เรารู้ว่าสสารประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่าอะตอมและโมเลกุล โมเลกุลสามารถดำรงอยู่อย่างอิสระในธรรมชาติและมีคุณสมบัติทั้งหมดของสสาร โมเลกุลกำลังเคลื่อนที่และพวกมันยังมีแรงดึงดูดระหว่างพวกมันด้วย เนื่องจากโมเลกุลของการเคลื่อนที่มีพลังงานจลน์และเนื่องจากแรงดึงดูด พวกมันจึงมีพลังงานศักย์ เมื่อสารได้รับความร้อน (หรือเมื่อสารดูดซับความร้อน) โมเลกุลจะเริ่มสั่นเร็วขึ้นเพื่อให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น เมื่อสารเย็นลง การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะช้าลง และด้วยเหตุนี้ พลังงานจลน์จึงลดลง พลังงานจลน์ทั้งหมดของโมเลกุลของสารเรียกว่าพลังงานจลน์ภายใน และพลังงานศักย์ทั้งหมดของโมเลกุลเรียกว่าพลังงานศักย์ภายใน ผลรวมของพลังงานจลน์ภายในและพลังงานศักย์ภายในเรียกว่า พลังงานภายในทั้งหมดหรือพลังงานความร้อนของสาร มีหน่วยวัดเป็นจูล
ในบทเรียนนี้ เราจะได้เรียนรู้:
เมื่อสองวัตถุที่อุณหภูมิต่างกันสัมผัส กัน ความร้อนจะไหลจากวัตถุที่อุณหภูมิสูงไปยังร่างกายที่อุณหภูมิต่ำ พลังงานจลน์เฉลี่ยของสารเป็นตัววัดอุณหภูมิของร่างกาย เมื่อพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลของสารเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของสารนั้นจะเพิ่มขึ้น และหากมีการลดลงของพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลของสาร อุณหภูมิของสารนั้นจะลดลง
ตั้งกระทะบนเปลวไฟ กระทะจะร้อนเร็วเพราะความร้อนจะผ่านจากเปลวไฟไปที่กระทะ ตอนนี้เอากระทะออกจากเปลวไฟ กระทะจะค่อยๆ เย็นลง เนื่องจากความร้อนถูกถ่ายเทจากกระทะไปยังบริเวณโดยรอบ ในทั้งสองกรณี ความร้อนจะไหลจากวัตถุที่ร้อนกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่า
การทดลองที่ 1: สมมติว่าเรามีวัตถุสองชิ้น วัตถุ A มีอุณหภูมิ 100 o C และวัตถุ B มีอุณหภูมิ 10 o C ให้วัตถุทั้งสองสัมผัสกัน
ผลลัพธ์: ความร้อนจะถ่ายเทจากวัตถุ A ไป B จนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน สมมติว่าวัตถุ A ลดลงถึง 50 o C และอุณหภูมิของวัตถุเย็น B เพิ่มขึ้นถึง 50 o C สถานะนี้เรียกว่า สมดุลความร้อน ในสภาวะสมดุลความร้อน พลังงานความร้อนยังคงถ่ายโอนระหว่างวัตถุทั้งสองนี้ แต่การไหลของพลังงานความร้อนสุทธิเป็นศูนย์
การทดลองที่ 2: อุ่นน้ำในกระทะขนาดเล็ก หลังจากผ่านไป 5 นาที ให้ลองจับที่จับของกระทะเพื่อนำออกจากเปลวไฟ คุณคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับมือของคุณ? คุณจะเอามือออกจากด้ามเหล็กทันที 
มือของคุณจะรู้สึกถึงความร้อนของกระทะ เหตุผลก็คือพลังงานความร้อนบางส่วนถูกถ่ายโอนจากกระทะไปยังมือของคุณ การถ่ายเทความร้อนจากวัตถุร้อนไปยังวัตถุเย็นหากมีการสัมผัสกัน ในทางฟิสิกส์ เรากล่าวว่าการถ่ายโอนความร้อนต้องใช้ตัวกลาง การนำความร้อน คือ การเคลื่อนที่ของความร้อนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งที่มีอุณหภูมิต่างกันเมื่อสัมผัสกัน โดยทั่วไปแล้วในของแข็ง ความร้อนจะถูกถ่ายโอนโดยกระบวนการนำ
ตัวอย่าง:
ตัวนำและฉนวน
สารทั้งหมดนำความร้อนได้ง่ายหรือไม่? คุณต้องสังเกตว่ากระทะโลหะสำหรับทำอาหารมีที่จับพลาสติกหรือไม้ คุณสามารถยกกระทะร้อนได้โดยถือจากที่จับโดยไม่เจ็บ เหตุผลก็คือวัตถุต่างๆ กันนำพลังงานความร้อนในปริมาณที่ต่างกันเนื่องจากธรรมชาติของวัสดุที่วัตถุเหล่านั้นทำขึ้น
การทดลองที่ 3:
ต้มน้ำในกระทะใบเล็กหรือบีกเกอร์. รวบรวมสิ่งของบางอย่าง เช่น ช้อนเหล็ก ตาชั่งพลาสติก ดินสอ และที่แบ่ง จุ่มปลายด้านหนึ่งของบทความเหล่านี้ลงในน้ำร้อน รอสักครู่แล้วนำบทความเหล่านี้ออกมาทีละชิ้นโดยแตะที่ปลายจุ่ม ใส่ข้อสังเกตของคุณในตาราง:
| บทความ | ทำมาจาก | ปลายอีกด้านหนึ่งร้อนหรือไม่ Y/N? |
| ช้อนเหล็ก | โลหะ | วาย |
| ตัวแบ่ง | โลหะ | วาย |
| มาตราส่วน | พลาสติก | เอ็น |
| ดินสอ | ไม้ | เอ็น |
วัสดุที่ช่วยให้ความร้อนผ่านได้ง่ายคือ ตัวนำ ความร้อน ตัวอย่างเช่น เหล็ก เหล็กกล้า อะลูมิเนียม ทองแดง วัสดุที่ไม่ให้ความร้อนผ่านได้ง่ายคือตัวนำความร้อนที่ไม่ดี เช่น พลาสติกและไม้ ตัวนำที่ไม่ดีเรียกว่า ฉนวน
น้ำและอากาศเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี แล้วการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไรในสารเหล่านี้? ให้เราหา!
การทดลองที่ 4: วางมือเหนือไฟเล็กน้อย ระวัง. วางมือให้ห่างจากเปลวไฟอย่างปลอดภัย เพื่อไม่ให้มือไหม้
ผลลัพธ์: คุณจะรู้สึกร้อนเป็นไฟ จนถึงตอนนี้เราได้เรียนรู้ว่าการถ่ายเทความร้อนระหว่างวัตถุเมื่อสัมผัสกัน แล้วอะไรทำให้มือของเรารู้สึกถึงความอบอุ่นของไฟโดยไม่สัมผัส? เหตุผล: โมเลกุลของของไหล (ของเหลวและก๊าซ) มีพลังงานจลน์ และอย่างที่เราทราบกันดีว่าพลังงานจลน์ของก๊าซขึ้นอยู่กับพลังงานความร้อนหรืออุณหภูมิ โมเลกุลของก๊าซที่สัมผัสกับไฟจะดูดซับพลังงานความร้อนจากไฟ ส่งผลให้พลังงานจลน์ของโมเลกุลของก๊าซเพิ่มขึ้น พวกมันจึงลุกขึ้นมาโดนมือของคุณ มือดูดซับพลังงานความร้อนจากโมเลกุลเหล่านี้และคุณรู้สึกร้อน
มาดูกันว่าการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นในกรณีของของเหลวได้อย่างไร:
การทดลองที่ 5: นำบีกเกอร์เติมน้ำแล้ววางไว้เหนือเปลวไฟ
ผลลัพธ์: เมื่อน้ำร้อน น้ำที่อยู่ใกล้เปลวไฟจะร้อน น้ำร้อนจะลอยขึ้นเมื่อโมเลกุลของน้ำมีความหนาแน่นน้อยลงเมื่อดูดซับพลังงานความร้อน น้ำเย็นจากด้านข้างจะไหลลงสู่แหล่งความร้อน น้ำนี้ก็ร้อนขึ้นและน้ำจากด้านข้างก็ไหลลงมา กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำทั้งหมดจะร้อน
โหมดการถ่ายเทความร้อนนี้เนื่องจากการเคลื่อนที่ของของไหลจำนวนมากเรียกว่า การพาความร้อน
ตัวอย่าง:
เวลาออกแดดเราจะรู้สึกอบอุ่น ความร้อนจากดวงอาทิตย์มาถึงเราได้อย่างไร? ไม่สามารถเข้าถึงเราได้ด้วยการนำหรือการพาความร้อน เนื่องจากไม่มีตัวกลาง เช่น อากาศในพื้นที่ส่วนใหญ่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ จากดวงอาทิตย์ ความร้อนจะมาถึงเราโดยกระบวนการอื่นที่เรียกว่า การแผ่รังสี การถ่ายโอนความร้อนด้วยการแผ่รังสีไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางใดๆ สามารถเกิดขึ้นได้ไม่ว่าจะมีสื่ออยู่หรือไม่ก็ตาม
วัตถุทุกชิ้นแผ่ความร้อนออกมา ร่างกายของเรายังให้ความร้อนแก่สิ่งแวดล้อมและได้รับความร้อนจากการแผ่รังสี เมื่อความร้อนนี้ตกลงบนวัตถุบางอย่าง ส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ ส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับ และส่วนหนึ่งอาจส่งผ่านได้ อุณหภูมิของวัตถุเพิ่มขึ้นเนื่องจากส่วนที่ดูดกลืนความร้อน
การทดลองที่ 6: นำภาชนะโลหะที่เหมือนกันสองใบ ใบหนึ่งเป็นสีดำและอีกใบเป็นสีขาว เทน้ำในปริมาณเท่าๆ กัน แล้วทิ้งไว้กลางแดดประมาณหนึ่งชั่วโมง
ผลลัพธ์: วัดอุณหภูมิของน้ำในภาชนะทั้งสอง อุณหภูมิของน้ำในภาชนะสีดำจะมากกว่าในภาชนะสีขาว วัตถุสีดำเป็นตัวดูดซับรังสีที่ดีในขณะที่วัตถุสีขาวเป็นตัวดูดซับที่ไม่ดีหรือตัวสะท้อนรังสีที่ดี
ตัวอย่าง:
