวินิจฉัยโรค เนื่องจากอวัยวะ
แต่ละส่วนจะแผ่รังสีความร้อนออกมาไม่เท่ากัน ภาพที่ถ่ายได้จึงมีสีต่างกัน ถ้าอวัยวะส่วนใดเกิดโรคขึ้นจะทำให้ภาพที่ออกมามีสีผิดไปจากปกติ
- ในทางอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมที่ต้องใช้ไอน้ำที่ส่งมาตามท่อจะต้องหุ้มท่อด้วย
ฉนวนที่หนา
เพื่อป้องกันความร้อนรั่วไหลออกจากผนังท่อ
ถ้าเกิดมีรอยรั่วแม้แต่เพียงเล็กน้อย
จะทำให้ความร้อนสูญหายไป ซึ่งไม่สามารถตรวจสอบด้วยตาได้เลย แต่ถ้าใช้ถ่ายด้วยฟิล์มไวแสงอินฟราเรด จะเห็นรอยรั่วได้อย่างชัดเจน
- การสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ โดยการถ่ายภาพของผิวโลก
และใต้ผิวโลกจาก
ดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกด้วยฟิล์มไวแสงอินฟราเรด ซึ่งอาศัยหลักการที่ว่าวัตถุทุกชนิดสะท้อนคลื่นความร้อนออกมา โดยน้ำจะไม่สะท้อนคลื่นความร้อน แต่จะสะท้อนแสงสีเขียว-น้ำเงิน พืชสีเขียวจะสะท้อนคลื่นความร้อนได้ดี ซึ่งจะได้ภาพสีส้ม-แดง
จากภาพที่ถ่ายได้จึงสามารถสำรวจพื้นที่ได้ว่ามีทรัพยากรธรรมชาติใดอยู่บ้าง
- การก่อสร้างอาคารโดยใช้แก้วเป็นผนัง
เนื่องจากความมันวาว ของผนังแก้วจะสะท้อนรังสีความร้อน
ด้วยเหตุที่แก้วเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี
ความร้อนจึงไม่สามารถส่งผ่านจากภายนอกอาคารเข้าไปในอาคารได้ง่าย ๆ
- การก่อสร้าง นิยมใช้คอนกรีตเป็นวัสดุในการก่อสร้าง เพราะคอนกรีตเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี
ความร้อนจากดวงอาทิตย์และสภาพแวดล้อมโดยรอบอาคารไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านคอนกรีตได้ง่าย
จึงทำให้อุณหภูมิภายในอาคารไม่ร้อน
- การออกแบบชุดนักบินอวกาศ จะต้องออกแบบให้เหมาะสมกับการดำรงชีวิตในอวกาศ
โดยชุดภายนอกจะมีสีขาวเพื่อให้สะท้อนรังสีที่แผ่มาจากดวงอาทิตย์ซึ่งจะช่วยป้องกันนักบินอวกาศจากการดูดกลืนรังสี
ซึ่งอาจทำให้ร่างกายของเขาได้รับความร้อนในปริมาณที่มาก นอกจากนี้หมวกกันภัยยังประดิษฐ์ขึ้นจากวัสดุที่เป็นฉนวนพิเศษใช้ป้องกันการส่งผ่านความร้อนโดยการนำความร้อน
- การประดิษฐ์กาต้มน้ำร้อน ซึ่งตัวกาต้มน้ำร้อนจะประดิษฐ์ให้มีสีเงินวาวและผิวมันเรียบ
เพราะคุณลักษณะเช่นนี้ จะทำให้กาต้มน้ำร้อนเป็นตัวปลดปล่อยรังสีความร้อนที่ไม่ดีจึงทำให้น้ำที่ต้มแล้วเก็บไว้นาน
ๆ น้ำก็ยังร้อนอยู่
- การสร้างรถบรรทุกน้ำมันและถังน้ำมัน ตัวถังน้ำมันของรถบรรทุกน้ำมัน
นิยมเคลือบผิวหน้าด้วยสีขาวเพื่อช่วยให้สะท้อนรังสีที่มาจากดวงอาทิตย์
ทำให้น้ำมันที่บรรจุอยู่ในถังเย็นตัว
หรืออุณหภูมิต่ำ ป้องกันการลุกไหม้ของน้ำมันที่เก็บรักษาไว้
- การเลือกสวมเสื้อผ้าให้เหมาะสมกับสภาพอากาศหรือฤดูกาล
โดยถ้าอากาศร้อนหรือเป็นฤดูร้อน
ก็ควรสวมเสื้อผ้าสีอ่อน เนื่องจากวัตถุสีอ่อนจะดูดกลืนความร้อนได้น้อย
ทำให้รู้สึกเย็นสบาย และถ้าอากาศเย็น หรือ เป็นฤดูหนาวก็ควรสวมเสื้อผ้าสีเข้ม
เนื่องจากวัตถุสีเข้มจะดูดกลืนความร้อนได้มาก ทำให้ร่างกายรู้สึกอบอุ่น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น