Článek Definice tepla Mechanický ekvivalent tepla Rovnice tepla
1. Definice tepla
Pokud se dotýkají předměty s teplotními rozdíly, dochází k přenosu tepla z předmětů s vysokou teplotou na předměty s nízkou teplotou. Přenos tepla se zastaví poté, co předměty v dotyku dosáhnou stejné teploty. Například pokud smícháme horkou vodu se studenou vodou, teplo se obvykle přesouvá z horké vody do studené vody. Když vložíme horkou žehličku do studené vody, teplo se přesouvá ze žehličky do vody. Teplo přestane proudit poté, co žehlička a voda dosáhnou stejné teploty. Když vám zdravotní sestra připevní teploměr k tělu, teplo se přesouvá z...
Vaše tělo se přibližuje k teploměru. Přenos tepla se zastaví, jakmile vaše tělo a teploměr dosáhnou stejné teploty. Pokud je použitým teploměrem rtuťový teploměr, povrch rtuti se přestane pohybovat, jakmile vaše tělo a teploměr dosáhnou stejné teploty. Číslo zobrazené na povrchu rtuti udává vaši tělesnou teplotu v daném okamžiku.
Teplo se přirozeně automaticky přesouvá z objektů s vysokou teplotou do
nízkoteplotní objekty. Přenos tepla má tendenci vyrovnávat teplotu objektů, které se vzájemně dotýkají. V 18. století fyzici předpokládali, že tepelný tok je pohyb tekutiny, což je typ tekutiny, která není viditelná (tekutina je látka, která může proudit. Tekutina zahrnuje kapalné a plynné materiály. Voda (kapalina) zahrnuje tekutinu, protože může proudit. Vzduch také zahrnuje tekutinu, protože může proudit). Tekutina se nazývá kalorická. Teorie kalorií se již nepoužívá, protože na základě výsledků experimentu nelze existenci těchto kalorií prokázat. V 19. století se anglický fyzik James Prescott Joule (1818-1889) naučil, jak ohřívat vodu v nádobě pomocí míchadla.
Na základě výsledků experimentu Joule provedl srovnání s ohřevem vody pomocí ohně. Když se plamen dostane do kontaktu s nádobou obsahující vodu, teplo se přenáší z ohně (vysoká teplota) do vody (nízká teplota). Po srovnání mezi stoupající teplotou vody v důsledku kontaktu s ohněm a stoupající teplotou vody v důsledku práce vykonané míchadlem Joule dospěl k závěru, že teplo je energie, která se přenáší z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou. Teplo není energie (teplo není určitý typ energie, jako je kinetická energie, potenciální energie, chemická energie atd.). Teplo je energie, která se přenáší v důsledku teplotních rozdílů. Když tedy teplo proudí z objektů s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou, energie se přenáší z objektů s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou. Přenos energie se zastaví poté, co objekty v kontaktu dosáhnou stejné teploty.
2. Jednotka tepla a mechanický ekvivalent tepla
Tepelné jednotky jsou kalorie (zkráceně cal). Kalorie jsou množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 gramu vody o 1 °C.o (přesněji od 14.5 oC až 15.5 oC). Množství potřebného tepla se liší pro různé teploty vody. Pro stejné množství tepla je nutné zvýšení teploty vody o 1 °C.o vyskytuje se pouze mezi teplotami 14.5 oC až 15.5 oC. Tepelné jednotky se často používají, zejména k vyjádření energetické hodnoty potravin, jako jsou kilokalorie (kcal). 1 kcal = 1000 kalorií. Jiné názvy pro 1 kcal = 1 kalorie (velké písmeno K). Tepelná jednotka v britském systému je Btu (britská tepelná jednotka). 1 Btu = množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 libry (0.45 kg) vody o 1 Fo (přesně z 63 oF až 64 oF).
Teplo souvisí s energií, takže potřebujeme znát vztah mezi jednotkami tepla a jednotkami energie. Na základě experimentů provedených Joulem a dalšími vědci je známo, že práce 4 186 Jouleů odpovídá 1 kalorie tepla.
1 kalorie = 4.186 joule
1 kcal = 1000 kalorií = 4186 joulů
1 Btu = 778 stop (0.24 km). lb = 252 kalorií = 1055 joulů
(1 kalorie = 4 186 joulů a 1 kcal = 4 186, což se nazývá mechanický ekvivalent tepla)
3. Rovnice tepla
Pokud se objekty s teplotními rozdíly dotýkají, teplo se přirozeně přesouvá z objektů s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou. Přenos tepla se zastaví poté, co se oba objekty dostanou do tepelné rovnováhy. Přenos tepla způsobuje změny teploty objektů, které se vzájemně dotýkají. Na základě tohoto stručného vysvětlení lze usoudit, že teplo (Q) má vztah k objektu a změnám teploty (ΔT) objektu, hmotnosti objektu (m) a typu objektu.
Vztah mezi teplem (Q) a změnou teploty (ΔT)
Čím více tepla, tím větší je změna teploty. Lze usoudit, že množství tepla (Q) je úměrné změně teploty objektu.
Qα ΔT —– Porovnání 1
Vztah mezi teplem (Q) a hmotností objektů (m)
Množství tepla (Q) je úměrné změně teploty objektu. Čím více vody, tím více tepla je potřeba ke zvýšení teploty vody.
Qα m —– Porovnání 2
Vztah mezi teplem (Q) a typem objektu (c)
Teplo potřebné ke zvýšení teploty objektu je úměrné typu objektu.
Qαc —– Porovnání 3
Výše uvedená tři srovnání jsou spojena do rovnice:
QαmcΔT
Q = mcΔT
Toto je rovnice tepla.
Popis: Q = teplo (Joule), m = hmotnost tělesa (kg), c = měrná tepelná energie (J/kg C₂O nebo K)
