สรุป ฟิสิกส์ เรื่อง งานและพลังงาน คืออะไร พร้อมข้อสอบ

สรุปเนื้อหา งานและพลังงาน คืออะไร

งาน (Work) คือ ปริมาณของพลังงานที่เป็นผลมาจากแรงซึ่งกระทำต่อวัตถุ ก่อนส่งผลให้วัตถุดังกล่าวเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงได้ในระยะทางหนึ่ง โดยในระบบเอสไอ (SI) งานและพลังงานจะเป็นปริมาณสเกลาร์ (Scalar) มีหน่วยเป็นนิวตันเมตร (N•m) หรือ จูล (J) ซึ่งสามารถคำนวณได้จาก

W = F x s
เมื่อ F คือ แรงที่กระทำต่อวัตถุ มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
s คือ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง มีหน่วยเป็นเมตร (m)

กำลัง (Power) คือ อัตราของงานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา สามารถคำนวณได้จาก

P = W/t
เมื่อ P คือ กำลัง มีหน่วยเป็นวัตต์ (W)
W คือ งานที่ทำได้ มีหน่วยเป็นนิวตันเมตร หรือ จูล (J)
t คือ ระยะเวลาของการทำงาน มีหน่วยเป็นวินาที (s)

พลังงาน (Energy) คือ ความสามารถในการทำงานของสิ่งมีชีวิต วัตถุ หรือสสารต่าง ๆ เช่น การหายใจ การเคลื่อนที่ หรือการเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร กระบวนการเหล่านี้สามารถดำเนินต่อไปได้เพราะพลังงานในธรรมชาติ ซึ่งพลังงานนั้นเป็นปริมาณพื้นฐานของระบบที่ไม่มีวันสูญสลาย แต่สามารถเปลี่ยนไปอยู่ในรูปแบบต่าง ๆ ได้ ตาม “กฎการอนุรักษ์พลังงาน” (Law of Conservation of Energy) เช่น พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานความร้อน หรือพลังงานไฟฟ้า เป็นต้น โดยพลังงานมีทั้งหมด 6 ประเภท ได้แก่

• พลังงานเคมี คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในสารต่างๆ โดยอยู่ในพันธะระหว่างอะตอมในโมเลกุล เมื่อพันธะแตกสลาย พลังงานสะสมจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนและแสงสว่าง เช่น พลังงานที่ถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่ พลังงานในถังน้ำมัน ที่เมื่อไม้ลุกไหม้แล้วจะให้คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ รวมถึงผลิตของเสียอื่นๆ
• พลังงานความร้อน ซึ่งเกิดมาจากหลายแหล่ง เช่น จากดวงอาทิตย์, พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานน้ำในหม้อต้มน้ำ พลังงานเปลวไฟ ผลของความร้อนทำให้สารเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น อุณหภูมิสูงขึ้น หรือมีการเปลี่ยนสถานะไป โดยหน่วยที่ใช้วัดปริมาณความร้อน คือ แคลอรี่ โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า แคลอรี่มิเตอร์
• พลังงานกล เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่โดยตรง ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
  • พลังงานศักย์ (Potential Energy : Ep) คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุหรือสสารที่หยุดนิ่งอยู่กับที่ โดยพลังงานศักย์สามารถจำแนกออกเป็น 2 ประเภท คือ
    • พลังงานศักย์โน้มถ่วง (Gravitational Potential Energy) ซึ่งเป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก เช่น พลังงานของน้ำในเขื่อน คำนวณได้จากสูตร
      Ep = mgh
      โดย Ep คือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง มีหน่วยเป็น นิวตันเมตร หรือ จูล (J)
      m คือ มวล มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg)
      g คือ ความเร่งจากแรงโน้มถ่วงโลก มีค่าราว 9.8 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง (m/s2)
      h คือ ระยะความสูงของวัตถุ มีหน่วยเป็น เมตร (m)
    • พลังงานศักย์ยืดหยุ่น (Elastic Potential Energy) เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุที่มีความหยืดหยุ่น ซึ่งสะสมอยู่ในรูปของการหดตัว บิดเบี้ยว หรือโค้งงอ จากการได้รับแรงกระทำ ก่อนมีแรงดึงตัวกลับเพื่อคืนสู่สภาพเดิม เช่น สปริง ขดลวด
  • พลังงานจลน์ (Kinetic Energy : Ek) คือ พลังงานที่เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่ เช่น การไหลของกระแสน้ำ การบินของนก และการเคลื่อนที่ของรถยนต์ ซึ่งพลังงานจลน์สามารถคำนวณได้จาก
    Ek = ½ mv2
    เมื่อ Ek คือ พลังงานจลน์ มีหน่วยเป็น นิวตันเมตร หรือ จูล (J)
    m คือ มวล มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg)
    v คือ ความเร็ว มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที (m/s)
• พลังงานจากการแผ่รังสี เป็นพลังงานที่มาในรูปของคลื่น เช่น แสง ความร้อน คลื่นวิทยุ อัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ เป็นต้น ซึ่งสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องอาศัยพลังงานรูปนี้ ในกระบวนการที่สำคัญต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น การมองเห็นภาพ การสังเคราะห์ด้วยแสง การขยายพันธุ์ และอื่น ๆ
• พลังงานไฟฟ้า เป็นพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนหรือประจุไฟฟ้าในช่วงเวลา หนึ่ง โดยผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า เช่น ไดนาโม เซลล์สุริยะ เป็นต้น
• พลังงานนิวเคลียร์ เป็นพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาในรูปของสารกัมมันตรังสีซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติ หรือสารกัมมันตรังสีในระเบิดนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์จะใช้พลังงานนิวเคลียร์จากเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในรูปของพลังงานความร้อนในการผลิตกระแสไฟฟ้า

ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง งานและพลังงาน