Thermodynamics
ประวัติย่อ Thermodynamics กำเนิดวิชาเทอร์โมไดนามิกส์
โดย Navapon Pittayaporn
16 กรกฎาคม 2565
เครื่องยนต์ในรถ เครื่องปรับอากาศ หรือโรงงานไฟฟ้า พวกนี้ใช้หลักการพื้นฐานของวิชาเทอร์โมไดนามิกส์ทั้งนั้น
กว่าจะมาเป็นวิชานี้ไม่ไช่เรื่องง่าย นักวิทยาศาสตร์หลายคนต้องฝ่าฟัน ทำการศึกษา ทดลอง วิจัย ตีพิมพ์เอกสาร และหนังสือจำนวนมาก จนสรุปออกมาเป็นวิชาที่เราเรียนกัน โพสต์นี้เราจะเล่าถึงประวัติความเป็นมาของวิชาเทอร์โมไดนามิกส์นี้กันครับ
เรื่องของเรื่องคือนักวิทยาศาสตร์ต้องการศึกษาเกี่ยวกับความร้อน ซึ่งก่อนศตวรรษที่ 18 ทฤษฎีที่ใช้อธิบายเกี่ยวกับความร้อนมีเพียงทฤษฎีแคลอริก ที่ว่าน้ำ 1 กรัม อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส ใช้ความร้อนเท่ากับ 1 แคลอรี่ ทฤษฎีแคลอริกยังมีคอนเซ็ปท์ว่า ความร้อนเป็นอนุภาค เหมือนของไหล และของไหลสามารถเคลื่อนที่ได้ แต่เรื่องความร้อนก็ยังไม่เป็นที่สนใจนัก
จนกระทั้งช่วงปฏิวัติอุตสาหกรรมมีการคิดค้นเครื่องจักรไอน้ำ และใช้งานกันอย่างแพร่หลาย คนก็เริ่มหันมาสนใจเรื่องความร้อนกันมากขึ้น แต่ทฤษฎีแคลอริกก็ยังไม่สามารถใช้คำนวณได้อย่างถูกต้อง ในปีค.ศ. 1824 (สมัย ร.2) ซาดี การ์โน วิศวกรชาวฝรั่งเศสได้เสนอหลักการคำนวณเครื่องจักรความร้อน หลักการคำนวณของการ์โน สามารถหาได้ว่าเครื่องจักรแต่ละชนิดมีประสิทธิภาพสูงสุดเท่าไหร่ แต่หลักการของ การ์โน ไม่ได้ออกมาเป็นรูปของสมการคณิตศาสตร์ จึงไม่เป็นที่ยอมรับเท่าที่ควร จนกระทั่งปี 1834 เบอนัว ปอล เอมีล กลาแปรง สามารถแปลงหลักการของ การ์โน ให้เป็นสมการคณิตศาสตร์ได้สำเร็จ ทั้งยังสามารถสร้างแผนภาพจากหลักการของ การ์โน ได้อีกด้วย ทำให้หลักการของ การ์โน เป็นที่ยอมรับและถูกยกย่องให้เป็นหลักการเริ่มต้นของเทอร์โมไดนามิก และต่อมาหลังจากนั้น การ์โน นี่เองก็ยังถูกยกย่องให้เป็นบิดาแห่งวิชาเทอร์โมไดนามิกส์
ความร้อนไม่ใช่ของไหล แต่เป็นพลังงาน
ในปี 1842 คุณหมอชาวเยอรมัน ยูลีอุส ฟ็อน ไมเออร์ ได้ค้นพบว่าความร้อนเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ และเสนอว่าความร้อนไม่ใช่ของไหล แต่เป็นอะไรสักอย่างที่เปลี่ยนรูปเป็นพลังงานได้ ช่วงเวลาเดียวกันนี้ เจมส์ จูล ได้สังเกตเห็นเหมือนกันว่าความร้อนเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ จึงทำการทดลองพิสูจน์การเปลี่ยนความร้อนเป็นพลังงานกล และเปลี่ยนพลังงานกลกลับมาเป็นความร้อน ทำให้หลักการนี้เป็นที่ยอมรับไปทั่วยุโรป และสุดท้ายในปี 1847 เฮอร์มันน์ ฟอน เฮล์มโฮล์ทซ์ ได้รวบรวมงานของ จูล และไมเออร์ แล้วตีพิมพ์เป็นหนังสือ และทำการประกาศ กฏข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์ขึ้นมา กฏข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์มีว่า “ความร้อน เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ที่ไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ หรือทำลายได้ แต่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้”
คำว่า กฏ หมายความว่า มีการพิสูจน์แล้วถูกต้อง 100% ต่างกับคำว่า ทฤษฎี ที่เป็นเหมือนสมมติฐาน และยังพิสูจน์ไม่ได้ว่าถูกต้อง
ดังนั้นเมื่อเทอร์โมไดนามิกส์มีกฎเพิ่มมาหนึ่งข้อ ก็ถือเป็นหนึ่งเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์ที่ปฏิวัติองค์ความรู้ของมวลมนุษยชาติกันเลยทีเดียว แต่มีบางสถานการณ์ที่ใช้ กฏข้อ 1 คำนวณได้ แต่ไม่สามารถทำให้เกิดขึ้นจริงได้ จึงเป็นที่มาของกฎข้อ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ ข้อมูลอ้างอิง: