Tepelné vzorce a jednotky, charakteristiky, ako sa meria, príklady

On zahrievať Vo fyzike je definovaný ako Prenesená tepelná energia za predpokladu, že objekty alebo látky, ktoré sú pri inej teplote. Tento prenos energie a všetky procesy s ním spojené, je predmetom štúdia termodynamiky, dôležitá odvetvie fyziky.

Teplo je jednou z viacerých foriem, ktoré prijíma energiu, a jedna z najznámejších. Preto sa oplatí opýtať sa, odkiaľ pochádza. Odpoveď je v atómoch a molekulách, ktoré tvoria záležitosť. Tieto častice vo vnútri vecí nie sú statické. Dokážeme si ich predstaviť ako malé účty spojené s mäkkými prameňmi, ktoré sú schopné ľahko sa zmenšiť a napínať.

Atómy a molekuly vibrujú vo vnútri látok, ktoré sa premieta do vnútornej energie. Zdroj: P. Vrece. Fyzika: Koncepty a aplikácie.

Týmto spôsobom sú častice schopné vibrovať a ich energia sa dá ľahko preniesť na iné častice a tiež z jedného tela do druhého.

Množstvo tepla, ktoré telo absorbuje alebo poskytuje, závisí od povahy látky, jej hmotnosti a teplotného rozdielu. Vypočíta sa takto:

Q = m.C_a .Δt

Kde Otázka Je to množstvo preneseného tepla, m Je to hmotnosť objektu, C_a Je to špecifické teplo látky a Δt = t_Konečný - Tón_{počiatočný}, to znamená, že teplotný rozdiel.

Rovnako ako všetky formy energie, aj teplo sa meria v Záblesk, V medzinárodnom systéme (SI). Ďalšie vhodné jednotky sú: ergio V systéme CGS, BtU V britskom systéme a kalórie, bežný termín použitia na poznanie energetického obsahu potravín.

[TOC]

Tepelné charakteristiky

Teplo ohňa je energia pri prenose. Zdroj: Pixabay

Existuje niekoľko kľúčových konceptov, ktoré je potrebné zohľadniť:

-Teplo je asi Energia pri tranzite. Objekty nemajú teplo, dávajú ho iba alebo absorbujú podľa okolností. Čo sú objekty vnútorná energia, V rámci svojej vnútornej konfigurácie.

Táto vnútorná energia sa zase pozostáva z kinetickej energie spojenej s vibračným pohybom a potenciálnou energiou, ktorá je typická pre molekulárnu konfiguráciu. Podľa tejto konfigurácie látka prenáša teplo viac alebo ľahšie, čo sa odráža v jeho špecifickom teple C_a, Hodnota uvedená v rovnici na výpočet q.

-Druhým dôležitým konceptom je, že teplo sa vždy prenáša z najteplejšieho tela na najchladnejšie. Zážitok naznačuje, že teplo horúcej kávy vždy prechádza smerom k porcelánu šálky a taniera alebo k kovu lyžice, s ktorou sa mieša.

-Množstvo prideleného alebo absorbovaného tepla závisí od hmotnosti príslušného tela. Pridajte rovnaké množstvo kalórií alebo joulov do vzorky s cestom X sa nezohrieva na inú, ktorej hmotnosť je 2x.

Môže vám slúžiť: Elektromagnetické vlny: Maxwell Teória, typy, charakteristiky

Dôvod? V najväčšej vzorke je viac častíc a každá z nich by dostávala v priemere iba polovicu energie ako najmenšia vzorka.

Tepelná rovnováha a ochrana energie

Skúsenosti nám hovorí, že keď vložíme dva objekty do rôznych teploty, teplota oboch bude v rovnakom čase. Potom je možné potvrdiť, že objekty alebo systémy, ako sa dajú volať, sú v tepelná rovnováha.

Na druhej strane, odrážajúca, ako zvýšiť vnútornú energiu izolovaného systému, sa dospelo k záveru, že existujú dva možné mechanizmy:

i) zohrejte to, to znamená, preneste energiu z iného systému.

i) Vykonajte na ňom nejaký typ mechanickej práce.

Berúc do úvahy, že energia sa zachováva:

Akékoľvek zvýšenie vnútornej energie systému sa rovná množstvu tepla, ktoré sa pridáva viac práce, ktorá sa na ňom vykonáva.

V rámci termodynamiky je tento princíp ochrany známy Prvý zákon termodynamiky. Hovoríme, že systém musí byť izolovaný, inak by sa mali v rovnováhe brať do úvahy iné vstupné alebo energetické výstupy.

Ako sa meria teplo?

Teplo sa meria podľa účinku, ktorý vytvára. Preto je to zmysel pre dotyk, ktorý rýchlo informuje, ako horúce alebo studené je nápoj, jedlo alebo akýkoľvek predmet. Odkedy dáva alebo absorbuje teplo do zmien teploty, meranie tohto má predstavu o tom, koľko tepla sa prenieslo.

Prístroj používaný na meranie teploty je teplomer, zariadenie vybavené stupňou odstupňovanej na vykonanie čítania. Najznámejší je ortuťový teplomer, ktorý pozostáva z jemnej kapiláry ortuti, ktorá sa rozširuje pri zahrievaní.

Teplomer s promóciou v Celzia a Fahrenheit Scales. Zdroj: Pixabay.

Potom sa kapilár plný ortuti vloží do sklenenej trubice s mierkou a dáva do kontaktu s telom, ktorého teplota by sa mala merať, až kým nedosiahne tepelnú rovnováhu a teplota oboch je rovnaká.

Čo je potrebné na výrobu teplomeru?

Na začiatok je potrebné mať nejakú teplometrickú vlastnosť, tj vlastnú, ktorá sa mení s teplotou.

Napríklad plyn alebo kvapalina, ako je ortuť, rozširujte pri zahrievaní, hoci tiež slúži elektrickému odporu, ktorý emituje teplo, keď je kríženie prúdom. Stručne povedané, je možné použiť akúkoľvek teplometrickú vlastnosť, ktorá je ľahko merateľná.

Ak teplota tón je priamo úmerný teplometrickým majetkom X, Potom môžete napísať:

t = kx

Kde klimatizovať Je to konštanta proporcionality, ktorá sa má určiť, keď sú nastavené dve vhodné teploty a zodpovedajúce hodnoty X. Vhodné teploty znamená ľahké získať v laboratóriu.

Môže vám slúžiť: šikmé parabolické záber: Charakteristiky, vzorce, rovnice, príklady

Akonáhle sú zavedené páry (tón₁, X₁) a (tón₂, X₂), Interval medzi nimi je rozdelený na rovnaké časti, budú to známky.

Teplotné stupnice

Výber potrebných teplôt na zostavenie teplotnej stupnice sa uskutoční s kritériom, ktoré je ľahké získať v laboratóriu. Jednou z najpoužívanejších mierok na celom svete je stupnica Celzia, ktorú vytvoril švédsky vedec Anders Celsius (1701-1744).

0 stupnice Celzia je teplota, pri ktorej sú ľad a kvapalná voda v rovnováhe pri 1 tlakovej atmosfére, zatiaľ čo horná zastávka je vybraná, keď sú kvapalná voda a vodná para v rovnováhe a pri 1 atmosfére tlaku tlaku. Tento interval je rozdelený na 100 stupňov, z ktorých každý sa nazýva stupeň.

Toto nie je jediný spôsob, ako vybudovať mierku, oveľa menej. Existujú aj iné rôzne stupnice, ako je napríklad Fahrenheitova stupnica, v ktorej boli intervaly vybrané s inými hodnotami. A je tu stupnica Kelvin, ktorá má iba nižšiu zastávku: absolútna nula.

Absolútna nula zodpovedá teplote, pri ktorej každý pohyb častíc v látke úplne prestane, hoci bol dosť blízko, žiadna látka zatiaľ nebola ochladená na absolútnu nulu.

Príklady

Všetky zažívajú teplo denne, buď priamo alebo nepriamo. Napríklad, keď sa pri prijímaní poludňajšieho slnka odoberie horúci nápoj.

Na Zemi je teplo potrebné na udržanie procesov života, a to tak, ktorý pochádza zo slnka, ako aj z toho, ktorý opúšťa interiér planéty.

Podobne je podnebie poháňané zmenami v tepelnej energii, ktoré sa vyskytujú v atmosfére. Teplo slnka nedosahuje rovnocenné všade, rovníkové zemepisné šírky prichádzajú viac ako póly, takže najhorúcejší vzduch trópov stúpa a pohybuje sa na sever a na juh, aby sa dosiahla tepelná rovnováha, ktorá bola prediskutovaná predtým.

Týmto spôsobom sú vzduchové prúdy stanovené rôznymi rýchlosťami, ktoré prepravujú oblaky a dážď. Na druhej strane, náhla kolízia medzi horúcimi a studenými frontami spôsobuje javy, ako sú búrky, tornáda a hurikány.

Na druhej strane, na bližšej úrovni, nemusí byť také vítané ako západ slnka na pláži. Teplo spôsobuje problémy s prevádzkou v motoroch a počítačových procesoroch.

Môže vám slúžiť: Watt Law: Čo je, príklady, aplikácie

Spôsobuje tiež stratu elektriny v hnacích kábloch a rozširovaní materiálov, takže tepelné spracovanie je také dôležité vo všetkých oblastiach inžinierstva.

Cvičenia

- Cvičenie 1

Na štítku Candy číta, ktorý prispieva 275 kalórií. Koľko energie v joules je rovnocenná s touto cukrovinkou?

Riešenie

Na začiatku bola kalória uvedená ako jednotka pre teplotu. Potraviny obsahujú energiu, ktorá sa zvyčajne meria v týchto jednotkách, ale jesť kalórie sú v skutočnosti kilokalórie.

Rovnocennosť je nasledovná: 1 kcal = 4186 j, a dospelo sa k záveru, že ošetrenie má:

275 kilokalórií x 4186 joule/kilocalloria = 1.15 10⁶ J.

- Cvičenie 2

100 g sa zahrieva na kov do 100 ° C a umiestnite ho do kalorimetra s 300 g vody pri 20 ° C. Teplota získaná systémom, keď dosiahne rovnováhu, je 21.44 ° C. Žiada sa, aby sa určilo špecifické teplo kovu, za predpokladu, že kalorimeter neabsorbuje teplotu.

Riešenie

V tejto situácii kov dáva teplo, ktoré zavoláme Q_Zasadiaci A znamenie (-) sa predpisuje pred uvedením straty:

Otázka_Zasadiaci = m_kov .ES_kov. Δt

Pokiaľ ide o svoju časť, voda kalorimetra absorbuje teplo, ktoré bude označené ako absorbované:

Otázka_pohltený = m_{vodná voda} .ES _{vodná voda} . Δt

Energia je zachovaná, z ktorej nasleduje:

Otázka_Zasadiaci = Q_pohltený

Z vyhlásenia môžete vypočítať Δt:

Kov: Δt = t_Konečný - Tón_{počiatočný}= (21.44 - 100) ° C = -78.56 ° C = -78.56 K.

Voda: Δt = t_Konečný - Tón_{počiatočný}= (21.44 - 20) ° C = 1.44 ° C = 1.44 K.

Dôležité: 1 ° C je rovnaká ako 1 kelvin. Rozdiel medzi oboma stupnicami spočíva v tom, že stupnica Kelvin je absolútna (stupne Kelvin sú vždy pozitívne).

Špecifické teplo vody pri 20 ° C je 4186 j/kg. K a s tým už môžete vypočítať absorbované teplo:

Otázka_pohltený = m_{vodná voda} .ES _{vodná voda} . ΔT = 300 x 10^-3 kg . 4186 j/kg . Klimatizovať . 1.44 K = 1808.35 J.

Na záver sa vyčistí špecifické kovové teplo:

ES _kov = Q _pohltený /-M _kov . ΔTón _kov  = 1808.35 J / -[(100 x 10^-3 kg. (-78.56 k)] = 230.2 j/kg.Klimatizovať

Odkazy

1. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 1. McGraw Hill.
2. Cuellar, J.Do. FISCA II: Prístup kompetencie. McGraw Hill.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: pohľad na svet. 6^{ubytovať sa} Skrátene vydanie. Učenie sa.
4. Rytier, r.  2017. Fyzika pre vedcov a inžinierstvo: Strategický prístup.  Pearson.
5. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill