Materijal: Definicija toplote, toplotne provodljivosti, toplotnog kapaciteta
Jeste li ikada pili ledeni čaj, ledeno mlijeko, ledeni sirup itd.? Pa, kada pravimo ledeni čaj, obično miješamo vruću ili toplu vodu u čaši s kockicama leda. Vruća ili topla voda ima višu temperaturu, dok kockice leda imaju nižu temperaturu. Nakon kratkog dodirivanja, smjesa kockica leda i vrućeg čaja pretvara se u ledeni čaj (smjesa kockica leda i toplog čaja dostigla je istu temperaturu). Isti proces se dešava kada miješamo vruću vodu s hladnom vodom. Nakon dodirivanja, vruća i hladna voda pretvaraju se u toplu vodu (smjesa vruće i hladne vode dostigla je istu temperaturu). Zašto ovi predmeti mogu dostići istu temperaturu nakon dodirivanja?
Definicija toplote
Kada objekti različitih temperatura dođu u kontakt jedan s drugim, dolazi do prijenosa toplote, često nazvanog toplina, s objekta s višom temperaturom na objekt s nižom temperaturom. Ovaj prijenos toplote prestaje kada objekti u kontaktu dostignu istu temperaturu. Na primjer, ako pomiješamo vruću vodu s hladnom vodom, toplota se obično prenosi s vruće vode na hladnu vodu. Kada stavimo vruću peglu u hladnu vodu, toplota se prenosi s toplije pegle na vodu. Protok toplote prestaje kada pegla i voda dostignu istu temperaturu. Kada ljekar ili medicinska sestra pričvrste termometar na vaše tijelo, toplota se prenosi s vašeg tijela na termometar. Ovaj prijenos toplote prestaje kada vaše tijelo i termometar dostignu istu temperaturu. Ako se koristi živin termometar, kada vaše tijelo i termometar dostignu istu temperaturu, površina žive prestaje da se kreće. Broj prikazan na površini žive je vaša tjelesna temperatura u tom trenutku.
Prirodno, toplota se prirodno kreće od objekata sa visokom temperaturom do objekata sa niskom temperaturom. Prijenos toplote teži izjednačavanju temperatura objekata u međusobnom kontaktu. U 18. vijeku, fizičari su sumnjali da je tok toplote kretanje fluida, nevidljive vrste fluida (fluidi su supstance koje mogu teći. Fluidi uključuju tečnosti i gasove. Voda (tečnost) je fluid jer može teći. Zrak je također fluid jer može teći). Ovaj fluid je nazvan kalorički . Teorija kalorija se više ne koristi jer se na osnovu eksperimentalnih rezultata ne može dokazati postojanje ovog kalorija .
U 19. vijeku, engleski fizičar James Prescott Joule (1818-1889) proučavao je kako zagrijavati vodu u posudi pomoću miješalice. Na osnovu rezultata svog eksperimenta, Joule je napravio poređenje s vodom zagrijanom vatrom. Kada plamen i posuda koja sadrži vodu dođu u kontakt, toplota se prenosi s vatre (visoka temperatura) na vodu (niska temperatura). Nakon što je napravio poređenje između povećanja temperature vode zbog kontakta s vatrom i povećanja temperature vode zbog rada koji obavlja miješalica, Joule je zaključio da je toplota energija koja se kreće s objekta visoke temperature na objekt niske temperature. Toplota nije energija (toplota nije specifična vrsta energije, poput kinetičke energije, potencijalne energije, hemijske energije itd.) . Toplota je energija koja se kreće zbog temperaturnih razlika . Dakle, kada toplota teče s objekta visoke temperature na objekt niske temperature, energija se zapravo kreće s objekta visoke temperature na objekt niske temperature. Prijenos energije prestaje kada objekti u kontaktu dostignu istu temperaturu ili termičku ravnotežu.
Toplinska provodljivost
Zašto je većina posuđa napravljena od aluminija? Pretpostavimo da vaša lijeva ruka drži peglu, desna ruka drži čašu, a zatim se pegla i staklo dodirnu vatrom. Da li je vaša lijeva ili desna ruka ta koja brže osjeća toplinu? Ova pitanja, a možda i druga koja ćete postaviti, odnose se na toplinsku provodljivost objekta. Toplinska provodljivost objekta je sposobnost objekta da prenosi toplinu kroz sebe. Objekti s visokom toplinskom provodljivošću (k) su dobri provodnici topline (dobri toplotni provodnici). Suprotno tome, objekti s niskom toplinskom provodljivošću su loši provodnici topline (loši toplotni provodnici).
Toplotni kapacitet
Toplotni kapacitet (C) je količina toplote potrebna da se temperatura cijelog objekta povisi za jedan stepen. Formula za toplotni kapacitet je:
C = mc
Informacije: C = toplotni kapacitet, m = masa objekta, c = specifična toplota objekta.
