Toplotne formule in enote, značilnosti, kako se meri, primeri

On toplota V fiziki je opredeljen kot Prenesena toplotna energija pod pogojem, da se predmeti ali snovi, ki so pri različni temperaturi. Ta prenos energije in vsi procesi, povezani z njim, je predmet preučevanja termodinamike, pomembna veja fizike.

Toplota je ena izmed več oblik, ki sprejema energijo, in ena najbolj znanih. Zato se je vredno vprašati, od kod prihaja. Odgovor je v atomih in molekulah, ki sestavljajo zadevo. Ti delci znotraj stvari niso statični. Lahko si jih predstavljamo kot majhne račune, ki jih združujejo mehke vzmeti, ki se lahko zlahka krčijo in raztezajo.

Atomi in molekule vibrirajo znotraj snovi, kar pomeni notranjo energijo. Vir: str. Tippens. Fizika: pojmi in aplikacije.

Na ta način so delci sposobni vibrirati in njihovo energijo je mogoče enostavno prenesti na druge delce in tudi iz enega telesa v drugega.

Količina toplote, ki jo telo absorbira ali daje, je odvisna od narave snovi, njegove mase in temperaturne razlike. Tako je izračunano:

Q = m.C_in .ΔT

Kje Q Je količina prenesene toplote, m To je masa predmeta, C_in Je specifična toplota snovi in ΔT = t_finale - T_začetno, torej temperaturna razlika.

Kot vse oblike energije, se tudi toplota meri v Joules, V mednarodnem sistemu (SI). Druge ustrezne enote so: ergios V sistemu CGS, Btu V britanskem sistemu in kalorija, pogosta izraz uporabe za poznavanje vsebnosti energije v hrani.

[TOC]

Toplotne lastnosti

Vročina ognja je energija pri prenosu. Vir: Pixabay

Obstaja več ključnih konceptov, ki jih je treba upoštevati:

-Toplota je približno Energija v tranzitu. Predmeti nimajo toplote, dajejo ga le ali absorbirajo v skladu z okoliščinami. Kaj počnejo predmeti notranja energija, Pod njegovo notranjo konfiguracijo.

Ta notranja energija je sestavljena iz kinetične energije, povezane z vibracijskim gibanjem in potencialno energijo, značilno za molekularno konfiguracijo. V skladu s to konfiguracijo bo snov bolj ali lažje prenašala toploto in to se odraža v njegovi specifični vročini C_in, Vrednost, omenjena v enačbi za izračun Q.

-Drugi pomemben koncept je, da se toplota vedno prenaša iz najbolj vročega telesa v najhladnejši. Izkušnja kaže, da vročina vroče kave vedno prehaja proti porcelanu skodelice in krožnika ali do kovine žlice, s katero se meša.

-Količina dodeljene ali absorbirane toplote je odvisna od mase zadevnega telesa. V vzorec z X testo dodajte enako količino kalorij ali joulov, ne segreje na drugega, katerega masa je 2x.

Vam lahko služi: elektromagnetni valovi: Maxwell teorija, vrste, značilnosti

Razlog? V največjem vzorcu je več delcev in vsak bi bil v povprečju prejemal le polovico energije kot najmanjši vzorec.

Toplotno ravnovesje in ohranjanje energije

Izkušnja nam pove, da bo temperatura obeh istočasno, ko bomo postavili dva predmeta v drugačno temperaturo. Potem je mogoče potrditi, da so predmeti ali sistemi, kot jih lahko tudi pokličemo toplotno ravnovesje.

Po drugi strani pa, če razmišljamo o tem, kako povečati notranjo energijo izoliranega sistema, sklepamo, da obstajata dva možna mehanizma:

i) segrejte, to je, prenašajte energijo iz drugega sistema.

i) Naredite kakšno mehansko delo na njem.

Ob upoštevanju, da je energija ohranjena:

Vsako povečanje notranje energije sistema je enako količini toplote, ki je dodana več dela, ki je opravljeno na njem.

V okviru termodinamike je to načelo ohranjanja znano Prvi zakon termodinamike. Pravimo, da mora biti sistem izoliran, sicer je treba v tehtnici upoštevati druge vnose ali energijske izhode.

Kako se meri toplota?

Toplota se meri glede na učinek, ki ga prinaša. Zato je občutek dotika, ki hitro sporoča, kako vroča ali hladna je pijača, obrok ali kateri koli predmet. Ker dajanje ali absorpcijo toplote pomeni temperaturne spremembe, ima merjenje tega predstavo o tem, koliko toplote je bilo preneseno.

Instrument, ki se uporablja za merjenje temperature, je termometer, naprava, ki je opremljena z diplomirano lestvico za izvedbo odčitavanja. Najbolj znan je termometer živega srebra, ki ga sestavlja fina živosrebrna kapilara, ki se širi pri ogrevanju.

Termometer z maturo v Celsius in Fahrenheit lestvici. Vir: Pixabay.

Potem se kapilarno polna živega srebra vstavi v stekleno cev z lestvico in vzpostavi stik s telesom, katerega temperaturo je treba izmeriti, dokler ne dosežejo toplotnega ravnovesja in temperatura obeh je enaka.

Kaj je potrebno za izdelavo termometra?

Za začetek je treba imeti nekaj termometrične lastnosti, to je tisto, ki se razlikuje glede na temperaturo.

Na primer plin ali tekočina, kot je živo srebro, se razširite pri ogrevanju, čeprav služi tudi električni upor, ki oddaja toploto, ko jo prečka tok. Skratka, lahko uporabimo katero koli termometrično lastnost, ki je enostavno merljiva.

Če temperatura t je neposredno sorazmerna s termometrično lastnostjo X, Potem lahko napišete:

t = kx

Kje k Konstanta sorazmernosti je treba določiti, ko sta nastavili dve ustrezni temperaturi in ustrezne vrednosti X. Ustrezne temperature pomenijo enostavno pridobiti v laboratoriju.

Vam lahko služi: poševni parabolični posnetek: značilnosti, formule, enačbe, primeri

Ko so vzpostavljeni pari (t₁, X₁) in (t₂, X₂), Interval med njimi je razdeljen na enake dele, to bodo ocene.

Temperaturne lestvice

Izbor potrebnih temperatur za izdelavo temperaturne lestvice je narejen s kriterijem, ki jih je enostavno pridobiti v laboratoriju. Ena najbolj uporabljenih lestvic po vsem svetu je Celzija, ki jo je ustvaril švedski znanstvenik Anders Celzija (1701-1744).

0 Celzija lestvice je temperatura, pri kateri sta led in tekoča voda v ravnotežju pri 1 tlačni atmosferi, medtem ko je zgornja zaustavitev izbrana, ko sta tekoča voda in vodna pala enako v ravnovesju in v 1 atmosferi tlaka. Ta interval je razdeljen na 100 stopinj, od katerih se vsak imenuje Stopnja Centigrade.

To ni edini način za izgradnjo lestvice, še manj. Obstajajo druge različne lestvice, na primer lestvica Fahrenheita, v katerih so bili izbrani intervali z drugimi vrednostmi. In tu je Kelvinova lestvica, ki ima le nižjo zaustavitev: absolutna ničla.

Absolutna nič ustreza temperaturi, v kateri vsako gibanje delcev v snovi popolnoma preneha, čeprav je bila precej blizu, nobena snov še ni bila ohlajena na absolutno ničlo.

Primeri

Vsi doživljajo toploto dnevno, bodisi neposredno ali posredno. Na primer, ko se odpelje vroča pijača, ko sprejmete opoldansko sonce, pregledate temperaturo motorja avtomobila, v sobi, polni ljudi in v neštetih več situacijah.

Na zemlji je potrebna toplota za vzdrževanje življenjskih procesov, tako tisti, ki prihaja iz sonca, in tistega, ki zapusti notranjost planeta.

Prav tako podnebje poganjajo spremembe v toplotni energiji, ki se pojavljajo v atmosferi. Sončna vročina ne doseže enake povsod, ekvatorialne širine pridejo več kot polov, zato se najbolj vroč zrak tropov dvigne in se premika proti severu in jugu, da doseže toplotno ravnovesje, o katerem smo že govorili.

Na ta način se zračni tokovi vzpostavijo z različnimi hitrostmi, ki prenašajo oblake in dež. Po drugi strani pa nenadno trčenje med vročimi in hladnimi frontami povzroča pojave, kot so nevihte, tornada in orkani.

Po drugi strani pa na bližnji ravni toplota morda ne bo tako dobrodošla kot sončni zahod na plaži. Toplota povzroči težave pri delovanju v avtomobilskih motorjih in računalniških procesorjih.

Vam lahko služi: Watt Law: kaj je, primeri, prijave

Prav tako povzroči izgubo električne energije pri vožnji kabli in materialov, zato je toplotna obdelava tako pomembna na vseh področjih inženiringa.

Vaje

- Vaja 1

Na etiketi sladkarij se glasi, ki prispeva 275 kalorij. Koliko energije v joulesu je enakovredno tej bomboni?

Rešitev

Na začetku je bila kalorija omenjena kot enota za toploto. Živila vsebujejo energijo, ki se običajno meri v teh enotah, vendar je uživanje kalorij pravzaprav kilokalorije.

Enakovrednost je naslednja: 1 kcal = 4186 J, in sklenjeno je, da ima priboljšek:

275 kilokalorij x 4186 Joule/Kilocaloria = 1.15 10⁶ J.

- Vaja 2

100 g segrevamo na kovino do 100 ° C in ga damo v kalorimeter s 300 g vode pri 20 ° C. Temperatura, ki jo sistem pridobi, ko doseže ravnotežje, je 21.44 ° C. Zahteva se, da določi specifično toploto kovine, ob predpostavki, da kalorimeter ne absorbira toplote.

Rešitev

V tej situaciji kovina daje toploto, ki jo bomo imenovali Q_Sceding In pred navajanjem izgube je postavljen znak (-):

Q_Sceding = m_kovina .Ec_kovina. ΔT

Voda kalorimetra absorbira toploto, ki bo označena kot absorbirana:

Q_absorbira = m_voda .Ec _voda . ΔT

Energija je ohranjena, iz katere sledi:

Q_Sceding = Q_absorbira

Iz izjave lahko izračunate ΔT:

Kovina: ΔT = t_finale - T_začetno= (21.44 - 100) ºC = -78.56 ° C = -78.56 K.

Voda: ΔT = t_finale - T_začetno= (21.44 - 20) ºC = 1.44 ° C = 1.44 K.

Pomembno: 1 ° C je enake velikosti kot 1 Kelvin. Razlika med obema lestvicama je v tem, da je Kelvinova lestvica absolutna (ocene Kelvina so vedno pozitivne).

Specifična toplota vode pri 20 ° C je 4186 J/kg. K in s tem lahko že izračunate absorbirano toploto:

Q_absorbira = m_voda .Ec _voda . ΔT = 300 x 10^-3 kg . 4186 J/kg . K . 1.44 K = 1808.35 J.

Za zaključek se očisti specifična toplota kovine:

Ec _kovina = Q _absorbira /-M _kovina . ΔT _kovina  = 1808.35 J / -[(100 x 10^-3 kg. (-78.56 K)] = 230.2 j/kg.K

Reference

1. Bauer, w. 2011. Fizika za inženiring in znanosti. Zvezek 1. McGraw Hill.
2. Cuellar, J.Do. FISCA II: Pristop kompetenc. McGraw Hill.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fizika: pogled na svet. 6^ta Skrajšana izdaja. Cengage učenje.
4. Vitez, r.  2017. Fizika za znanstvenike in inženiring: strateški pristop.  Pearson.
5. Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill