Artikkel Soojuse definitsioon Soojuse mehaaniline ekvivalent Soojuse võrrand
1. Soojuse definitsioon
Kui temperatuuride erinevusega objektid üksteisega kokku puutuvad, toimub soojusülekanne kõrge temperatuuriga objektidelt madala temperatuuriga objektidele. Soojusülekanne peatub pärast seda, kui kokkupuutel olevad objektid saavutavad sama temperatuuri. Näiteks kui segame kuuma vett külma veega, liigub soojus tavaliselt kuumast veest külma vette. Kui paneme kuuma raua külma vette, liigub soojus rauast vette. Soojuse voog peatub pärast seda, kui raud ja vesi saavutavad sama temperatuuri. Kui õde kinnitab teie kehale termomeetri, liigub soojus...
Su keha liigub termomeetri juurde. Soojusülekanne peatub, kui keha ja termomeeter on saavutanud sama temperatuuri. Kui kasutatav termomeeter on elavhõbedatermomeeter, siis kui keha ja termomeeter saavutavad sama temperatuuri, siis elavhõbeda pinna liikumine peatub. Elavhõbeda pinnal näidatud number on sinu kehatemperatuur sel ajahetkel.
Loomulikult liigub soojus automaatselt kõrge temperatuuriga objektidelt
madala temperatuuriga objektid. Soojusülekanne kipub üksteisega kokkupuutuvate objektide temperatuuri võrdsustama. 18. sajandil kahtlustasid füüsikud, et soojusvoog on vedeliku liikumine, mis on nähtamatu vedeliku tüüp (vedelik on aine, mis saab voolata. Vedelik hõlmab vedelaid ja gaasilisi materjale. Vesi (vedelik) hõlmab vedelikku, kuna see saab voolata. Õhk hõlmab ka vedelikku, kuna see saab voolata). Seda vedelikku nimetatakse kaloriliseks. Kaloriteooriat enam ei kasutata, sest katse tulemuste põhjal ei saa nende kalorite olemasolu tõestada. 19. sajandil õppis inglise füüsik James Prescott Joule (1818–1889), kuidas segamisratta abil vett anumas kuumutada.
Katse tulemuste põhjal tegi Joule võrdluse kuumutatud veega, kasutades tuld. Kui leek ja vett sisaldav anum puutuvad kokku, liigub soojus tulest (kõrge temperatuur) vette (madal temperatuur). Pärast vee temperatuuri tõusu võrdlemist tulega kokkupuutel ja segaja töö tõttu vee temperatuuri tõusu vahel jõudis Joule järeldusele, et soojus on energia, mis liigub kõrge temperatuuriga objektilt madala temperatuuriga objektile. Soojus ei ole energia (soojus ei ole teatud tüüpi energia, näiteks kineetiline energia, potentsiaalne energia, keemiline energia jne). Soojus on energia, mis liigub temperatuurierinevuste tõttu. Seega, kui soojus voolab kõrge temperatuuriga objektidelt madala temperatuuriga objektidele, liigub energia kõrge temperatuuriga objektidelt madala temperatuuriga objektidele. Energiaülekanne peatub pärast seda, kui objektid, mis puutuvad kokku, saavutavad sama temperatuuri.
2. Soojusühik ja soojuse mehaaniline ekvivalent
Soojusühikud on kalorid (lühendatult cal). Kalorid on soojushulk, mis on vajalik 1 grammi vee temperatuuri tõstmiseks 1 °C võrra.o (täpsemalt alates 14.5-st oC 15.5 oC). Vajaliku soojuse hulk on erinevate veetemperatuuride puhul erinev. Sama soojuse hulga saamiseks on veetemperatuuri tõus 1 C võrrao toimub ainult temperatuuride vahemikus 14.5 oC 15.5 oC. Soojusühikuid kasutatakse sageli, eriti toiduenergia kilokalorite (kcal) väljendamiseks. 1 kcal = 1000 kalorit. Teised nimetused 1 kcal = 1 kalor (suur K-täht). Briti süsteemi kütteühik on Btu (Briti termiline ühik). 1 Btu = soojushulk, mis on vajalik 1 naela (0.45 kg) vee temperatuuri tõstmiseks 1 Fo võrra (täpselt 63 oF 64 oF).
Soojus on seotud energiaga, seega peame teadma soojus- ja energiaühikute vahelist seost. Joule'i ja teiste teadlaste katsete põhjal on teada, et 4.186 džauli suurune töö võrdub 1 soojuskaloriga.
1 kalor = 4.186 džauli
1 kcal = 1000 kalorit = 4186 džauli
1 Btu = 778 jalga (0.24 km). nael = 252 kalorit = 1055 džauli
(1 kalor = 4.186 džauli ja 1 kcal = 4186, mida nimetatakse soojuse mehaaniliseks ekvivalendiks)
3. Soojuse võrrand
Kui temperatuuride erinevusega objektid üksteist puudutavad, liigub soojus loomulikult kõrge temperatuuriga objektidelt madala temperatuuriga objektidele. Soojusülekanne peatub pärast seda, kui mõlemad objektid on saavutanud termilise tasakaalu. Soojusülekanne põhjustab üksteisega kokkupuutuvate objektide temperatuuri muutusi. Selle lühikese selgituse põhjal võib järeldada, et soojusel (Q) on seos objekti temperatuuri (ΔT), objekti massi (m) ja objekti tüübi muutustega.
Soojuse (Q) ja temperatuurimuutuse (ΔT) vaheline seos
Mida rohkem soojust, seda suurem on temperatuurimuutus. Võib järeldada, et soojushulk (Q) on võrdeline objekti temperatuurimuutusega.
QαΔT —– Võrdlus 1
Soojuse (Q) ja objektide massi (m) vaheline seos
Soojushulk (Q) on proportsionaalne objekti temperatuuri muutusega. Mida rohkem vett, seda rohkem soojust on vaja vee temperatuuri tõstmiseks.
Q α m —– Võrdlus 2
Soojuse (Q) ja objekti tüübi (c) vaheline seos
Objekti temperatuuri tõstmiseks vajalik soojushulk on proportsionaalne objekti tüübiga.
Q α c —– Võrdlus 3
Ülaltoodud kolm võrdlust on kokku pandud võrrandiks:
QαmcΔT
Q = mc ΔT
See on soojuse võrrand.
Kirjeldus: Q = soojus (džaul), m = objekti mass (kg), c = erisoojus (J / kg C0 või K)
