Články z fyziky o přírodních jevech atd. souvisejících s fyzikou.
Porozumění systémům a prostředí
Systém je objekt nebo skupina objektů, které jsou studovány. Ostatní objekty ve vesmíru se nazývají prostředí. Systém je obvykle od svého prostředí oddělen „přepážkou/omezovačem/separátorem“.
Řekněme například, že chceme zkoumat vodu v termosce. Voda uvnitř termosky tvoří systém, zatímco vzduch a další objekty vně termosky tvoří prostředí. Stěny termosky, jak skleněné uvnitř, tak plastové vně, fungují jako dělicí stěna. Jedním z příkladů je termoska na vodu.
Pochopení latentního tepla
Pokud vložíte rtuťový teploměr do nádoby obsahující směs studené vody a ledu, zjistíte, že po pohybu dolů je rtuťový povrch v klidu nebo se již nepohybuje. Rtuťový povrch se přestane pohybovat po dosažení bodu tání vody nebo bodu tuhnutí vody (0 ° C). Pokud je nádoba otevřená, teplo proudí ze vzduchu s vyšší teplotou do směsi ledu a vody s nižší teplotou. Dodatečné teplo ze vzduchu způsobí tání ledu. Mění se při tání ledu teplota směsi ledu a vody? Při tání ledu se teplota směsi vody a ledu nemění.
Měrná tepelná kapacita (c) je množství tepla (Q) potřebné ke zvýšení teploty (T) jednotky hmotnosti (m) objektu o jeden stupeň. Vzorec pro c je:
Mezinárodní systém jednotek je J/kg K.
Měrná tepelná kapacita objektu se mění s teplotou. Pokud změna teploty není příliš velká, lze hodnotu považovat za konstantní. Následují hodnoty c pro několik objektů při tlaku 1 atm a teplotě 20 ° C (získané experimentálně).
Pokud se dotýkají objekty s různými teplotami, teplo se přirozeně přesouvá z objektu s vyšší teplotou na objekt s nižší teplotou. Přenos tepla se zastaví, jakmile oba objekty dosáhnou tepelné rovnováhy . Lze říci, že přenos tepla způsobuje změnu teploty objektů, které jsou v kontaktu. Na základě tohoto stručného vysvětlení lze vyvodit závěr, že teplo (Q) souvisí s objektem a změnou teploty (ΔT) tohoto objektu. Každý objekt má hmotnost (m) a liší se i typ objektu.
Jednotkou tepla je kalorie (zkráceně kal). Kalorie je množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 gramu vody o 1 °C ( přesně ze 14,5 ° C na 15,5 ° C). Množství potřebného tepla se liší pro různé teploty vody. Pro stejné množství tepla dochází ke zvýšení teploty vody o 1 ° C pouze mezi 14,5 ° C a 15,5 ° C. Často používanou jednotkou tepla, zejména k vyjádření energetické hodnoty potravin, je kilokalorie (kcal). 1 kcal = 1000 kalorií. Jiný název pro 1 kcal = 1 kalorie (velké K). Jednotkou tepla pro britský systém je Btu (britská tepelná jednotka). 1 Btu = množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 libry vody o 1 F ° (přesně ze 63 ° F na 64 ° F).
Pochopení vodních anomálií
Každý objekt se rozpíná (objem se zvětšuje), když se teplota objektu zvyšuje, a zmenšuje se (objem se zmenšuje), když se teplota objektu snižuje. Voda se také rozpíná, když se teplota zvyšuje, a zmenšuje se, když se teplota snižuje, ale ne při teplotách 0 ° C – 4 ° C. Mezi teplotami 0 ° C a 4 ° C se objem vody s rostoucí teplotou snižuje (voda se smršťuje). Pokud zahříváme vodu na teplotu 0 ° C, čím je voda teplejší, tím více se objem vody snižuje. Proces smršťování se zastaví, když voda dosáhne teploty 4 ° C. Nad 4 ° C se objem vody s rostoucí teplotou zvětšuje (voda se rozpíná). Naopak se voda rozpíná (objem vody se zvětšuje), když teplota klesá ze 4 ° C na 0 ° C. Tato zvláštnost vody je známá jako anomálie vody.
Pokud si pozorně prohlédnete elektrické kabely, všimnete si, že jsou kvůli vůli zakřivené dolů. Proč jsou elektrické kabely záměrně uvolněné, a ne jen napnuté? Většina střech ve Flores a Lembatě ve Východních Nusa Tenggara je vyrobena ze zinku (Zn). Ve dne i v noci vydávají zinkové střechy hluk. Proč zinek vydává hluk? Pokud žijete na ostrově Jáva, možná jste si všimli železničních kolejí. V místech spojů kolejnic jsou mezery. Jakou funkci tyto mezery v místech spojů kolejnic slouží? V souvislosti s tématem roztahování kolejí se můžete zamyslet a zeptat na mnoho věcí.
Pokud kalibrujeme různé typy teploměrů, například rtuťový teploměr a lihový teploměr, stupnice obou teploměrů jsou stejné pouze při 0 ° C (nebo 32 ° F) a 100 ° C (nebo 212 ° F). Pokud použijeme oba teploměry k měření teploty vzduchu, čísla ukazovaná každým teploměrem nebudou nutně stejná. Může se stát, že rtuťový teploměr ukazuje 48 ° C, zatímco lihový teploměr ukazuje 46 ° C. Je to proto, že rychlost roztažnosti rtuti a lihu je odlišná. Stejně tak je to u jiných typů teploměrů, jako jsou bimetalické teploměry atd. Teplotní stupnice stanovená tímto způsobem je velmi závislá na vlastnostech použitých materiálů.
Celsiova a Fahrenheitova stupnice jsou různé teplotní stupnice. Pokud je teplota objektu měřena a vyjádřena ve stupních Celsia a poté chceme vyjádřit teplotu objektu ve stupních Fahrenheita, převedeme ji z stupňů Celsia na stupně Fahrenheita. V této části se naučíme, jak převádět nebo provádět změny teploty.
Při tlaku 1 atm je teplota bodu ledu pro teploměr Celsia = 0 oC, zatímco stupnice teploměru Fahrenheita = 32 oF. Naopak, při tlaku 1 atm je teplota bodu varu pro teploměr s Celsiovou stupnicí = 100 oC, zatímco stupnice teploměru Fahrenheita = 212 oF. Všimněte si obrázku níže!
Typy stupnic teploměrů
Aby mohl teploměr měřit teplotu, musí být definován na stupnici. Dvě běžně používané stupnice teploměrů jsou Celsiova stupnice a Fahrenheitova stupnice. Nejčastěji používanou teplotní stupnicí v Indonésii je Celsiova stupnice. Jiný název pro Celsiovu stupnici je stupnice Celsia. Stupeň Celsia = sto stupňů. Fahrenheitova stupnice se často používá ve Spojených státech nebo v zemích s chladnými zimami. Obzvláště důležitou teplotní stupnicí ve vědě je absolutní stupnice neboli Kelvinova stupnice. Kelvinova stupnice bude popsána později.
Stupnice Celsia a Fahrenheita používají jako pevné body body tuhnutí a varu vody. Bod tuhnutí látky je teplota, při které jsou pevná a kapalná fáze v tepelné rovnováze . Naopak bod varu látky je teplota, při které jsou kapalná a plynná fáze v tepelné rovnováze. Body tuhnutí a varu se vždy mění s tlakem vzduchu, proto je nutné nejprve stanovit tlak vzduchu. Obvykle používáme standardní tlak, který je 1 atm (jedna atmosféra). Atmosféra je jednotka tlaku vzduchu.