.

.

ข้อสอบวิทยาศาสตร์ สสวท. ป.3 ปี 2560 ข้อที่ 10.


ข้อที่ 10.


นำน้ำปริมาตรเท่ากันมาใส่ในกระป๋องขนาดและน้ำหนักเท่ากัน แล้วจัดเป็นชุดการทดลอง ดังรูป


เมื่อเวลาผ่านไป 1 ชั่วโมง ข้อใดเปรียบเทียบน้ำหนักของน้ำที่อยู่ในกระป๋องแต่ละชุดได้ถูกต้อง

1. ชุดที่ 1 = ชุดที่ 2 = ชุดที่ 3

2. ชุดที่ 1 > ชุดที่ 3 > ชุดที่ 2

3. ชุดที่ 2 > ชุดที่ 1 > ชุดที่ 3

4. ชุดที่ 1 > ชุดที่ 2 > ชุดที่ 3

 


พ่อแม่พี่น้อง คงทราบกันดีอยู่แล้ว่าการเฉลยโจทย์ตามสไตล์ของ sarnseri.com  นั้น

มักจะเล่าเรื่องโน้น ออกเรื่องนี้ จนบางทีทั้งคนอ่านและคนเฉยลก็งงๆว่าเรากำลังทำโจทย์วิชาวิทยาศาสตร์กันอยู่รึเปล่า (ฮา)


ซึ่งก็เป็นเพราะต้องการให้น้องๆหนูๆได้มีความรู้ที่มากกว่าการมาอ่านเพียงว่าข้อนั้นตอบอย่างนี้ ข้อนี้ตอบอย่างนั้น

แต่ต้องการเขียนเฉลยให้ครอบคลุมเนื้อหาที่เกี่ยวเนื่องที่(คิดเอาเอง)ว่าถ้าน้องๆหนูๆรู้เอาไว้ก็น่าจะดี

ซึ่งก็เป็นเหตุผลที่สำคัญที่ทำให้การเฉลยข้อสอบแต่ละครั้งนั้น กินเวลาข้ามเดือนข้ามปี... (ฮา อีกที)


เรามาเริ่มต้นกันนะครับ




ความรู้ข้อที่หนึ่ง : ทำไมน้าาา น้ำจึงเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ?


น้ำที่เราใช้ๆกันอยู่ประกอบด้วยโมเลกุลเล็กๆของน้ำจำนวนมาก ซึ่งหนึ่งโมเลกุลจะประกอบไปด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม กับออกซิเจน 1 อะตอม หรือเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า H2O

เจ้าโมเลกุลของน้ำนั้น เมื่ออยู่รวมๆกันก็จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างแต่ละโมเลกุล ซึ่งเรียกกันว่าพันธะไฮโดรเจน (Hydrogen-bonds) ครับ

พันธะดังกล่าวอธิบายแบบง่ายๆได้ว่าเป็นแรงยึดระหว่างขั้วบวกที่บริเวณอะตอมไฮโดรเจนของน้ำโมเลกุลหนึ่ง กับขั้วลบบริเวณอะตอมของออกซิเจนของน้ำอีกโมเลกุลหนึ่ง


แรงยึดที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนนั้นไม่ได้มีความแรงมากมายนักนะครับ ดังนั้นโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลจึงเคลื่อนที่ไปมาได้


เมื่อโมเลกุลของน้ำมีการเคลื่อนที่ โมเลกุลของน้ำก็จะมีพลังงานอย่างหนึ่งที่เกิดจากการเคลื่อนที่ ซึ่งเรียกกันว่าพลังงานจลน์ ที่แปลไทยเป็นไทยได้แบบตรงๆว่าพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่นั่นแหละครับ และถ้าเกิดเคลื่อนที่เร็วมากๆ พลังงานจลน์ก็จะมากขึ้นจนอาจชนะแรงยึดหนี่ยวที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจน ซึ่งก็จะทำให้โมเลกุลนั้นๆ หลุดลอยออกไป ซึ่งก็คือการกลายเป็นไอนั่นเองครับพี่น้องงงง

 



ความรู้ข้อที่สอง : การกลายเป็นไอกับการระเหย ความเหมือนที่แตกต่าง


จากความรู้ในข้อหนึ่ง ตอนนี้ผมก็ถือโอกาสทึกทักเอาเองว่าน้องๆหนูๆ รวมทั้งพี่ป้าน้าอาได้เข้าใจเบื้องต้นแล้วนะครับว่ากลไกการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอนั้นเป็นอย่างไร

ทีนี้ผมจะพามารู้จักกับคำสองคำที่บางครั้งก็ออกจะงงๆนิดหน่อย ซึ่งก็คือ การกลายเป็นไอกับการระเหย 


การกลายเป็นไอ  หรือที่ในภาษาต่างด้าวเรียกว่า Vaporization ซึ่งหมายถึง การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอ เมื่อของเหลวได้รับพลังงานความร้อนครับ

พอมาถึงตรงนี้ อาจต้องอธิบายสั้นๆเพิ่มเติมอีกนิดนึงว่า เมื่อโมเลกุลของน้ำได้รับพลังงานความร้อน โมเลกุลก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นหรือพูดกันว่าโมเลกุลมีพลังงานจลน์สูงขึ้น ถ้าความร้อนสูงมากขึ้นพอที่จะทำให้โมเลกุลมีพลังงานจลน์สูงจนอาจเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวของพันธะไฮโดรเจน โมเลกุลก็จะเคลื่อนหลุดออกจากกัน ซึ่งก็คือการกลายเป็นไอครับ


การระเหย หรือการ Evaporation นั้น หมายถึง การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไออย่างช้าๆ ถึงแม้ของเหลวจะไม่ได้รับพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้นก็ตาม และการระเหยที่ว่านี้จะเกิดขึ้นเฉพาะผิวหน้าของของเหลวเท่านั้นนะครับ

กลไกของการระเหย อาจพอจะอธิบายแบบรวบรัดได้ดังนี้นะครับ...


จากที่เล่าให้ฟัง เราได้รู้กันแล้วนะครับว่าโมเลกุลของน้ำวิ่งเคลื่อนที่ไปมาอยู่ตลอดเวลา ซึ่งก็เป็นธรรมดาใช่ไหมครับเมื่อวิ่งไปวิ่งมาก็ย่อมต้องวิ่งชนกันบ้าง

ทีนี้ เพื่อความเข้าใจ อาจต้องเล่าเพิ่มเติมให้ฟังอีกซักนิดว่าการชนกันนั้นจะเกิดการถ่ายทอดพลังงานให้แก่กันนะครับ

ยกตัวอย่างให้เห็นภาพง่ายๆ ก็คือกีฬาสนุกเกอร์ครับ


เรื่องสนุกเกอร์นั้น น้องๆหนูๆทราบไหมครับว่าในอดีตเมื่อนาน น น น มาแล้ว สนุกเกอร์ไม่ได้ถูกยอมรับให้เป็นกีฬานะครับ แต่ในช่วงสมัยนั้นสนุกเกอร์คือการพนันครับพี่น้อง

ร้านที่มีโต๊ะสนุกนั้นจึงถือเป็นสถานที่อโคจร ที่คุณพ่อคุณแม่ในสมัยนู้น ต้องสั่งนักสั่งหนาว่าลูกๆทุกคนห้ามเข้าไปเด็ดขาด


ซึ่งพ่อแม่พี่น้องคงรู้คำตอบกันดีอยู่แล้วใช่ไหมครับ ว่ายิ่งห้ามก็เหมือนยิ่งยุ

วัยรุ่นวัยเรียนจำนวนไม่น้อยในสมัยนั้นจึงได้ชักชวนกัน(หนีเรียน)แวะเวียนไปยังโต๊ะสนุ้กกันอยู่เนืองๆ

ซึ่งคงไม่ต้องสงสัยนะครับว่าผู้น้อยคนนี้ จะอยู่ในกลุ่มเด็กๆ ผู้แสวงหาหรือไม่ (ฮา)

กิจการโต๊ะสนุกจึงแพร่ขยายมากขึ้นมากขึ้น และหลายร้านก็มาเปิดอยู่ไม่ใกล้ไม่ไกลจากโรงเรียน ทั้งนี้ก็เพื่ออำนวยความสะดวกให้ลูกค้านั่นเอง


สนุกเกอร์เป็นเกมที่สนุกสนานและท้าทายอย่างมากครับ

เด็ก(และไม่เด็ก)จำนวนมากจึงติดใจอย่างถอนตัวไม่ขึ้น พอได้เล่นแล้วก็ไม่ค่อยอยากจะเลิก

เจ้าของร้านสนุกเกอร์ที่เข้าใจหัวอกหัวใจแฟนๆ จึงมีบริการเสริมประเภทขายข้าว ขายขนม ขายน้ำอย่างครบวงจร

รวมทั้งบางร้านก็มีขายเบียร์ ขายเหล้า ขายบุหรี่ด้วยครับพี่น้อง


และเนื่องจากเกมสนุกเกอร์เป็นการแข่งเพื่อนับแต้มกันว่าใครจะทำแต้มได้มากกว่าใคร ดังนั้นจึงมักมีการพนันขันต่อกันเป็นธรรมดา

ซึ่งอาจจะเริ่มจากข้อกำหนดว่าใครแพ้คนนั้นจะต้องเป็นคนจ่ายค่าเกม(ก็คือค่าใช้โต๊ะสนุ้กนั่นแหละครับ)


และในที่สุดก็พัฒนาเป็นว่าใครเล่นแพ้คนนั้นจะต้องเสียเงินให้คนที่ชนะ จะมากจะน้อยก็แล้วแต่จะตกลงกัน

และบางทีแทนที่จะเล่นกินเงินกันเองระหว่างเพื่อนๆ ก็พัฒนาข้ามไปท้าพนันกับผู้เล่นที่โต๊ะข้างๆ

เหล่าเซียนน้อยเซียนใหญ่หลายๆคน จึงมักเดินสายไปร้านนั้นร้านนี้เพื่อท้าดวนกับเซียนสนุ้กหน้าใหม่เพื่อหารายได้เสริม

ซึ่งบางครั้งบางคราวแม้จะแพ้ในเกมแต่คนไม่แพ้ การทะเลาะวิวาทหรือลงไม้ลงมือกันจึงมีโอกาสเกิดขึ้นบ้างเป็นเรื่องปกติ 


ได้ฟังเบื้องต้นอย่างนี้แล้ว พอจะเข้าใจได้หรือยังครับว่าทำไมพ่อแม่สมัยนั้นจึงห้ามนักห้ามหนา

ก็เพราะด้านมืดของเกมสุกเกอร์นั้น น่ากลัวอยู่ไม่น้อยเลยใช่ไหมครับ


จนกระทั่ง มีเซียนสนุกเกอร์หนุ่มหน้าหล่อคนนึงได้ไปโลดแล่นและประกาศศัดดาให้เป็นที่เลื่องลือในการแข่งขันระดับโลก

โด่งดังจนถึงขนาดทีวีช่องเจ็ด มีการถ่ายทอดสดการแข่งขันสนุกเกอร์กลับมายังประเทศไทยเลยครับพี่น้อง


โคตรเซียนที่เป็นผู้พลิกด้านสว่างของโลกแห่งสนุกเกอร์มาให้ชาวบ้านชาวช่องได้รับรู้ ก็คือ ต๋อง ศิษย์ฉ่อย หรือในชื่อภาษาฝรั่งว่า James Wattana ครับ

พูดแล้วจะหาว่าโม้ ต๋องนั้นฝรั่งถึงกับขนานนามว่าเป็น The Thai Tornado เลยนะครับ ซึ่งก็เป็นเพราะลีลาการเล่นที่รวดเร็วและดุดันดุจดั่งพายุทอร์นานั่นไงครับ


ช่วงที่รุ่งเรืองสุดขีดนั้น ต๋องเคยไต่อันดับถึงมือ 3 ของโลกเชียวนะครับ

หนังสือพิมพ์ วิทยุ ทีวี ก็ออกข่าวกันอย่างครึกครื้น

หัวข้อการสนทนาของผู้คนในยุคนั้น ก็มักมีเรื่องราวของต๋องอยู่บ้างไม่มากก็น้อย


สนุกเกอร์จึงถูกมองจากมุมที่สว่างกว่าเดิม และได้รับการยอมรับกันมากขึ้นว่าเป็นกีฬานะครับ (ส่วนใครจะเอาไปเล่นพนันกันนั้น ก็เป็นอีกเรื่องนึง)

เป็นเรื่องดังจนถึงขนาดมีผู้หลักผู้ใหญ่บางท่านขอโหนกระแส ตามสไตล์ที่ขาดไม่ได้เลยในประเทศกำลังพัฒนาแห่งนี้ ก็คือเสนอให้บรรจุเป็นกีฬาที่สอนในโรงเรียนด้วยนะครับ

แต่โชคดีที่ผู้คล้อยตามมีน้อย กีฬาสนุกเกอร์จึงยังไม่ถูกนำเข้าไปสอนในโรงเรียนของเด็กๆ


ซึ่งก็ถูกต้องแล้วนะครับ

แม้สนุกเกอร์จะไม่ใช่มีแต่ด้านมืด

แต่บางครั้งเราก็ควรปล่อยให้กีฬาบางอย่างอยู่ห่างๆจากเด็กๆบ้างก็ดีนะครับ

เอาแค่เป็นว่าใครใคร่เล่นก็เล่น แต่ไม่ต้องถึงขนาดเอามาสอนในโรงเรียนสำหรับเด็กทุกๆคน ดูจะดีกว่า ใช่ไหมครับ


อ้าว... เล่าเลยไปไกลอีกแล้วครับ


กลับมาที่เรื่องที่จะอธิบายเกี่ยวกับการถ่ายทอดพลังงานกันดีกว่านะครับ

ลูกสนุ้กสีขาว(ที่เรียกกันแบบภาษาชาวบ้านว่า "อีตัว") ที่ต๋อง ศิษย์ฉ่อย เล็งและแทงออกไปนั้น เมื่อวิ่งไปกระทบกับลูกสีอื่นๆ ลูกที่ถูกกระทบนั้นจะวิ่งออกไปตามทิศทางและความเร็วที่ต๋องคำนวณไว้ ในขณะที่หลังจากกระทบกันแล้ว ลูกอีตัวของต๋องอาจจะหยุดนิ่งอยู่กับที่ หรือเคลื่อนที่ช้าลงแล้วไปหยุดในตำแหน่งที่ต๋องกำหนดไว้ราวกับจับไปวาง


การที่ลูกที่ถูกกระทบเคลื่อนที่ไป

และลูกที่มากระทบเคลื่อนช้าลงหรือหยุดลงอย่างนี้แหละครับ เรียกว่าการถ่ายเทพลังงาน ซึ่งในทีนี้ก็คือพลังงานจลน์ครับ


การชนกันของโมเลกุลของน้ำก็คล้ายกับการชนกันของลูกสนุ้กครับ

หากต่างคนต่างวิ่งมาชนกันในบางตำแหน่งเช่นวิ่งมาชนท้ายของโมเลกุลที่กำลังวิ่งอยู่ โมเลกุลที่ถูกชนก็จะได้รับการถ่ายทอดพลังงานมาเพิ่ม ทำให้โมเลกุลนั้นวิ่งเร็วขึ้นกว่าเดิม

ซึ่งหากวิ่งเร็วมากๆขึ้น(ซึ่งก็คือมีพลังงานจลน์มากขึ้น) ในที่สุดก็อาจชนะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล แล้วถ้าบังเอิญโมเลกุลนั้นๆอยู่ที่ผิวของของเหลวพอดี ก็อาจหลุดลอยออกไปจากโมเลกุลอื่นๆ ซึ่งก็คือการกลายเป็นไอนั่นเองครับ


เห็นไหมครับว่าถึงแม้ว่าจะไม่ได้รับพลังงานความร้อนจากการถูกต้มให้ร้อนขึ้นก็ตาม น้ำก็ยังมีกลายเป็นไอได้อย่างช้าๆ

อย่างนี้แหละครับที่เรียกว่าการระเหย ซึ่งก็หมายถึง การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไออย่างช้าๆ ถึงแม้ของเหลวจะไม่ได้รับพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้นก็ตาม และการระเหยที่ว่านี้จะเกิดขึ้นเฉพาะผิวหน้าของของเหลวเท่านั้นนะครับ



ดังนั้น เราลองมาสรุปกันซักนิดดีไหมครับว่า ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อการระเหยของน้ำบ้าง


1. อุณหภูมิของของน้ำนั้น 

   พูดง่ายๆก็คือน้ำที่อุณหภูมิสูงจะระเหยได้มากกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำ 

2. พื้นที่ผิวของของเหลว 

   ของเหลวที่ใส่ในภาชนะมีทำให้มีพื้นที่ผิวหน้ามากจะระเหยได้มาก เช่นน้ำที่อยู่ในจานจะระเหยได้เร็วกว่าน้ำที่อยู่ในแก้วครับ


จริงๆ จะมีเงื่อนไขอื่นๆอีกเล็กน้อยที่อาจเกินความจำเป็นที่ต้องรู้ในตอนนี้ แต่ผู้น้อยจะเล่าให้ฟังซักนิดนึง จะได้ครบถ้วนกระบวนความดังนี้นะครับ...

3. ความดันบรรยากาศ

   ในที่ที่ความดันบรรยากาศสูง น้ำจะระเหยได้น้อยกว่าที่ที่ความดันบรรยากาศต่ำ

4. สภาพอากาศเหนือของเหลว

   บริเวณที่มีอากาศถ่ายเทหรือมีลมพัดตลอดเวลา น้ำจะระเหยได้มากกว่าบริเวณที่ไม่มีอากาศถ่ายเทหรือไม่มีลมพัดตลอดเวลา

5. การคน

   น้ำที่มีการคนจะระเหยได้เร็วกว่าน้ำที่อยู่นิ่งๆ


สำหรับข้อ 3. ถึงข้อ 5. นั้น ขออนุญาตเล่าให้ฟังแค่นี้เฉยๆนะครับ

เพราะถ้าอธิบายมากความ การเฉลยข้อสอบอาจข้ามเดือนข้ามปีไปไกลกว่านี้อีกครับพี่น้อง


พอมีความรู้กันขนาดนี้แล้ว ทีนี้เราก็พอจะทำข้อสอบข้อนี้กันได้แบบมีหลักการกันแล้วใช่ไหมครับ

ลองมาพิจารณาตัวเลือกคำตอบกันทีละข้อกันนะครับ...


โจทย์บอกว่า นำน้ำปริมาตรเท่ากันมาใส่ในกระป๋องขนาดและน้ำหนักเท่ากัน แสดงว่าในโจทย์มีการควบคุมปัจจัยอื่นๆที่ไม่ได้สงสัยเอาไว้แล้วคือ น้ำเหมือนกัน ปริมาตรเท่ากัน กระป๋องขนาดเดียวกัน และน้ำหนักก็เท่ากัน แตกต่างกันเพียงการจัดเป็นชุดการทดลองที่แตกต่างกันคือ

     - ชุดที่ 1 เอาไปใส่ไว้ในตู้เย็น

     - ชุดที่ 2 วางไว้ในอุณหภูมิปกติ

     - ชุดที่ 3 เอาไปอุ่นให้ร้อน

 

ด้วยความเก่งกาจของเรา(รึเปล่า?) เราก็รู้อยู่แล้วว่าน้ำในตู้เย็นที่มีอุณหภูมิต่ำสุด ส่วนน้ำที่ตั้งไว้บนโต๊ะก็คือการตั้งไว้ในอุณหภูมิปกติซึ่งจะอุณหภูมิสูงกว่าในตู้เย็นอย่างแน่นอน สำหรับน้ำที่นำไปอุ่นก็ย่อมมีอุณหภูมิสูงกว่าใครเพื่อน

ดังนั้น เมื่อเทียบอุณหภูมิของชุดการทดลองทั้งสามแล้ว เราก็สรุปได้ว่า อุณหภูมิชุด 1 > อุณหภูมิชุด 2  > อุณหภูมิชุด 3


และจากความรู้ที่เราได้อ่านร่วมกันมาแล้วเมื่อตะกี้ เราก็พอจะวิเคราะห์ได้แล้วใช่ไหมครับว่า ในน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำ โมเลกุลของน้ำก็จะเคลื่อนที่ช้า ทำโอกาสที่จะวิ่งจนชนะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลนั้นมีไม่ค่อยมากเท่ากับน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ซึ่งก็เลยทำให้เราสรุปได้ว่า เมื่อเทียบการระเหยแล้ว ชุด 1 ระเหยได้น้อยสุด ชุดที่ 2 ระเหยได้รองลงมา ส่วนชุดที่ 3 จะระเหยได้มากที่สุด ดังนั้นเมื่อนำชุดการทดลองที่ผ่านการทิ้งไว้ระยะหนึ่งมาชั่งดู ชุดที่ระเหยน้อยก็ย่อมจะมีน้ำหนักคงเหลือมากที่สุดใช่ไหมครับ


ดังนั้นเมื่อโจทย์ถามว่าเมื่อเวลาผ่านไป 1 ชั่วโมง ข้อใดเปรียบเทียบน้ำหนักของน้ำที่อยู่ในกระป๋องแต่ละชุดได้ถูกต้อง เราก็ต้องบอกว่า...

     น้ำหนักชุด 1 > น้ำหนักชุด 2 > น้ำหนักชุด 3


ซึ่งก็คือคำตอบข้อที่ 4. นั่นเองครับพ่อแม่พี่น้องงงงง

 

 

 

 

 

 

(ทีนี้เราก็รีบไปดูโจทย์ข้อที่ 11 กัน นะครับ...)


เพิ่มคอมเมนต์ใหม่

รหัสป้องกันความปลอดภัย
รีเฟรช