พลังงานแสงอาทิตย์กับอุณหภูมิ

                                                  

พลังงานแสงอาทิตย์

เป็นพลังงานแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ พลังงานนี้เป็นต้นกำเนิดของวัฏจักรของสิ่งมีชีวิตในโลก ทำให้เกิดการหมุนเวียนของน้ำและธาตุต่างๆ เช่น คาร์บอน พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นหนึ่งในพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพสูง ปราศจากมลพิษ อีกทั้งเกิดใหม่ได้       ไม่สิ้นสุด และยังเป็นต้นกำเนิดของพลังงานน้ำ เป็นต้นกำเนิดของพลังงานเคมีในอาหาร เป็นต้นกำเนิดของพลังงานลม และเป็นต้นกำเนิดพลังงานคลื่น นอกจากนี้พลังงานความร้อนใต้พิภพก็ยังถือว่ามีรากฐานมาจากความร้อนจากดวงอาทิตย์อีกด้วย

รูปแบบการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้งาน

การผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

การผลิตความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ เช่น เตาแสงอาทิตย์ เครื่องทำน้ำร้อนแสงอาทิตย์ ระบบอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์

การถ่ายโอนพลังงานความร้อน

การถ่ายโอนพลังงานความร้อน เป็นการถ่ายเทพลังงานความร้อนระหว่างที่สองแห่งที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน วิธีการถ่ายโอน พลังงานความร้อนแบ่งได้เป็น 3 วิธี ดังนี้

1. การถ่ายโอนความร้อนโดยการนำความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของวัตถุจากตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ตำแหน่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่วัตถุที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนความร้อนไม่ได้เคลื่อนที่ เช่น การนำแผ่นอะลูมิเนียมมาเผาไฟ โมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียมที่อยู่ใกล้เปลวไฟจะร้อนก่อนโมเลกุลที่อยู่ไกลออกไป เมื่อได้รับความร้อน     จะสั่นมากขึ้นจึงชนกับโมเลกุลที่อยู่ติดกัน และทำให้โมเลกุลที่อยู่ติดกันสั่นต่อเนื่องกันไป ความร้อนจึงถูกถ่ายโอนไปโดยการสั่นของโมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียม โลหะต่างๆ เช่น เงิน ทอง อะลูมิเนียม เหล็ก เป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ดี จึงถูกนำมาทำภาชนะในการหุงต้มอาหาร วัตถุที่นำความร้อนไม่ดีจะถูกนำมาทำฉนวนกันความร้อน เช่น ไม้ พลาสติก แก้ว กระเบื้อง เป็นต้น

2. การถ่ายโอนความร้อนโดยการพาความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยวัตถุที่เป็นตัวกลางในการพาความร้อนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับความร้อนที่พาไป ตัวกลางในการพาความร้อนจึงเป็นสารที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่าย ได้แก่ ของเหลวและแก๊ส ลมบกลมทะเลเป็นการเคลื่อนที่ของอากาศที่พาความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่ง การต้ม การนึ่ง และการทอดอาหารเป็นการทำให้อาหารสุกโดยการพาความร้อน

3. การถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง เช่น การแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก การแผ่รังสีความร้อนจากเตาไฟไปยังอาหารที่ปิ้งย่างบนเตาไฟ เป็นต้น

4.การดูดกลืนความร้อนของวัตถุ

วัตถุทุกชนิดสามารถดูดกลืนพลังงานรังสี การดูดกลืนพลังงานรังสีของวัตถุเรียกว่า "การดูดกลืนความร้อน" จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์พบว่า วัตถุที่มีผิวนอกสีดำทึบหรือสีเข้ม จะดูดกลืนความร้อนได้ดี วัตถุที่มีผิวนอกสีขาวหรือสีอ่อนจะดูดกลืน ความร้อนได้ไม่ดี ในทำนองตรงกันข้าม วัตถุที่มีความร้อนทุกชนิดสามารถคายความร้อนได้เช่นกัน โดยวัตถุที่มีผิวนอกสีดำจะคายความร้อนได้ดี และวัตถุที่มีผิวนอกขาวจะคายความร้อนได้ไม่ดี  ในชีวิตประจำวันใช้ประโยชน์จากสมบัติของการดูดกลืนความร้อนและการคายความร้อนของวัตถุในการเลือกสีทาอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ เช่น ชุดนักดับเพลิงมีสีสว่างและแวววาวเพื่อไม่ให้รับพลังงานความร้อนมากเกินไป บ้านเรือนที่อยู่อาศัยในเขตร้อนนิยมทาด้วยสีขาว เป็นต้น

การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์

1.  การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์โดยทางตรง

1.1   การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในรูปความร้อน เป็นการเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ให้อยู่ในรูปของพลังงานความร้อน (photothermal process) โดยการใช้อุปกรณ์รับแสงดูดพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ เช่น    ระบบอบแห้งแสงอาทิตย์ ระบบกลั่นน้ำแสงอาทิตย์ เป็นต้น

1.2 การใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า (photovoltaic process) ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ (solar cell)

2. การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์โดยทางอ้อม เช่น ทำให้ลม คลื่น กระแสน้ำในมหาสมุทร และให้พลังงานปฏิกิริยาสังเคราะห์แสงของพืช เป็นต้น

                                                            ความร้อน และ อุณหภูมิ
      

    สสารทั้งหลายประกอบด้วย อะตอมรวมตัวกันเป็นโมเลกุล การเคลื่อนที่ของอะตอม หรือการสั่นของโมเลกุล ทำให้เกิดรูปแบบของพลังงานจลน์ ซึ่งเรียกว่า “ความร้อน” (Heat) เราพิจารณาพลังงานความร้อน (Heat energy) จากพลังงานทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลทั้งหมดของสสาร
          อุณหภูมิ (Temperature) หมายถึง การวัดค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์ซึ่งเกิดขึ้นจากอะตอมแต่ละตัว หรือแต่ละโมเลกุลของสสาร เมื่อเราใส่พลังงานความร้อนให้กับสสาร อะตอมของมันจะเคลื่อนที่เร็วขึ้น ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น แต่เมื่อเราลดพลังงานความร้อน อะตอมของสสารจะเคลื่อนที่ช้าลง ทำให้อุณหภูมิลดต่ำลง
          หากเราต้มน้ำด้วยถ้วยและหม้อบนเตาเดียวกัน จะเห็นได้ว่าน้ำในถ้วยจะมีอุณหภูมิสูงกว่า แต่จะมีพลังงานความร้อนน้อยกว่าในหม้อ เนื่องจากปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับมวลทั้งหมดของสสาร แต่อุณหภูมิเป็นเพียงค่าเฉลี่ยของพลังงานในแต่ละอะตอม ดังนั้นบรรยากาศชั้นบนของโลก (ชั้นเทอร์โมสเฟียร์) จึงมีอุณหภูมิสูง แต่มีพลังงานความร้อนน้อย เนื่องจากมีมวลอากาศอยู่อย่างเบาบาง