Članci iz fizike o prirodnim pojavama itd. vezanim za fiziku.
Razumijevanje sistema i okruženja
Sistem je objekt ili grupa objekata koji se proučavaju. Drugi objekti u svemiru nazivaju se okruženje. Tipično, sistem je odvojen od svog okruženja "pregradom/ograničačem/separatorom".
Na primjer, recimo da želimo istražiti vodu u termosu. Voda unutar termosa čini sistem, dok zrak i drugi objekti izvan termosa čine okolinu. Zidovi termosa, i stakleni iznutra i plastični izvana, djeluju kao pregrada. Termos za vodu je jedan primjer.
Razumijevanje latentne toplote
Ako umetnete živin termometar u posudu koja sadrži mješavinu hladne vode i leda, primijetit ćete da se nakon pomicanja prema dolje, površina žive miruje ili se više ne pomiče. Površina žive prestaje se pomicati nakon što dostigne tačku topljenja vode ili tačku smrzavanja vode (0 ° C). Ako je posuda otvorena, toplina prelazi iz zraka na višoj temperaturi u mješavinu leda i vode na nižoj temperaturi. Dodatna toplina iz zraka uzrokuje topljenje leda. Kako se led topi, da li se mijenja temperatura mješavine leda i vode? Kako se led topi, temperatura mješavine vode i leda se ne mijenja.
Specifična toplota (c) je količina toplote (Q) potrebna da se temperatura (T) jedinice mase (m) nekog objekta povisi za jedan stepen. Formula za c je:
Međunarodni sistem mjernih jedinica je J/Kg K.
Specifična toplota objekta se mijenja s temperaturom. Ako promjena temperature nije prevelika, vrijednost se može smatrati konstantnom. Slijede vrijednosti c za nekoliko objekata pri pritisku od 1 atm i temperaturi od 20 ° C (dobivene eksperimentalno).
Ako objekti s različitim temperaturama dođu u kontakt jedan s drugim, toplina se prirodno prenosi s objekta s višom temperaturom na objekt s nižom temperaturom. Prijenos topline prestaje kada dva objekta dostignu toplinsku ravnotežu . Može se reći da prijenos topline uzrokuje promjenu temperature objekata u kontaktu. Na osnovu ovog kratkog objašnjenja, zaključuje se da je toplina (Q) povezana s objektom i promjenom temperature (delta T) tog objekta. Svaki objekt ima masu (m), a vrsta objekta je također različita.
Jedinica toplote je kalorija (skraćeno kal). Kalorija je količina toplote potrebna da se temperatura 1 grama vode povisi za 1 C ° (tačno sa 14,5 ° C na 15,5 ° C). Količina potrebne toplote varira za različite temperature vode. Za istu količinu toplote, povećanje temperature vode od 1 C ° javlja se samo između 14,5 ° C i 15,5 ° C. Jedinica toplote koja se često koristi, posebno za izražavanje energetske vrijednosti hrane, je kilokalorija (kcal). 1 kcal = 1000 kalorija. Drugi naziv za 1 kcal = 1 kalorija (veliko K). Jedinica toplote za britanski sistem je Btu (britanska termalna jedinica). 1 Btu = količina toplote potrebna da se temperatura 1 funte vode povisi za 1 F ° (tačno sa 63 ° F na 64 ° F).
Razumijevanje anomalija vode
Svaki objekt se širi (volumen se povećava) kada se temperatura objekta povećava, a skuplja (volumen se smanjuje) kada se temperatura objekta smanjuje. Voda se također širi kada se temperatura povećava, a skuplja kada se temperatura smanjuje, ali ne na temperaturama od 0 ° C do 4 ° C. Između temperatura od 0 ° C i 4 ° C, volumen vode se smanjuje (voda se skuplja) kako se temperatura povećava. Ako zagrijavamo vodu na temperaturi od 0 ° C, što je voda toplija, to se volumen vode više smanjuje. Proces skupljanja prestaje kada voda dostigne temperaturu od 4 ° C. Iznad 4 ° C, volumen vode se povećava (voda se širi) kako se temperatura povećava. Suprotno tome, voda se širi (volumen vode se povećava) kada se temperatura smanji sa 4 ° C na 0 ° C. Ova neobičnost vode poznata je kao anomalija vode.
Ako pažljivo posmatrate električne kablove, primijetit ćete da su zakrivljeni prema dolje zbog labavosti. Zašto su električni kablovi namjerno olabavljeni, umjesto da se jednostavno zategnu? Većina krovova u Floresu i Lembati, Istočna Nusa Tenggara, napravljena je od cinka (Zn). Tokom dana ili noći, cinkovi krovovi proizvode buku. Zašto cink proizvodi buku? Ako živite na ostrvu Java, možda ste primijetili željezničke tračnice. Postoje praznine na spojevima šina. Koja je funkcija ovih praznina na spojevima šina? Postoji mnogo stvari o kojima možete razmišljati i pitati u vezi s temom širenja.
Ako kalibriramo različite vrste termometara, na primjer živin termometar i alkoholni termometar, skale oba termometra su iste samo na 0 ° C (ili 32 ° F) i 100 ° C (ili 212 ° F). Ako koristimo oba termometra za mjerenje temperature zraka, brojke koje pokazuje svaki termometar neće nužno biti iste. Moguće je da živin termometar pokazuje 48 ° C, dok alkoholni termometar pokazuje 46 ° C. To je zato što je brzina širenja žive i alkohola različita. Slično je i s drugim vrstama termometara, kao što su bimetalni termometri itd. Temperaturna skala određena na ovaj način uveliko ovisi o svojstvima korištenih materijala.
Celzijusova i Fahrenheitova skala su različite temperaturne skale. Ako se temperatura objekta mjeri i izražava u Celzijusima, a zatim želimo izraziti temperaturu objekta u Fahrenheitima, pretvaramo iz Celzijusa u Fahrenheite. U ovom odjeljku učimo kako pretvoriti ili izvršiti promjene temperature.
Pri pritisku od 1 atm, temperatura tačke leda za Celzijusov termometar = 0 oC, dok je Fahrenheitova skala termometra = 32 oF. Obrnuto, pri pritisku od 1 atm, temperatura tačke isparavanja za termometar sa Celzijusovom skalom = 100 oC, dok je Fahrenheitova skala termometra = 212 oF. Pogledajte sliku ispod!
Vrste skala termometara
Da bi se termometar koristio za mjerenje temperature, potrebno ga je definirati na skali. Dvije uobičajeno korištene skale termometra su Celzijusova skala i Fahrenheitova skala. Najčešće korištena temperaturna skala u Indoneziji je Celzijusova skala. Drugi naziv za Celzijusovu skalu je Celzijusova skala. Celzijusi = stotinu koraka. Fahrenheitova skala se često koristi u Sjedinjenim Američkim Državama ili zemljama s hladnim zimama. Posebno važna temperaturna skala u nauci je apsolutna skala ili Kelvinova skala. Kelvinova skala će biti objašnjena kasnije.
Celzijusova i Fahrenheitova skala koriste tačke smrzavanja i ključanja vode kao fiksne tačke. Tačka smrzavanja supstance je temperatura na kojoj su čvrsta i tečna faza u termičkoj ravnoteži . Obrnuto, tačka ključanja supstance je temperatura na kojoj su tečna i gasovita faza u termičkoj ravnoteži. Tačke smrzavanja i ključanja se uvijek mijenjaju sa pritiskom vazduha, tako da se prvo mora odrediti pritisak vazduha. Obično koristimo standardni pritisak, koji iznosi 1 atm (jedna atmosfera). Atmosfera je jedinica pritiska vazduha.