Članak Definicija topline Mehanički ekvivalent topline Jednadžba topline
1. Definicija topline
Ako se predmeti s temperaturnim razlikama dodiruju, doći će do prijenosa topline s predmeta visoke temperature na predmete niske temperature. Prijenos topline prestaje nakon što predmeti u dodiru dosegnu istu temperaturu. Na primjer, ako pomiješamo vruću vodu s hladnom vodom, toplina se obično prenosi s vruće vode na hladnu vodu. Kada stavimo vruće željezo u hladnu vodu, toplina se prenosi sa željeza na vodu. Toplina će prestati teći nakon što željezo i voda dosegnu istu temperaturu. Kada medicinska sestra pričvrsti termometar na vaše tijelo, toplina se prenosi s...
Vaše tijelo ide prema termometru. Prijenos topline prestaje kada vaše tijelo i termometar dosegnu istu temperaturu. Ako se koristi živin termometar, kada vaše tijelo i termometar dosegnu istu temperaturu, površina žive prestaje se kretati. Broj prikazan na površini žive je vaša tjelesna temperatura u tom trenutku.
Prirodno, toplina se automatski prenosi s objekata visoke temperature na
objekti niske temperature. Prijenos topline teži izjednačavanju temperature objekata koji se međusobno dodiruju. U 18. stoljeću fizičari su sumnjali da je toplinski tok kretanje fluida, vrste fluida koji nije vidljiv (fluid je tvar koja može teći. Fluid uključuje tekuće i plinovite materijale. Voda (tekućina) uključuje fluid jer može teći. Zrak također uključuje fluid jer može teći). Fluid se naziva kalorijski. Teorija kalorija više se ne koristi jer se na temelju rezultata eksperimenta ne može dokazati postojanje ovih kalorija. U 19. stoljeću engleski fizičar James Prescott Joule (1818.-1889.) naučio je kako zagrijavati vodu u posudi pomoću kotača za miješanje.
Na temelju rezultata eksperimenta, Joule je napravio usporedbu s zagrijavanjem vode pomoću vatre. Kada su plamen i posuda s vodom u kontaktu, toplina se prenosi s vatre (visoka temperatura) na vodu (niska temperatura). Nakon usporedbe porasta temperature vode zbog kontakta s vatrom i porasta temperature vode zbog rada miješalice, Joule je zaključio da je toplina energija koja se prenosi s objekta visoke temperature na objekt niske temperature. Toplina nije energija (toplina nije određena vrsta energije, kao što je kinetička energija, potencijalna energija, kemijska energija itd.). Toplina je energija koja se prenosi zbog temperaturnih razlika. Dakle, kada toplina teče s objekata visoke temperature na objekte niske temperature, energija se prenosi s objekata visoke temperature na objekte niske temperature. Prijenos energije prestaje nakon što objekti u dodiru dosegnu istu temperaturu.
2. Jedinica topline i mehanički ekvivalent topline
Toplinske jedinice su kalorije (skraćeno cal). Kalorije su količina topline potrebna za povišenje temperature 1 grama vode za 1 C.o (točnije, od 14.5 oC do 15.5 oC). Količina potrebne topline varira ovisno o temperaturi vode. Za istu količinu topline, porast temperature vode od 1 Co javlja se samo između temperatura od 14.5 oC do 15.5 oC. Toplinske jedinice se često koriste, posebno za navođenje energetske vrijednosti hrane u kilokalorijama (kcal). 1 kcal = 1000 kalorija. Drugi nazivi za 1 kcal = 1 kalorija (veliko slovo K). Jedinica za grijanje u britanskom sustavu je Btu (britanska toplinska jedinica). 1 Btu = količina topline potrebna za povišenje temperature 1 funte (0.45 kg) vode za 1 Fo (točno od 63 oF za 64 oF).
Toplina je povezana s energijom, stoga moramo znati odnos između toplinskih i energetskih jedinica. Na temelju eksperimenata koje su proveli Joule i drugi znanstvenici, poznato je da je rad od 4.186 Joulea ekvivalentan 1 kaloriji topline.
1 kalorija = 4.186 džula
1 kcal = 1000 kalorija = 4186 džula
1 Btu = 778 stopa (0.24 km). lb = 252 kalorije = 1055 džula
(1 kalorija = 4.186 džula i 1 kcal = 4186, što se naziva mehaničkim ekvivalentom topline)
3. Jednadžba topline
Ako se objekti koji imaju temperaturne razlike dodiruju, toplina se prirodno prenosi s objekata visoke temperature na objekte niske temperature. Prijenos topline prestaje nakon što su oba objekta u toplinskoj ravnoteži. Prijenos topline uzrokuje promjene temperature objekata koji se međusobno dodiruju. Na temelju ovog kratkog objašnjenja možete zaključiti da toplina (Q) ima odnos s objektom i promjenama temperature (ΔT) objekta, masom objekta (m) i vrstom objekta.
Odnos između topline (Q) i promjene temperature (ΔT)
Što je više topline, to je veća promjena temperature. Može se zaključiti da je količina topline (Q) proporcionalna promjeni temperature objekta.
Q α ΔT —– Usporedba 1
Odnos između topline (Q) i mase tijela (m)
Količina topline (Q) proporcionalna je promjeni temperature objekta. Što je više vode, to je potrebno više topline za povećanje temperature vode.
Q α m —– Usporedba 2
Odnos između topline (Q) i vrste objekta (c)
Toplina potrebna za povišenje temperature objekta proporcionalna je vrsti objekta.
Q α c —– Usporedba 3
Tri gornje usporedbe su spojene u jednadžbu:
Qα mcΔT
Q = mc ΔT
Ovo je jednadžba topline.
Opis: Q = toplina (Joule), m = masa tijela (kg), c = specifična toplina (J/kg C₂O ili K)
