Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Translator: Suppadej Mahapokai Reviewer: Kelwalin Dhanasarnsombut

There are over one billion cars in the world today,

ทุกวันนี้บนโลกของเรามีรถมากกว่าพันล้านคัน

getting people where they need to go,

ที่รับส่งผู้คนไปที่ที่พวกเขาต้องการไป

but cars aren't just a mode of transportation,

แต่รถยนต์ไม่ได้เป็นแค่เพียง การขนส่งรูปแบบหนึ่ง

they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

มันยังเป็นบทเรียนวิชาเคมี ที่รอวันจะถูกถ่ายทอด

The process of starting your car begins in the engine cylinders,

กระบวนการสตาร์ทรถยนต์เริ่มจากในกระบอกสูบ

where a spritz of gasoline from the fuel injector

ซึ่งเป็นที่ที่น้ำมันเบนซินจากหัวฉีดน้ำมัน

and a gulp of air from the intake valve

และอากาศจากวาล์วไอดี

mix together before being ignited by a spark,

มาผสมกันก่อนจะถูกทำให้ระเบิดด้วยประกายไฟ

forming gases that expand and push the piston.

ทำให้เกิดก๊าซที่ขยายตัวและดันลูกสูบ

But combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat.

แต่การเผาไหม้ คือกระบวนการคายความร้อน ที่ปลดปล่อยความร้อนออกมา

Lots of it.

เยอะมาก ๆ เลยด้วย

And while much of this heat escapes through the tail pipe,

ขณะที่ความร้อนส่วนมากหนีออกไปทางท่อไอเสีย

the heat that remains in the engine block needs to be absorbed, transported, and dissipated

ความร้อนที่ยังหลงเหลืออยู่ในเสื้อสูบ ต้องถูกดูดซับ ถ่ายเท และ กำจัดทิ้ง

to protect the metal components from deforming or even melting.

เพื่อปกป้องส่วนประกอบโลหะ จากการเปลี่ยนรูปหรือแม้กระทั่งละลาย

This is where the cooling system comes in.

ระบบระบายความร้อนจึงเข้ามามีบทบาท

A liquid gets circulated throughout the engine,

ของเหลวจะไหลผ่านเข้าออกเครื่องยนต์

but what kind of liquid can absorb all that heat?

แต่ของเหลวไหนล่ะที่จะดูดความร้อนทั้งหมดนั่น

Water may seem like an obvious first choice.

น้ำดูเหมือนเป็นตัวเลือกแรก ๆ

After all, its specific heat,

อย่างไรก็ดี ค่าความจุความร้อนจำเพาะของมัน

the amount of energy required to raise the temperature

ซึ่งคือปริมาณความร้อนที่ใช้เพิ่มอุณหภูมิ

of a given amount by one degree Celsius,

ของปริมาณสารขึ้นไปหนึ่งองศาเซลเซียส

is higher than that of any other common substance.

สูงกว่าสารอื่นทั่ว ๆ ไป

And we have a lot of heat energy to absorb.

และพวกเราก็มีความร้อนมากมายที่ต้องดูดซับ

But using water can get us into deep trouble.

แต่การเลือกใช้น้ำอาจทำให้เราเจอปัญหาหนัก

For one thing, its freezing point is zero degrees Celsius.

อย่างแรก จุดเยือกแข็งของน้ำ อยู่ที่ศูนย์องศาเซลเซียส

Since water expands as it freezes,

เนื่องจากน้ำจะขยายตัวออกเมื่อมันแข็ง

a cold winter night could mean a cracked radiator and a damaged engine block,

คืนฤดูหนาวอาจทำให้ หม้อน้ำแตกและเสื้อสูบเสียหาย

a chilling prospect.

ซึ่งเป็นอะไรที่น่ากลัวไม่น้อย

And considering how hot car engines can get,

และลองมาดูกันว่าเครื่องยนต์ร้อนมากแค่ไหน

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

จุดเดือดที่ต่ำ เพียงแค่ 100 องศาเซลเซียส

can lead to a situation that would get anyone steamed.

สามารถทำให้พวกเราโดนนึ่งได้เลย

So, instead of water, we use a solution,

เพราะฉะนั้นเราเลือกใช้สารละลายแทนน้ำ

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

สารผสมเนื้อเดียวที่ประกอบด้วย ตัวทำละลายและตัวถูกละลาย

Some of the solution's properties will differ depending on the proportion of solute present.

คุณสมบัติบางส่วนของสารละลายจะเปลี่ยนไป ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของตัวถูกละลาย

These are called colligative properties, and as luck would have it,

มันถูกเรียกว่า "คุณสมบัติโคลิเกทีฟ" โชคดีที่มันประกอบไปด้วย

they include freezing point depression and boiling point elevation.

การลดลงของจุดเยือกแข็ง และการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด

So, solutions have both a lower freezing point and a higher boiling point than pure solvent,

ฉะนั้น สารละลายนั้นจะมีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่า และจุดเดือดที่สูงกว่าของตัวทำละลายบริสุทธิ์

and the more solute is present, the bigger the difference.

และยิ่งมีตัวละลายมากเท่าไหร่ ความแตกต่างก็มากตามไปด้วย

So, why do these properties change?

ทำไมคุณสมบัติเหล่านี้ถึงเปลี่ยนล่ะ

First of all, we need to understand that temperature is a measure

อย่างแรก พวกเราต้องเข้าใจก่อนว่า "อุณหภูมิ" คือ มาตรการวัด

of the particle's average kinetic energy.

พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาค

The colder the liquid, the less of this energy there is,

ยิ่งของเหลวเย็นเท่าไหร่ พลังงานก็จะน้อยลงไปเท่านั้น

and the slower the molecules move.

และโมเลกุลก็จะเคลิ่อนที่ช้าลงไปด้วย

When a liquid freezes, the molecules slow down,

เมื่อของเหลวแข็งตัว โมเลกุลต่าง ๆ จะเคลื่อนที่ช้าลง

enough for their attractive forces to act on each other,

ช้าพอที่จะทำให้แรงดึงดูดของพวกมัน ดึงดูดกันและกัน

arranging themselves into a crystal structure.

ซึ่งจัดวางให้อยู่ในโครงสร้างผลึก

But the presence of solute particles gets in the way of these attractions,

แต่อนุภาคของตัวถูกละลายมาขวางแรงดึงดูดที่ว่า

requiring a solution to be cooled down further before the arrangement can occur.

สารละลายต้องถูกทำให้เย็นกว่านี้ ก่อนที่การจัดวางผลึกจะเกิดขึ้นได้

As for the boiling point, when a liquid boils,

สำหรับจุดเดือด เมื่อของเหลวเดือด

it produces bubbles filled with its vapor,

มันทำให้เกิดฟองที่เต็มไปด้วยไอ

but for a bubble to form, the vapor pressure must become as strong

แต่ถ้าจะทำให้ฟองเกิดได้ ความดันไอต้องสูงพอ

as the atmosphere constantly pushing down on the surface of the liquid.

เทียบเท่ากับบรรยากาศ ที่กดลงบนพื้นผิวของของเหลวตลอดเวลา

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อน ความดันไอจะเพิ่ม

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

และเมื่อมันเท่ากับความดันบรรยากาศ

the bubbles form and boiling occurs.

ฟองและการเดือดก็จะเกิดขึ้น

A solution's vapor pressure is lower than that of pure solvent,

ความดันไอของสารละลายนั้น ต่ำกว่าของตัวทำละลายบริสุทธิ์

so it must be heated to an even higher temperature

ฉะนั้น มันต้องถูกให้ความร้อน จนมีอุณหภูมิที่สูงกว่านั้น

before it can match the strength of the atmosphere.

ก่อนที่จะเทียบเท่ากับความดันบรรยากาศ

As an added bonus, the pressure in the radiator

ยิ่งไปกว่านั้น ความดันในหม้อน้ำนั้น

is kept above atmospheric pressure,

ถูกทำให้สูงยิ่งกว่าความดันบรรยากาศ

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

ซึ่งทำให้จุดเดือดเพิ่มไปอีก 25 องศาเซลเซียส

The solution commonly used for a car's cooling system

สารละลายที่มักถูกใช้ ในระบบระบายความร้อนรถยนต์

is a 50/50 mixture of ethylene glycol and water,

คือสารละลายที่ประกอบด้วยเอทิลีนไกลคอล และน้ำในอัตราส่วนครึ่งต่อครึ่ง

which freezes at -37 degrees Celsius and boils at 106 degrees Celsius.

ซึ่งแข็งตัวที่อุณหภูมิ -37 องศาเซลเซียส และเดือดที่ 106 องศาเซลเซียส

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

ที่อัตราส่วนแนะนำที่ 70 ต่อ 30

the freezing point is even lower at -55 degrees Celsius,

จุดเยือกแข็งก็ยิ่งต่ำลงเป็น -55 องศาเซลเซียส

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

และจุดเดือดสูงขึ้นไปเป็น 113 องศาเซลเซียส

As you can see, the more ethylene glycol you add,

อย่างที่เห็น ยิ่งใส่เอทิลีนไกลคอลมากเท่าไร

the more protection you get, so why not go even higher?

ก็ยิ่งได้การปกป้องที่มากเท่านั้น ฉะนั้น ทำไมไม่ใส่ให้เยอะกว่านี้ล่ะ

Well, it turns out you can have too much of a good thing

จริง ๆ แล้วเราไม่สามารถมีของดี ๆ มากเกินไปได้

because at higher proportions,

เพราะที่อัตราส่วนที่สูงกว่า

the freezing point actually starts to go back up.

จุดเดือดจะค่อย ๆ กลับขึ้นมา

The properties of the solution head towards the properties of ethylene glycol,

คุณสมบัติของสารละลายจะเคลื่อนไปยัง คุณสมบัติเอทิลีนไกลคอล

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

ที่แข็งตัวที่ -12.9 องศาเซลเซียส

a higher temperature than we attained with the solution.

ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่เราได้จากสารละลาย

The solution flows through the engine, absorbing heat along the way.

สารละลายไหลผ่านเครื่องยนต์ ระหว่างนั้นก็ดูดซับความร้อนไปด้วย

When it reaches the radiator, it's cooled by a fan,

เมื่อมันไปถึงหม้อน้ำ มันจะถูกทำให้เย็นลงด้วยพัดลม

as well as air rushing through the front of the car

เช่นเดียวกันกับลมที่วิ่งมาชนด้านหน้าของรถยนต์

before returning to the hot engine compartment.

ก่อนที่มันจะกลับไปยังเครื่องยนต์ที่ร้อนอีกครั้ง

So, an effective and safe engine coolant

ฉะนั้นสารหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย

must have a high specific heat, a low freezing point, and a high boiling point.

ต้องมีความจุดความร้อนที่สูง จุดเยือกแข็งต่ำ และจุดเดือดสูง

But instead of searching all over the world for the perfect liquid to solve our problem,

แต่ก่อนที่เราจะพลิกโลกเพื่อหาของเหลว เพียงหนึ่งเดียวสำหรับแก้ปัญหานี่

we can create our own solution.

เราสามารถหาทางออกของพวกเราเองได้