Artikkeli Lämmön määritelmä Lämmön mekaaninen vastine Lämmön yhtälö
1. Lämmön määritelmä
Jos lämpötilaerojen omaavat esineet koskettavat toisiaan, lämpö siirtyy korkean lämpötilan esineistä matalan lämpötilan esineisiin. Lämmönsiirto loppuu, kun koskettavat esineet saavuttavat saman lämpötilan. Esimerkiksi jos sekoitamme kuumaa vettä kylmään veteen, lämpö siirtyy yleensä kuumasta vedestä kylmään veteen. Kun laitamme kuumaa rautaa kylmään veteen, lämpö siirtyy raudasta veteen. Lämpövirta lakkaa virtaamasta, kun rauta ja vesi saavuttavat saman lämpötilan. Kun sairaanhoitaja kiinnittää lämpömittarin kehoosi, lämpö siirtyy...
Kehosi liikkuu lämpömittaria kohti. Lämmönsiirto loppuu, kun kehosi ja lämpömittari ovat saavuttaneet saman lämpötilan. Jos käytetään elohopealämpömittaria, elohopean pinta lakkaa liikkumasta, kun kehosi ja lämpömittari saavuttavat saman lämpötilan. Elohopean pinnalla näkyvä luku on kehosi lämpötila sillä hetkellä.
Luonnollisesti lämpö siirtyy automaattisesti korkean lämpötilan omaavista kappaleista
matalan lämpötilan kappaleet. Lämmönsiirto pyrkii tasoittamaan toisiaan koskettavien kappaleiden lämpötilaa. 18-luvulla fyysikot epäilivät, että lämmönvirtaus oli nesteen, eräänlaisen nesteen, liikettä, joka ei ollut näkyvää (neste on aine, joka voi virrata. Nesteeseen kuuluvat nestemäiset ja kaasumaiset aineet. Vesi (neste) sisältää nestettä, koska se voi virrata. Myös ilma sisältää nestettä, koska se voi virrata). Nestettä kutsutaan kaloriteoriaksi. Kaloriteoriaa ei enää käytetä, koska kokeiden tulosten perusteella näiden kaloreiden olemassaoloa ei voida todistaa. 19-luvulla englantilainen fyysikko nimeltä James Prescott Joule (1818-1889) oppi lämmittämään vettä astiassa sekoituspyörän avulla.
Kokeen tulosten perusteella Joule vertasi lämpöä lämmitettyyn veteen tulen avulla. Kun liekki ja vettä sisältävä astia ovat kosketuksissa, lämpö siirtyy tulesta (korkea lämpötila) veteen (matala lämpötila). Vertailtuaan veden lämpötilan nousua tulen kanssa kosketuksen ja sekoittimen tekemän työn aiheuttaman veden lämpötilan nousun välillä Joule päätteli, että lämpö on energiaa, joka siirtyy korkean lämpötilan kappaleesta matalan lämpötilan kappaleeseen. Lämpö ei ole energiaa (lämpö ei ole tietyn tyyppistä energiaa, kuten liike-energiaa, potentiaalienergiaa, kemiallista energiaa jne.). Lämpö on energiaa, joka liikkuu lämpötilaerojen vuoksi. Joten kun lämpö virtaa korkean lämpötilan kappaleista matalan lämpötilan kappaleisiin, energia siirtyy korkean lämpötilan kappaleista matalan lämpötilan kappaleisiin. Energiansiirto pysähtyy, kun koskettavat kappaleet saavuttavat saman lämpötilan.
2. Lämmön yksikkö ja lämmön mekaaninen vastine
Lämpöyksiköt ovat kaloreita (lyhennettynä cal). Kalorit ovat lämpömäärä, joka tarvitaan yhden gramman veden lämpötilan nostamiseen yhdellä celsiusasteella.o (tarkalleen ottaen, alkaen 14.5 oC 15.5 oC). Tarvittavan lämmön määrä vaihtelee veden eri lämpötiloissa. Samaa lämpömäärää varten veden lämpötilan nousu 1 Co esiintyy vain 14.5 asteen lämpötilojen välillä oC 15.5 oC. Lämpöyksiköitä käytetään usein, erityisesti ilmaisemaan ruoan energian arvo kilokaloreina (kcal). 1 kcal = 1000 kaloria. Muita nimiä ilmaisulle 1 kcal = 1 kalori (iso K-kirjain). Brittiläisen järjestelmän lämmitysyksikkö on Btu (brittiläinen lämpöyksikkö). 1 Btu = lämpömäärä, joka tarvitaan nostamaan 1 paunan (0.45 kg) veden lämpötilaa 1 Fo:lla (täsmälleen 63 oF 64 oF).
Lämpö liittyy energiaan, joten meidän on tiedettävä lämpöyksiköiden ja energiayksiköiden välinen suhde. Joulen ja muiden tutkijoiden tekemien kokeiden perusteella tiedetään, että 4.186 1 joulen työ vastaa yhtä lämpökaloria.
1 kalori = 4.186 joulea
1 kcal = 1000 kaloria = 4186 joulea
1 Btu = 778 jalkaa (0.24 km). lb = 252 kaloria = 1055 joulea
(1 kalori = 4 186 joulea ja 1 kcal = 4.186, jota kutsutaan lämmön mekaaniseksi vastineeksi)
3. Lämmön yhtälö
Jos lämpötilaerojen omaavat kappaleet koskettavat toisiaan, lämpö luonnollisesti siirtyy korkean lämpötilan kappaleista matalan lämpötilan kappaleisiin. Lämmönsiirto loppuu, kun molemmat kappaleet ovat lämpötasapainossa. Lämmönsiirto aiheuttaa lämpötilamuutoksia toisiaan koskettavissa kappaleissa. Tämän lyhyen selityksen perusteella voit päätellä, että lämmöllä (Q) on yhteys kappaleen lämpötilan (ΔT) muutoksiin, kappaleen massaan (m) ja kappaleen tyyppiin.
Lämmön (Q) ja lämpötilan muutoksen (ΔT) välinen suhde
Mitä enemmän lämpöä, sitä suurempi lämpötilan muutos. Voidaan päätellä, että lämmön määrä (Q) on verrannollinen kappaleen lämpötilan muutokseen.
Q α ΔT —– Vertailu 1
Lämmön (Q) ja kappaleiden massan (m) välinen suhde
Lämmön määrä (Q) on verrannollinen kappaleen lämpötilan muutokseen. Mitä enemmän vettä, sitä enemmän lämpöä tarvitaan veden lämpötilan nostamiseen.
Q α m —– Vertailu 2
Lämmön (Q) ja kappaleen tyypin (c) välinen suhde
Kappaleen lämpötilan nostamiseen tarvittava lämpömäärä on verrannollinen kappaleen tyyppiin.
Q α c —– Vertailu 3
Yllä olevat kolme vertailua yhdistetään yhtälöksi:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Tämä on lämmön yhtälö.
Kuvaus: Q = lämpö (Joule), m = kappaleen massa (kg), c = ominaislämpö (J / kg C0 tai K)
