Materiaali: Lämmön määritelmä, lämmönjohtavuus, lämpökapasiteetti
Oletko koskaan juonut jääteetä, jäämaitoa, jääsiirappia jne.? Jääteetä tehdessämme sekoitamme yleensä kuumaa tai lämmintä vettä lasissa jääpalojen kanssa. Kuumalla tai lämpimällä vedellä on korkeampi lämpötila, kun taas jääkuutioilla on matalampi lämpötila. Hetken kosketuksen jälkeen jääpalojen ja kuuman teen seos muuttuu jääteeksi (jääpalojen ja lämpimän teen seos on saavuttanut saman lämpötilan). Sama prosessi tapahtuu, kun sekoitamme kuumaa vettä kylmään veteen. Kosketuksen jälkeen kuuma ja kylmä vesi muuttuvat lämpimäksi vedeksi (kuuman ja kylmän veden seos on saavuttanut saman lämpötilan). Miksi nämä esineet voivat saavuttaa saman lämpötilan kosketuksen jälkeen?
Lämmön määritelmä
Kun eri lämpötiloilla varustetut esineet joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa, tapahtuu lämmönsiirtoa korkeamman lämpötilan omaavasta esineestä matalamman lämpötilan omaavaan esineeseen. Tämä lämmönsiirto loppuu, kun kosketuksissa olevat esineet saavuttavat saman lämpötilan. Esimerkiksi jos sekoitamme kuumaa vettä kylmään veteen, lämpö siirtyy yleensä kuumasta vedestä kylmään veteen. Kun laitamme kuuman silitysraudan kylmään veteen, lämpö siirtyy kuumemmasta raudasta veteen. Lämmönvirtaus loppuu, kun rauta ja vesi saavuttavat saman lämpötilan. Kun lääkäri tai sairaanhoitaja kiinnittää lämpömittarin kehoosi, lämpö siirtyy kehostasi lämpömittariin. Tämä lämmönsiirto loppuu, kun kehosi ja lämpömittari ovat saavuttaneet saman lämpötilan. Jos käytetty lämpömittari on elohopealämpömittari, elohopean pinta lakkaa liikkumasta, kun kehosi ja lämpömittari saavuttavat saman lämpötilan. Elohopean pinnalla näkyvä luku on kehosi lämpötila sillä hetkellä.
Lämpö siirtyy luonnollisesti korkean lämpötilan omaavista kappaleista matalan lämpötilan omaaviin kappaleisiin. Lämmönsiirto pyrkii tasoittamaan keskenään kosketuksissa olevien kappaleiden lämpötiloja. 18-luvulla fyysikot epäilivät, että lämmön virtaus oli nesteen, näkymättömän nesteen, liikettä (nesteet ovat aineita, jotka voivat virrata. Nesteitä ovat nesteet ja kaasut. Vesi (neste) on neste, koska se voi virrata. Myös ilma on neste, koska se voi virrata). Tätä nestettä nimettiin kaloriseksi . Kaloriteoriaa ei enää käytetä , koska kokeellisten tulosten perusteella tämän kalorin olemassaoloa ei voida todistaa.
19-luvulla englantilainen fyysikko James Prescott Joule (1818-1889) tutki, miten vettä voidaan lämmittää astiassa sekoittimen avulla. Kokeensa tulosten perusteella Joule vertasi tätä tulen lämmittämään veteen. Kun liekki ja vettä sisältävä astia joutuvat kosketuksiin, lämpö siirtyy tulesta (korkea lämpötila) veteen (matala lämpötila). Verrattuaan veden lämpötilan nousua, joka johtuu kosketuksesta tulen kanssa, ja veden lämpötilan nousua, joka johtuu sekoittimen tekemästä työstä, Joule päätteli, että lämpö on energiaa, joka siirtyy korkean lämpötilan kappaleesta matalan lämpötilan kappaleeseen. Lämpö ei ole energiaa (lämpö ei ole tietty energian tyyppi, kuten kineettinen energia, potentiaalienergia, kemiallinen energia jne.) . Lämpö on energiaa , joka liikkuu lämpötilaerojen vuoksi . Joten kun lämpö virtaa korkean lämpötilan kappaleesta matalan lämpötilan kappaleeseen, energia itse asiassa siirtyy korkean lämpötilan kappaleesta matalan lämpötilan kappaleeseen. Energian siirtyminen pysähtyy, kun kosketuksessa olevat kappaleet saavuttavat saman lämpötilan tai lämpötasapainon.
Konduktivitas-lämpö
Miksi useimmat keittoastiat on valmistettu alumiinista? Oletetaan, että vasemmassa kädessäsi on rautaa, oikeassa kädessäsi lasia, ja sitten rauta ja lasi kosketetaan tuleen. Onko vasen vai oikea kätesi se, joka tuntee lämmön nopeammin? Nämä ja ehkä muutkin kysymykset, joita tulet kysymään, liittyvät esineen lämmönjohtavuuteen. Esineen lämmönjohtavuus on esineen kyky siirtää lämpöä sen läpi. Esineet, joilla on korkea lämmönjohtavuus (k), ovat hyviä lämmönjohtimia ( hyviä lämmönjohtimia). Kääntäen, esineet, joilla on alhainen lämmönjohtavuus, ovat huonoja lämmönjohtimia (huonoja lämmönjohtimia).
Lämpökapasiteetti
Lämpökapasiteetti (C) on lämmön määrä, joka tarvitaan koko kappaleen lämpötilan nostamiseen yhdellä asteella. Lämpökapasiteetin kaava on:
C = mc
Tiedot: C = lämpökapasiteetti , m = kappaleen massa, c = kappaleen ominaislämpökapasiteetti .
