ช่วงก่อนหน้านี้ มีน้องคนนึงที่เรียนป.โทสถาปัตย์เกี่ยวกับอาคารประหยัดพลังงาน ถามผมว่า ความจุความร้อนจำเพาะ (Specific heat capacity) คืออะไร ก็อธิบายอยู่สักระยะหนึ่ง จึงทำให้ผมทราบว่า จริงๆแล้วความเข้าใจในเรื่องนี้ไม่ยาก แต่จะเริ่มงงเมื่อต้องเอาไปใช้งาน เช่นต้องเปรียบเทียบร่วมกับเรื่องอื่นๆ หรือเมื่อวัสดุมีความหนาแตกต่างกัน เป็นต้น ผมเลยอยากเขียนอธิบายเรื่องของความจุความร้อนจำเพาะสั้นๆนี้ขึ้นมา
ก่อนที่จะบอกว่าความจุความร้อนจำเพาะคืออะไร เราต้องรู้ก่อนว่า วัสดุต่างๆ แม้ว่าจะมีมวลเท่ากัน แต่สามารถเก็บความร้อน หรือ พลังงาน ในปริมาณที่แตกต่างกันได้ โดยความจุความร้อนจำเพาะ คือค่าที่บอกว่า จะต้องใช้พลังงานเท่าไหร่ ถ้าจะเปลี่ยนอุณหภูมิ 1 องศาเซลเซียสของวัสดุนั้นๆที่หนัก 1 กิโลกรัม (หน่วยเป็น J/kg K หรือ J/kg°C)
เพื่อให้เห็นภาพ เรามาดูตารางข้างล่างนี้
วัสดุ | ความจุความร้อนจำเพาะ (cP) หน่วย kJ/kg°C |
---|---|
อิฐมอญไม่ฉาบ | 0.79 |
คอนกรีตมวลเบา ความหนาแน่น 620 kg/m3 | 0.84 |
คอนกรีตสแลป | 0.92 |
แผ่นยิปซั่ม | 1.09 |
ถ้าดูกันแค่ตรงนี้ เราก็จะเห็นได้ว่า อิฐมอญนั้นร้อน/เย็น ไวที่สุดเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆในตาราง และถ้าเทียบคอนกรีตมวลเบากับอิฐมอญก็จะเห็นว่าคอนกรีตมวลเบาสามารถหน่วงความร้อนได้มากกว่า และดูเหมือนแผ่นยิปซั่มจะหน่วงความร้อนได้ดีที่สุด ดีกว่าคอนกรีตเสียอีก แต่! แต่! แต่! แต่เวลาเราเลือกใช้วัสดุใดๆ เราไม่ได้เลือกเป็นกิโลกรัมถูกไหมครับ เราเลือกเป็นความหนา เช่น ผนังนี้เราจะใช้คอนกรีตมวลเบาหนา 10cm หรืออิฐมอญหน้า 20cm ดี
ฉะนั้นแล้ว เราควรจะเอาข้อมูลอีกอย่างหนึ่งเพิ่มเข้ามาคิดด้วย นั่นก็คือความหนาแน่น ความหนาแน่นคือตัวที่บอกว่า วัสดุนี้หนักกี่กิโลกรัม ถ้าวัสดุนี้กว้าง 1 เมตร ยาว 1 เมตร สูง 1 เมตร ผมได้อัพเดทตารางข้างบนเป็นแบบข้างล่างนี้ โดยข้อมูลมาจากประกาศกระทรวงพลังงานเหมือนเดิม
วัสดุ | ความหนาแน่น (ρ) หน่วย kg/m3 | ความจุความร้อนจำเพาะ (cP) หน่วย kJ/kg°C |
---|---|---|
อิฐมอญไม่ฉาบ | 1,600 | 0.79 |
คอนกรีตมวลเบา ความหนาแน่น 620 kg/m3 | 620 | 0.84 |
คอนกรีตสแลป | 2,400 | 0.92 |
แผ่นยิปซั่ม | 800 | 1.09 |
เอาละ ตัวเลขเริ่มเยอะ แต่ไม่ยากแน่นอน เรามาดูกันทีละตัว
ความหนาแน่นนี้คือ น้ำหนัก (kg) ต่อ 1m * 1m *1m ใช่ไหมครับ แล้วถ้ามันหนา 10cm หรือ 0.1m และกว้างกับยาว 1m ละ มันจะหนักเท่าไหร่? เราก็เอามันไปคูณ (*) ด้วย 0.1 ถูกไหมครับ? เราก็จะได้น้ำหนักต่อตารางเมตรมา ถ้าเกิดหนา 20cm เราก็คูณด้วย 0.2 ตรงนี้ไม่งงนะครับ
วัสดุ | น้ำหนักเมื่อหนา 10cm หน่วย kg/m2 | น้ำหนักเมื่อหนา 20cm หน่วย kg/m2 |
---|---|---|
อิฐมอญไม่ฉาบ | 160 | 320 |
คอนกรีตมวลเบา ความหนาแน่น 620 kg/m3 | 62 | 124 |
คอนกรีตสแลป | 240 | 480 |
แผ่นยิปซั่ม (หนา 9mm หรือ 0.009m) | 7.2 | - |
Note: ที่ผมให้ยิปซั่มหนา 9mm เพราะคิดว่าไม่น่ามีใครใช้ยิปซั่มหนา 10cm นะครับ
ทีนี้เราก็จะเริ่มเห็นภาพแล้วว่าวัสดุต่างชนิดกัน แม้ว่ามีความหนาเท่ากัน ก็มีน้ำหนักไม่เท่ากัน
เรายังจำค่าความจุความร้อนจำเพาะได้ไหมครับ ว่าหน่วยของมันคือ kJ/kg°C และตอนนี้เราก็มีน้ำหนัก (kg) ของวัสดุที่ความหนา 10cm และ 20cm (9mm สำหรับยิปซั่ม) แล้ว เรามาดูกันดีกว่ากว่าความจุความร้อนจำเพาะของวัสดุที่ความหนาดังกล่าวนั้นเป็นอย่างไรบ้าง โดยเอาค่าความจุความร้อนจำเพาะมาคูณ (*) กับน้ำหนัก (kg) ของวัสดุนั้นๆ
วัสดุ | cP เมื่อหนา 10cm หน่วย kJ/m2°C | cP เมื่อหนา 20cm หน่วย kJ/m2°C |
---|---|---|
อิฐมอญไม่ฉาบ | 126.4 | 252.8 |
คอนกรีตมวลเบา ความหนาแน่น 620 kg/m3 | 52.08 | 104.16 |
คอนกรีตสแลป | 220.8 | 441.6 |
แผ่นยิปซั่ม (หนา 9mm หรือ 0.009m) | 7.848 | - |
เราเห็นอะไรบ้างครับ? จำตอนแรกได้ไหมครับที่บอกว่ายิปซั่มมีค่าความจุความร้อนจำเพาะสูงสุด และอิฐมอญต่ำสุด แต่เมื่อเอามาคิดในแบบที่ละเอียดขึ้นแล้ว ก็จะเห็นได้ว่าคอนกรีตมวลเบาแม้ว่าหนา 20cm ก็ยังมีค่าความจุความร้อนจำเพาะต่ำกว่าอิฐมอญที่หนาเพียง 10cm เลย
ในความหนาที่เท่ากัน อิฐมอญมีค่าความจุความร้อนจำเพาะมากกว่าอิฐมวลเบาถึงประมาณ 2.5เท่า แต่ยังน้อยกว่าคอนกรีตสแลปเกือบ 2 เท่าด้วยกัน
จากทั้งหมดที่ยกตัวอย่างมา สรุปแล้วมันบอกอะไรกับเรา? จริงๆมันก็บอกตามที่มันบอกนะ ส่วนแต่ละคนจะไปทำความเข้าใจหรือตีความยังไงก็แล้วแต่ แต่สิ่งที่ผมคิดว่าควรจะชี้ให้สังเกตคือ
สรุปว่า ค่าความจุความร้อนจำเพาะ ควรดูควบคู่กับการเรื่องของความหนาแน่น และความหนาของวัสดุที่เราต้องการจะทดสอบด้วย เพื่อให้เห็นภาพในหลายๆมุม ไม่ควรใช้ค่าความจุความร้อนจำเพาะแบบโดดๆ
| energy | ความจุความร้อนจําเพาะ |