The horký ve fyzice je definován jako přenesená tepelná energie kdykoli přijdou do styku předměty nebo látky, které mají různé teploty. Tento přenos energie a všechny procesy s ním spojené jsou předmětem studia termodynamiky, důležitého oboru fyziky..
Teplo je jednou z mnoha forem energie a jednou z nejznámějších. Odkud tedy pochází? Odpověď spočívá v atomech a molekulách, které tvoří hmotu. Tyto částice uvnitř věcí nejsou statické. Můžeme si je představit jako malé korálky spojené měkkými pružinami, schopné lehkého smršťování a protahování..
Tímto způsobem jsou částice schopné vibrovat a jejich energie může být snadno přenesena do jiných částic a také z jednoho těla do druhého..
Množství tepla, které tělo absorbuje nebo se vzdá, závisí na povaze látky, její hmotnosti a rozdílu teplot. Vypočítává se takto:
Q = m.Ca .ΔT
Kde Q je množství přeneseného tepla, m je hmotnost objektu, Ca je měrné teplo látky a ΔT = Tfinále - Tpočáteční, tj. teplotní rozdíl.
Stejně jako všechny formy energie se teplo měří joulů, v mezinárodním systému (SI). Další vhodné jednotky jsou: ergs v systému cgs, Btu v britském systému a kalorie, běžně používaný termín pro energetický obsah potravin.
Rejstřík článků
Je třeba mít na paměti několik klíčových konceptů:
-Horko je o energie na cestě. Předměty nemají teplo, pouze jej podle okolností dodávají nebo absorbují. Co objekty mají, je vnitřní energie, díky své vnitřní konfiguraci.
Tato vnitřní energie je zase složena z kinetické energie spojené s vibračním pohybem a potenciální energie, typické pro molekulární konfiguraci. Podle této konfigurace bude látka více či méně snadno přenášet teplo, což se odráží v jejím specifickém teple Ca, hodnota, která byla uvedena v rovnici pro výpočet Q.
-Druhým důležitým konceptem je, že teplo se vždy přenáší z teplejšího těla do chladnějšího. Zkušenosti ukazují, že teplo z horké kávy vždy prochází směrem k porcelánu šálku a talíře nebo ke kovovému lžíci, se kterým se míchá, nikdy naopak..
-Množství přeneseného nebo absorbovaného tepla závisí na hmotnosti dotyčného těla. Přidání stejného množství kalorií nebo joulů do vzorku s hmotností X nezahřívá stejným způsobem jiné, jehož hmotnost je 2X.
Důvod? Ve větším vzorku je více částic a každý z nich by v průměru přijímal pouze polovinu energie menšího vzorku..
Zkušenost nám říká, že když dáme do kontaktu dva objekty s různými teplotami, po chvíli bude teplota obou stejná. Pak lze potvrdit, že objekty nebo systémy, jak je lze také nazvat, jsou uvnitř tepelná rovnováha.
Na druhou stranu, když uvažujeme o tom, jak zvýšit vnitřní energii izolovaného systému, dochází se k závěru, že existují dva možné mechanismy:
i) Zahřívání, tj. přenos energie z jiného systému.
ii) Proveďte na něm nějakou mechanickou práci.
Vezmeme-li v úvahu, že energie je zachována:
Jakékoli zvýšení vnitřní energie systému se rovná množství přidaného tepla plus práci na něm vykonané..
V rámci termodynamiky je tento princip zachování známý jako První zákon termodynamiky. Říkáme, že systém musí být izolován, protože jinak by bylo nutné vzít v úvahu další energetické vstupy nebo výstupy.
Teplo se měří podle účinku, který produkuje. Proto je to právě dotyk, který rychle informuje, jak horký nebo studený je nápoj, jídlo nebo jakýkoli předmět. Protože přenos nebo absorpce tepla vede ke změnám teploty, měření poskytuje představu o tom, kolik tepla bylo přeneseno.
Přístrojem používaným k měření teploty je teploměr, zařízení vybavené stupnicí pro provádění odečtu. Nejznámější je rtuťový teploměr, který se skládá z jemné kapiláry rtuti, která se při zahřátí rozpíná.
Dále se rtuťou naplněná kapilára vloží do skleněné trubice se stupnicí a uvede do kontaktu s tělem, jehož teplota musí být měřena, dokud nedosáhnou tepelné rovnováhy a teplota obou je stejná..
Nejprve je nutné mít nějaké termometrické vlastnosti, tj. Vlastnosti, které se mění s teplotou.
Například plyn nebo kapalina, jako je rtuť, se při zahřátí rozpínají, ačkoli slouží i elektrický odpor, který při průchodu proudu vydává teplo. Stručně řečeno, lze použít jakoukoli snadno měřitelnou termometrickou vlastnost.
Pokud teplota t je přímo úměrná termometrické vlastnosti X, pak můžete napsat:
t = kX
Kde k je konstanta proporcionality, která se má určit, když jsou nastaveny dvě vhodné teploty a odpovídající hodnoty X. Vhodné teploty znamenají snadné získání v laboratoři.
Jakmile jsou páry ustaveny (t1, X1) Y (tdva, Xdva), rozdělte interval mezi nimi na stejné části, budou to stupně.
Výběr teplot nezbytných pro sestavení teplotní stupnice se provádí na základě kritéria, které lze snadno získat v laboratoři. Jednou z nejpoužívanějších stupnic po celém světě je stupnice Celsia, kterou vytvořil švédský vědec Anders Celsius (1701-1744).
0 na stupnici Celsia je teplota, při které jsou led a kapalná voda v rovnováze při tlaku 1, zatímco horní hranice se volí, když jsou kapalná voda a vodní pára v rovnováze a při tlaku 1. Tento interval je rozdělen na 100 stupňů, z nichž každý je volán stupně Celsia.
To není jediný způsob, jak vybudovat měřítko, daleko od něj. Existují i jiné různé stupnice, například stupnice Fahrenheita, ve kterých byly intervaly zvoleny s jinými hodnotami. A existuje Kelvinova stupnice, která má pouze spodní hranici: absolutní nulu..
Absolutní nula odpovídá teplotě, při které veškerý pohyb částic v látce úplně ustává, avšak i když se dost přiblížila, dosud nebylo možné žádnou látku ochladit na absolutní nulu..
Každý denně zažívá teplo, ať už přímo nebo nepřímo. Například, když si dáte horký nápoj, v poledním slunci zkoumáte teplotu motoru automobilu, v přeplněné místnosti a v nesčetných dalších situacích..
Na Zemi je teplo nutné k udržení životních procesů, a to jak těch, které pocházejí ze Slunce, tak i těch, které pocházejí z nitra planety..
Podobně je klima poháněno změnami tepelné energie, ke kterým dochází v atmosféře. Teplo Slunce nedosahuje všude stejně, v rovníkových šířkách dosahuje více než na pólech, takže nejteplejší vzduch v tropech stoupá a pohybuje se na sever a na jih, aby se dosáhlo tepelné rovnováhy..
Tímto způsobem se vytvářejí proudy vzduchu různými rychlostmi, které přenášejí mraky a déšť. Na druhou stranu náhlá kolize mezi horkým a studeným vzduchem způsobí jevy, jako jsou bouře, tornáda a hurikány..
Místo toho na bližší úrovni nemusí být teplo tak vítané jako západ slunce na pláži. Teplo způsobuje provozní problémy v motorech automobilů a počítačových procesorech.
Způsobuje také ztrátu elektrické energie ve vodivých kabelech a materiálech, aby se rozšířily, a proto je tepelné zpracování tak důležité ve všech oblastech strojírenství.
Štítek s cukrovinkami zní, že poskytuje 275 kalorií. Kolik energie v joulech je tento bonbón?
Na začátku byla kalorie zmiňována jako jednotka tepla. Jídlo obsahuje energii, která se obvykle měří v těchto jednotkách, ale dietní kalorie jsou ve skutečnosti kilokalorií.
Ekvivalence je následující: 1 kcal = 4186 J a dochází k závěru, že cukrovinka má:
275 kilokalorií x 4 186 joule / kilokalorie = 1,15 106 J.
100 g kovu se zahřeje na 100 ° C a umístí se do kalorimetru s 300 g vody při 20 ° C. Teplota, kterou systém získá, když dosáhne rovnováhy, je 21,44 ° C. Budete požádáni o stanovení měrného tepla kovu za předpokladu, že kalorimetr neabsorbuje teplo.
V této situaci se kov vzdává tepla, které budeme nazývat Qustoupil a znaménko (-) je označeno jako ztráta:
Qustoupil = mkov .ESkov. ΔT
Voda v kalorimetru absorbuje teplo, které bude označeno jako Q absorbované:
Qvstřebává = mVoda .ES Voda . ΔT
Energie je zachována, z čehož vyplývá, že:
Qustoupil = Qvstřebává
Z výpisu můžete vypočítat ΔT:
Kov: ΔT = Tfinále - Tpočáteční= (21,44 - 100) ° C = -78,56 ° C = -78,56 K..
Voda: ΔT = Tfinále - Tpočáteční= (21,44 - 20) ° C = 1,44 ° C = 1,44 K..
Důležité: 1 ° C má stejnou velikost jako 1 kelvin. Rozdíl mezi oběma stupnicemi spočívá v tom, že Kelvinova stupnice je absolutní (stupně Kelvina jsou vždy kladné).
Specifické teplo vody při 20 ° C je 4186 J / kg. K a pomocí toho lze vypočítat absorbované teplo:
Qvstřebává = mVoda .ES Voda . ΔT = 300 x 10-3 kg. 4186 J / kg. K. 1,44 K = 1808,35 J.
Závěrem lze říci, že měrné teplo kovu je odstraněno:
ES kov = Q vstřebává / -m kov . ΔT kov = 1808,35 J / - [(100 x 10-3 kg. (-78,56 K)] = 230,2 J / kg.K
Zatím žádné komentáře