ชวนรู้จัก “James Watt & James Joule” 2 บิดาแห่งวิชาอุณหพลศาสตร์
วันที่ 19 มกราคม เป็นวันคล้ายวันเกิดของ “เจมส์ วัตต์” James Watt (19 มกราคม 2279) นักฟิสิกส์ที่ได้ชื่อว่าหนึ่งใน “บิดาแห่งวิชาอุณหพลศาสตร์” ซึ่งมีนักฟิสิกส์อีกท่านหนึ่งที่อยู่ในช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกันและมีความสำคัญกับทั้งโลกของฟิสิกส์และอุตสาหกรรม และยังมีชื่อเดียวกันจนมักเกิดความสับสนอยู่ในหลาย ๆ ครั้ง
คือ James Joule (เจมส์ จูล) ซึ่งทั้งสองมีส่วนสำคัญมากกับศาสตร์งาน พลังงาน และเพื่อเป็นเกียรติแก่งานที่ทั้งสองท่านได้ศึกษาจึงกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบหน่วยที่เราใช้งานกันอยู่ทุกวันนี้คือ หน่วยวัดพลังงานที่เรียกว่า Joule และหน่วยวัดการส่งถ่ายพลังงานที่เรียกว่า Watt ด้วยเหตุนี้ Thai PBS Sci & Tech จึงขอนำประวัตินักฟิสิกส์ ทั้งสองท่านที่ได้ชื่อว่า “บิดาแห่งวิชาอุณหพลศาสตร์” มาให้ได้รู้จัก
James Joules กับ James Watt เคยพบเจอกันหรือไม่
ในช่วงเวลาที่ Joule ยังเป็นทารก Watt ก็จากไปเสียแล้ว Watt จากไปในวัย 83 ปี ในปี 1819 ส่วน Joule เกิดในปี 1818 ดังนั้นทั้งสองจึงไม่เคยเจอกัน ถึงแม้ว่าช่วงเวลาที่ Watt จากไป เขาได้ทิ้งผลงานคือเครื่องจักรไอน้ำประสิทธิภาพสูงที่สามารถทำงานต่อเนื่องได้หลายรูปแบบ ซึ่งต่อมาผลงานนี้ทำให้เกิดนักฟิสิกส์อีกหลายต่อหลายคนที่มาสร้างความเข้าใจต่อหลักการทำงานและฟิสิกส์ของเครื่องจักรความร้อนจนกลายเป็นศาสตร์หนึ่งที่มีชื่อว่า “อุณหพลศาสตร์” (Thermodynamics)
James Watt กับเครื่องจักรไอน้ำที่ไม่ใช่เครื่องแรก
หลายครั้งที่ประวัติศาสตร์เกี่ยวกับการปฏิวัติอุตสาหกรรมจะมีชื่อของเครื่องจักรไอน้ำของ James Watt เสมอ ทำให้เกิดความเข้าใจผิดว่า Watt คือผู้สร้างเครื่องจักรไอน้ำคนแรกของโลก แต่แท้จริงแล้ว ผู้ที่คิดค้นเครื่องจักรไอน้ำคนแรกคือ Hero of Alexandria นักปรัชญาและวิศวกรชาวกรีกที่สร้างเครื่องจักรไอน้ำที่เรียกว่า Aeolipile ในช่วงปี ค.ศ. 1 แต่ถึงกระนั้นตัวเขาไม่เข้าใจว่าการที่เจ้าอุปกรณ์ชิ้นนี้ที่หมุนได้ด้วยแรงจากไอน้ำจะนำไปสร้างประโยชน์ได้อย่างไร
กว่าที่มนุษย์จะสามารถใช้ประโยชน์จากไอน้ำเพื่อเป็นเครื่องทุ่นแรงได้ก็คือปีค.ศ. 1712 ที่ Thomas Newcomen สามารถสร้างเครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่สามารถใช้ประโยชน์มาใช้งานเป็นเครื่องสูบน้ำได้ครั้งแรกของโลก การใช้เครื่องจักรนี้เปิดโอกาสให้มนุษย์สร้างอุปกรณ์ที่สามารถทำงานได้ตามความต้องการและทดแทนแรงงานของมนุษย์ในการทำงานได้
แต่ถึงกระนั้นเครื่องจักรของ Newcomen ยังคงมีปัญหา เนื่องจากมันไม่สามารถทำงานต่อเนื่องได้ สาเหตุเพราะเครื่องจักรรุ่นดังกล่าวใช้แรงดันจากไอน้ำในการดันลูกสูบเพื่อสูบน้ำ และเพราะอุณหภูมิของลูกสูบนั้นเย็นกว่าไอน้ำ ผนวกกับแรงดันภายในลูกสูบที่สูง ไอน้ำบางส่วนภายในลูกสูบจึงควบแน่นเป็นหยดน้ำ สร้างปัญหาให้กับเครื่องจักร ทำให้ไม่สามารถทำงานต่อเนื่องได้ตามที่ต้องการ อีกทั้งประสิทธิภาพการทำงานยังต่ำอีกด้วย
James Watt คือผู้ที่เข้ามาแก้ไขปัญหานี้ให้กับเครื่องจักรไอน้ำ เขาใช้แนวคิดที่ว่า เครื่องจักรควรจะสามารถทำงานต่อเนื่องได้ และหาวิธีในการป้องกันการควบแน่นของไอน้ำภายในกระบอกลูกสูบ เขาได้สร้างเครื่องจักรไอน้ำที่สามารถทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานานได้เป็นครั้งแรก และการสร้างเครื่องจักรที่สามารถทำงานได้ต่อเนื่องตามความต้องการนั้นคือหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้ภาคธุรกิจเริ่มสนใจในระบบของเครื่องจักรไอน้ำเพื่อนำมาใช้งานทดแทนแรงงานของมนุษย์
การสร้างเครื่องจักรไอน้ำที่สามารถทำงานต่อเนื่องได้นาน และป้องกันการควบแน่นของไอน้ำภายในลูกสูบได้ของ Watt ได้จุดประกายแนวคิดเรื่องเครื่องจักรความร้อนต่าง ๆ อีกมากมาย
งานของ Joules ที่สร้างฐานการเปลี่ยนแปลงของระบบพลังงาน
งานของ Joules คือการทำความเข้าใจในระบบของการแปลงรูปของพลังงาน หนึ่งในการทดลองที่เป็นปัจจัยสำคัญต่อการเข้าใจหลักของธรรมชาติ การอนุรักษ์พลังงาน และอุณหพลศาสตร์คือ การทดลองแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานความร้อน การทดลองของเขาคือการติดตั้งระบบรอกถ่วงน้ำหนักเข้ากับใบพัดภายในถังกักเก็บอุณหภูมิ เขาได้ปล่อยให้ลูกตุ้มถ่วงน้ำหนักที่ติดตั้งบนรอกเคลื่อนที่ตกลงตามแรงโน้มถ่วงของโลก เมื่อรอกขยับ เชือกที่ผูกติดระหว่างรอกก็จะถูกดึงและหมุนใบพัดภายในถัง
การหมุนของใบพัดภายในถังนั้นทำให้น้ำภายในถังมีอุณหภูมิที่สูงขึ้น Joule ได้พบเรื่องนี้เข้าและทำให้เขาเป็นผู้ที่เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างการแปลงรูปแบบของพลังงานซึ่งพัฒนาต่อมาเป็นกฎการอนุรักษ์พลังงานและอุณหพลศาสตร์ในเวลาต่อมา ซึ่งนอกจากการที่เขาสร้างระบบในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับพลังงานจลน์กับพลังงานความร้อนแล้ว เขายังศึกษาผลของพลังงานไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานส่งผลให้ตัวต้านทานมีอุณหภูมิสูงขึ้น เป็นอีกหนึ่งงานที่เขาสนใจและทำการศึกษาต่อเนื่องจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน
หน่วย Watts และ Joules
หน่วยทั้งสองถูกตั้งชื่อให้เป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองท่าน ซึ่งงานของทั้งสองนั้นมีความสำคัญอย่างมากกับศาสตร์ต่าง ๆ ของมนุษยชาติ ทั้งเครื่องใช้ไฟฟ้า พลังงานภายในอาหาร จนไปถึงอุตสาหกรรม หน่วย Joule ใช้สำหรับวัดพลังงานภายในระบบ การเทียบค่าของหน่วยนี้ คือ พลังงาน 1 Joule จะเท่ากับค่าพลังงานที่เกิดจากวัตถุหนึ่งชิ้น หนัก 1 กิโลกรัม เคลื่อนที่ตกอย่างอิสระตามแรงโน้มถ่วงของโลก จากความสูง 1 เมตร
ส่วนหน่วย Watts ที่เราเห็นกันบ่อยครั้งในอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นหน่วยที่กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานรูปหนึ่งไปเป็นพลังงานอีกรูปหนึ่งในหนึ่งช่วงเวลา เช่น หนึ่งวินาที หรือหนึ่งชั่วโมง 1 Watt จึงหมายถึงพลังงาน 1 Joule ที่เกิดขึ้น ส่งถ่าย และเปลี่ยนรูปทั้งหมดภายในระยะเวลา 1 วินาที เห็นได้หน่วยทั้งสองเชื่อมโยงถึงกันและเป็นรากฐานสำคัญของระบบงานและพลังงานที่มนุษย์ค้นพบ
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci And Tech
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
