Ջերմության սահմանումը Ջերմության մեխանիկական համարժեքը Ջերմության հավասարումը

Հոդված Ջերմության սահմանում Ջերմության մեխանիկական համարժեք Ջերմության հավասարում

1. Ջերմության սահմանումը

Եթե ​​ջերմաստիճանային տարբերություններ ունեցող առարկաները դիպչում են միմյանց, ջերմափոխանակում կլինի բարձր ջերմաստիճան ունեցող առարկաներից ցածր ջերմաստիճան ունեցող առարկաներին։ Ջերմափոխանակումը դադարում է, երբ առարկաներին դիպչելիս նույն ջերմաստիճանը հասնի։ Օրինակ, եթե տաք ջուրը խառնենք սառը ջրի հետ, ջերմությունը սովորաբար տաք ջրից տեղափոխվում է սառը ջուր։ Երբ տաք երկաթը դնում ենք սառը ջրի մեջ, ջերմությունը երկաթից տեղափոխվում է ջուր։ Ջերմությունը կդադարի հոսել, երբ երկաթը և ջուրը հասնեն նույն ջերմաստիճանին։ Երբ բուժքույրը ջերմաչափ է ամրացնում ձեր մարմնին, ջերմությունը տեղափոխվում է

Ձեր մարմինը գնում է ջերմաչափի մոտ։ Ջերմափոխանակումը դադարում է, երբ ձեր մարմինը և ջերմաչափը հասնում են նույն ջերմաստիճանին։ Եթե օգտագործվող ջերմաչափը սնդիկային ջերմաչափ է, երբ ձեր մարմինը և ջերմաչափը հասնում են նույն ջերմաստիճանին, սնդիկի մակերեսը դադարում է շարժվել։ Սնդիկի մակերեսին նշված թիվը ձեր մարմնի ջերմաստիճանն է այդ պահին։

Բնականաբար, ջերմությունը ավտոմատ կերպով տեղափոխվում է բարձր ջերմաստիճանի օբյեկտներից դեպի

ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններ։ Ջերմափոխանակումը հակված է հավասարեցնել միմյանց դիպչող մարմինների ջերմաստիճանը։ 18-րդ դարում ֆիզիկոսները կասկածում էին, որ ջերմային հոսքը հեղուկի շարժումն է, մի տեսակի հեղուկ, որը տեսանելի չէր (հեղուկը նյութ է, որը կարող է հոսել։ Հեղուկը ներառում է հեղուկ և գազային նյութեր։ Ջուրը (հեղուկ) ներառում է հեղուկը, քանի որ այն կարող է հոսել։ Օդը նույնպես ներառում է հեղուկը, քանի որ այն կարող է հոսել)։ Հեղուկը կոչվում է կալորիական։ Կալորիաների տեսությունն այլևս չի օգտագործվում, քանի որ փորձի արդյունքների հիման վրա այս կալորիաների գոյությունը չի կարող ապացուցվել։ 19-րդ դարում անգլիացի ֆիզիկոս Ջեյմս Պրեսկոտ Ջոուլը (1818-1889) սովորեց, թե ինչպես տաքացնել ջուրը տարայի մեջ՝ օգտագործելով խառնիչ անիվ։

Փորձի արդյունքների հիման վրա Ջուլը համեմատություն կատարեց կրակի միջոցով տաքացված ջրի հետ։ Երբ բոցը և ջուր պարունակող տարան շփվում են, ջերմությունը կրակից (բարձր ջերմաստիճան) տեղափոխվում է ջուր (ցածր ջերմաստիճան)։ Կրակի հետ շփման պատճառով ջրի ջերմաստիճանի բարձրացման և խառնիչի կատարած աշխատանքի պատճառով ջրի ջերմաստիճանի բարձրացման միջև համեմատություններ կատարելուց հետո Ջուլը եզրակացրեց, որ ջերմությունը այն էներգիան է, որը բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնից տեղափոխվում է ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի։ Ջերմությունը էներգիա չէ (ջերմությունը որոշակի տեսակի էներգիա չէ, ինչպիսիք են կինետիկ էներգիան, պոտենցիալ էներգիան, քիմիական էներգիան և այլն)։ Ջերմությունը էներգիա է, որը շարժվում է ջերմաստիճանի տարբերությունների պատճառով։ Այսպիսով, երբ ջերմությունը հոսում է բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններից ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններին, էներգիան տեղափոխվում է բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններից ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններին։ Էներգիայի փոխանցումը դադարում է, երբ մարմիններին դիպչելը հասնում է նույն ջերմաստիճանին։

2. Ջերմության միավորը և ջերմության մեխանիկական համարժեքը

Ջերմային միավորները կալորիաներն են (կրճատ՝ կալ): Կալորիաները ջերմության այն քանակն են, որն անհրաժեշտ է 1 գրամ ջրի ջերմաստիճանը 1°C-ով բարձրացնելու համար:^o (ճշգրիտ՝ 14.5-ից) ^oC- ից մինչեւ 15.5 ^oԳ). Անհրաժեշտ ջերմության քանակը տարբեր է ջրի տարբեր ջերմաստիճանների համար։ Նույն քանակությամբ ջերմության դեպքում ջրի ջերմաստիճանը 1°C-ով կբարձրանա։^o տեղի է ունենում միայն 14.5°C ջերմաստիճանի դեպքում ^oC- ից մինչեւ 15.5 ^oԳ. Ջերմային միավորները հաճախ օգտագործվում են, մասնավորապես՝ սննդի էներգիայի արժեքը նշելու համար՝ կիլոկալորիա (կկալ): 1 կկալ = 1000 կալորիա: Այլ անվանումներ՝ 1 կկալ = 1 կալորիա (մեծ K տառ): Բրիտանական համակարգի ջերմային միավորը Btu-ն է (բրիտանական ջերմային միավոր): 1 Btu = ջերմության քանակը, որն անհրաժեշտ է 1 ֆունտ (0.45 կգ) ջրի ջերմաստիճանը 1 Fo-ով բարձրացնելու համար (ճիշտը՝ 63-ից): ^oF- ից 64 ^oF):

Ջերմությունը կապված է էներգիայի հետ, ուստի մենք պետք է իմանանք ջերմային և էներգիայի միավորների միջև եղած կապը։ Ջոուլի և այլ գիտնականների կողմից անցկացված փորձերի հիման վրա հայտնի է, որ 4.186 Ջոուլի աշխատանքը համարժեք է 1 կալորիա ջերմության։

1 կալորիա = 4.186 Ջոուլ

1 կկալ = 1000 կալորիա = 4186 Ջոուլ

1 Btu = 778 ոտնաչափ (0.24 կմ): lb = 252 կալորիա = 1055 Ջոուլ

(1 կալորիա = 4.186 Ջոուլ և 1 կկալ = 4186, որը կոչվում է ջերմության մեխանիկական համարժեք)

3. Ջերմության հավասարումը

Եթե ​​ջերմաստիճանային տարբերություններ ունեցող մարմինները դիպչում են միմյանց, բնականաբար, ջերմությունը տեղափոխվում է բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններից դեպի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններ։ Ջերմափոխանակումը դադարում է, երբ երկու մարմիններն էլ գտնվում են ջերմային հավասարակշռության մեջ։ Ջերմափոխանակումը առաջացնում է միմյանց դիպչող մարմինների ջերմաստիճանի փոփոխություններ։ Այս կարճ բացատրության հիման վրա կարող եք եզրակացնել, որ ջերմությունը (Q) կապված է մարմնի ջերմաստիճանի (ΔT) փոփոխությունների, մարմնի զանգվածի (մ) և մարմնի տեսակի հետ։

Ջերմության (Q) և ջերմաստիճանի փոփոխության (ΔT) միջև եղած կապը

Որքան շատ ջերմություն, այնքան մեծ է ջերմաստիճանի փոփոխությունը։ Կարելի է եզրակացնել, որ ջերմության քանակը (Q) համեմատական ​​է մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությանը։

Q α ΔT —– Համեմատություն 1

Ջերմության (Q) և մարմինների զանգվածի (մ) միջև եղած կապը

Ջերմության քանակը (Q) համեմատական ​​է մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությանը։ Որքան շատ ջուր, այնքան շատ ջերմություն է անհրաժեշտ ջրի ջերմաստիճանը բարձրացնելու համար։

Q α մ —– Համեմատություն 2

Ջերմության (Q) և մարմնի տեսակի (c) միջև եղած կապը

Մարմնի ջերմաստիճանը բարձրացնելու համար անհրաժեշտ ջերմությունը համեմատական ​​է մարմնի տեսակին։

Q α c —– Համեմատություն 3

Վերոնշյալ երեք համեմատությունները միավորվում են հավասարման մեջ.

Q α mc ΔT

Q = mc ΔT

Սա ջերմության հավասարումն է։

Նկարագրություն՝ Q = ջերմություն (Ջոուլ), m = մարմնի զանգված (կգ), c = տեսակարար ջերմություն (Ջ / կգ C ^o կամ K)