ด้านที่ 09
วิศวกรรมความร้อน
ความร้อนเคลื่อนที่อย่างไร และจะเก็บความร้อนไว้หรือกันความร้อนไว้ข้างนอกได้อย่างไร
วิศวกรรมความร้อนเกี่ยวกับความร้อน: ความร้อนถ่ายโอนจากสิ่งที่อุ่นกว่าไปยังสิ่งที่เย็นกว่าอย่างไร และวิศวกรใช้วัสดุ ฉนวนความร้อน และรูปทรงอย่างไรเพื่อให้บ้านอบอุ่น เครื่องดื่มเย็น หรือเครื่องจักรไม่ร้อนเกินไป
เหมาะกับใคร
เด็ก ๆ ที่สงสัยว่าทำไมช้อนโลหะในชาร้อนจึงร้อนขึ้น และผู้เรียนที่ชอบทดลองกับวัสดุในชีวิตประจำวัน
สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้
- ความร้อนถ่ายโอนจากวัตถุที่อุ่นกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่าอย่างไร
- ทำไมวัสดุบางชนิดนำความร้อนได้ดี ในขณะที่บางชนิดเป็นฉนวนความร้อน
- สิ่งต่าง ๆ ร้อนขึ้นและเย็นลงเร็วแค่ไหน และขึ้นอยู่กับอะไร
- วิศวกรเลือกวัสดุตามสมบัติทางความร้อนอย่างไร
ตัวอย่างการทดลอง
-
ให้ความร้อนที่ปลายด้านหนึ่งของแท่งที่ทำจากวัสดุต่างชนิดกัน แล้วเปรียบเทียบว่าปลายอีกด้านอุ่นขึ้นเร็วแค่ไหน
-
ห่อแก้วน้ำเสมือนด้วยชั้นฉนวนความร้อนแบบต่าง ๆ แล้วดูว่าเครื่องดื่มยังร้อนอยู่ได้นานแค่ไหน
-
เปลี่ยนความหนาของผนัง แล้วเปรียบเทียบปริมาณความร้อนที่ผ่านผนังได้
สิ่งที่คุณสร้างได้
-
กล่องข้าวที่มีฉนวนกันความร้อนอย่างดี
-
ผนังที่ช่วยให้ห้องอบอุ่น
-
แผ่นระบายความร้อนอย่างง่ายสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงลักษณะงานในด้านนี้ บทเรียนที่เผยแพร่จริงอาจแตกต่างออกไป
สิ่งที่การจำลองทำให้ง่ายลง
- การถ่ายโอนความร้อนคำนวณด้วยแบบจำลองการเรียนรู้อย่างง่าย และใช้สมบัติของวัสดุแต่ละชนิดเพียงไม่กี่อย่าง
- การเคลื่อนที่ของอากาศและแสงแดดถูกทำให้ง่ายลง อาคารและเครื่องจักรจริงซับซ้อนกว่านั้น และต้องได้รับการตรวจสอบจากผู้เชี่ยวชาญ
การจำลองทุกแบบล้วนทำให้ความเป็นจริงง่ายลง การรู้ว่าง่ายลงอย่างไรก็เป็นส่วนหนึ่งของการเรียนรู้วิศวกรรม
เชื่อมโยงกับวิชาในโรงเรียน
ฟิสิกส์ (ความร้อนและอุณหภูมิ) เคมี (วัสดุ) ภูมิศาสตร์ (ภูมิอากาศ) การออกแบบและเทคโนโลยี
ความเชื่อมโยงกับด้านอื่น
วิศวกรรมความร้อนเชื่อมโยงกับโครงสร้างและวัสดุ วงจรไฟฟ้า (ชิ้นส่วนร้อนขึ้นได้) และระบบควบคุม (เทอร์โมสตัท)
น่ารู้
กระติกน้ำสุญญากาศเก็บเครื่องดื่มให้ร้อนหรือเย็นได้ เพราะช่วยชะลอการถ่ายโอนความร้อนในทุกรูปแบบ