หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
บทที่ 1 : ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงของสสาร สารชนิดเดียวกันในสถานะต่างๆ มีการจัดเรียงอนุภาค แรงยึดเหนียวระหว่างอนุภาค และการเคลื่อนที่ของ อนุภาคต่างกัน เมื่อสสารได้รับความร้อน ขนาดและสถานะของสสารเปลี่ยนไป เพราะความร้อน ทําให้การจัดเรียง อนุภาค แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนภาค และการเคลื่อนที่ของอนุภาคของสสารเปลี่ยนแปลง
๏ เรื่องที่ 1 แบบจำลองอนุภาคของสสารในแต่ละสถานะ สสาร (matter) เป็นสิ่งต่างๆ ที่อยู่รอบตัวเรา มีมวล และต้องการที่อยู่ พบได้ทั้งในสถานะของแข็ง ของเหลว และแก๊ส สสารแต่ละชนิดประกอบด้วยอนุภาค ขนาดเล็กซึ่งไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า สสารในสถานะที่ แตกต่างกันมีสมบัติทั้งที่เหมือนกัน และแตกต่างกัน เช่น สสารในสถานะของแข็งมีรูปร่างและปริมาตรคงที่ สสารใน สถานะของเหลวมีรูปร่างไม่คงที่เปลี่ยนแปลงตามภาชนะที่บรรจุ แต่มีปริมาตรคงที่ ส่วนสสารในสถานะแก๊สมีรูปร่าง และปริมาตรไม่คงที่เปลี่ยนแปลงตามภาชนะที่บรรจุ สถานะของสสาร คือ การเรียงตัวโมเลกุลของสสารในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ทําให้เกิดเป็นสถานะที่แตกต่างกัน
แผนภาพของสสาร
สถานะของสสาร มี 3 สถานะ
สถานะของแข็ง
สถานะของเหลว
สถานะแก๊ส
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
ของแข็ง
ของเหลว
แก๊ส
สถานะของสสารทั้ง 3 สถานะ 1. สถานะของแข็ง อนุภาคของของแข็งจะมีการจัดเรียงตัวใกล้ชิดหรือติดกันเป็นระเบียบ อนุภาคเกาะติดกันในตำแหน่ง ที่แน่นอน และยึดกันด้วยแรงดึงดูดที่แข็งแรงมาก อนุภาคจะไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านอนุภาคอื่นๆ ได้ จึงทําให้ของแข็งมีรูปร่าง และปริมาตรคงที่ เช่น อะลูมิเนียม ในอุณหภูมิห้องสถานะของแข็ง 2. สถานะของเหลว อนุภาคของของเหลวจะมีการจัดเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ มีระยะห่างระหว่างอนุภาคมากขึ้น อนุภาคจะยึด ติดกันด้วยแรงดึงดูดที่แข็งแรงแต่น้อยกว่าของแข็ง ของเหลวจึงสามารถไหลและ เปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ตามภาชนะที่ บรรจุและมีลักษณะที่คล้ายกับของแข็งคือมีปริมาตรคงที่ เช่น น้ำในอุณหภูมิห้อง 3. สถานะแก๊ส อนุภาคของแก๊สจะอยู่ห่างกันโดยมีช่องว่างระหว่างอนุภาคมาก อนุภาคจะอยู่ห่างกันมากที่สุด อนุภาคเคลื่อนที่ได้ อย่างอิสระ เคลื่อนที่ไปได้ทุกทิศ ทางด้วยความเร็วค่อนข้างสูงและแพร่กระจายไปได้ไกล อนุภาคของแก๊สจึงสามารถ ฟุ้งกระจายได้ทั่วภาชนะอย่างรวดเร็ว โดยรูปร่างและปริมาตรของแก๊สไม่แน่นอนเปลี่ยนไปตามภาชนะที่บรรจุ เช่น แก๊สออกซิเจน อนุภาคของของแข็งจะสั่นอยู่กับที่ ส่วนอนุภาคของของเหลวและแก๊สจะเคลื่อนที่ได้ การสั่นและการเคลื่อนที่ของ อนุภาคทําให้เกิดพลังงานความร้อน (Thermal energy) ในสสาร ซึ่งเราไม่สามารถวัดปริมาณพลังงานความร้อนนี้ได้ โดยตรง แต่เราสามารถวัดระดับความร้อนของสสารได้ด้วยการวัดอุณหภูมิ โดยใช้เทอร์มอมิเตอร์แบบต่างๆ
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
ลักษณะการกระจายตัวของอนุภาคในของแข็ง ของเหลว และแก๊ส
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
๏ เรื่องที่ 2 ความร้อนกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสสาร อุณหภูมิ (Temperature) การที่จะบอกหรือวัดสิ่งใด วัตถุใดมีความร้อนอยู่มากหรือน้อย ถ้าเราใช้ประสาทสัมผัส ของร่างกายเป็นเครื่องวัด ก็คงจะไม่สามารถบอกได้แน่นอน เพราะประสารทสัมผัส การรับรู้ของคนเราขึ้นอยู่กับการ ควบคุมของสมอง ซึ่งจะสั่งการไปยังปลายประสาท ถ้าหาก สิ ่ ง แวดล้ อ ม การประเมิ น ผลของสมองก็ จ ะขึ ้ น อยู ่ กั บ ความรู้สึกของปลายประสาทอันเป็นผลมาจากสิ่งแวดล้อม อีกต่อหนึ่ง ดังนั้น การใช้ป ระสาทสัมผัส ของมนุษย์จึงไม่ สามารถบอกได้แน่นอน เรียกว่าไม่มีมาตรฐานเชื่อถือไม่ได้ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงได้ประดิษฐ์อุปกรณ์วัดอุณหภูมิที่ ได้มาตรฐานขึ้น เรียกว่า เทอร์มอมิเตอร์ (Thermometer) อุณหภูมิเป็นเพียงระดับความร้อนเท่านั้น อุณหภูมิไม่ใช่พลังงานความร้อนหรือปริมาณความร้อน การถ่ายเทความ ร้อนจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิของสิ่งต่างๆ มีค่าไม่เท่ากัน โดยความร้อนจะถ่ายเทจาก วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยัง วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ เช่นเดียวกับระดับน้ำจะถ่ายเทจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำเสมอ จนกว่าอุณหภูมิของวัตถุทั้งสองเท่ากัน วัตถุ จึงจะหยุดถ่ายเทอุณหภูมิ ซึ่งเป็นภาวะที่กล่าวว่าวัตถุอยู่ในสภาพสมดุลความร้อน เครื่องวัดอุณหภูมิ เครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิของระบบต่างๆ นั้น มีหลายแบบด้วยกัน เช่น แบบของเหลวบรรจุใน หลอดแก้ว แบบโลหะ แบบเทอร์มอคัปเปิล เป็นต้น ซึ่งแบบต่างๆ ที่กล่าวมานี้ล้วนแต่เป็นแบบที่ใช้วัดโดยการสัมผัส โดยตรงกับสิ่งที่ต้องการจะวัดอุณหภูมิ ส่วนแบบที่ใช้วัด แบบไม่สัมผัสกับสิ่งที่จะวัดอุณหภูมิโดยตรง ได้แก่ เครื่องมือ วัดอุณหภูมิเชิงแสง และเครื่องมือวัดอุณหภูมิ เชิงแผ่รังสีความร้อน
(แบบของเหลวบรรจุในหลอดแก้ว)
( แบบโลหะ )
(แบบเทอร์มอคัปเปิล)
ถ้าหากวัตถุมีการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปยังสถานะหนึ่ง ค่าความร้อนจำเพาะของวัตถุในสถานะของแข็ง จะมี ค่าประมาณครึ่งหนึ่งของวัตถุเดียวกันในสภาพของเหลว เช่น ค่าความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งจะมีค่า 0.5 cal/g °C หมายถึง ค่าความร้อนจำเพาะของน้ำ (ในสถานะของเหลว) มีค่า 1 cal/g °C สสารเมื่อได้รับความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ในทางตรงกันข้ามเมื่อสูญเสียความร้อน สสารก็จะมีอุณหภูมิต่ำลง เช่น วางน้ำร้อนไว้ที่อุณหภูมิห ้อง อุณหภูมิของน้ำจะค่อยๆ ลดลง เนื่องจากน้ำสูญเสีย ความร้อน อุณหภูมิ ที่ เปลี่ยนแปลงไปของสสารจะขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อน มวล และความร้อนจำเพาะของสสาร ในการหาปริมาณ ความร้อนที่ทําให้สสารเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไปคำนวณหาปริมาณต่างๆ สามารถหาได้จากการใช้สูตร Q = mc∆t เมื่อ Q แทน ปริมาณความร้อนที่สสารได้รับหรือสูญเสีย มีหน่วยเป็นแคลอรี (cal) m แทน มวลของสสาร มีหน่วยเป็นกรัม (g) c แทน ความร้อนจําเพาะของสาร มีหน่วยเป็นแคลอรี/กรัม องศาเซลเซียส (cal/g °C) ∆t แทน อุณหภูมิของสสารที่เปลี่ยนแปลงไป มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส (°C) ตัวอย่าง 1 : ความร้อนที่ทองสูญเสียมีค่ากี่ cal เมื่อทองมวล 100 กรัม มีอุณหภูมิลดลงจาก 60 ๐C เป็น 30 ๐C (ความร้อนจำเพาะของทอง มีค่าเท่ากับ 0.03 cal/g ๐C วิธีคิด Q = mc∆t = 100 x 0.03 x (60 – 30) = 90 cal ตัวอย่าง 2 : ต้องให้ความร้อนแก่ทองแดงมวล 350 กรัม ที่อุณหภูมิ 180 ๐C กี่ cal เพื่อให้ทองแดงเริ่มหลอมเหลว (จุดหลอมเหลวของทองแดง มีค่า 1,083 ๐C ความร้อนจำเพาะของทองแดง มีค่า 0.09 cal/g ๐C) วิธีคิด Q = mc∆t = 350 x 0.09 x (1,083 – 180) = 28,444.5 cal
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
ความร้อนจำเพาะของสาร (Specific Heat) คือ ปริมาณความร้อนที่ทําให้สสาร 1 หน่วยมวล มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศา ความร้อนจำเพาะของสารมีหน่วยเป็นแคลอรี่/กรัม องศาเซลเซียส หรือ จูล/กรัม องศาเซลเซียส หรือจูล/ กิโลกรัม เคลวิน ค่าความร้อนจำเพาะเป็นค่าเฉพาะตัวของสาร สารต่างชนิดกันจะมีค่าความร้อนจำเพาะแตกต่างกัน
พลังงานความร้อน นอกจากทําให้อุณหภูมิและสถานะของสารเปลี่ยนแปลงแล้ว ยังทําให้สารเปลี่ยนอีกด้วย
ความร้อนส่งผลต่อสารละลาย
1. การหดตัว
2. การขยายตัว
1. การขยายตัวของของเหลว (จุดเดือด) เมื่อให้ความร้อนกับของเหลว ของเหลวจะขยายตัว โดยเมื่อของเหลวได้รับความร้อนอนุภาคของของเหลวจะ ได้รับพลังงานมากขึ้นและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว อนุภาคต่างๆ จะเคลื่อนที่ชนกัน มีพลังงานมากขึ้น และเคลื่อนที่ไป คนละทิศละทาง เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มสูงขึ้นจนถึงจุดที่ ทําให้เดือด พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจะช่วยสลาย แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค อนุภาคจึงเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ทําให้ของเหลวเดือดกลายเป็นไอน้ำ เราเรียกอุณหภูมิ ที่จุดนี้ว่า จุดเดือด (boiling point)
การขยายตัวของของเหลวและการกลายเป็นไอ
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
๏ เรื่องที่ 3 ความร้อนกับการขยายตัวและหดตัวของสสาร
การขยายตัวของของแข็ง
3. การขยายตัวและหดตัวของแก๊ส แก๊สเมื่อได้รับความร้อน อนุภาคของแก๊สจะมีพลังงานเพิ่มขึ้นและเคลื่อนที่เร็วขึ้น ทำให้ระยะห่างระหว่างอนุภาค มากขึ้น ปริมาตรของแก๊สจะมากขึ้นด้วย ลูกโป่งหรือลูกบอลลูนที่บรรจุแก๊สจะลอยขึ้นหรือตกลงมาก็เนื่องมาจากความหนาแน่นของแก๊สที่บรรจุ อยู่ภายใน แล้วอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้ความหนาแน่นของอากาศในลูกโป่งหรือลูกบอลลูนเปลี่ยนแปลงไป ถ้าความหนาแน่นของ อากาศในลูกโป่งลดลง อากาศที่บรรจุนั้นควรจะร้อนหรือเย็น
ลูกโป่งจะลอยขึ้นหรือตกลงมาก็เนื่องมาจากแก๊สที่บรรจุอยู่ภายใน เมื่อสสารได้รับความร้อนระดับพลังงานความร้อนหรืออุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้น อนุภาคของสสารนั้น จะสั่ นและ เคลื่อนที่เร็วขึ้น ส่งผลให้สสารเกิดการขยายตัว ในทางตรงกันข้ามถ้าสสารสูญเสียความร้อน ระดับพลังงานความร้อน หรืออุณหภูมิก็จะลดลง ทําให้อุณหภูมิของสสารนั้นสั่นและเคลื่อนที่ได้ช้าลงส่งผลให้สสารเกิดการหดตัว
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
2. การขยายตัวของของแข็ง (จุดหลอมเหลว) เมื่อของแข็งได้รับความร้อน อนุภาคของของแข็งจะเกิดการสั่ นอย่างรวดเร็วและมากขึ้นตามลำดับ อุณหภูมิของ ของแข็งจึงเพิ่มขึ้น พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจะช่วยสลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคเกิดเป็นอนุภาคอิสระ เคลื่อนที่รอบๆ อนุภาคอื่นๆ ทําให้ของแข็งหลอมละลายเป็นของเหลวเราเรียกอุณหภูมิ ที่ทําให้ของแข็งหลอมเหลวนี้ ว่า จุดหลอมเหลว (melting point)
2. ใช้ในการเปิดจุกแก้วที่แน่นติดปากขวดหรือฝาขวดเกลียว ภาชนะใส่อาหาร การเปิดฝาขวดเกลียวภาชนะใส่ อาหาร ที่ปิดแน่นเมื่อเทน้ำร้อนลงบนฝาขวดสักครู่ ความร้อน จะทําให้ฝาขวดและขวดแก้วขยายตัว แต่เนื่องจาก ฝา ขวดขยายตัวได้มากกว่าขวดแก้วจึงทําให้เปิดขวดง่ายขึ้น 3. การสร้างสะพาน ถนนคอนกรีต ต้องมีการออกแบบให้มีช่องว่างเล็กๆ เป็นช่วงๆ เพื่อให้วัสดุผิวถนน สามารถ ขยายหรือหดตัวได้ ไม่เช่นนั้นจะเกิดการอัดกันจนโก่งตัวหรือโค้งงอของวัสดุที่ขยายตัว เมื่อได้รับความร้อน
4. การวางรางรถไฟจะต้องมีการเว้นช่องว่างระหว่างท่อน รางรถไฟเพื่อให้มีพื้นที่สำหรับการขยายตัวของท่อน ราง รถไฟเมื่อได้รับความร้อนในตอนกลางวัน หากไม่เว้นช่องไว้อาจทําให้ท่อนรางรถไฟเกิด การดันกันทําให้รางโค้งงอได้
5. การติดตั้งสายไฟฟ้า จะติดตั้งโดยไม่จึงให้ตึงเกินไป เพื่อป้องกันไม่ให้สายไฟฟ้าขาดเนื่องจากการหดตัว เมื่ออากาศมีอุณหภูมิต่ำ
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
การนําสมบัติการขยายตัวและการหดตัวของสสารไปใช้ประโยชน์ มนุษย์สามารถนําความรู้เกี่ยวกับการขยายตัวหรือหดตัวของสสาร ไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ใน ชีวิตประจำวันได้ดังนี้ 1. ใช้ทําเทอร์โมมิเตอร์ การขยายตัวและหดตัวของของเหลว เช่น ปรอทหรือแอลกอฮอล์ที่บรรจุอยู่ ในเทอร์โมมิเตอร์ สามารถใช้วัดอุณหภูมิของสิ่งต่างๆ ได้
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน 6. การระบายความร้อนในที่อยู่อาศัย อากาศร้อนใต้หลังคาจะลอยตัวขึ้นสู่ที่สูงแล้วระบายออก โดยลูกหมุน ระบายอากาศที่ติดอยู่บนหลังคา
7. การควบคุมอุณหภูมิของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ให้พลังงานความร้อน เช่น เตารีด จะมีเทอร์โมสตัททําหน้าที่ เป็น สวิตซ์อัตโนมัติควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งเทอร์โมสตัทประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 ชนิดประกบกันมีความ สามารถในการ ขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนแตกต่างกัน เช่น แผ่นเหล็กกับทองแดง แผ่นเหล็กกับ ทองเหลือง ซึ่งเรียกว่า แผ่นโลหะคู่ เมื่อได้รับความร้อนแผ่นโลหะคู่จะขยายตัวโลหะที่มี การขยายตัว ได้มากกว่าจะพยายามดันตัวออก แต่จะถูกโลหะที่ ขยายตัวได้น้อยกว่าดึงยึดไว้ทําให้เกิดการโค้งงอ ไปทางด้านโลหะที่มีการขยายตัวน้อยกว่า วงจรไฟฟ้าจึงแยกออกจาก กันอุณหภูมิจึงลดลง เมื่ออุณหภูมิ ของแผ่นโลหะคู่ลดลงแผ่นโลหะทั้งสองจะกลับสู่สภาพเดิมทําให้วงจรต่อ เชื่อมกัน ดังเดิมอุณหภูมิก็จะ สูงขึ้นจึงสามารถควบคุมอุณหภูมิของเครื่องใช้ไฟฟ้าได้
เมื่อสสารได้รับหรือสูญเสียความร้อนสสารอาจมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ขนาด หรือสถานะ นอกจากนี้การ จัดเรียงอนุภาค แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค และการเคลื่อนที่ของอนุภาคของสสาร เปลี่ยนแปลงด้วย ความร้อนแฝง (latent heat) คือ ปริมาณความร้อนที่สารได้รับหรือสูญเสียเพื่อใช้ในการเปลี่ยนสถานะโดย อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง มีหน่วยเป็นแคลอรีหรือจูล เมื่อของแข็งได้รับความร้อนความร้อนจะทําให้อุณหภูมิของของแข็งมีพลังงานเพิ่มขึ้นและสั่นมากขึ้น จนเคลื่อนที่ ออกจากตำแหน่งเดิม ทําให้อนุภาคอยู่ห่างกันมากขึ้นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคลดลง ของแข็งจะเปลี่ยนสถานะ เป็นของเหลว โดยช่วงนี้อุณหภูมิของสสารจะคงที่ ความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยน สถานะของของเหลวเรียกว่า ความ ร้อนแฝงของการหลอมเหลว (latent heat of fusion) ปริมาณความร้อน ที่สารรับเข้าไปเพื่อใช้ในการเปลี่ ยน สถานะจากของแข็งเป็นของเหลว จะเท่ากับปริมาณความร้อนที่สสารสูญเสีย เมื่อสสารมีการเปลี่ยนสถานะจาก ของเหลวเป็นของแข็ง เมื่อของเหลวได้รับความร้อนความร้อนจะทําให้อนุภาคของของเหลวมีพลังงานเพิ่มขึ้นและ เคลื่อนที่เร็วขึ้นทําให้ อนุภาคอยู่ห่างกันมากขึ้น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคลดลงของเหลวจะเปลี่ยนสถานะ เป็นแก๊สโดยช่วงนี้อุณหภูมิ ของสสารจะคงที่ ความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นแก๊ส เรียกว่า ความร้อนแฝงของการ กลายเป็นไอ (latent heat of vaporization) ปริมาณความร้อนที่สสารรับเข้าไป เพื่อใช้ในการเปลี่ยนสถานะจาก ของเหลวเป็นแก๊สจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่สสารสูญเสียเมื่อสสารมีการเปลี่ยนสถานะจากแก๊สเป็นของเหลว ความร้อนแฝงจำเพาะ (Specific latent heat) คือ ความร้อนแฝงที่สสารมวล 1 หน่วย ได้รับหรือสูญเสียเมื่อ มีการเปลี่ยนสถานะโดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิ มีหน่วยเป็นแคลอรีต่อกรัมหรือจูลต่อกิโลกรัม ความร้อนแฝงจำเพาะของการหลอมเหลว คือ ปริมาณความร้อนที่สสารมวล 1 หน่วยได้รับเพื่อใช้เปลี่ยนสถานะ จากของแข็งเป็นของเหลวโดยอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ความร้อนแฝงจำเพาะของการกลายเป็นไอ คือ ปริมาณความร้อนที่สสารมวล 1 หน่วยได้รับเพื่อใช้เปลี่ยน สถานะจากของเหลวเป็นไอโดยอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ความร้อนแฝงจำเพาะนี้เป็นสมบัติเฉพาะของสาร เช่น น้ ำแข็งมีค่าความร้อนแฝงจำเพาะของการหลอมเหลว เท่ากับ 80 แคลอรีต่อกรัม หมายความว่า น้ำแข็ง 1 กรัม ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส ต้องการปริมาณความร้อน 80 แคลอรี ในการทําให้น้ำแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นน้ ำ 1 กรัม ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส ในทํานองเดียวกันเมื่อน้ ำ 1 กรัม ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส เปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็ง 1 กรัม ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส จะสูญเสียความร้อน เป็นปริมาณเท่ากัน คือ 80 แคลอรี
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
๏ เรื่องที่ 4 ความร้อนกับการเปลี่ยนสถานะของสสาร
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
แผนภาพการเปลี่ยนสถานะของสาร
การเปลี่ยนสถานะของสสาร ขึ้นอยู่กับ 1. ปริมาณความร้อนที่สสาร ได้รับหรือสูญเสีย (Q)
2. มวลของสาร (m)
3. ความร้อนแฝงจําเพาะ ของสสาร (c) ความร้อนแฝงของการ หลอมเหลว ความร้อนแฝงของการคลาย
แผนภาพการเปลี่ยนแปลงสถานะของสสารที่มีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้อง
การหลอมเหลวหรือการละลาย เป็นการเปลี่ยนสถานะจากของแข็ง ไปเป็นของเหลว โดยของแข็งมีการดูดความ ร้อนจากภายนอกเข้าไปทําให้อนุภาคอยู่ห่างกันมากขึ้น เช่น น้ำแข็งหลอมเหลวไปเป็นน้ำทีอ่ ุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส การกลายเป็นไอหรือระเหย เป็นการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นเป็นแก๊ส โดยมีการดูดความร้อน ทําให้ อนุภาคของของเหลวกระจายตัวห่างกัน ความเป็นระเบีย บลดน้อยลง เช่น น้ำระเหยเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 100 องศา เซลเซียส
การควบแน่น เกิดจากอนุภาคของแก๊สมีการคายพลังงานออกไป ทําให้อนุภาคของแก๊สขยับเข้าไปชิดกันมากจน กลายเป็นของเหลว เช่น ไอน้ำในอากาศควบแน่นเป็นหยดน้ำค้าง การแข็งตัว หมายถึง การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง โดยมีการคายพลังงานออกมาให้กั บ สิ่งแวดล้อม ทําให้อนุภาคมีพลังงานลดลงจึงชิดตัวกันมากขึ้น อุณหภูมิที่ทําให้ของเหลวกลายเป็นของแข็ง เรียกว่า จุด เยือกแข็ง เช่น น้ำมีจุดเยือกแข็งที่ 0 องศาเซลเซียส การระเหิดกลับ หมายถึง การเปลี่ยนสถานะของแก๊สไปเป็นของแข็งเลย โดยไม่ผ่านการเป็นของเหลว ซึ่งจะมีการ คายพลังงานอย่างรวดเร็ว ประโยชน์ของการเปลี่ยนสถานะของสสาร 1. การเปลี่ยนสถานะของสสารจากของเหลวไปเป็นของแข็ง เช่น การทําน้ำแข็ง การทําไอศกรีม เป็นต้น 2. การเปลี่ยนสถานะของสสารจากแก๊สไปเป็นของเหลว เช่น การทําฝนเทียมโดยใช้สารเคมีเพื่อทําให้เกิดการ ควบแน่นของไอน้ ำในอากาศกลายเป็นฝนในกระบวนการกลั่นน้ ำมันปิโตรเลียม ต้องอาศัยหลักการ ควบแน่นของ สสาร 3. การเปลี่ยนสถานะของสสารจากของแข็งเป็นของเหลว เช่น การหล่อเทียน การหล่อพระ เป็นต้น 4. การเปลี่ยนสถานะของสสารจากของแข็งเป็นแก๊ส เช่น การระเหิดของลูกเหม็น เป็นต้น 5. การเปลี่ยนสถานะของสสารจากของเหลวไปเป็นแก๊ส เช่น การทําน้ำให้เดือดเพื่อฆ่าเชื้อโรคในน้ำ เป็นต้น การคํานวณปริมาณความร้อนที่ทําให้สสารเปลี่ยนสถานะ ปริมาณความร้อนที่สสารได้รับหรือสูญเสียขณะเปลี่ยนสถานะขึ้นอยู่กับมวลและความร้อนแฝงจำเพาะของสาร แต่ละชนิด ซึ่งสามารถคำนวณได้จากสูตร กรณีที่ 1 เปลี่ยนสถานะแต่อุณหภูมิคงเดิม เมื่อ
Q = mL Q แทน ปริมาณความร้อนที่สสารได้รับหรือสูญเสีย มีหน่วยเป็นแคลอรี (cal) m แทน มวลของสาร มีหน่วยเป็นกรัม (g) L แทน ความร้อนแฝงจำเพาะของสาร มีหน่วยเป็นแคลอรี/กรัม (cal/g)
ตัวอย่าง : ต้องใช้ปริมาณความร้อนกี่แคลอรี่ในการทําให้เอทิลแอลกอฮอล์ 400 g ที่อุณหภูมิ 93 ๐C เปลี่ยน สถานะเป็นแก๊สทั้งหมดที่อุณหภูมิ 93 ๐C (ค่าความร้อนแฝงจำเพาะของการกลายเป็นไอของ เอทิลแอลกอฮอล์ เท่ากับ 205 cal/g) วิธีคิด Q = mL = 400 x 205 = 82,000 cal
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
การระเหิด เป็นการเปลี่ยนแปลงสถานะจากของแข็ งไปเป็นแก๊ส โดยไม่ผ่านการเป็นของเหลวก่อน เช่น การ ระเหิดของการบูร การระเหิดของลูกเหม็น
ตัวอย่าง : น้ำแข็ง 200 g อุณหภูมิ 0 ๐C ทําให้กลายเป็นไอน้ำเดือด 200 g อุณหภูมิ 100 ๐C ต้องใช้ความร้อนกี่ cal ดูดความร้อน วิธีคิด (1) น้ำแข็ง (ของแข็ง) 0 ๐C น้ำ (ของเหลว) 0 ๐C - ไม่เปลี่ยนอุณหภูมิแต่เปลี่ยนสถานะ ดังนั้นใช้สูตร Q = mL = 200 x 80 = 16,000 cal ดูดความร้อน (2) น้ำ (ของเหลว) 0 ๐C น้ำ (ของเหลว) 100 ๐C - อุณหภูมิเปลี่ยนแต่สถานะไม่เปลี่ยน ดังนั้นใช้สูตร Q = mc∆t = 200 x 1 x (100 - 0) = 20,000 cal ดูดความร้อน (3) น้ำ (ของเหลว) 100 ๐C น้ำ (แก๊ส) 100 ๐C - อุณหภูมิไม่เปลี่ยนสถานะเปลี่ยน แสดงว่าใช้สูตร Q = mL = 200 x 540 = 108,000 cal (4) นําความร้อนทั้งหมด (1) + (2) + (3) เพื่อหาพลังงานที่ต้องใช้ทั้งหมด จะได้ พลังงานทั้งหมด = 16,000 + 20,000 + 108,000 = 144,000 cal
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
กรณีที่ 2 เปลี่ยนอุณหภูมิ Q = mc∆t เมื่อ Q แทน ปริมาณความร้อนที่สสารได้รับหรือสูญเสีย มีหน่วยเป็นแคลอรี (cal) m แทน มวลของสสาร มีหน่วยเป็นกรัม (g) c แทน ความร้อนจําเพาะของสาร มีหน่วยเป็นแคลอรี/กรัม องศาเซลเซียส (cal/g °C) ∆t แทน อุณหภูมิของสสารที่เปลี่ยนแปลงไป มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส (°C)
๏ เรื่องที่ 1 การถ่ายโอนความร้อนในชีวิตประจำวัน การถ่ายโอนความร้อน (Heat Transfer) คือ การถ่ายโอนความร้อนเป็นการถ่ายเทพลังงานจากแห่งหนึ่งไปสู่ อีกแห่งหนึ่ง การถ่ายโอนความร้อนมี 3 แบบ ดังนี้ 1. การนําความร้อน (Conduction) การนําความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนที่ต้องอาศัยตัวกลาง โดยที่อนุภาคของตัวกลางไม่เคลื่อนที่แต่สั่นต่อ เนื่องกันไป เป็นการถ่ายโอนความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า วัตถุที่นําความร้อนได้ดี เราเรียกว่า “ตัวนำความร้อน (Conductor)” เช่น เงิน ทองแดง เหล็ก วัตถุที่นําความ ร้อนได้ไม่ดี เราเรียกว่า “ฉนวนความร้อน (Insulators)” เช่น ไม้ พลาสติก อากาศ
ตัวอย่าง : เป็นการถ่ายโอนพลังงานความร้อนผ่านตัวกลางซึ่งโดยมากจะเป็นพวกโลหะต่างๆ เช่น เราเอามือไปจับ ช้อนโลหะที่ปลายข้างหนึ่งแช่อยู่ในความร้อน มือเราจะรู้สึกร้อน เพราะความร้อนถูกส่ง ผ่านจากน้ ำร้อนมายังมือเรา โดยมีช้อนโลหะเป็นตัวนำความร้อน ประโยชน์จากการนําความรู้เกี่ยวกับการนําความร้อนไปใช้ 1. เลือกใช้วัสดุที่นําความร้อนได้ดีไปผลิตภาชนะหุงต้มที่ประหยัดเวลาและเชื้อเพลิงในการหุงต้ม 2. นําวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้ามาทําหูจับภาชนะป้องกันความร้อน 3. ใช้โลหะที่นําความร้อนในการทําเตารีด 2. การพาความร้อน (Convection) การพาความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยวัตถุที่เป็นตัวกลางในการพาความร้อนจะเคลื่อนที่ไปพร้อม ความ ร้อนที่พาไปตัวกลางเป็นตัวพาความร้อนไปจากบริเวณที่มีระดับความร้อนสูง (อุณหภูมิสูง) ไปสู่บริเวณที่มีระดับความ ร้อนต่ำ (อุณหภูมิต่ำ) ตัวกลางในการพาความร้อนจึงเป็นสสารที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่าย ได้แก่ ของเหลวและแก๊ส เช่น ลมบก ลมทะเลเป็นการเคลื่อนที่ของอากาศที่พาความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปยังบริเวณหนึ่ง การต้ม การนึ่ง และการ ทอดอาหารเป็นการทําให้อาหารสุกโดยการพาความร้อน
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
บทที่ 2 : การถ่ายโอนความร้อน
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
ตัวอย่าง : 1) ต้มน้ำร้อน
เวลาต้มน้ำความร้อนจากเตา ทําให้น้ำที่ก้นภาชนะร้อนมันจะขยายตัวทําให้มีความหนาแน่นน้อยกว่า น้ำด้านบน จึงลอยตัวสูงขึ้น ส่วนน้ำด้านบนอุณหภูมิต่ำกว่าความหนาแน่นมากก็จะจมลงมาแทนที่ การหมุนวนของน้ำทําให้เกิด การพาความร้อน 2) ลมบก – ลมทะเล
ลมบกเคลื่อนจากพื้นดินออกสู่ทะเลในเวลากลางคืน
ลมทะเลเคลื่อนจากทะเลเข้าหาฝั่งในเวลากลางวัน
ประโยชน์จากการนําความรู้เกี่ยวกับการพาความร้อนไปใช้ 1. ใช้เป็นตัวระบายความร้อนจากโรงงานไฟฟ้า โรงงานอุตสาหกรรม 2. การติดตั้งเครื่องปรับอากาศโดยดูดอากาศออก อากาศเย็นเข้ามาแทนที่ 3. ในโรงงานอุตสาหกรรมใช้เครื่องดูดอากาศร้อนออก
การแผ่ร ังสีความร้อน เป็น ส่งพลังงานความร้อนที่อยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า “รังสีอินฟราเรด (Infrared Radiation, R)” ดังนั้นจึงไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ การแผ่รังสีความร้อนจะมีลักษณะการแผ่ออกไปในทุก ทิศทุกทางรอบจุดกําเนิดหรือวัตถุ " แหล่งกําเนิดที่ให้พลังงานแสง เช่น หลอดไฟ สิ่งเหล่านี้ให้พลังงานความร้อน ออกมาด้วย
การแผ่รังสี ความร้อน วัตถุ
1. วัตถุดูดกลืน ความร้อน
2. วัตถุคายความ ร้อน
1. การดูดกลืนความร้อน วัตถุทุกชนิดสามารถดูดกลืนความร้อนได้ วัตถุที่มีความร้อนมากกว่าจะแผ่รังสีได้ มากกว่า เช่น ดวงอาทิตย์แผ่รังสีความร้อนได้มากกว่า กาแฟร้อนในแก้ว ความสามารถในการดูดซับความร้อนก็จะ แตกต่างกันออกไปขึ้นกับลักษณะและสมบัติของวัตถุนั้นๆ วัตถุสีเข้ม ผิวด้าน จะสามารถดูดซับความร้อนได้ดีกว่าวัตถุ ที่มีสีอ่อนและมันวาววัตถุที่มีผิวขรุขระจะดูดกลืนความร้อนได้ดีกว่าวัตถุผิวเรียบและขัดมัน ตัวอย่าง : การดูดกลืนความร้อน 1) ทํางานกลางแดดแล้วรู้สึกร้อน
2) อยู่ใกล้กองไฟแล้วรู้สึกร้อน
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
3. การแผ่รังสีความร้อน (Radiation)
ประโยชน์จากการนําความรู้เรื่องการแผ่รังสีความร้อนไปใช้ 1. การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมเพื่อลดการรับรังสีที่แผ่ออกมา 2. การผลิตสารป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีความร้อนในขณะเล่นกีฬากลางแจ้ง
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
2. การคายความร้อน วัตถุทุกชนิดสามารถคายความร้อนออกมาได้ถ้ามีการดูดกลืนความร้อน วัตถุที่มีลักษณะ พื้นผิวเรียบมันวาวจะดูดกลืนความร้อนได้น้อยและพื้นผิวที่เรียบเป็นมันวาว ทําให้สามารถสะท้อนแสงได้ดี ตัวอย่าง : แผงโซลล่าเซลล์
สมดุลความร้อน (Thermal Equilibrium) หมายถึง ภาวะที่สสารที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน และถ่ายโอน ความร้อนจนกระทั่งสสารทั้งสอง มีอุณหภูมิเท่ากัน (และหยุดการถ่ายโอนความร้อน) เช่น การผสมน้ำร้อนกับน้ำเย็น เข้าด้วยกัน น้ำร้อนจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนให้กับน้ ำเย็น และเมื่อน้ำที่ผสมมีอุณหภูมิเท่ากัน การถ่ายโอน ความร้อนจึงหยุด
แผนภาพอธิบายสมดุลความร้อน สสารที่มีอุณหภูมิต่างกัน
สสารมีอุณหภูมิเท่ากัน
สมดุลความร้อน ปริมาณความร้อนที่สสารหนึ่งเสียไป = ปริมาณความร้อนที่อีก สสารหนึ่งได้รับ สมดุลความร้อนจะเกิดขึ้นเมื่อนําของร้อนกับของเย็นมาผสมกัน จะเกิดการถ่ายเทปริมาณความร้อน ระหว่างกัน และกันจนมีอุณหภูมิเท่ากัน โดยของร้อนหรืออุณหภูมิสูงจะเป็นฝ่ายคายความร้อนออกมา และของเย็นหรืออุณหภูมิ ต่ำเป็นฝ่ายดูดความร้อนเข้า ในการนี้ความร้อนที่คายออกมาจากของร้อนจะต้องเท่ากับปริมาณความร้อนที่ของเย็น รับเข้ามา
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
เรื่องที่ 2 สมดุลความร้อน
Q สูญเสีย = Q ได้รับ ตัวอย่าง : 1. คำนวณอุณหภูมิของน้ำเมื่อสมดุลความร้อน มวลของน้ำร้อน m1 = 30 g มวลของน้ำเย็น m2 = 30 g ความร้อนจำเพาะของน้ำเท่ากับ 1 cal/g ๐C
อุณหภูมิน้ำร้อน = 65.5 ๐C อุณหภูมิน้ำเย็น = 18.5 ๐C อุณหภูมิเมื่อสมดุลความร้อน = y ๐C
ปริมาณความร้อนที่น้ำอุ่นสูญเสีย :
Q
= = =
m1c(∆t) 30 x 1 x (65.5 - y) 1,965 - 30y cal
หาปริมาณความร้อนที่น้ำเย็นได้รับ :
Q
= = =
m2c(∆t) 30 x 1 x (y – 18.5) 30y – 555 cal
ความสัมพันธ์ :
ปริมาณความร้อนที่น้ำร้อนสูญเสีย = ปริมาณความร้อนที่น้ำเย็นได้รับ Q สูญเสีย = Q ได้รับ 1,965 - 30y = 30y – 555 1,965 + 555 = 30y + 30y 2,520 = 60y y = 42 ๐C
สรุป อุณหภูมิของน้ำเมื่อสมดุลความร้อนเท่ากับ 42 องศาเซลเซียส
หน่วยที่ 5 : พลังงานความร้อน
การหาอุณหภูมิผสมของสสารและปริมาณที่เกี่ยวข้องเมือสสารสมดุลความร้อน เมื่อสสารเกิดการถ่ายโอนความร้อนจนสสารสมดุลความร้อน สสารที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจะสูญเสีย ความร้อนใน ปริมาณที่เท่ากับปริมาณความร้อนที่อีกสสารหนึ่งได้รับ ดังนั้นจึงสามารถเขียนสมการแสดง ความสัมพัน ธ์ระหว่าง ปริมาณความร้อนที่สูญเสียและปริมาณความร้อนที่ได้รับเป็นดังนี้
บทที่ 1 : ลมฟ้าอากาศรอบตัว อากาศเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงชีวิตของมนุษย์ สัตว์ และพืช ถ้าไม่มีอากาศ มนุษย์ สัตว์ และพืชจะมีชีวิตอยู่ ไม่ได้ นอกจากนั้นอากาศเป็นสิ่งสําคัญอย่างหนึ่งที่ทําให้เกิดพายุ ฝน ฟ้าแลบ และฟ้าร้อง ถ้าไม่มีฝนเราก็ไม่สามารถ ปลูกพืชและทําเกษตรกรรมได้ จึงนับได้ว่าสภาพของลมฟ้าอากาศที่เกิดขึ้นรอบๆ เรา มีผลต่อสภาพความเป็นอยู่ของ มนุษย์อย่างมาก
๏ เรื่องที่ 1 บรรยากาศของเรา บรรยากาศ (atmosphere) หมายถึ ง อากาศที ่ อ ยู ่ ร อบตั ว เราและที ่ ป กคลุ ม โลกทั ้ ง หมด มี ข อบเขตจาก ระดับน้ำทะเลขึ้นไปประมาณ 1,000 กิโลเมตร อยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งเป็นแรงที่ดึงดูดอนุภาคต่างๆ ไว้ ไม่ให้ห ลุ ดลอยออกนอกโลก บรรยากาศแบ่ง เป็น ชั ้น ต่ างๆ ในแต่ล ะชั้ นจะมี อ งค์ ประกอบแตกต่า งกั น และมี ความสําคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก อากาศ เป็นส่วนผสมของแก๊สต่างๆ รวมทั้งไอน้ ำที่ระเหยมาจากแหล่งน้ำต่างๆ ด้วย นอกจากนี้ ยังพบว่าอากาศ ปะปนไปด้วยสารแขวนลอยต่างๆ ทั้งที่เป็นละอองของของเหลว และอนุภาคของของแข็ง เช่น อนุภาคของเกลือจาก ทะเลและมหาสมุทร ฝุ่นผง เขม่าและควันจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงในการปรุงอาหาร และไอเสียจากเครื่องยนต์ อากาศบริเวณใกล้พื้นผิวโลกจะเป็นอากาศชื้น มีไอน้ำร้อยละ 0 - 4 โดยมวล ปริมาณไอน้ำ ฝุ่นละออง และปริมาณแก๊สต่างๆ ที่เป็นส่วนประกอบของอากาศขึ้นในบริเวณต่างๆ มีปริมาณ แตกต่างกันตามสถานะของสิ่งแวดล้อม เวลา สถานที่ เช่น ชายทะเล ภูเขา ป่าไม้ ชุมชน พื้นที่ อุตสาหกรรม • บริเวณชายทะเล ภูเขา และป่าไม้ จะมีปริมาณไอน้ำมาก • บริเวณพื้นที่แห้งแล้ง จะมีปริมาณไอน้ำน้อย • บริเวณอุตสาหกรรม และแหล่งชุมชนที่มีการจราจรคับคั่ง จะมีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนโตรเจนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และฝุ่นละอองมาก นักวิทยาศาสตร์ แบ่งอากาศออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ 1) อากาศแห้ง คือ อากาศที่ไม่มีไอน้ำผสมอยู่ 2) อากาศชื้น คือ อากาศที่มีไอน้ำผสมอยู่
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
องค์ประกอบหลักของอากาศ 1. แก๊สไนโตรเจน (N2) เป็นแก๊สที่มีปริมาณมากที่สุดในอากาศ มีสมบัติเป็นแก๊สเฉื่อย มีประโยชน์ คือ ช่วยเจือ จางออกซิเจนในอากาศให้พอเหมาะสำหรับสิ่งมีชีวิตที่จะนำไปใช้ได้โดยไม่ก่อให้เกิดอันตราย นอกจากนี้ ไนโตรเจนยัง เป็นธาตุที่เป็นอาหารของพืช โดยไนโตรเจนในดินจะช่วยให้พืชเจริญเติบโตได้ดี ในปมรากของพืชตระกูล ถั ่ว มี แบคทีเรียที่ชื่อว่า ไรโซเบียม อาศัยอยู่ ซึ่งจะช่วยตรึงไนโตรเจนจากในอากาศ ไปไว้ในดิน ทําให้ดินอุดมสมบูรณ์เหมาะ ที่จะทําการเพาะปลูกพืช 2. แก๊สออกซิเจน (O2) เป็นแก๊สที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการหายใจเข้าไป เพื่อนําไปสันดาปกับอาหารภายในเซลล์ แล้ว ให้พลังงานออกมา ซึ่งจะถูกเซลล์น ำไปใช้ในการดำรงชีวิต นอกจากนี้แก๊สออกซิเจนในอากาศยัง ช่วยในการสันดาป กับเชื้อเพลิง แล้วให้พลังงานความร้อนและแสงสว่างออกมา และแก๊สออกซิเจนบางส่วน ในอากาศจะถูกเปลี่ยนไป เป็นแก๊สโอโซนเพื่อใช้ในการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ แก๊สอาร์กอน (Ar) เป็นแก๊สเฉื่อยไม่ทําปฏิกิริยากับธาตุอื่น เกิดขึ้นจากการสลายตัว (ซากกัมมันตภาพรังสี) ของ ธาตุโพแทสเซียมภายในโลก 3. แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งเป็นการสร้างอาหารของพืช โดยทํา การสังเคราะห์ด้วยแสงโดยอาศัยคลอโรฟิลล์ อาหารที่ได้ส่วนหนึ่งพืชจะนำไปใช้อีกส่วนหนึ่ง จะถูกเก็บไว้เมื่อสัตว์กิน พืชเข้าไป อาหารที่เก็บไว้จะกลายเป็นอาหารของสัตว์ต่อไป 4. ไอน้ำ ไอน้ำในอากาศเกิดจากการระเหยของน้ ำที่ผิวโลก โดยเฉพาะจากบริเวณ เช่น มหาสมุทร ทะเลสาบ แม่น้ำลำคลอง โดยจะมีปริมาณมากหรือน้อยตามแต่สถานที่ การเปลี่ยนแปลงของไอน้ ำในอากาศ เป็นสาเหตุให้เกิด เมฆ หมอก หิมะ ฝน และลูกเห็บ
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ส่วนประกอบของอากาศ
การแบ่งชั้นบรรยากาศ การแบ่งชั้นบรรยากาศ ใช้ 3 เกณฑ์
เกณฑ์ที่ 1 อุณหภูมิของ อากาศเป็นเกณฑ์
เกณฑ์ที่ 2 สมบัติของแก๊ส หรือส่วนผสมของอากาศ เป็นเกณฑ์
เกณฑ์ที่ 3 สมบัติทาง อุตุนิยมวิทยาเป็นเกณฑ์
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
อย่างไรก็ตามแม้ว่าไนโตรเจน ออกซิเจนจะเป็นองค์ประกอบหลัก แต่ก็มิได้มีอิทธิพลต่ออุณหภูมิของโลก ในทาง ตรงกันข้าม แก๊สโมเลกุลใหญ่ เช่น ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเทน แม้จะมีอยู่ในบรรยากาศเพียงเล็กน้อย แต่มี ความสามารถในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทําให้อุณหภูมิของโลกอบอุ่น เราเรียกแก๊สพวกนี้ว่า “แก๊สเรือนกระจก” (Greenhouse gas)
ใช้อุณหภูมิของอากาศเป็น เกณฑ์
ใช้สมบัติของแก๊สหรือ ส่วนผสมของอากาศ เป็นเกณฑ์ 1. โทรโพสเฟียร์ (Troposphere) 1. โทรโพสเฟียร์ - ระยะ 0 - 10 กิโลเมตร (Troposphere) - อุณหภูมิลดลงตามความสูงที่เพิ่มขึ้น - ระยะ 0 - 10 กิโลเมตร 6.5 °C ต่อกิโลเมตร - ส่วนผสมของบรรยากาศที่ - ทําให้เกิดลักษณะลมฟ้าอากาศ เช่น สําคัญ คือ ไอน้ำ มีหมอก เมฆ ลม พายุ 2. โอโซโนสเฟียร์ 2. สตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) (Ozonosphere) - ระยะ 10 - 50 กิโลเมตร - ระยะ 10 - 55 กิโลเมตร - อุณหภูมิเพิ่มขึ้นตามความสูง - ส่วนผสมของบรรยากาศที่ - มีแก๊สโอโซนช่วยดูดกลืนรังสี สําคัญ คือ โอโซน (O3) อัลตราไวโอเลตเอาไว้ไม่ให้ผ่านลงมาสู่ 3. ไอโอโนสเฟียร์ พื้นโลก (ionosphere) - เครื่องบินจะบินอยู่ในชั้นนี้ - ระยะ 80 - 600 กิโลเมตร 3. มีโซสเฟียร์ (Mesosphere) - มีไอออน (เกิดจากอะตอมของ - ระยะ 50 - 80 กิโลเมตร แก๊สแตกตัวเป็นไอออน) สามารถ - อุณหภูมิค่อยๆ สูงขึ้นแล้วเพิ่มขึ้นอย่าง สะท้อน คลื่นวิทยุและใช้ประโยชน์ รวดเร็ว ในการใช้ 4. เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) วิทยุสื่อสารทางไกล - ระยะ 80 - 500 กิโลเมตร 4. เอกโซสเฟียร์ (Exosphere) - อุณหภูมิค่อยๆ สูงขึ้นแล้วเพิ่มขึ้นอย่าง - ระยะ 600 กิโลเมตรขึ้นไป รวดเร็ว - ความหนาแน่นของอะตอมของ - มีไอออน สามารถสะท้อนคลื่นวิทยุได้ อากาศน้อยลง 5. เอกโซสเฟียร์ (Exosphere) - ระยะ 500 - 1,000 กิโลเมตร - อุณหภูมิสูงมาก - ประกอบด้วยแก๊สไฮโดรเจนและ ฮีเลียม มีอากาศเจือจางมาก
ใช้สมบัติทางอุตุนิยมวิทยา เป็นเกณฑ์ 1. บริเวณที่มีอิทธิพลของความ ฝืด - ระยะ 2 กิโลเมตรจากผิวโลก - การไหลเวียนของมวลอากาศ ในบริ เ วณนี ้ ไ ด้ ร ั บ อิ ท ธิ พ ลจาก ความผิด และจากลัก ษณะของ พื้นผิวโลก 2. โทรโพสเฟียร์ - ความฝืดลดลง - อากาศไหลเวียนดี - มีไอน้ำมาก 3. โทรโพพอส - เป็นเขตที่แบ่งชั้นระหว่างชั้นที่ มีไอน้ำกับไม่มีไอน้ำ 4. สตราโตสเฟียร์ - อากาศไม่แปรปรวน - ไม่มีไอน้ำ 5. บรรยากาศชั้นสูง - อยู่เหนือชั้นสตราโตสเฟี ย ร์ ขึ้นไป
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ตารางเปรียบเทียบการแบ่งชั้นบรรยากาศ
บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ บรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ บรรยากาศชั้นมีโซสเฟียร์ บรรยากาศชั้นเทอร์โมสเฟียร์
ทําให้เกิดเมฆ, ฝน, พายุ เกิดการหมุนเวียนของน้ำ มีโอโซนช่วยป้องกันรังสี UV ช่วยเผาไหม้วัตถุจากนอกโลก เป็นชั้นที่อากาศแตกตัวเป็นประจุ ช่วยในการส่งสัญญาณคลื่น เช่น คลื่นวิทยุ และช่วยป้องกันอันตรายจากรังสี UV
ประโยชน์ของชั้นบรรยากาศ 1. ช่วยให้เกิดกระบวนการต่างๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ส่วนผสมของแก๊สต่างๆ ในอากาศ ช่วยให้ เกิดกระบวนการต่างๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต โดยสิ่งที่มีชีวิตทุกชนิดหายใจ เอาแก๊สออกซิเจนเข้าไป เผาผลาญอาหาร ทําให้เกิดพลังงาน และหายใจออกให้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งกระบวนการหายใจนี้จะเ กิดขึ้น ตลอดเวลา และพืชจะนําแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงแล้วให้แก๊สออกซิเจนแก่ สิ่งมีชีวิตเพื่อนำไปใช้ในการหายใจ 2. ช่วยปรับอุณหภูมิของโลกให้พอเหมาะกับการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต โดยในเวลากลางวัน บรรยากาศที่ห่อหุ้ม โลกและไอน้ำจะดูดกลืนรังสียูวี รังสีอินฟราเรด ซึ่งเป็นรังสีที่ทําให้เกิดความร้อนจาก ดวงอาทิตย์ไว้บางส่วน จึงทําให้ โลกร้อนขึ้นอย่างช้าๆ ส่วนในเวลากลางคืนบรรยากาศจะช่วยให้โลกคาย ความร้อนหรือเย็นตัวลงอย่างช้าๆ เช่นกัน 3. ทําให้เกิดปรากฏการณ์ทางลมฟ้าอากาศ อากาศใกล้ผิวโลกชั้นโทรโพสเฟียร์ มีไอน้ำ ปรากฏการณ์ทางลม ฟ้า อากาศ เช่น ลมพายุ เมฆ ฝน ซึ่งมีความสําคัญต่อการเกษตรกรรม นอกจากนี้ยังมีความสําคัญต่อการบินอีกด้วย เนื่องจากนักบินจะต้องทราบถึงสภาพของอากาศตลอดเส้นทางการบิน จึงจะสามารถบังคับเครื่องบินให้ไปถึงจุด ปลายทางได้อย่างปลอดภัย 4. ฝุ่นละอองในอากาศช่วยในการสะท้อนแสง ทําให้เกิดการมองเห็นลำแสงในอากาศใน กลางคืนชัดเจนทําให้ ปลอดภัยในการขับรถยนต์ 5. ช่วยกรองรังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสียูวีไม่ให้ผ่านลงมาถึงพื้นโลกมากเกินไป รังสีอัลตราไวโอเลต ยังช่วยฆ่า แบคทีเรียและเชื้อโรคบางชนิดอีกด้วย แต่ถ้า มีมากเกินไปจะทำลายเซลล์ผิวหนังทําให้เกิด โรคมะเร็งผิวหนัง และทํา ให้นัยน์ตาเกิดต้อกระจกได้ 6. ช่วยป้องกันภัยอันตรายจากอนุภาคต่างๆ ที่มาจากนอกโลก อุกกาบาต ดาวตก ซึ่งมีขนาดต่าง ๆ เมื่อเข้ามายัง ชั้นบรรยากาศของโลกเกิดการเสียดสีกับอากาศที่ห่อหุ้มโลก เริ่มจากชั้นเทอร์โมสเฟียร์ เกิดการลุกไหม้จนหมดไปหรือ มีขนาดเล็กลงก่อนตกลงสู่พื้นผิวโลก
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
***ประโยชน์ของบรรยากาศแต่ละชั้นที่มีผลต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์***
อุณหภูมิของอากาศ (Air temperature) ปัจจัยที่สําคัญที่สุดที่ทําให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศใน รอบวันคือ การหมุนรอบตัวเองของโลก ขณะที่ดวงอาทิตย์ขึ้นในตอนเช้าทางทิศตะวันออก อุณหภูมิจะลดลง (อากาศเย็น) เนื่องจากพื้น ผิวโลกเย็นตัวลง หลังดวงอาทิตย์ตกในคืนที่ผ่านมา และเมื่อดวงอาทิตย์ขึ้นสู่จุ ดสูงสุดในตอนกลางวัน พื้นผิว โลกจะได้รับความร้อน มากกว่าเวลาอื่นๆ อุณหภูมิจึงเพิ่มขึ้น (อากาศร้อน) และเมื่อดวงอาทิตย์ตกทางทิศตะวันตกในตอนเย็น พื้นผิวโลกจะ เย็นตัวลง ความร้อนก็ลดลง การวัดอุณหภูมิ เครื่องมือที่นิยมใช้วัดอุณหภูมิในปัจจุบัน ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์ มีหน่วยวัดเป็นองศาเซลเซียส ซึ่งมีหลายรูปแบบ ดังนี้ 1. เทอร์โมมิเตอร์ มีลักษณะเป็นหลอดแก้วปลายปิด ภายในบรรจุของเหลวที่ เรียกว่า ปรอท เมื่ออากาศอุ่นปรอทจากกระเปาะที่ก้นหลอดแก้วจะขยายตัวและ เคลื่อนที่ขึ้นมา และเมื่ออากาศเย็นลงปรอทจะหดตัวและเคลื่อนที่ลงไป
2. เทอร์โมมิเตอร์สูงสุดและต่ำสุด ใช้วัดอุณหภูมิของอากาศสูงสุดและต่ำสุดในรอบวัน
3. เทอร์โมกราฟ ใช้วัดอุณหภูมิและสามารถบันทึกอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงใน เวลาที่ต่อเนื่องกัน ได้โดยอัตโนมัติ
4. เทอร์ โ มมิ เ ตอร์ แ บบสตี เ วนสั น ใช้ ว ั ด อุ ณ หภู ม ิ ใ นที ่ ร ่ ม โดยตั ว เทอร์โมมิเตอร์ จะอยู่ภายในกำบัง อุณหภูมิที่บันทึกได้มีหน่วยเป็นองศา เซลเซียส
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
๏ เรื่องที่ 2 อุณหภูมิอากาศ
1. พื้นดินและพื้นน้ำ พื้นดินมีคุณสมบัติในการดูดกลืนและคายความร้อนได้ดีกว่าพื้นน้ ำ เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้นพื้นดินจะมี อุณหภูมิสูงกว่า พื้นน้ำ และหลังจากดวงอาทิตย์ตกพื้นดินจะเย็นตัวได้รวดเร็วกว่าพื้นน้ำ 2. ปริมาณเมฆ และอัลบีโดของพื้นผิว เมฆสะท้อนรังสีจากดวงอาทิตย์บางส่วนกลับคืนสู่อวกาศ พื้นโลกที่มีอัลบี โดต่ำ (สีเข้ม) เช่น ป่าไม้ จะดูดกลืน พลังงานจากดวงอาทิตย์ พื้นโลกที่มีอัลบีโดสูง (สีอ่อน) เช่น ธารน้ำแข็ง จะช่วยสะท้อนพลังงานจากดวงอาทิตย์ 3. ระดับความสูงของพื้นที่ (Elevation) อากาศเป็นตัวนำความร้อน (Conduction) ที่ไม่ดี เนื่องจากอากาศมีความโปร่งใส และมีความหนาแน่นต่ำ พื้นดิน จึงดูดกลืนพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ดีกว่า อากาศถ่ายเทความร้อนจากพื้นดิน ด้วยการพาความร้อน (Convection) ไปตามการเคลื่อนที่ของอากาศในสภาพทั่วไปเราจะพบว่ายิ่งสูงขึ้นไปอุณหภูมิของอากาศจะลดต่ำลงด้วย 4. ละติจูด เนื่องจากโลกเป็นทรงกลม แสงอาทิตย์จึงตกกระทบพื้ นโลกเป็นมุมไม่เท่ากัน ในเวลาเที่ยงวันพื้น ผิวบริเวณศูนย์ สูตรได้รับรังสีจากแสงอาทิตย์เป็นมุมชัน แต่พื้นผิวบริเวณขั้วโลกได้รับรังสีจากแสงอาทิตย์เป็นมุมลาด ส่งผลให้เขต ศูนย์สูตรมีอุณหภูมิสูงกว่าเขตขั้วโลก 5. ตําแหน่งทางภูมิศาสตร์ พื้นโลกมีสภาพภูมิประเทศแตกต่างกัน เช่น ภูเขา ทะเลทราย ที่ราบ ทะเลทรายมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่าง กลางคืนกับกลางวันมากกว่าที่ราบ
๏ เรื่องที่ 3 ความกดอากาศและลม ความกดอากาศ (Air pressure) หมายถึง แรงดัน หรือแรงกดของอากาศที่กดมาถึงพื้นโลก เนื่องจากเราเคยชิน กับความกดดันของอากาศที่มีรอบๆ ตัวเรา จึงไม่รู้สึกว่าถูกอากาศกดดันตัว จากอากาศกดทับกันอยู่เป็นระยะทาง หลายไมล์เหนือจากพื้นผิวโลกจึงทําให้มีแรงดันกดลงมายัง พื้นโลก ความกดดันของอากาศมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ความกดดันของอากาศนี้มีผลต่ออากาศที่อยู่ รอบตัวเราในการพยากรณ์อากาศเรียก ความดันบรรยากาศ หรือ ความ ดันอากาศ ว่า “ความกดอากาศ” การวัดความดันของอากาศ ทําได้ 2 แบบ ดังนี้ 1. วัดเป็นความสูงของน้ ำ ความดัน 1 บรรยากาศ คือ ความดันที่อากาศดันให้ระดับน้ ำขึ้นสูงจากน้ำทะเลได้ ประมาณ 10 เมตร 2. วัดเป็นความสูงของปรอท ความดัน 1 บรรยากาศ คือ ความดันที่อากาศดันให้ปรอท สูง 76 เซนติเมตร หรือ 760 มิลลิเมตรที่ระดับน้ำทะเล
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ปัจจัยที่ส่งผลต่ออุณหภูมิของอากาศ
1 มิลลิบาร์ = แรงกด 100 นิวตัน/พื้นที่ 1 ตารางเมตร โดยที่แรง 1 นิวตัน คือ แรงที่ใช้ในการเคลื่อนมวล 1 กิโลกรัม ให้เกิดความเร่ง 1 (เมตร/วินาที)/วินาที ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความกดอากาศ - ยิ่งสูงขึ้นไป อากาศยิ่งเบาบาง อุณหภูมิยิ่งต่ำ ความกดอากาศยิ่งลดน้อยตามไปด้วย เพราะฉะนั้นความกดอากาศ บนยอดเขา จึงมักจะน้อยกว่าความกดอากาศที่เชิงเขา ความสูง
ความกดอากาศ
- สภาพอากาศที่มีอุณหภูมิสูง อากาศจะเกิดการขยายตัว ความกดอากาศจะต่ำ และอากาศจะมีน้ำหนักเบา ส่วน สภาพอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ อากาศจะหดตัว ความกดอากาศจะสูง และอากาศจะมีน้ำหนักมาก อุณหภูมิ
ความกดอากาศ
- อากาศเย็นมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศร้อน จึงมีความกดอากาศมากกว่า เรียกว่า “ ความกดอากาศสูง” (High pressure) อุณหภูมิ
ความกดอากาศ
เครื่องมือวัดความกดอากาศ 1. บารอมิเตอร์แบบปรอท ประกอบด้วยหลอดแก้วกลวงยาวปลายข้างหนึ่งปิด มีปรอทอยู่ เต็ม หลอดแก้วมีลักษณะคว่ ำลงให้ปลายเปิดอยู่ในอ่างปรอท ปรอทในหลอดจะอยู่สูงประมาณ 760 มิลลิเมตร ที่ว่างเหนือปรอทเป็นสูญญากาศ เมื่อความกดอากาศสูงขึ้น ปรอทจะไหลขึ้นไป ในหลอดแก้วสูงขึ้น 2. แอนิรอยด์บารอมิเตอร์ ประกอบด้วยตลับโลหะรูปร่างกลมตรงกลางตลับนี้มีสปริง ต่อไปยังคาน และเข็มชี้บนหน้ าปัด เมื่อความกดอากาศเปลี่ยนไป ตลับโลหะจะพองขึ้นหรือ แฟบ ความกดอากาศ มีทั้งแบบแขวนและแบบตั้งโต๊ะ
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
หน่วยวัดความกดอากาศ มีหน่วยวัดเป็น “มิลลิเมตรปรอท” “นิ้วปรอท” และ “มิลลิบาร์” โดยความกดอากาศ ที่พื้นผิวโลก ที่ระดับน้ำทะเลปานกลางความดัน 1 บรรยากาศ มีค่าเท่ากับ 760 มิลลิเมตรปรอท (29.92 นิ้วปรอท) หรือ 1,013.25 มิลลิบาร์ ในปัจจุบันนักอุตุนิยมวิทยานิยมใช้ “มิลลิบาร์” เป็นหน่วยมาตรฐานในการวัดความกด อากาศ
4. แอลติมิเตอร์ เป็นแอนิรอยด์บารอมิเตอร์ที่ดัดแปลงมาใช้ สำหรับวัดความสูง โดยแปลง ค่าเป็นความสูงจากพื้นโลกใช้ในเครื่องบิน หรือติดตัวนักโดดร่มเพื่อบอกความสูง
วิธีการคำนวณความสูงจากความดันอากาศ เราสามารถนําค่าความดันอากาศที่วัดได้จากบารอมิเตอร์แบบปรอทมาหาความสูงจากระดับน้ำทะเลได้ โดยอาศัย หลักความจริงที่ว่า เมื่อขึ้นไปในที่สูงจากระดับน้ำทะเล ความดันอากาศจะลดลง 1 มิลลิเมตรปรอททุกๆ ระยะความ สูง 11 เมตร จากระดับน้ำทะเล ซึ่งเราสามารถคำนวณโดยใช้สูตรดังนี้ ความสูงจากระดับน้ำทะเล = (760 - ความดันอากาศ ณ จุดนั้น) x 11 ตัวอย่าง : ยอดของภูเขาวัดความกดอากาศได้ 660 มิลลิเมตรปรอท จงหาความสูงของยอดเขา วิธีคิด ความสูงของยอดเขา = (760 - 660) x 11 = 100 x 11 = 1,100 สรุป ยอดเขาสูง 1,100 เมตร****
สูตร
วิธีการคำนวณแรงดันอากาศบนพื้นที่ แรงดัน = ความดัน x พืน้ ที่
โดยที่ แรงดัน (F) มีหน่วยเป็น นิวตัน พื้นที่ (A) มีหน่วยเป็น ตารางเมตร ความดัน (P) มีหน่วยเป็น นิวตันต่อตารางเมตร ตัวอย่าง : เรือมีขนาดพื้นที่ 146 ตารางเมตร มีความดันบรรยากาศ 100 นิวตันต่อตารางเมตร จงหาแรงดันว่ามี ขนาดกีน่ ิวตัน วิธีคิด แรงดัน = 100 x 146 = 14,600 สรุป มีแรงดัน 14,600 นิวตัน****
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
3. บารอกราฟ เป็นแอนิรอยด์บารอมิเตอร์ที่ต่อปลายเข็มที่กับปากกาซึ่ง สามารถขีดบนกระดาษกราฟ ที่หมุนด้วยจานนาฬิกา ทําให้บันทึกความกด อากาศในเวลาต่างๆ ทั้งวันได้จากเส้นกราฟ
ลม (Wind) คือ การเคลื่อนที่ของอากาศ เกิดขึ้นได้ทั้งแนวตั้งและแนวราบ - แนวตั้ง อากาศร้อน ยกตัวขึ้น อากาศเย็น เคลื่อนที่เข้ามาแทน ทําให้เกิดเมฆ, ฝน และความแห้งแล้ง - แนวราบ อากาศเคลื่อนที่จากความกดอากาศสูงไปความกดอากาศต่ำ ทําให้เกิดการกระจายและหมุนเวียน อากาศ (ลม) การเกิดลม การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอากาศหรือบรรยากาศ ทําให้ความกดดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไปตาม ลักษณะพื้นที่ ของโลก โดยบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงอากาศมีความหนาแน่นต่ ำ เพราะอากาศขยายตัวจะลอยตัวไปสู่เบื้องบน ส่วน บริเวณอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอากาศจะหดตัว ทําให้มีความหนาแน่นอากาศสูง ความกดดันอากาศที่มีอุณหภูมิต่ ำ กว่าจะมีมากกว่าจะไหลหรือเคลื่อนที่เข้าไปแทนที่ทําให้เกิดลมขึ้น ความเร็วและทิศทางของลม จะเป็นเครื่องแสดงถึงความรุนแรงของอากาศและแหล่งที่มาของอากาศ ในการบอกทิศทางลมมีการตกลงกันไว้ว่า ลมเหนือ หมายถึง ลมที่พัดมาจากทิศเหนือไปสู่ทิศใต้ หรือ ลมตะวันออกเฉียงใต้ หมายถึง ลมที่พัดจากทิศตะวันออก เฉียงใต้ไปสู่ทิศตะวันตกเฉียงเหนือ ส่วนทิศอื่นๆ ก็มีวิธีเรียกในทํานองเดียวกัน ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อลม แรงเกรเดียนของความกดอากาศ (Pressure-gradiant force) พื้นโลกแต่ละบริเวณได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ ไม่เท่ากัน พื้นที่ดังกล่าวจึงมีอุณหภูมิและความดันอากาศแตกต่างกันไป บนแผนที่อุตุนิยมวิทยาจะมีเส้นแสดงความ กดอากาศเท่ากัน เรียกว่า “ไอโซบาร์ (Isobers) แรงเกรเดียนของความกดอากาศ = ความกดอากาศที่แตกต่าง/ระยะทางระหว่าง 2 ตําแหน่ง หากเส้นโอโซบาร์อยู่ใกล้ชิดกันแสดงว่า ความกดอากาศเหนือบริเวณนั้นมีความแตกต่างกันมากหรือมีแรงเกรเดียน มาก แสดงว่ามีลมพัดแรง แต่ถ้าเส้นไอไซบาร์อยู่ห่างกันแสดงว่า ความกดอากาศเหนือบริเวณนั้นมีความแตกต่างกัน ไม่มาก หรือมีแรงเกรเดียนน้อย แสดงว่ามีลมพัดอ่อน อุปกรณ์วัดลม 1. เครื่องวัดทิศทางลม มีรูปร่างเหมือนลูกศร กระแสลมปะทะเข้ากับแผ่นหาง เสือที่ปลายลูกศร ทําให้หัวลูกศรชี้เข้าหาทิศทางที่กระแสลมพัดมาตลอดเวลา
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
****เมื่อเราขึ้นไปบนภูเขาสูงหรือขึ้นเครื่องบินไปสูงๆ จะรู้สึกหูอื้อ มีอาการอ่อนเพลีย ปวดศีรษะ เป็นเพราะความ ดันอากาศภายนอกลดลงและต่ำกว่าความดันอากาศภายในร่างกาย อากาศภายในร่างกาย จะขยายตัวเพื่อปรับความ ดันภายในให้เท่ากับภายนอก****
๏ เรื่องที่ 4 ความชื้น ความชื้นของอากาศ หมายถึง ปริมาณไอน้ำที่ปะปนอยู่ในอากาศได้มาจากแหล่งการระเหยของแหล่งน้ำจากแหล่ง น้ำต่างๆ บนโลก เช่น การคายน้ำของพืช ตลอดจนการหายใจของให้เกิดไอน้ ำ ซึ่งเรามองไม่เห็น เนื่องจากมีสถานะ เป็นแก็สล่องลอยอยู่ทั่วไปในอากาศ อากาศทุกหนทุกแห่งมีไอน้ำแทรกตัวปะปนอยู่ แต่อาจมีปริมาณมากน้อยต่างกัน - ถ้าปริมาณไอน้ำ น้อยกว่า ปริมาณไอน้ำสูงสุดที่อากาศรับไว้ได้ในขณะนั้นจะเรียกว่า “อากาศไม่อิ่มตัว” - ถ้าปริมาณไอน้ำ มากกว่า ปริมาณไอน้ำสูงสุดที่อากาศรับไว้ได้ในขณะนั้นจะเรียกว่า “อากาศอิ่มตัว” วิธีบอกความชื้นของอากาศ มี 2 ลักษณะ 1. ความชื้นสัมบูรณ์ (absolute humidity) หมายถึง อัตราส่วนระหว่างมวลของไอน้ำในอากาศ (หน่วยเป็น กรัม) กับปริมาตรของไอน้ำในอากาศ (หน่วยเป็นลูกบาศก์เมตร) ณ อุณหภูมิเดียวกัน สูตร
ความชื้นสัมบูรณ์ = มวลของไอน้ำในอากาศ / ปริมาตรของอากาศ *** ความชื้นสัมบูรณ์มีหน่วยเป็นกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
ตัวอย่าง : มีมวลของไอน้ำในอากาศ 30 กรัม และมีปริมาตรของไอน้ ำในอากาศ 6 ลูกบาศก์เมตร ที่อุณหภูมิ 30 °C จงหาความชื้นสัมบูรณ์ วิธีคิด ความชื้นสัมบูรณ์ = 30/6 = 5 สรุป ความชื้นสัมบูรณ์ มีค่าเท่ากับ 5 กรัม/ลูกบาศก์เมตร
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
2. อุปกรณ์วัดความเร็วลม (Anemometer) มีรูปร่างเหมือนใบพัดเครื่องบินหรือ กรวยดักลม มีหลักการทํางานเช่นเดียวกับเครื่องวัดความเร็วในรถยนต์ เมื่อกระแสลม พัดมาปะทะใบพัด (กรวยดักลม) จะทําให้แกนหมุนและส่งสัญญาณจำนวนรอบมาให้ เครื่องคำนวณเป็นค่าความเร็วลมอีกที่หนึ่งโดยมีหน่วยวัดเป็นเมตรต่อวินาที
สูตร
ความชื้นสัมพัทธ์ = (ปริมาณไอน้ำที่มีอยู่จริงในอากาศ / ปริมาณไอน้ำของอากาศอิ่มตัว) x 100
ตัวอย่าง : ที่อุณหภูมิ 30 °C อากาศอิ่มตัวด้วยไอน้ ำ 200 กรัม/ลูกบาศก์เมตร แต่ในขณะนั้นมี ไอน้ ำในอากาศ เพียง 140 กรัม/ลูกบาศก์เมตร จงหาความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ วิธีคิด ความชื้นสัมพัทธ์ = (140/200) x 100 = 70 % สรุป ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ มีค่าเท่ากับ 70 % เครื่องมือวัดความชื้นของอากาศ การวัดความชื้นนิยมวัดเป็นความชื้นสัมพัทธ์ โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า ไฮกรอมิเตอร์ ซึ่งมีอยู่หลายชนิด ดังนี้ 1. ไฮกรอมิเตอร์แบบเส้นผม ลักษณะเป็นตลับ ใช้หลักการหด ของเส้นผมที่ว่าเมื่ออากาศชื้นเส้นผมจะยืดยาวออก และเมื่ออากาศแห้ง เส้นผมจะหดตัว
2. ไฮกรอมิเตอร์แบบกระเปาะเปียกกระเปาะแห้ง ประกอบด้วย เทอร์โมมิเตอร์ 2 อัน ที่กระเปาะของเทอร์โมมิเตอร์อันหนึ่งมีผ้าเปียกหุ้มอยู่ เรียกว่า เทอร์โมมิเตอร์ กระเปาะเปี ย ก ส่ ว นอี ก อั น หนึ ่ ง เรี ย กว่ า เทอร์ โ มมิ เ ตอร์ กระเปาะแห้ ง เทอร์โมมิเตอร์กระเปาะเปียกอุณหภูมิจะต่ ำกว่าเทอร์โมมิเตอร์กระเปาะแห้ง ในการ วัดค่าความชื้นสัมพัทธ์จะเอาผลต่างระหว่างอุณหภูมิของเทอร์โมมิเตอร์ กระเปาะ แห้งและกระเปาะเปียกไปอ่านค่าความชื้นสัมพัทธ์จากตารางและค่าความชื้นสัมพัทธ์จะแสดงผลเป็นเปอร์เซ็นต์ ความชื้นสัมพัทธ์ หาได้จากอัตราส่วนระหว่างปริมาณไอน้ ำจริงกับไอน้ำอิ่มตัว เมื่ออุณหภูมิลดลง ปริมาณไอน้ ำ อิ่มตัวลดลง ค่าความชื้นสัมพัทธ์มีค่าเพิ่มขึ้น อากาศมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ ำ น้ำจะระเหยได้มากขึ้น เพราะความชื้น สัมพัทธ์ต่ำแสดงว่า ไอน้ำในอากาศมีอยู่น้อย อากาศยั งสามารถรับไอน้ำได้อีก น้ำจึงระเหยได้มากขึ้น อุณหภูมิจาก เทอร์โมมิเตอร์กระเปาะแห้งและกระเปาะเปียกเท่ากัน แสดงว่า “ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศจะเท่ากับ 100 %” ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยในฤดูร้อนต่ำกว่าฤดูหนาว เนื่องจาก ความชื้นสัมพัทธ์ขึ้นอยู่กับปริมาณเอง อิ่มตัวในอากาศ ใน “ฤดูหนาว” อุณหภูมิต่ำ ค่าปริมาณไอน้ำอิ่มตัวต่ำ ส่งผลให้ค่าความชื้นสัมพัทธ์ สูง พบทะเลหมอกในช่วงเช้า เพราะ อากาศตอนเช้ามีอุณหภูมิ ต่ำ ปริมาณไอน้ำอิ่มตัวต่ำ ความชื้นสัมพัทธ์สูง ไอน้ ำส่วนเกินในอากาศ จึงควบแน่นเป็น ละอองน้ำเกิดเป็น “ทะเลหมอก”
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
2. ความชื้นสัมพัทธ์ (relative humidity) หมายถึง สัดส่วนของปริมาณไอน้ ำที่มีอยู่จริงในอากาศ ต่อปริมาณ ไอน้ำอิ่มตัว (ปริมาณไอน้ำสูงสุดที่อากาศจะสามารถรับไว้ได้) ที่อุณหภูมิและปริมาตรของอากาศเดียวกัน โดยทั่วไป นิยมแสดงค่าของความชื้นสัมพัทธ์เป็นร้อยละหรือเปอร์เซ็นต์ตามสมการดังนี้
เมฆ (Cloud) เกิดจากไอน้ำในอากาศเมื่อกระทบความเย็นบางส่วนจะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำเล็กๆ รวมตัวกัน ซึ่งจะ มีรูปร่างลักษณะต่างๆ กัน บางครั้งจะเห็นรูปร่างเป็นก้อนคล้ายสำลีลอยอยู่ในท้องฟ้าที่ระดับ ความสูงต่างๆ กัน บางครั้งก็มีลักษณะรูปร่างคล้ายขนนก ส่วนเมฆที่มีขนาดใหญ่เป็นแผ่นหนา สีด ำมืด ภายในก้อนเมฆนั้นเต็มไปด้วย หยดน้ำที่อัดตัวกันแน่น จะเรียกว่า เมฆฝน ถ้าหยดน้ำที่รวมตัวกันเป็นเมฆมีขนาดใหญ่ขึ้นจนอากาศอุ้มไว้ไม่ได้ก็จะตก ลงมาเป็นฝน (rain)
ชนิดของเมฆ แบ่งตามความสูงจากพื้นดิน
1. เมฆชั้นต่ํา
2. เมฆขั้นกลาง
3. เมฆชั้นสูง
ตั้งแต่พื้นดินไม่เกิน
สูงจากพื้นดินไม่เกินระหว่าง
ความสูงจากพื้นดิน
2,500 เมตร
2,500 - 6,500 เมตร
ตั้งแต่ 6,500 เมตรขึ้นไป
1. เมฆชั้นต่ำ มีความสูงจากพื้นดินขึ้นไปไม่เกิน 2,500 เมตร ประกอบด้วย 1) สเตรตัส (stratus) มีลักษณะเป็นชั้น เหมือนหมอกลอยอยู่สูงจากพื้นดิน มักปกคลมอยูบ่ นยอดเขา
2) สเตรโตคิวมูลัส (stratocumulus) เป็นกลุ่มเมฆสีขาว มีลักษณะเป็นลอน เชื่อมต่อกัน ดูอ่อนนุ่ม เมฆลักษณะนี้ส่วนมากจะไม่มีฝน
3) นิมโบสเตรตัส (nimbostratus) มีลักษณะรูปร่างไม่แน่นอน สีเทาดำ อยู่ใกล้พื้นดิน
4) คิวมูลัส (Cumulus) เป็นก้อนสีขาวหนาทึบ กระจัดกระจายเหมือนสำลี เมฆ ลักษณะนี้แสดงว่า อากาศอยู่ในภาวะปกติ เมฆคิวมูลัสบางชนิดที่มีขนาดใหญ่อาจจะ พัฒนาไปเป็นเมฆคิวมูโลนิมบัสได้
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
๏ เรื่องที่ 5 เมฆและฝน
2. เมฆชั้นกลาง มีความสูงจากพื้นดินระหว่าง 2,500 - 6,500 เมตร ประกอบด้วย 1) อัลโตคิวมูลัส (altocumulus) มีลักษณะเป็นก้อนกลมใหญ่สีขาว บางครั้งมีสี เทา มีการจัดตัวเป็นแถวๆ หรือเป็นคลื่น และอาจเกิดแสงทรงกลดได้ในเมฆพวกนี้
2) อัลโตสเตรตัส (altostratus) มีลักษณะเป็นม่านเมฆสีเทาและสีฟ้าแผ่เป็น บริเวณกว้างมองดูเรียบ เป็นปุยหรือฝอยละเอียด อาจเกิดแสงทรงกลดได้
3. เมฆชั้นสูง มีความสูงจากพื้นดินตั้งแต่ 6,500 เมตรขึ้นไป ประกอบด้วย 1) เซอร์รัส (Cirrus) มีลักษณะเป็นฝอยบางๆ หรือปุยคล้ายขนนก สีขาวละเอียด โดยทั่วไปมีรูปร่าง ลักษณะที่ไม่แน่นอน เมฆชนิดนี้บอกถึงสภาพอากาศที่ดีพอสมควร
2) เซอร์โรสเตรตัส (cirrostratus) มีลักษณะเป็นแผ่นบางๆ สีขาวหรือสีน้ ำเงิน จาง ทําให้ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า วงแสงรอบดวง 3) เซอร์โรคิวมูลัส (cirrocumulus) เป็นเมฆสีขาวก้อนเล็กๆ เหมือนคลื่นหรือ เกล็ด โดยทั่วไป รวมกลุ่มกันเป็นเส้น
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
5) คิวมูโลนิมบัส (cumulonimbus) เป็นกลุ่มเมฆหนาทึบขนาดใหญ่สีดำมืด
1. ฝน (Rain) ฝนเกิดจากละอองไอน้ำต่างๆ ในก้อนเมฆมารวมกัน และเกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ ำ เมื่อหยด มีขนาดใหญ่ขึ้นจนไม่สามารถลอยตัวอยู่ในก้อนเมฆได้ก็จะตกลงมาเป็นฝน 2. น้ำค้าง (Dew) เกิดจากไอน้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำเล็กๆ เนื่องจากอุณหภูมิที่ลดลงในตอนกลางคืน ทํา ให้อากาศอิ่มตัว โดยอุณหภูมิจะลดลงจนกระทั่งอากาศไม่สามารถรับไอน้ำได้อีกต่อไป 3. ลูกเห็บ เกิดจากไอน้ ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ แล้วถูกพายุหอบสูงขึ้นไปในระดับความสูงที่มี อุณหภูมิของอากาศเย็นจัดหยดน้ำจะกลายเป็นเกล็ดน้ำแข็ง มีขนาดใหญ่ และมีน้ำหนัก มากจนอากาศ ไม่สามารถอุ้มไว้ได้จึงตกลงมา บางครั้งเกล็ดน้ำแข็งนั้น อาจถูกพายุหอบ ขึ้นไปกระทบความเย็นในบรรยากาศระดับสูงอีกก่อนตกถึงพื้น ทําให้เกล็ดน้ ำแข็งหรือ ลูกเห็บมีขนาดใหญ่ขึ้น 4. หมอก (Fog) หมอกเป็นเมฆระดับต่ำชนิดหนึ่งที่ปรากฏในรูปของละอองน้ ำที่มีขนาดของหยดน้ ำ ใหญ่กว่าหยดน้ำในเมฆ เกิดจากอากาศชื้นเย็นตัวและลอยต่ ำใกล้พื้นผิวโลก ซึ่งแตกต่าง จากการเกิดเมฆที่เกิดจากการเย็นตัวของอากาศขึ้นแล้วลอยตัวสูงขึ้น 5. หิมะ (Snow) ในฤดูหนาวอุณหภูมิของอากาศเย็นจัด ทำใหเม็ดฝนที่ตกผ่านอากาศลงมาจะไม่ ละลายและตกลงมากลายเป็นหิมะ เกล็ดของหิมะมีหลายลักษณะโดยทั่วไปเป็นรูป หก เหลี่ยม รูปร่างและขนาดแตกต่างกันไป
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ชนิดของหยาดน้ำฟ้า
ตาราง แสดงการวัดปริมาณน้ำฝนในประเทศไทย ปริมาณน้ำฝน 24 ชั่วโมง (มิลลิเมตร)
ขนาดของน้ำฝน
0.1 - 10.0
ฝนตกเล็กน้อย
10.1 - 35.0
ฝนตกปานกลาง
35.1 - 90.0
ฝนตกหนัก
90.1 - ขึ้นไป
ฝนตกหนักมาก
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
วัดปริมาณน้ำฝน อุปกรณ์วัดน้ำฝน (Rain gauge) ขนาดมาตรฐานเป็นทรงกระบอกขนาดเส้นผ่านศูนย์ 20 เซนติเมตร บนปาก กระบอกมีกรวยรอรับน้ำฝนให้ตกลงสู่กระบอกตวงที่อยู่ภายในซึ่งมีเส้นผ่านศู นย์กลางขนาดเล็กกว่ากระบอกนอก 10 เท่า (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร) ทั้งนี้เพื่อขยายมาตราส่วนขยายขึ้น 10 เท่า ทําให้เกิดความสะดวกในการอ่าน ค่าปริมาณน้ำฝนได้ละเอียดยิ่งขึ้น ปริมาณน้ำฝนมีหน่วยเป็น “มิลลิเมตร
การพยากรณ์อากาศ คือ การคาดคะเนถึงลักษณะของอากาศที่จะเกิดขึ้นล่วงหน้า โดยการคาดคะเนอากาศนั้น ต้องมีการเก็บรวบรวมข้อมูลจากการศึกษาสภาพอากาศล่วงหน้า แล้วจึงนําข้อมูลอากาศที่ได้ มาคาดคะเนลักษณะ อากาศในวันถัดไป นักอุตุนิยมวิทยามักใช้แผนที่อากาศประกอบการอธิบายหรือแสดงข้อมูล ซึ่งในแผนที่อากาศจะมี เส้นแสดงความกดอากาศ โดยแต่ละเส้นจะแสดงถึงความกดอากาศที่เท่ากัน ซึ่งในขณะที่การตรวจวัดสภาพอากาศ นั้น บริเวณพื้นที่ต่างๆ ที่อยู่ในแนวเส้นเดียวกันจะมีค่าความกดอากาศที่เท่ากันด้วย เครื่องมือที่ใช้ในการเก็บข้อมูลอากาศ ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์ บารอมิเตอร์ ศรลม ไฮโกรมิเตอร์ เครื่องมือวัดน้ำฝน เรดาร์ตรวจอากาศ และดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา การพยากรณ์อากาศ เป็นการตรวจวัดอากาศจากองค์ประกอบต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และความกดอากาศ ซึ่งเป็นองค์ ประกอบพื้นฐานทางอุตุนิยมวิทยา ทําให้ทราบถึงสภาพอากาศและปรากฏการณ์ต่างๆ ของอากาศได้ นอกจากนี้ยังต้องทราบถึงจำนวนและชนิดของเมฆ ปริมาณน้ำฝน ความเร็ว และทิศทางลม สิ่งต่างๆ เหล่า นี้เรียกว่า สารประกอบทางอุตุนิยมวิทยา อุตุนิยมวิทยา (meteorology) เป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่ศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพดินฟ้า อากาศ เพื่อนำมาเป็นข้อมูลในการวิเคราะห์ลักษณะอากาศ รวมทั้ งการทำนายสภาพอากาศล่วงหน้า ที่เรียกว่า การ พยากรณ์อากาศ (weather forecast) กระบวนการในการพยากรณ์อากาศ 1. การตรวจอากาศ นักอุตุนิยมวิทยาจะทําการตรวจอากาศผิวพื้นโดยใช้เครื่องมือตรวจสภาพอากาศ ที่ติดตั้งไว้ ภายในสถานีตรวจอากาศ เพื่อเก็บข้อมูลของสารประกอบทางอุตุนิยมวิทยาในปัจจุบันได้ มีการนําเอาเทคโนโลยีที่ทันสมัยมาใช้ตรวจวัดสภาพอากาศ ได้แก่ เรดาร์ตรวจอากาศ และ ดาวเทียมตรวจสภาพ ลมฟ้าอากาศ เพื่อช่วยผ่อนแรงมนุษย์ และเพื่อการวิเคราะห์และแปลความหมายการ พยากรณ์อากาศที่แม่นยำยิ่งขึ้น การตรวจอากาศ 1) เรดาร์ตรวจอากาศ เป็นเครื่องมือตรวจสภาพอากาศที่อาศัยคลื่นวิทยุความถี่สูง เพื่อตรวจหาตำแหน่ง โดยเมื่อคลื่นความถี่สูงไปกระทบกับเป้าหมายก็จะสะท้อนกลับมายังจอรับภาพเรดาร์ตรวจอากาศ จะใช้ในการตรวจ การเคลื่อนตัวของพายุฝนฟ้าคะนองและพายุไต้ฝุ่นได้เป็นอย่างดี 2) ดาวเทียมตรวจสภาพลมฟ้าอากาศ ใช้ตรวจสภาวะต่างๆ ใน บรรยากาศโดยดาวเทียมตรวจสภาพลมฟ้า อากาศจะป้อนข้อมูลสภาพลม ฟ้าอากาศจากอวกาศ การทํางานของดาวเทียมจะส่งข้อมูลด้านกลุ่มและชนิดของเมฆ กลับมายังโลกโดยจะลอยตัวอยู่เหนือพื้นโลก ณ ตำแหน่งที่คงที่ตลอดเวลาในอวกาศ นักอุตุนิยมวิทยาจะนําข้อมูลที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือต่างๆ มาวิเคราะห์ ลักษณะอากาศและบันทึกลงในแผนที่ อากาศ (weather map) เพื่อแปลความหมายของข้อมูลว่า สภาพอากาศที่ตรวจวัดได้นั้นมีลักษณะใด สัญลักษณ์สําคัญที่ปรากฏในแผนที่อากาศ เช่น - อักษร H แทนหย่อมความกดอากาศสูง โดยเส้นในสุดแสดงว่ามีความกดอากาศสูงสุด อาจเรียกว่า ศูนย์กลาง ของความกดอากาศสูง
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
๏ เรื่องที่ 6 การพยากรณ์อากาศ
2. การสื่อสาร เจ้าหน้าที่ฝ่ายสื่อสารจะเป็นผู้น ำข้อมูลจากสถานีตรวจอากาศทั้งภายในประเทศและต่างประเทศ มาทําการเขียนแผนที่อากาศ แล้วส่งต่อไปยังนักพยากรณ์อากาศเพื่อวิเคราะห์และรายงานสภาพอากาศต่อไป การ สื่อสารจะต้องทําอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยอาศัยอุปกรณ์ในการสื่อสารที่ทันสมัย เช่น วิทยุโทรพิมพ์ (teletype) โทรสาร (telefax) และโทรศัพท์ (telephone) 3. การพยากรณ์อากาศ ในประเทศไทย กรมอุตุนิยมวิทยา จะทําหน้าที่รวบรวมผลการตรวจสอบ จากสถานี ตรวจอากาศทั่วประเทศ แล้วนำมาทําแผนที่อากาศร่วมกับข้อมูลที่ได้จากภาพถ่ายดาวเทียม เพื่อสรุปลักษณะสําคัญ ของลมฟ้าอากาศที่เกิดขึ้น จากนั้นก็ทําการกระจายข่าวการพยากรณ์ในช่วงเวลาสั้นๆ โดยกล่าวถึงสภาพลมฟ้าอากาศ ที่กำลังก่อตัวในช่วง 12 - 24 ชั่วโมง และการพยากรณ์ในวงกว้าง โดยรายงาน เกี่ยวกับสภาพอากาศในอีก 5 วัน ข้างหน้า หรือบางครั้งก็มีการคาดการณ์ล่วงหน้าถึง 30 วัน อุตุนิยมวิทยากับชีวิตประจำวัน การรายงานสภาพอากาศในแต่ละวันนั้นมีประโยชน์ เพราะจะทําให้เราสามารถป้องกันอันตราย ที่อาจเกิดจาก ปรากฏการณ์ลมฟ้าอากาศได้ สามารถวางแผนการทํางานล่วงหน้าเพื่อหลีกเลี่ยงอุปสรรคจากสภาพของอากาศ นอกจากนี้ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอากาศและการวิเคราะห์ ลักษณะอากาศยังมีประโยชน์อย่างมากต่อการวางแผนและ ดำเนินการ ด้านต่างๆ ดังนี้ - ด้านเกษตรกรรม การทราบลักษณะของอากาศมีประโยชน์ต่อเกษตรกรในการคัดเลือกพันธุ์ที่จะปลูก ให้เหมาะ กับสภาวะของแต่ละบริเวณ ตลอดจนการคัดเลือกพันธุ์สัตว์ให้เหมาะสมกับสภาพอากาศในแต่ละท้องถิ่น - ด้านวิศวกรรม การทราบลักษณะของอากาศมีประโยชน์ต่อการออกแบบและก่อสร้างอาคารให้สอดคล้องกับ สภาพการไหลเวียนของอากาศในบริเวณที่ทําการก่อสร้าง เพื่อช่วยประหยัดพลังงานและทําให้มีการระบายอากาศที่ดี - ด้านการขนส่ง การทราบลักษณะของอากาศมีประโยชน์ในการกําหนดเส้นทางเดินเรือที่ปลอดภัยจากบริเวณที่ เกิดพายุ หรือถ้าเป็นการ โดยเครื่องบินก็ต้องพยายามหลีกเลี่ยงบริเวณที่มักจะมีอากาศแปรปรวน สรุปเครื่องมือในการตรวจวัด - อุณหภูมิอากาศ ตรวจวัดโดยใช้ เทอร์โมมิเตอร์ - ความชื้นสัมพัทธ์ ตรวจวัดโดยใช้ ไซครอมิเตอร์ หรือ ไฮกรอมิเตอร์ - ความกดอากาศ ตรวจวัดโดยใช้ บารอมิเตอร์ - อัตราเร็วและทิศทางลม ตรวจวัดโดยใช้ มาตรวัดลม และ ศรลม ตามลำดับ - เมฆ ตรวจวัดด้วย ตาเปล่า - ฝน ตรวจวัดโดยใช้ เครื่องวัดฝน
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
- อักษร L แทนหย่อมความกดอากาศต่ำ โดยเส้นในสุดแสดงว่ามีความกดอากาศต่ ำสุด อาจเรียกว่า ศูนย์กลาง ของความกดอากาศต่ำ - เส้นความกดอากาศ แต่ละเส้นเรียกว่า เส้นไอโซบาร์ (Isobar) โดยแต่ละเส้นจะผ่านบริเวณที่มีความดันอากาศ เท่ากัน ในขณะที่ตรวจวัดสภาพอากาศขณะนั้น ตัวเลขบนแผนที่แทนค่าความดันอากาศ หน่วยเป็น เฮกโตพาสคัล (1 เฮกโตพาสคัล = 10 2 พาสคัล) เส้นที่มีความกดอากาศอยู่ใกล้ตัวอักษร H มี ความกดอากาศสูง เส้นที่มีความกด อากาศอยู่ใกล้ตัวอักษร L มีความกดอากาศต่ำ
๏ เรื่องที่ 1 พายุ สภาพอากาศที่มีความกดอากาศแตกต่างกันอย่างมากในบริเวณ 2 บริเวณ อากาศในบริเวณความกดอากาศสูงจะ เคลื่อนตัวอย่างรวดเร็วไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ทําให้เกิดลมที่มีความรุนแรง ที่เรียกว่า ลมพายุ (storms) กลุ่มที่ 1 พายุฝนฟ้าคะนอง (Thunderstorm) บริเวณที่มีอากาศร้อนและชื้นจะเกิดพายุที่มีลมพัดแรง ฝนตกหนัก และเกิดฟ้าแลบ ฟ้าร้อง และฟ้าผ่า ขึ้น เรียกว่า พายุฝนฟ้าคะนอง ซึ่งบางครั้งจะมีลูกเห็บเกิดขึ้นด้วย ประเทศไทยจะเกิดพายุฝนฟ้าคะนองใน ฤดูฝนช่วงเดือน พฤษภาคม พายุ นี้เกิดจากเมฆคิวมูโลนิมบัสที่ก่อตัวในแนวตั้ง สภาวะการเกิดพายุฝนฟ้าคะนองแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน ดังนี้ 1. ขั้นเริ่มก่อตัว ลักษณะเมฆเป็นแบบคิวมูลัสที่ก ำลังพัฒนาเป็นเมฆคิวมูโลนิมบัส มีกระแสลมแรงพัดขึ้นตาม แนวตั้งตลอดตั้งแต่ฐานเมฆไปจนถึงยอดเมฆ ความเร็วลมที่พัดขึ้ นไปอาจแรงถึง 10 กิโลเมตร ชั่วโมง บางครั้งอาจถึง 50 กิโลเมตร/ชั่วโมง 2. ขั้นพัฒนาเต็มที่ ขั้นนี้ภายในเมฆคิวมูลัสยังมีกระแสลมที่พัดขึ้นตามแนวตั้งและมีกระแสลม พัดลงตามแนวตั้ง จากเมฆลงมาสู่พื้นดินตามเม็ดฝนลงมาไอน้ ำจะเกิดการกลั่นตัวเป็นเม็ดน้ำและมีขนาดโตขึ้นจนหนักเกินกว่าที่กระแส ลมจะพยุงไว้ได้ จึงตกลงมาเป็นฝนซึ่งเกิดขึ้นในบริเวณระดับต่ ำของเมฆ แต่ในระดับสูงของเมฆขึ้นไปจะมีทั้งฝนและ หิมะ สำหรับพายุฝนฟ้าคะนองที่มีกระแสลมพัดขึ้นอย่างแรง เม็ ดน้ำจะถูกพัดขึ้นไปในระดับสูงมาก และตกลงมา กลายเป็นลูกเห็บได้ และขณะที่มีพายุฝนฟ้ าคะนองจะกระโชกแรงและอากาศบริเวณนั้นจะเย็นลง เนื่องจากกระแส ลมที่พัดลงตามแนวตั้งเมื่อกระทบพื้นดินแล้ว จะกระจายออกในแนวราบไปด้านข้าง ทําให้เกิดลมกระโชกแรงได้เป็น ระยะทางไกลๆ และอุณหภูมิของพื้นดินจะลดลง 3. ขั้นสลายตัว ขั้นนี้กระแสลมพัดลงตามแนวตั้งจะแผ่ไปทั่วก้อนเมฆจนกระทั่งกระแสลมที่พัด ขึ้นจะหมดไป ทํา ให้หยาดน้ำฟ้าค่อยๆลดลง และพายุฝนฟ้าคะนองก็ค่อยๆ อ่อนกำลังลงไปด้วยการเกิดพายุฝนฟ้าคะนองเราจะเห็น ประกายไฟหรือที่เรียกว่า ฟ้าแลบ เกิดขึ้นก่อน และหลังจากนั้นจึงจะได้ยินเสียงที่เรียกว่า ฟ้าร้อง
ขั้นตอนการเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
บทที่ 2 : มนุษย์และการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
พายุหมุนเขตร้อน สามารถแบ่งย่อยตามความรุนแรง ได้ดังนี้ - ดีเปรสชั่น (Tropical Depression) เป็นพายุที่มีความเร็วลมต่ำที่สุดในบรรดาพายุหมุนเขตร้อนด้วยกัน คือ มี ความเร็วลมสูงสุดใกล้จุดศูนย์กลางไม่เกิน 63 กิโลเมตรต่อชั่วโมง กลุ่มเมฆหมุนวนเป็นวงกลม แต่ไม่เป็นเกลียวและไม่ มีตาพายุชัดเจน ลมไม่แรงพอจะพังบ้านเรือน แต่ฝนอาจตกหนักติดต่อกันจนน้ำท่วมได้ - พายุโซนร้อน (Tropical Storm) เมื่อพายุซึ่งเกิดขึ้นในทะเลเคลื่อนที่เข้ าหาฝั่ง และพบกับความกดอากาศที่ แตกต่างกว่าเดิม จะทําให้ความเร็วลมเพิ่มขึ้น ลมกระโชกแรงพอที่จะพังบ้านเรือนที่มีโครงสร้างไม่แข็งแรงได้ ทําให้มี ฝนตกหนักมากขึ้น จึงเปลี่ยนชื่อเป็นพายุโซนร้อน ซึ่งจะมีความเร็วลมไม่เกิน กิโลเมตรต่อชั่วโมง และเริ่มเห็นเกลียว แขนของพายุบ้างแล้ว - ไต้ฝุ่น (Typhoon) หรือ เฮอริเคน (Hurricane) หากพายุโซนร้อนมีความเร็วลมเพิ่มขึ้นสูงกว่า 118 กิโลเมตร ต่อชั่วโมงขึ้นไป มีตาพายุชัดเจน ซึ่งบริเวณศูนย์กลางตาพายุจะฟ้าโปร่ง อาจมีเพียงฝนปรอย ลบสงบ ขัดต่อสภาพ รอบนอกของตาพายุ ความรุนแรงก็เพิ่มระดับไปสู่ขั้นที่ก่อให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรง น้ำท่วมฉับพลันทันที บ้านเรือนปลิวหรือพังถล่มเสียหาย รวมถึงก่อให้เกิดอันตรายต่อการเดินเรือได้ด้วย กลุ่มนี้จะถูกเรียกว่า ไต้ฝุ่น หรือ เฮ อริเคน โดยปกติแล้วประเทศไทยมักจะพบเพียงแค่ดีเปรสชัน เนื่องจากพายุมักเกิดที่มหาสมุทรแปซิฟิก กว่าจะเคลื่อนตัว มาถึงเขตประเทศไทยก็อ่อนกำลังไปมากแล้ว พายุหมุนเขตร้อนยังมีชื่อเรียกที่ปรับเปลี่ยนไปตามภาษาถิ่นของพื้นที่ที่ เกิดด้วย
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
กลุ่มที่ 2 พายุหมุนเขตร้อน (Tropical Cyclone) เป็นพายุที่มีลมหมุนให้เห็นได้ โดยเกิดขึ้นในแถบเส้นศูนย์สูตร เช่นกัน ซึ่งเริ่มเกิดเมื่อมีหย่อมความกดอากาศต่ำเกิดขึ้นบริเวณ ผิวน้ำทะเลหรือมหาสมุทรที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 27 องศาเซลเซียส พายุในกลุ่มนี้ จะก่อตัวเป็นพายุหมุนขนาดใหญ่กินวงกว้าง มี ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 100 กิโลเมตรขึ้นไป ลักษณะสําคัญ อีกอย่างหนึ่ง คือ ทิศทางการหมุน วนของพายุ หากพายุเกิด เหนือเส้นศูนย์สูตร จะหมุนวนทวนเข็มนาฬิกา แต่หากเกิดใต้เส้น ศูนย์สูตรหรือซีกโลกใต้ จะหมุนวนตามเข็มนาฬิกา
กลุ่มที่ 3 พายุทอร์นาโด (Tornado) เกิดจากการปะทะกันของลมร้อนและลมเย็น โดยปกติแล้วมักพบมากในแผ่นดินทวีปอเมริกาเหนือ เนื่องจากมี ความแตกต่างกันของสภาพอากาศค่อนข้างมากและกว่า 90% ของพายุกลุ่มนี้เกิดขึ้นบนบก ลักษณะของพายุจะมี เกลียวงวงช้างเห็นได้ชัดเจน และมีลมดูดยกเอาสิ่งปลูกสร้างหรือสิ่งของที่มี น้ำหนักไม่มากนักให้ลอยขึ้นได้ การก่อตัว ของพายุกลุ่มนี้จะรวดเร็ว คาดเดาไม่ได้ และคงตัวอยู่ไม่กี่ชั่วโมง ก่อนจะสลายตัวไปเมื่ออุณหภูมิของอากาศเริ่ม ใกล้เคียงกัน แต่ความรุนแรงที่เกิดขึ้นและความไม่แน่นอนของเวลา และสถานที่ที่จะเกิดทําให้มันเป็นกลุ่มพายุที่ อันตรายมากที่สุด
ภัยอันตรายที่เกิดจากพายุ พายุต่างๆ ที่เกิดขึ้นล้วนทําความเสียหายให้แก่ชีวิตและทรัพย์สินไม่มากก็น้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่มที่ 3 ถ้าขาด ความระมัดระวัง และไม่มีการเตรียมตัวล่วงหน้า เพื่อรับมือกับภัยพิบัติอย่าง ก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมาก 1. ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับอาคารบ้านเรือนและสิ่งก่อสร้าง อาคารบ้านเรื อนของราษฎรหากก่ อสร้ างไม่ แข็ง แรง เมื่อเกิดพายุ ก ็ จ ะ เสียหาย โดยเกิดการพังทลายลงมาทั้งหลัง หรือส่วนที่เป็นหลังคาถูกพาพัดพา ไป ลูกเห็บจากพายุฤดูร้อนที่ตกลงมา ถ้ามีขนาดใหญ่พอสมควรก็อาจทําความ เสียหายให้แก่หลังคาบ้านได้เช่นกัน รวมทั้งพืชผลในไร่นาด้วย
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
หากพายุหมุนเขตร้อนเกิดขึ้นบริเวณมหาสมุทร แปซิฟิกจะเรีย กว่า ไต้ฝุ่น (Typhoon) หากเกิด บริเวณมหาสมุทรอินเดีย อ่าวเบงกอล หรือทะเล อาหรับ จะถูกเรียกว่า ไซโคลน (Cyclone) หาก เกิดบริเวณมหาสมุทรรอบๆ ออสเตรเลีย บริเวณหมู่ เกาะต่ า งๆ จะเรี ย กว่ า วิ ล ลี - วิ ล ลี (Wily-Wily) หากเกิดใกล้ห มู่เกาะฟิล ิป ปินส์จ ะถูกเรียกว่า บา เกียว (Baguio) หากเกิดบริเวณฝั่งตะวันตกของ มหาสมุทรแอตแลนติก หรือบริเวณทวีป อเมริกา เหนือ กลาง และใต้ จะเรียกว่า เฮอริเคน (Hurricane)
2. ความเสียหายจากน้ำท่วม พายุหมุนเขตร้อนที่ก่อให้เกิดฝนตกหนักมากอาจสร้างความเสียหาย จากน้ำท่วม ทั้งที่เป็นน้ำป่าไหลหลากจากบริเวณที่สูงลงมาสู่พื้นที่ราบเชิง เขา น้ำเอ่อล้นจากแม่น้ ำลําคลองไหลเข้าท่วมบริเวณพื้นที่ริมฝั่งแม่น้ ำ และน้ำฝนที่ไหลท่วมขังอยู่ตามบริเวณที่ลุ่ มต่ำ เมื่อระบายออกไม่ทัน ความเสียหายจากน้ ำ ท่ว ม นอกจากจะเกิ ด กั บ อาคารบ้ านเรื อ นและ เครื่องใช้ภายในบ้านแล้ว ยังก่อให้เกิดความเสียหายต่อพืชผลในไร่ นา และเส้นทางสัญจรไปมา ทั้งทางถนนและทาง รถไฟด้วย รวมทั้งเกิดการกัดเซาะตลิ่ง หรือเปลี่ยนทางน้ำไหลไปจากเดิมได้ 3. ความเสียหายจากดินถล่มและโคลนไหล ฝนที่ตกหนัก ถ้าหากเป็นบริเวณภูเขา ซึ่งมีการแผ้วถางทำลายป่า ปราศจาก ต้นไม้ป้องกันรักษา หน้าดินก็อาจทําให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ดินถล่ม (land slide) และ โคลนไหล (mud flow) ได้ เนื่องจากดินบนภูเขาอุ้มน้ ำไว้ มาก จึงเลื่อนไหลลงมาตามทางลาดเขาอย่างรวดเร็ว ทําความเสียหายให้แก่ บ้านเรือนราษฎรที่อยู่ตามลาดเขาและเชิงเขา รวมทั้งเส้นทางสัญจร ที่ผ่านเข้า ไปในบริเวณนั้น เช่น ถนน สะพาน ก่อให้เกิดความเสียหายได้มาก 4. ความเสียหายของเรือประมง เรือประมงที่กำลังแล่นอยู่ในท้องทะเล หรือจอดไว้ตามแนวชายฝั่ง อาจ ถูกพายุพัดอับปางเกิดความเสียหายได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรือขนาดเล็กที่ กำลังหาปลาอยู่ในท้องทะเล เมื่อเรืออับปางลงก็ย่อมก่อให้ เกิดความ เสียหายทั้งแก่ชีวิตของลูกเรือและตัวเรือ 5. ความเสียหายจากฟ้าผ่า พายุฝนฟ้าคะนองที่เกิดขึ้นโดยมีฟ้าแลบ ฟ้าร้อง และฟ้าผ่ารวมอยู่ด้วย อาจ ก่อให้เกิดความเสียหายแก่ชีวิตและทรัพย์สินได้เช่นกัน ดังที่มีข่าวอยู่บ่อยๆ ว่า ฟ้าผ่าคนหรือสัตว์เลี้ยงเสียชีวิต ขณะอยู่กลางแจ้งหรือหลบอยู่ใต้ต้นไม้ใหญ่ เมื่อมีพายุฝนฟ้าคะนองเกิดขึ้น
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ในเขตเมืองใหญ่ๆ เช่น กรุงเทพฯ ซึ่งมีการติดตั้งป้ายโฆษณาขนาดสูงใหญ่มากๆ หากป้ายโฆษณา, หมั่นคงแข็งแรง พอ เมื่อเกิดพายุรุนแรง ป้ายโฆษณาก็อาจเกิดการล้มพังลงมา หรือชิ้นส่วนอาจร่วงเกิดความเสียหายต่ออาคาร บ้านเรือน ยานพาหนะ ตลอดจนผู้คนที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงได้
การป้องกันอันตรายจากการถูกฟ้าผ่า มีดังนี้ 1. หลีกเลี่ยงการอยู่กลางแจ้ง ในขณะฝนตกฟ้าคะนอง หากจำเป็นควรนั่งยอง ย่อตัวให้ต่ ำและชิดกับพื้นให้มาก ที่สุด แต่ไม่ควรนอนราบกับพื้น รวมทั้งหลีกเลี่ยงการอยู่ใกล้ต้นไม้สูง เสาไฟฟ้า ป้ายโฆษณา เพราะฟ้าจะผ่าลงที่สูง 2. ควรหลบในตัวอาคารที่ติดตั้งสายล่อฟ้า จะช่วยป้องกันอันตรายจากฟ้าผ่าได้ แต่ไม่ควรใช้ โทรศัพท์ เปิด คอมพิวเตอร์ เล่นอินเทอร์เน็ต ดูโทรทัศน์ ฟังวิทยุ หรืออยู่ใกล้ประตู หน้าต่างที่มี ส่วนประกอบ เป็นโลหะในขณะฟ้า ร้องฟ้าผ่า 3. หลีกเลี่ยงการใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าทุกชนิด เพราะกระแสไฟจากฟ้าผ่าอาจไหลผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า หรือสื่อไฟฟ้า ต่างๆ ทําให้เกิดอันตรายขึ้นได้ 4. กรณีอยู่ในรถ ควรปิดกระจกทุกบาน หากฟ้าผ่าลงรถควรตั้งสติ ไม่ควรออกจากรถโดยเด็ดขาด เ พราะ กระแสไฟฟ้าที่ไหลตามผิวโลหะของตัวถังรถจะไหลลงสู่พื้นดิน หากออกนอกรถจะมีความเสี่ยงถูกฟ้าผ่าสูง ที่สําคัญ อย่าสัมผัสส่วนที่เป็นโลหะ
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ ภัยธรรมชาติที่เกิดขึ้นอย่างรุนแรง เช่น ภาวะน้ ำท่วม และคลื่นความร้อน ล้วนส่งผลกระทบต่อ สุขภาพของมนุษย์ ทั้งทางตรงและทางอ้อม เช่น คุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทําให้ยุงลาย ซึ่งเป็นพาหะนําไข้มาลาเรีย และไข้เลือดออกขยายตัว เพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีผู้ป่วยด้วยโรคไข้มาลาเรียเพิ่มขึ้นประมาณ 50-80 ล้านคนต่อปี โดยเฉพาะในเขตศูนย์สูตรและเขต ร้อน เช่น เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ผลกระทบของภาวะโลกร้อนดังกล่าว ก่อให้เกิดความเสียหายที่รุนแรงโดยจะเกิดกับกลุ่มประเทศกำลังพัฒนาที่ ยากจนรุนแรงมากที่สุด เนื่องจากเป็นประเทศเกษตรกรรม โดยผลผลิตทางการเกษตรจะลดลงจากสภาพอากาศ แปรปรวน และจะส่งผลกระทบที่รุนแรงต่อปริมาณอาหารสำรองและเศรษฐกิจโดยรวมของประเทศที่ต้องพึ่งพาการ ส่งออกสินค้าทางการเกษตรเป็นหลัก ประเทศไทยเองก็เป็นหนึ่งในประเทศกำลังพัฒนาที่จะได้รับผลกระทบที่รุนแรง จากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกเช่นเดียวกัน
การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Change) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสภาวะอากาศอันเป็นผลจาก กิจกรรมของมนุษย์ที่เปลี่ยนองค์ประกอบของบรรยากาศโลกโดยตรงหรือโดยอ้อมและที่เพิ่มเติมจากความแปรปรวน ของสภาวะอากาศตามธรรมชาติ สังเกตได้ในช่วงระยะเวลาเดียวกัน ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณน้ ำฝน ฤดูกาล ซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญ การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตที่จะต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพภูมิอากาศในบริเวณที่สิ่งมีชีวิตนั้นอาศัย อยู่ปัจจัยที่ทําให้ภูมิอากาศเปลี่ยนแปลง ได้แก่ - พลังงานจากดวงอาทิตย์ - วงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ - องค์ประกอบของบรรยากาศ - กระแสน้ำในมหาสมุทร - อัลบีโดหรือความสามารถในการสะท้อนแสงของบรรยากาศและพื้นผิวโลก - แผ่นน้ำแข็งขั้วโลก - การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก ทุกปัจจัยที่กล่าวมาล้วนมีผลกระทบต่อบรรยากาศโลกโดยตรง และมีผลกระทบต่อกันและกัน เหมือนห่วงลูกโซ่ ซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในภาพรวม สาเหตุที่ทําให้อุณหภูมิของโลกมีการเปลี่ยนแปลง ได้แก่ 1. มนุษย์ กิจกรรมที่มนุษย์ดำเนินอยู่ในส่วนต่างๆ ของโลก มีผลกระทบต่ออุณหภูมิของอากาศ เช่น การ เผาไหม้ เชื้อเพลิงในยานยนต์และในโรงงานอุตสาหกรรม ทําให้อุณหภูมิในเมืองใหญ่ๆ สูงกว่าในชนบทบริเวณ ใกล้เคียง ประมาณ 5 – 8 °C 2. การตั ด ไม้ ท ำลายป่ า ซึ ่ ง เป็ น ผลทํ า ให้ ส มดุ ล ของไอน้ ำ ในอากาศเสี ย สมดุ ล ไป ทํ า ให้ อ ุ ณ หภู ม ิ ข องโลก เปลี่ยนแปลง 3. เมฆที่ปกคลุมท้องฟ้า ปกติเมฆจะปกคลุมโลกไว้เกือบ 50% ของพื้นที่โลกทั้งหมด ถ้าหากเมฆปกคลุม ท้องฟ้า มากจะทําให้พลังงานความร้อนที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ลดน้อยลง และในขณะเดียวกันก็จะดูดซับ ความร้อนที่โลก คายออกไปด้วย เมื่อท้องฟ้าแจ่มใสและปลอดโปร่งโลกจะได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ ประมาณ 80% 4. การระเบิดของภูเขาไฟ ทําให้โลกได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ลดลง เช่น การระเบิดของภูเขาไฟ พินาทูโบใน ประเทศฟิลิปปินส์ ทําให้อุณหภูมิอากาศลดลง 0.5 °C 5. ลม บริเวณที่ลมร้อนพัดผ่านจะทําให้อุณหภูมิของอากาศบริเวณนั้นสูงขึ้น ส่วนบริเวณที่ลมเย็นพัดผ่าน จะทําให้ อุณหภูมิของอากาศบริเวณนั้นลดต่ ำลง ปกติเมื่อลมทะเลพัดประมาณ 15 นาที หรือครึ่งชั่วโมงจะทําให้ อุณหภูมิ อากาศลดลงประมาณ 7 - 8 °C 6. กระแสน้ำในมหาสมุทร บริเวณที่มีกระแสน้ ำอุ่นไหลผ่านจะทําให้อุณหภูมิอากาศสูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม บริเวณใดมีกระแสน้ำเย็นไหลผ่านจะทําให้อุณหภูมิของอากาศต่ำลง 7. ปรากฏการณ์เรือนกระจก (greenhouse effect) ในบรรยากาศมีแก๊สบางชนิด เช่น ไอน้ ำ มีเทน ไนตรัส ออกไซด์ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่ส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิของโลก เนื่องจากแก๊สเหล่านี้มีสมบัติ ในการดูดกลืน รังสีความร้อนในลักษณะของรังสีคลื่นยาวที่โลก เมฆ บรรยากาศปล่อยออกมา แล้วคายรังสีความร้อนกลับคืนสู่ ผิว โลกและบรรยากาศ ทําให้บรรยากาศบริเวณผิวโลก 1 มีอุณหภูมิสูงขึ้น ปรากฏการณ์นี้ เรียกว่า ปรากฏการณ์เรือน
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
๏ เรื่องที่ 2 การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก
หลักฐานที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ 1. อุณหภูมิของโลกเพิ่มขึ้น การที่อุณหภูมิของโลกเพิ่มขึ้นนี้เนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และการปล่อยแก๊สเรือนกระจกสู่ชั้นบรรยากาศทําให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกโดยเฉลี่ยเพิ่ม ขึ้นประมาณ 1.1 องศา เซลเซียส ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอย่างมากทีเดียว 2. น้ำในมหาสมุทรร้อนขึ้น เมื่อความร้อนภายในโลกเพิ่มขึ้น น้ ำในมหาสมุทรจะดูดซับความร้ อนส่วนหนึ่งไว้ อุณหภูมิที่ผิวน้ำจนถึงระดับความลึก 700 เมตร เพิ่มขึ้นถึง 0.302 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งส่งผลกระทบต่อแพลงก์ตอน และสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กในมหาสมุทร 3. ความเป็น กรดในมหาสมุทรเพิ่มขึ้น ตั้งแต่ยุคปฏิวัติอุตสาหกรรม ความเป็นกรดของน้ ำทะเลก็เพิ่มขึ้น ประมาณ 30% การเพิ่มขึ้นนี้เป็นผลจากการปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สู่ บรรยากาศ ดังนั้นจึงมีการดูดซับ โดยมหาสมุทรไว้บางส่วน ปริมาณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกดูดซับโดยมหาสมุทร เพิ่มขึ้นประมาณ 2 พันล้าน ตันต่อปี และเมื่อน้ำมีความเป็นกรดสูงขึ้นก็อาจก่อให้เกิดปัญหากับแนวปะการังและนําไปสู่การเปลี่ยนแปลงของวัฏ จักรสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรได้ 4. ระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้น ในศตวรรษที่ผ่านมา ระดับน้ำทะเลทั่วโลกสูงขึ้นประมาณ 8 นิ้ว 5. การลดลงของน้ำแข็งในทะเลอาร์กติก ความหนาของแผ่นน้ ำแข็งในทะเลอาร์กติกได้ลดลงอย่างรวดเร็ว ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา แผ่นน้ำแข็งมีขนาดเล็กลง แผ่นน้ำแข็งที่กรีนแลนด์และแอนตาร์กติกาก็มีมวลลดลง 6. ธารน้ำแข็งทั่วโลกกำลังลดลง 7. หิมะที่เคยปกคลุมพื้นที่ต่างๆ ลดลง ปรากฏการณ์เรือนกระจกและภาวะโลกร้อน ชั้นบรรยากาศของโลกเปรียบเสมือนเรือนกระจกที่ห่อหุ้มโลกไว้ ทําให้อุณหภูมิของโลกมีความสมดุลพอเหมาะต่อ การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตบนโลก ในภาวะปกติ ชั้นบรรยากาศของโลกจะประกอบด้วยแก๊สโอโซน ไอน้ ำ รวมทั้งแก๊ส ต่างๆ ปะปนอยู่เมื่อดวงอาทิตย์แผ่รังสีมายังโลก ส่วนหนึ่งที่ เป็นรังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้น จะถูกบรรยากาศชั้น โอโซนดูดกลืนไว้ บางส่วนจะสะท้อนกลับหรือกระจายไปในบรรยากาศ รังสีที่ตกกระทบ พื้นผิวโลกบางส่วนถูก นำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช การหายใจของคนและสัตว์ แต่ในปัจจุบันกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์มีผลทําให้ชั้ นบรรยากาศของโลกมีปริมาณแก๊สบางชนิดที่มีสมบัติดูดซับ ความร้อนมากเกินสมดุลของธรรมชาติ รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์สะท้อนออกจากผิวโลกได้น้อยลง อุณหภูมิของ พื้นผิวโลกจึงสูงขึ้น ลักษณะดังกล่าวนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์เรือนกระจก (greenhouse effect) แก๊สที่มีสมบัติ พิเศษสามารถดูดซับรังสีอินฟราเรดหรือความร้อนไว้ เรียกว่า แก๊สเรือนกระจก
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
กระจก และแก๊สที่มีสมบัติดังกล่าวเรียกว่า แก๊สเรือนกระจก แก๊สเรือนกระจกที่สําคัญ ได้แก่ ไอน้ ำ มีเทน โอโซน ไน ตรัสออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ สารกลุ่มฟลูออโรคาร์บอน (CFCs และ HFCs)
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ แก๊สเรือนกระจกมีทั้งหมด 6 ชนิด ได้แก่ 1. ไอน้ำ (H2O) เป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีมากที่สุดบนโลก มีอยู่ในอากาศประมาณ 0 – 4 % ขึ้นอยู่กับลักษณะภูมิ ประเทศ ภูมิอากาศ และอุณหภูมิ ในบริเวณเขตร้อนใกล้เส้นศูนย์สูตรและชายทะเลมีไอน้ ำอยู่มาก ส่วนบริเวณเขต หนาวแถบขัว้ โลกมีไอน้ำในบรรยากาศเพียงเล็กน้อย ไอน้ำเป็นสิ่งจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต ไอน้ำเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรน้ำ ในธรรมชาติ อุณหภูมิพื้น ผิว โลกทําให้น้ ำเปลี่ยนสถานะไปมาทั้ง 3 สถานะ น้ ำจึงเป็น ตัว ถ่า ยเทความร้อนแก่ บรรยากาศและพื้นผิว 2. คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นแก๊สที่ดูดซับความร้อนได้ดี เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง เช่น โรงงาน อุตสาหกรรมต่างๆ การเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การเผาไม้ท ำลายป่าเพื่อใช้เ ป็นที่อยู่อาศัยหรื อ การเกษตร และไฟป่า นับว่าเป็นตัวการสําคัญที่สุดในการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นสู่บรรยากาศ แก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากการทํากิจกรรมของมนุษย์เป็นตัวการที่สําคัญที่สุดที่ทําให้เกิดปรากฏการณ์เรือน กระจก 3. มีเทน (CH4) เกิดขึ้นจากการย่อยสลายของซากสิ่งมีชีวิต แม้ว่ามีแก๊สมีเทนอยู่ในอากาศเพียง 1.7 ppm แต่ มีเทน มีคุณสมบัติของแก๊สเรือนกระจกสูงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีปริมาตรที่เท่ากัน มีเทนมีความสามารถในการ ดูดกลืนรังสีอินฟราเรดได้ดีกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ มีเทนในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้นเนื่องจากการทํานาข้าว ปศุ สัตว์ การเผาไหม้มวลชีวภาพ และการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทถ่านหิน น้ ำมัน และแก๊สธรรมชาติ การเพิ่มขึ้นของ มีเทนส่งผลกระทบโดยตรงต่อภาวะเรือนกระจกมากเป็นอันดับ 2 รองจากคาร์บอนไดออกไซด์ 4. โอโซน (O3) แก๊สโอโซนที่อยู่ต่ ำกว่าชั้นสตราโตสเฟียร์หรืออยู่ระดับผิวโลก ถ้าเกิดการทําปฏิกิริยาระหว่าง แสงแดด กับ มลพิษในชั้น บรรยากาศ แก๊ส นี้จ ะมีพฤติกรรมเป็นแก๊ส เรือนกระจกชนิดหนึ่ง ซึ่งมีส ่ว นทําให้เกิด ปรากฏการณ์เรือนกระจกได้ถึงร้อยละ 13
6. สารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) มีแหล่งกําเนิดจากโรงงานอุตสาหกรรม และอุปกรณ์เครื่องใช้ใน ชีวิตประจำวัน เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ เป็นต้นเหตุที่ทําให้เกิดพลังงานความร้อนสะสมบนพื้นผิวโลก นอกจากนี้ สารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน ยังทำลายชั้นโอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ทําให้เกิดภาวะรูโอโซน แหล่งกําเนิดของแก๊สเรือนกระจก - การย่อยสลายของซากพืชซากสัตว์ - จากโรงงานอุตสาหกรรม - เครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น ใช้เป็นสารหล่อเย็นในตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ - ของใช้ประจำวัน เช่น ใช้เป็นสารขับดันในเครื่องกระป๋องที่เป็นสเปรย์ - จากทํานาข้าวหรือพืชที่ขังน้ำและปศุสัตว์ - การเผาไหม้ของซากพืชซากสัตว์ - การใช้งานโดยมีการเผาไหม้ของถ่านหิน/น้ำมัน/แก๊สธรรมชาติ - การเผาไหม้ในหลายรูปแบบ เช่น การใช้น้ำมันเชื้อเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรม ในรถยนต์ - การเผาป่า เพื่อใช้เป็นที่อยู่อาศัย หรือทําการเกษตร หรือเผาหญ้าเผาฟางหลังการเก็บเกี่ยว - การทําปศุสัตว์ การเลี้ยงสัตว์ การทําฟาร์ม สิ่งที่ตามมาจากปรากฏการณ์เรือนกระจก ก็คือ ภาวะโลกร้อน (global warming) ภาวะโลกร้อน (global warming) หมายถึง สภาวะที่อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกเพิ่มสูงขึ้น ทําให้ภูมิอากาศเกิดการ เปลี่ยนแปลง เช่น เกิดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณน้ ำฝน ระดับน้ำทะเล และส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกอย่าง กว้างขวาง
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
5. ไนตรัสออกไซด์ (N2O) ไนตรัสออกไซด์ในธรรมชาติเกิดจากการย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตโดยแบคทีเรีย ไนตรัส ออกไซด์มีปริมาณเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุตสาหกรรมที่ใช้กรดไนตริกในกระบวนการผลิต เช่น อุตสาหกรรมผลิตเส้นใยใน ลอน อุตสาหกรรมเคมีและพลาสติกบางชนิด
1. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม - ผลกระทบต่อธารน้ำแข็งและหิมะ เมื่อโลกร้อนขึ้นทําให้เกิดการละลายของธารน้ ำแข็งและหิมะบริเวณขั้วโลก เพิ่มขึ้น - ผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของหยาดน้ ำฟ้า เมื่ออุณหภูมิของโลกสูงขึ้นจะทําให้อัตราการระเหยของ ความชื้นจากพืชและจากพื้นดินและมหาสมุ ทรมีมากขึ้น ทําให้ปริมาณหยาดน้ ำฟ้าของโลกเพิ่มขึ้นด้วย จึงเกิดการ เปลี่ยนแปลงของหยาดน้ำฟ้าและความชื้นในดิน - ผลกระทบต่อระบบนิเวศ พืช และสัตว์ชนิดต่างๆ การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศทําให้พืชและสัตว์ ต่างๆ เกิด การปรับสภาพเพื่อตอบสนองต่อสภาวะที่เปลี่ยนไป อาจทําให้พืชหรือสัตว์บางชนิดสูญพันธุ์ไป ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อ พืชและสัตว์ชนิดอื่นๆ ในระบบนิเวศ ทําให้ระบบนิเวศบางระบบเล็กลง หรืออาจถึงขึ้นสิ้นสุดลงได้ - ผลกระทบต่อมหาสมุทรและชายฝั่งทะเล ภาวะโลกร้อนทําให้อุณหภูมิเหนือพื้นดินและพื้นน้ำเกิดความแตกต่าง กันมากขึ้น จึงทําให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของลมที่บริเวณชายฝั่งและความแปรปรวนของการหมุนเวียนของกระแสน้ำ ในมหาสมุทร ซึ่งเป็นสาเหตุสําคัญที่ทําให้สภาพภูมิอากาศของโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง 2. ผลกระทบต่อมนุษย์ - ผลกระทบต่อทรัพยากรน้ำ เมื่ออุณหภูมิของโลกเพิ่มสูงขึ้น จะทําให้ในบางพื้นที่มีปริมาณฝนตกมากขึ้น ในขณะ ที่บางพื้นที่มีปริมาณฝนตกลดลง เกิดการขาดแคลนน้ ำ ความแห้งแล้งนี้ส่งผลกระทบโดยตรงต่อภาคอุตสาหกรรม ความเป็นอยู่และสุขภาพของมนุษย์ รวมไปถึงสิ่งแวดล้อมที่มนุษย์อาศัยอยู่ - ผลกระทบต่อผู้ที่อาศัยตามชายฝั่งทะเล ภาวะโลกร้อนส่งผลให้พื้นดินบริเวณชายฝั่งทะเลถูกทำลาย จากภาวะ น้ำท่วม เนื่องจากระดับน้ำทะเลที่เพิ่มสูงขึ้น เกิดความเสียหายต่อถิ่นที่อยู่อาศัยของมนุษย์ - ผลกระทบต่อที่อยู่อาศัยของมนุษย์และสุขอนามัย สภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปทํ าให้เกิดภัยธรรมชาติที่ รุนแรง เช่น ภาวะน้ำท่วมและความแห้งแล้ง นอกจากนี้อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังทําให้เกิดโรคใหม่ๆ ขึ้นอีกด้วย - ผลกระทบต่อการเกษตร ภาวะโลกร้อนทําให้อัตราการระเหยของน้ำในดินเพิ่มสูงขึ้น น้ำฝนมีปริมาณลดลง ดิน จึงมีความชื้นต่ ำ ทรัพยากรน้ำมีไม่เพีย งพอต่อความต้องการ ทําให้ผลผลิตทางการเกษตร ลดต่ ำลงและเกิดความ เสียหาย
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
ผลกระทบของภาวะโลกร้อน
การปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
ปรากฏการณ์เรือนกระจก
การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากการกระทําของมนุษย์
โลกร้อนขึ้นและระดับน้ําทะเลสูงขึ้น
ภัยธรรมชาติที่รุนแรง เช่น น้ําท่วม ฝนแล้ง ดินถล่ม พายุไต้ฝุ่น แผ่นดินยุบ การเกษตรเสียหาย อาหารขาดแคลน ปะการังฟอกขาว โรคระบาด (เช่น ไข้มาเลเรีย) ผลกระทบทางอ้อมต่อสุขภาพ (เช่น ท้องเดิน ขาดสารอาหาร หอบ หืด ภูมิแพ้) สัตว์ทะเลสูญพันธุ์
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
สรุปการเกิดภาวะโลกร้อน
คาร์บอนในบรรยากาศจะอยู่ในรูปของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่มาจาก 4 กระบวนการ คือ 1. การหายใจของพืช และสัตว์ เมื่อสัตว์ และพืชมีการเจริญเติบโตและต้องการพลังงานจะมีการเผาผลาญ อาหาร โดยมีออกซิเจนจากการหายใจเข้าช่วยในกระบวนการ และแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ออกทางลมหายใจ กลับสู่อากาศ การแลกเปลี่ยนแก๊สจะเกิดขึ้นบริเวณปอดที่มีเส้นเลือดฝอยจำนวนมาก 2. กระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิง เชื้อเพลิงที่ใช้ในกระบวนการเผาไหม้ทั้งในภาคอุตสาหกรรม ภาคขนส่ง และภาคครัวเรือน ส่วนมากจะเป็นสารประกอบคาร์บอนเป็นหลัก เช่น น้ำมันดีเซล น้ำมันเบนซิน ก๊าซ LPG ไม้ ถ่าน เป็นต้น เมื่อมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหล่านี้จะทําให้เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ จากการรวมตัวของคาร์บอน (C) ใน เชื้อเพลิงและออกซิเจน (O2) ในอากาศแล้ว ดังสมการด้านล่าง เชื้อเพลิง/วัตถุ + O2 CO2 + H2O 3. การย่อยสลายอินทรียวัตถุ สารประกอบคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตจะถูกย่อยสลาย และ ปลดปล่อยสู่บรรยากาศ จากกระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ แบ่งเป็น 2 แบบ คือ การย่อยสลายทางชีวเคมี และ การย่อยสลายทางกายภาพ 4. การเปลี่ยนแปลงของชั้นเปลือกโลก การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก ทําให้มีการปลดปล่อ ยแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศ ส่วนใหญ่มาจากภูเขาไฟระเบิด รองลงมาเป็นการปลดปล่อยจากแหล่งแก๊สใน ชั้นดิน ชั้นหินของเปลือกโลก จากการแยกตัวหรือเกิดรอยแตกเป็นช่องว่าง
หน่วยที่ 6 : กระบวนการเปลี่ยนแปลงลมฟ้าอากาศ
วัฏจักรคาร์บอนในบรรยากาศ