Eðlisfræðigreinar um náttúrufyrirbæri o.fl. sem tengjast eðlisfræði.
Að skilja kerfi og umhverfi
Kerfi er hlutur eða hópur hluta sem verið er að rannsaka. Aðrir hlutir í alheiminum eru kallaðir umhverfið. Venjulega er kerfi aðskilið frá umhverfi sínu með „skilju/takmarkara/aðskiljara“.
Til dæmis, segjum að við viljum rannsaka vatn í hitabrúsa. Vatnið inni í hitabrúsanum myndar kerfið, en loftið og aðrir hlutir utan hans mynda umhverfið. Veggir hitabrúsans, bæði glerið að innan og plastið að utan, virka sem skilrúm. Vatnshitbrúsi er eitt dæmi.
Að skilja dulda hita
Ef þú stingur kvikasilfurshitamæli í ílát sem inniheldur blöndu af köldu vatni og ís, munt þú taka eftir því að eftir að kvikasilfurið hefur færst niður, er það kyrrt eða hreyfist ekki lengur. Kvikasilfurið hættir að hreyfast eftir að það nær bræðslumarki vatns eða frostmarki vatns (0 ° C). Ef ílátið er opið streymir hiti frá loftinu við hærra hitastig til blöndunnar af ís og vatni við lægra hitastig. Aukinn hiti frá loftinu veldur því að ísinn bráðnar. Breytist hitastig blöndunnar af ís og vatni þegar ísinn bráðnar? Þegar ísinn bráðnar breytist hitastig blöndunnar af vatni og ís ekki.
Eðlisvarmi (c) er sá varmamagn ( Q) sem þarf til að hækka hitastig (T) einnar einingarmassa (m) hlutar um eina gráðu. Formúlan fyrir c er:
Alþjóðlega einingakerfið er J/Kg K.
Eðlisvarmi hlutar breytist með hitastigi. Ef hitastigsbreytingin er ekki of mikil má líta á gildið sem fast. Eftirfarandi eru gildi c fyrir nokkra hluti við þrýsting 1 atm og hitastig 20 ° C (fengið með tilraunum).
Ef hlutir með mismunandi hitastig komast í snertingu hver við annan, flyst hiti náttúrulega frá hlutnum með hærra hitastig til hlutarins með lægra hitastig. Varmaflutningur hættir þegar hlutirnir tveir ná hitajafnvægi . Hægt er að segja að varmaflutningur valdi breytingu á hitastigi hlutanna sem eru í snertingu. Byggt á þessari stuttu útskýringu er ályktað að hiti (Q) tengist hlut og breytingu á hitastigi (delta T) þess hlutar. Hver hlutur hefur massa (m) og gerð hlutarins er einnig mismunandi.
Einingin fyrir varma er kaloría (skammstafað kcal). Kaloría er það magn varma sem þarf til að hækka hitastig eins gramms af vatni um 1 C₂ ( nákvæmlega úr 14,5 ° C í 15,5 ° C). Magn varma sem þarf er breytilegt eftir vatnshita . Fyrir sama magn af hita verður 1 C₂ hækkun á vatnshita aðeins á milli 14,5 ° C og 15,5 ° C. Sú eining sem oft er notuð fyrir varma, sérstaklega til að tákna orkugildi matvæla, er kílókaloría (kkal). 1 kkal = 1000 hitaeiningar. Annað heiti fyrir 1 kkal = 1 hitaeining (stór K). Varmaeiningin fyrir breska kerfið er Btu (bresk varmaeining). 1 Btu = magn varma sem þarf til að hækka hitastig eins punds af vatni um 1 F₂ ( nákvæmlega úr 63 ° F í 64 ° F).
Að skilja vatnsfrávik
Sérhver hlutur þenst út (rúmmál eykst) þegar hitastig hlutarins eykst og minnkar (rúmmál minnkar) þegar hitastig hlutarins lækkar. Vatn þenst einnig út þegar hitastigið hækkar og dregst saman þegar hitastigið lækkar, en ekki við hitastig á bilinu 0 ° C – 4 ° C. Á milli hitastigs á bilinu 0 ° C og 4 ° C minnkar rúmmál vatns (vatn dregst saman) þegar hitastigið hækkar. Ef við hitum vatn við 0 ° C, því heitara sem vatnið er, því meira minnkar rúmmál þess. Rýrnunarferlið stöðvast þegar vatnið nær 4 ° C. Yfir 4 ° C eykst rúmmál vatns (vatn þenst út) þegar hitastigið hækkar. Aftur á móti þenst vatn út (vatnsrúmmál eykst) þegar hitastigið lækkar úr 4 ° C í 0 ° C. Þessi undarleiki vatns er þekktur sem frávik vatns.
Ef þú fylgist vel með rafmagnssnúrunum muntu taka eftir því að þeir eru sveigðir niður á við vegna slaks. Hvers vegna eru rafmagnssnúrurnar vísvitandi losaðar frekar en bara spenntar? Flest þök í Flores og Lembata, Austur-Nusa Tenggara, eru úr sinki (Zn). Hvort sem er á daginn eða nóttunni gefa sinkþök frá sér hávaða. Hvers vegna gefur sink frá sér hávaða? Ef þú býrð á eyjunni Jövu gætirðu hafa tekið eftir járnbrautarteinum. Það eru glufur við samskeytin á járnbrautarteinunum. Hver er hlutverk þessara glufa við samskeytin á járnbrautarteinunum? Það er margt sem þú getur hugsað um og spurt um varðandi útvíkkun.
Ef við kvörðum mismunandi gerðir hitamæla, til dæmis kvikasilfurshitamæla og alkóhólhitamæla, þá eru kvarðarnir á báðum hitamælunum aðeins þeir sömu við 0 ° C (eða 32 ° F) og 100 ° C (eða 212 ° F). Ef við notum báða hitamælana til að mæla lofthita, þá eru tölurnar sem hvor hitamælir sýnir ekki endilega þær sömu. Það gæti verið að kvikasilfurshitamælinn sýni 48 ° C, en alkóhólhitamælinn sýni 46 ° C. Þetta er vegna þess að þensluhraði kvikasilfurs og alkóhóls er mismunandi. Eins og með aðrar gerðir hitamæla, svo sem tvímálmhitamæla o.s.frv. Hitakvarðinn sem ákvarðaður er á þennan hátt er mjög háður eiginleikum efnanna sem notuð eru.
Celsíus- og Fahrenheit-kvarðarnir eru ólíkir hitakvarðar. Ef hitastig hlutar er mælt og gefið upp í Celsíus og við viljum síðan gefa upp hitastig hlutarins í Fahrenheit, þá umreikna við úr Celsíus í Fahrenheit. Í þessum kafla lærum við hvernig á að umbreyta eða framkvæma hitamælingar.
Við þrýsting upp á 1 atm er íspunktshiti fyrir Celsíus hitamæli = 0 oC, en Fahrenheit hitamælikvarðinn = 32 oF. Aftur á móti, við þrýsting upp á 1 atm, er gufupunktur hitastigs fyrir Celsíus hitamæli = 100 oC, en Fahrenheit hitamælikvarðinn = 212 oF. Skoðið myndina hér fyrir neðan!
Tegundir hitamælikvarða
Til þess að nota megi hitamæli til að mæla hitastig þarf að skilgreina hann á kvarða. Tvær algengar hitamælikvarðar eru Celsíus-kvarðinn og Fahrenheit-kvarðinn. Algengasta hitakvarðinn í Indónesíu er Celsíus-kvarðinn. Annað heiti á Celsíus-kvarðanum er Celsíus-kvarðinn. Celsíus = hundrað þrep. Fahrenheit-kvarðinn er oft notaður í Bandaríkjunum eða löndum með kalda vetur. Sérstaklega mikilvægur hitakvarði í vísindum er algildur kvarði eða Kelvin-kvarði. Kelvin-kvarðinn verður ræddur síðar.
Celsíus- og Fahrenheit-kvarðarnir nota frostmark og suðumark vatns sem fasta punkta. Frostmark efnis er hitastigið þar sem fasta- og fljótandi fasarnir eru í varmajafnvægi . Aftur á móti er suðumark efnis hitastigið þar sem fljótandi- og gasfasarnir eru í varmajafnvægi. Frostmark og suðumark breytast alltaf með loftþrýstingi, þannig að loftþrýstingur verður að ákvarða fyrst. Við notum venjulega staðalþrýsting, sem er 1 atm (ein andrúmsloft). Andrúmsloft er eining loftþrýstings.