Artikel Definition der Wärme Mechanisches Wärmeäquivalent Wärmegleichung
1. Definition von Wärme
Berühren sich Gegenstände mit unterschiedlichen Temperaturen, findet ein Wärmeaustausch von den wärmeren zu den kälteren Gegenständen statt. Dieser Wärmeaustausch endet, sobald die Gegenstände die gleiche Temperatur erreicht haben. Mischt man beispielsweise heißes und kaltes Wasser, fließt die Wärme üblicherweise vom warmen zum kalten Wasser. Legt man ein heißes Bügeleisen in kaltes Wasser, fließt Wärme vom Bügeleisen ins Wasser. Der Wärmefluss stoppt, sobald Bügeleisen und Wasser die gleiche Temperatur erreicht haben. Auch wenn eine Krankenschwester ein Thermometer an Ihren Körper anlegt, fließt Wärme von dort zum Körper.
Ihre Körpertemperatur wird an das Thermometer angelegt. Der Wärmeaustausch stoppt, sobald Körper und Thermometer die gleiche Temperatur erreicht haben. Bei einem Quecksilberthermometer bewegt sich die Quecksilberoberfläche nicht mehr, sobald Körper und Thermometer die gleiche Temperatur erreicht haben. Die angezeigte Zahl auf der Quecksilberoberfläche entspricht dann Ihrer Körpertemperatur.
Natürlich fließt Wärme automatisch von Objekten mit hoher Temperatur zu
Objekte mit niedriger Temperatur. Wärmeübertragung gleicht tendenziell die Temperatur von Objekten an, die sich berühren. Im 18. Jahrhundert vermuteten Physiker, dass Wärmefluss die Bewegung eines Fluids sei, eines Fluids, das unsichtbar war (ein Fluid ist ein Stoff, der fließen kann. Fluide umfassen flüssige und gasförmige Stoffe. Wasser (flüssig) und Luft sind Fluide, da sie fließen können). Dieses Fluid wurde als kalorisch bezeichnet. Die Kalorientheorie wird heute nicht mehr angewendet, da die Existenz dieser Kalorien anhand experimenteller Ergebnisse nicht bewiesen werden konnte. Im 19. Jahrhundert entdeckte der englische Physiker James Prescott Joule (1818–1889), wie man Wasser in einem Behälter mithilfe eines Rührrads erhitzen kann.
Auf Grundlage der Ergebnisse des Experiments verglich Joule die Wärmeentwicklung von Wasser mithilfe von Feuer. Wenn eine Flamme und ein mit Wasser gefülltes Gefäß in Kontakt kommen, fließt Wärme vom Feuer (hohe Temperatur) zum Wasser (niedrige Temperatur). Nach dem Vergleich des Temperaturanstiegs des Wassers durch den Kontakt mit dem Feuer und des Temperaturanstiegs durch die Arbeit des Rührers schlussfolgerte Joule, dass Wärme die Energie ist, die von einem Objekt mit hoher Temperatur zu einem Objekt mit niedriger Temperatur fließt. Wärme ist keine Energie im eigentlichen Sinne (keine bestimmte Energieform wie kinetische, potenzielle oder chemische Energie usw.). Wärme ist Energie, die aufgrund von Temperaturunterschieden fließt. Wenn also Wärme von Objekten mit hoher Temperatur zu Objekten mit niedriger Temperatur fließt, fließt Energie von Objekten mit hoher Temperatur zu Objekten mit niedriger Temperatur. Der Energietransfer endet, sobald die Objekte die gleiche Temperatur erreicht haben.
2. Wärmeeinheit und mechanisches Wärmeäquivalent
Wärmeeinheiten sind Kalorien (abgekürzt cal). Kalorien sind die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 Gramm Wasser um 1 °C zu erhöhen.o (genauer gesagt, ab 14.5) oC bis 15.5 oC) Die benötigte Wärmemenge variiert mit der Wassertemperatur. Bei gleicher Wärmemenge führt eine Erhöhung der Wassertemperatur um 1 °C zu einer größeren Wärmemenge.o Tritt nur bei Temperaturen zwischen 14.5 auf. oC bis 15.5 oC. Wärmeeinheiten werden häufig verwendet, insbesondere um den Energiewert von Lebensmitteln in Kilokalorien (kcal) anzugeben. 1 kcal = 1000 Kalorien. Andere Bezeichnungen: 1 kcal = 1 Kalorie (großes K). Die Wärmeeinheit im britischen System ist Btu (British Thermal Unit). 1 Btu = die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 Pfund (0.45 kg) Wasser um 1 °F (63 °C) zu erhöhen. oF 64 oF).
Wärme ist mit Energie verwandt, daher müssen wir das Verhältnis zwischen Wärmeeinheiten und Energieeinheiten kennen. Aus Experimenten von Joule und anderen Wissenschaftlern ist bekannt, dass eine Arbeit von 4.186 Joule einer Kalorie Wärme entspricht.
1 Kalorie = 4.186 Joule
1 kcal = 1000 Kalorien = 4186 Joule
1 Btu = 778 ft (0.24 km) lb = 252 Kalorien = 1055 Joule
(1 Kalorie = 4.186 Joule und 1 kcal = 4186 kJ, das sogenannte mechanische Wärmeäquivalent)
3. Die Wärmegleichung
Berühren sich Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen, fließt naturgemäß Wärme von den Objekten mit der höheren Temperatur zu denen mit der niedrigeren. Der Wärmeaustausch endet, sobald sich beide Objekte im thermischen Gleichgewicht befinden. Wärmeaustausch bewirkt Temperaturänderungen bei Objekten, die sich berühren. Aus dieser kurzen Erklärung lässt sich schließen, dass die Wärmemenge (Q) von der Größe des Objekts und dessen Temperaturänderung (ΔT), seiner Masse (m) und seiner Art abhängt.
Der Zusammenhang zwischen Wärme (Q) und Temperaturänderung (ΔT)
Je mehr Wärme zugeführt wird, desto größer ist die Temperaturänderung. Daraus lässt sich schließen, dass die Wärmemenge (Q) proportional zur Temperaturänderung des Objekts ist.
Q α ΔT —– Vergleich 1
Der Zusammenhang zwischen Wärme (Q) und Masse (m) von Objekten
Die Wärmemenge (Q) ist proportional zur Temperaturänderung des Objekts. Je mehr Wasser, desto mehr Wärme wird benötigt, um die Wassertemperatur zu erhöhen.
Q α m —– Vergleich 2
Der Zusammenhang zwischen Wärme (Q) und Art des Objekts (c)
Die zur Erwärmung eines Objekts benötigte Wärmemenge ist proportional zur Art des Objekts.
Q α c —– Vergleich 3
Die drei obigen Vergleiche werden zu einer Gleichung zusammengefasst:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Dies ist die Wärmegleichung.
Beschreibung: Q = Wärme (Joule), m = Masse des Objekts (kg), c = spezifische Wärmekapazität (J / kg C o oder K)
