Pyörimisdynamiikka on mekaniikan haara, joka tutkii pyörimisliikettä, johon liittyy voimia, massoja ja muita pyörimisliikkeeseen vaikuttavia tekijöitä. Kappale pyörii, jos kaikki sen osat liikkuvat akselin tai kääntöpisteen ympäri, joka sijaitsee jossakin kappaleen osassa. Tässä aiheessa tutkittu pyörimisliike keskittyy pyörimisliikkeeseen kiinteän akselin ympäri. Hihnapyörän, tuulettimen, CD/DVD-levyn liike CD/DVD-huoneessa , oven tai ikkunan liike, moottorin sylinterin liike, helikopterin tai lentokoneen potkurin liike tai laivan potkuri ovat esimerkkejä pyörimisliikkeestä kiinteän akselin ympäri. Oletko koskaan havainnut hyrriä? Hyrrin akselin asento muuttuu jatkuvasti (hyrrin kallistus pyrkii muuttumaan), joten hyrrin kaltaista pyörimisliikettä ei tutkita tässä aiheessa.
Musta periaate
Mustan periaatteen ymmärtäminen
Jos sekoitamme kuumaa ja kylmää vettä avoimessa astiassa (esimerkiksi ämpärissä), lämpö siirtyy kuumasta vedestä kylmään veteen. Koska astia on avoin, osa lämmöstä siirtyy ilmaan. Astia myös lämpenee. Kuuman veden vapauttama lämpö ei absorboidu ainoastaan kylmään veteen, vaan myös ilmaan ja astiaan. Tässä tapauksessa ämpäri on eristämätön järjestelmä.
Kun sekoitamme kuumaa ja kylmää vettä suljetussa termospullossa, lämpö siirtyy kuumasta vedestä kylmään veteen. Termospullo on eristetty järjestelmä , joten lämpöä ei siirry ilmaan tai termospulloon. Kuuman veden vapauttama lämpö yksinkertaisesti imeytyy kylmään veteen, kunnes seos saavuttaa termisen tasapainon.
Järjestelmät ja ympäristö
Järjestelmien ja ympäristön ymmärtäminen
Järjestelmä on tutkittava objekti tai objektiryhmä. Muita maailmankaikkeuden kohteita kutsutaan ympäristöksi. Tyypillisesti järjestelmä erotetaan ympäristöstään "osiolla/rajoittimella/erottelijalla".
Oletetaan esimerkiksi, että haluamme tutkia vettä termospullossa. Termospullon sisällä oleva vesi muodostaa järjestelmän, kun taas termospullon ulkopuolella oleva ilma ja muut esineet muodostavat ympäristön. Termospullon seinämät, sekä sisällä oleva lasi että ulkopuolella oleva muovi, toimivat tilanjakajana. Vesitermospullo on yksi esimerkki.
Latentti lämpö
Latenttilämmön ymmärtäminen
Jos työnnät elohopealämpömittarin kylmän veden ja jään seosta sisältävään astiaan, huomaat, että alaspäin liikkumisen jälkeen elohopean pinta on paikallaan tai ei enää liiku. Elohopean pinta lakkaa liikkumasta saavutettuaan veden sulamispisteen tai veden jäätymispisteen (0 ° C). Jos astia on auki, lämpöä siirtyy korkeammassa lämpötilassa olevasta ilmasta alemmassa lämpötilassa olevaan jään ja veden seokseen. Ilmasta tuleva lisälämpö saa jään sulamaan. Muuttuuko jään ja veden seoksen lämpötila jään sulaessa? Jään sulaessa veden ja jään seoksen lämpötila ei muutu.
Ominaislämpö
Ominaislämpö (c) on lämmön määrä (Q), joka tarvitaan nostamaan kappaleen massayksikön (m) lämpötilaa (T) yhdellä asteella. Kaava c:lle on:
Kansainvälinen yksikköjärjestelmä on J/Kg K.
Kappaleen ominaislämpökapasiteetti muuttuu lämpötilan mukana. Jos lämpötilan muutos ei ole liian suuri, arvoa voidaan pitää vakiona. Seuraavassa on c:n arvot useille kappaleille 1 ilmakehän paineessa ja 20 ° C:n lämpötilassa (saatu kokeellisesti).
Lämpökaava
Jos eri lämpötiloja omaavat kappaleet joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa, lämpö siirtyy luonnollisesti korkeamman lämpötilan omaavasta kappaleesta matalamman lämpötilan omaavaan kappaleeseen. Lämmönsiirto loppuu, kun kaksi kappaletta saavuttaa termisen tasapainon . Voidaan sanoa, että lämmönsiirto aiheuttaa muutoksen kosketuksissa olevien kappaleiden lämpötilassa . Tämän lyhyen selityksen perusteella voidaan päätellä, että lämpö (Q) liittyy kappaleeseen ja sen lämpötilan muutokseen (delta T). Jokaisella kappaleella on massa (m) ja myös kappaleen tyyppi on erilainen.
Mekaaninen lämpötaara
Lämpöyksikkö on kalori (lyhennetty kcal). Kalori on lämpömäärä, joka tarvitaan yhden gramman veden lämpötilan nostamiseen yhdellä celsiusasteella ( tarkalleen 14,5 ° C:sta 15,5 ° C:seen). Vaadittava lämmönmäärä vaihtelee veden eri lämpötiloissa . Samalla lämpömäärällä veden lämpötilan nousu yhdellä celsiusasteella tapahtuu vain 14,5 ° C:n ja 15,5 ° C:n välillä. Usein käytetty lämmönyksikkö, erityisesti ruoan energia-arvon ilmaisemiseen, on kilokalori (kcal). 1 kcal = 1000 kaloria. Toinen nimi 1 kcal = 1 kalori (isolla K). Brittiläisen lämpöjärjestelmän lämpöyksikkö on Btu (brittiläinen lämpöyksikkö). 1 Btu = lämpömäärä, joka tarvitaan yhden paunan veden lämpötilan nostamiseen yhdellä celsiusasteella ( tarkalleen 63 ° F:sta 64 ° F:seen).
Veden poikkeama
Veden poikkeavuuksien ymmärtäminen
Jokainen kappale laajenee (tilavuus kasvaa), kun kappaleen lämpötila nousee, ja kutistuu (tilavuus pienenee), kun kappaleen lämpötila laskee. Myös vesi laajenee lämpötilan noustessa ja kutistuu lämpötilan laskiessa, mutta ei 0–4 ° C:n lämpötiloissa. Lämpötilojen 0–4 °C välillä veden tilavuus pienenee (vesi kutistuu) lämpötilan noustessa. Jos lämmitämme vettä 0 ° C :n lämpötilassa , mitä kuumempaa vesi on, sitä enemmän veden tilavuus pienenee. Kutistumisprosessi pysähtyy, kun veden lämpötila saavuttaa 4 °C:n. Yli 4 ° C :ssa veden tilavuus kasvaa (vesi laajenee) lämpötilan noustessa. Kääntäen vesi laajenee (veden tilavuus kasvaa), kun lämpötila laskee 4 ° C:sta 0 ° C:seen. Tätä veden outoutta kutsutaan veden anomaliaksi.
Laajennus
Jos tarkkailet sähkökaapeleita tarkasti, huomaat, että ne ovat kaarevia alaspäin löysyyden vuoksi. Miksi sähkökaapeleita löysätään tarkoituksella sen sijaan, että niitä vain kiristetään? Useimmat katot Floresin ja Lembatan alueilla Itä-Nusa Tenggarassa on valmistettu sinkistä (Zn). Päivällä tai yöllä sinkkikatot pitävät ääntä. Miksi sinkki pitää ääntä? Jos asut Jaavan saarella, olet saattanut havaita rautateitä. Raiteiden liitoksissa on rakoja. Mikä on näiden rakojen tehtävä raideiden liitoksissa? Laajenemiseen liittyen on monia asioita, joita voit miettiä ja kysyä.
Kaasulämpömittari
Jos kalibroimme erityyppisiä lämpömittareita, esimerkiksi elohopealämpömittarin ja alkoholilämpömittarin, molempien lämpömittarien asteikot ovat samat vain 0 ° C:ssa (tai 32 ° F:ssa) ja 100 ° C:ssa (tai 212 ° F:ssa). Jos käytämme molempia lämpömittareita ilman lämpötilan mittaamiseen, molempien lämpömittarien näyttämät lukemat eivät välttämättä ole samat. Elohopealämpömittari voi näyttää 48 ° C : ta ja alkoholilämpömittari 46 ° C:ta. Tämä johtuu siitä, että elohopean ja alkoholin laajenemisnopeus on erilainen. Samoin on muuntyyppisten lämpömittareiden, kuten bimetallilämpömittareiden, kohdalla. Tällä tavoin määritetty lämpötila-asteikko riippuu hyvin paljon käytettyjen materiaalien ominaisuuksista.