Статия Определение на топлина Механичен еквивалент на топлина Уравнение на топлината
1. Определение на топлина
Ако обекти с температурни разлики се докоснат един до друг, ще има пренос на топлина от обекти с висока температура към обекти с ниска температура. Преносът на топлина спира, след като докосващите се обекти достигнат еднаква температура. Например, ако смесим гореща вода със студена вода, топлината обикновено се премества от гореща към студена вода. Когато поставим гореща ютия в студена вода, топлината се премества от желязото към водата. Топлината ще спре да тече, след като желязото и водата достигнат еднаква температура. Когато медицинска сестра прикрепи термометър към тялото ви, топлината се премества от...
Тялото ви отива към термометъра. Топлопреносът спира, след като тялото и термометърът достигнат еднаква температура. Ако използваният термометър е живачен, когато тялото и термометърът достигнат еднаква температура, повърхността на живака спира да се движи. Числото, показано на повърхността на живака, е телесната ви температура в този момент.
Естествено, топлината автоматично се премества от обекти с висока температура към
нискотемпературни обекти. Топлопреносът е насочен към изравняване на температурата на обектите, които се докосват един до друг. През 18-ти век физиците подозират, че топлинният поток е движение на флуид, вид флуид, който не е видим (флуидът е вещество, което може да тече. Флуидът включва течни и газообразни материали. Водата (течността) включва флуид, защото може да тече. Въздухът също включва флуид, защото може да тече). Флуидът се нарича калоричен. Теорията за калориите вече не се използва, защото въз основа на резултатите от експеримента съществуването на тези калории не може да бъде доказано. През 19-ти век английски физик на име Джеймс Прескът Джаул (1818-1889) се научава как да загрява вода в съд с помощта на бъркалка.
Въз основа на резултатите от експеримента, Джаул направи сравнение със загрята вода с помощта на огън. Когато пламък и съд, съдържащ вода, са в контакт, топлината се премества от огъня (висока температура) към водата (ниска температура). След като направи сравнения между повишаването на температурата на водата поради контакт с огъня и повишаването на температурата на водата поради работата, извършена от бъркалката, Джаул заключи, че топлината е енергията, която се премества от обект с висока температура към обект с ниска температура. Топлината не е енергия (топлината не е определен вид енергия, като кинетична енергия, потенциална енергия, химическа енергия и др.). Топлината е енергия, която се премества поради температурни разлики. Така че, когато топлината тече от обекти с висока температура към обекти с ниска температура, енергията се премества от обекти с висока температура към обекти с ниска температура. Преносът на енергия спира, след като обектите, които се докосват, достигнат същата температура.
2. Единица за топлина и механичен еквивалент на топлината
Топлинните единици са калории (съкратено cal). Калориите са количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 C.o (точно от 14.5 oC до 15.5 oC). Необходимото количество топлина варира в зависимост от температурата на водата. За същото количество топлина е необходимо повишаване на температурата на водата с 1 C.o случва се само между температури от 14.5 oC до 15.5 oC. Топлинните единици се използват често, особено за да се посочи енергийната стойност на храната в килокалории (kcal). 1 kcal = 1000 калории. Други имена за 1 kcal = 1 калория (голяма буква K). Топлинната единица за британската система е Btu (британска термична единица). 1 Btu = количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 паунд (0.45 кг) вода с 1 Fo (точно от 63 oF до 64 oF).
Топлината е свързана с енергията, така че трябва да знаем връзката между топлинните единици и единиците за енергия. Въз основа на експерименти, проведени от Джаул и други учени, е известно, че работа от 4.186 джаула е еквивалентна на 1 калория топлина.
1 калория = 4.186 джаула
1 ккал = 1000 калории = 4186 джаула
1 Btu = 778 фута (0.24 км). lb = 252 калории = 1055 джаула
(1 калория = 4.186 джаула и 1 ккал = 4186, наречени механичен еквивалент на топлина)
3. Уравнението на топлината
Ако обекти с температурни разлики се докосват, естествено топлината се премества от обекти с висока температура към обекти с ниска температура. Топлопреносът спира, след като и двата обекта са в термично равновесие. Топлопреносът причинява промени в температурата на обектите, които се докосват един до друг. Въз основа на това кратко обяснение можете да заключите, че топлината (Q) има връзка с обекта и промените в температурата (ΔT) на обекта, масата на обекта (m) и вида на обекта.
Връзката между топлината (Q) и промяната на температурата (ΔT)
Колкото повече топлина, толкова по-голяма е температурната промяна. Може да се заключи, че количеството топлина (Q) е пропорционално на промяната в температурата на обекта.
Qα ΔT —– Сравнение 1
Връзката между топлината (Q) и масата на обектите (m)
Количеството топлина (Q) е пропорционално на промяната в температурата на обекта. Колкото повече вода има, толкова повече топлина е необходима, за да се повиши температурата на водата.
Q α m —– Сравнение 2
Връзката между топлината (Q) и вида на обекта (c)
Топлината, необходима за повишаване на температурата на даден обект, е пропорционална на вида на обекта.
Q α c —– Сравнение 3
Трите сравнения по-горе са обединени в уравнение:
QαmcΔT
Q = mc ΔT
Това е уравнението на топлината.
Описание: Q = топлина (джаули), m = маса на обекта (кг), c = специфична топлина (J/kg C₂O или K)
