Материал: Определение за топлина, топлопроводимост, топлинен капацитет
Пили ли сте някога студен чай, студено мляко, студен сироп и т.н.? Е, когато правим студен чай, обикновено смесваме гореща или топла вода в чаша с кубчета лед. Горещата или топлата вода има по-висока температура, докато кубчетата лед имат по-ниска температура. След известно време докосване, сместа от кубчета лед и горещ чай се превръща в студен чай (сместа от кубчета лед и топъл чай е достигнала една и съща температура). Същият процес се случва, когато смесим гореща вода със студена вода. След докосване, горещата и студената вода се превръщат в топла вода (сместа от гореща и студена вода е достигнала една и съща температура). Защо тези предмети могат да достигнат една и съща температура след докосване?
Определение за топлина
Когато обекти с различна температура влязат в контакт помежду си, се получава топлопренос, често наричан топлина, от обекта с по-висока температура към обекта с по-ниска температура. Този топлопренос спира, след като обектите в контакт достигнат една и съща температура. Например, ако смесим гореща вода със студена вода, топлината обикновено се премества от горещата вода към студената вода. Когато поставим гореща ютия в студена вода, топлината се премества от по-горещата ютия към водата. Топлинният поток спира, след като ютията и водата достигнат една и съща температура. Когато лекар или медицинска сестра прикрепи термометър към тялото ви, топлината се премества от тялото ви към термометъра. Този топлопренос спира, след като тялото ви и термометърът достигнат една и съща температура. Ако използваният термометър е живачен, когато тялото ви и термометърът достигнат една и съща температура, повърхността на живака спира да се движи. Числото, показано на повърхността на живака, е телесната ви температура в този момент.
Естествено, топлината естествено се движи от обекти с висока температура към обекти с ниска температура. Топлопреносът е насочен към изравняване на температурите на обектите, които са в контакт един с друг. През 18 век физиците подозират, че потокът от топлина е движение на флуид, невидим вид флуид (флуидите са вещества, които могат да текат. Флуидите включват течности и газове. Водата (течност) е флуид, защото може да тече. Въздухът също е флуид, защото може да тече). Този флуид е наречен калоричен . Теорията за калоричността вече не се използва, защото въз основа на експериментални резултати съществуването на този калоричен елемент не може да бъде доказано.
През 19-ти век английският физик на име Джеймс Прескът Джаул (1818-1889) изучава как да се загрява вода в съд с помощта на бъркалка. Въз основа на резултатите от своя експеримент, Джаул прави сравнение с вода, загрята от огън. Когато пламък и съд, съдържащ вода, влязат в контакт, топлината се премества от огъня (висока температура) към водата (ниска температура). След като прави сравнение между повишаването на температурата на водата поради контакт с огъня и повишаването на температурата на водата поради работата, извършена от бъркалката, Джаул заключава, че топлината е енергия, която се премества от обект с висока температура към обект с ниска температура. Топлината не е енергия (топлината не е специфичен вид енергия, като кинетичната енергия, потенциалната енергия, химическата енергия и др.) . Топлината е енергия , която се премества поради температурни разлики . Така че, когато топлината тече от обект с висока температура към обект с ниска температура, енергията всъщност се премества от обекта с висока температура към обекта с ниска температура. Преносът на енергия спира, след като обектите в контакт достигнат една и съща температура или термично равновесие.
Топлопроводимост
Защо повечето съдове за готвене са изработени от алуминий? Да предположим, че лявата ви ръка държи ютия, дясната ви ръка държи чаша, а след това ютията и стъклото са докоснати до огън. Лявата или дясната ви ръка е тази, която усеща топлината по-бързо? Тези въпроси, а може би и други, които ще зададете, са свързани с топлопроводимостта на даден обект. Топлопроводимостта на даден обект е способността му да пренася топлина през себе си. Обектите с висока топлопроводимост (k) са добри проводници на топлина (добри топлопроводници). Обратно, обектите с ниска топлопроводимост са лоши проводници на топлина (лоши топлопроводници).
Топлинен капацитет
Топлинният капацитет (C) е количеството топлина , необходимо за повишаване на температурата на целия обект с един градус. Формулата за топлинен капацитет е:
C = mc
Информация: C = топлинен капацитет, m = маса на обекта, c = специфична топлина на обекта.
