Efni: Skilgreining á varma, varmaleiðni, varmarýmd
Hefur þú einhvern tímann drukkið íste, ísmjólk, íssíróp o.s.frv.? Þegar við búum til íste blöndum við venjulega heitu eða volgu vatni saman við ísmola í glasi. Heitt vatn eða volgt vatn hefur hærra hitastig en ísmolar hafa lægra hitastig. Eftir smá stund breytist blandan af ísmolum og heitu tei í íste (blandan af ísmolum og volgu tei hefur náð sama hitastigi). Sama ferli á sér stað þegar við blöndum heitu vatni saman við kalt vatn. Eftir snertingu breytist heita vatnið og kalt vatnið í volgt vatn (blandan af heitu vatni og köldu vatni hefur náð sama hitastigi). Hvers vegna geta þessir hlutir náð sama hitastigi eftir snertingu?
Skilgreining á hita
Þegar hlutir með mismunandi hitastig komast í snertingu hver við annan á sér stað varmaflutningur, oft kallaður hiti, frá hlutnum með hærra hitastigið til hlutarins með lægra hitastigið. Þessi varmaflutningur hættir þegar hlutirnir sem eru í snertingu ná sama hitastigi. Til dæmis, ef við blöndum saman heitu vatni og köldu vatni, færist hiti venjulega frá heita vatninu yfir í kalda vatnið. Þegar við setjum heitt straujárn í kalt vatn færist hiti frá heitara straujárninu yfir í vatnið. Varmaflæðið hættir þegar straujárnið og vatnið ná sama hitastigi. Þegar læknir eða hjúkrunarfræðingur festir hitamæli við líkama þinn færist hiti frá líkama þínum til hitamælisins. Þessi varmaflutningur hættir þegar líkami þinn og hitamælirinn hafa náð sama hitastigi. Ef hitamælirinn sem notaður er er kvikasilfurshitamælir, hættir yfirborð kvikasilfursins að hreyfast þegar líkami þinn og hitamælirinn ná sama hitastigi. Talan sem sýnd er á yfirborði kvikasilfursins er líkamshiti þinn á þeim tíma.
Eðlilega berst hiti frá hlutum með hátt hitastig til hluta með lágt hitastig. Varmaflutningur hefur tilhneigingu til að jafna hitastig hluta sem eru í snertingu hver við annan. Á 18. öld grunuðu eðlisfræðingar að varmaflæði væri hreyfing vökva, ósýnilegrar tegundar vökva (vökvar eru efni sem geta flætt. Vökvar innihalda vökva og lofttegundir. Vatn (vökvi) er vökvi vegna þess að það getur flætt. Loft er einnig vökvi vegna þess að það getur flætt). Þessi vökvi var nefndur hitaeining . Kenningin um hitaeiningu er ekki lengur notuð vegna þess að byggt á tilraunaniðurstöðum er ekki hægt að sanna tilvist þessarar hitaeiningar .
Á 19. öld rannsakaði enskur eðlisfræðingur að nafni James Prescott Joule (1818-1889) hvernig á að hita vatn í íláti með hrærihjóli. Byggt á niðurstöðum tilraunar sinnar gerði Joule samanburð við vatn sem hitað er með eldi. Þegar logi og ílát sem inniheldur vatn komast í snertingu færist hiti frá eldinum (hár hiti) yfir í vatnið (lágt hitastig). Eftir að hafa borið saman hækkun vatnshita vegna snertingar við eldinn og hækkun vatnshita vegna vinnu sem hrærivélin vinnur, komst Joule að þeirri niðurstöðu að hiti er orka sem færist frá háhitahluta til lághitahluta. Hiti er ekki orka (hiti er ekki ákveðin tegund orku, eins og hreyfiorka, stöðuorka, efnaorka o.s.frv.) . Hiti er orka sem færist vegna hitamismunar . Þannig að þegar hiti streymir frá háhitahluta til lághitahluta, þá færist orka í raun frá háhitahlutanum til lághitahlutarins. Orkuflutningurinn hættir þegar hlutirnir sem eru í snertingu ná sama hitastigi eða varmajafnvægi.
Varmaleiðni
Hvers vegna eru flest eldhúsáhöld úr áli? Segjum sem svo að vinstri hönd þín haldi á straujárni, hægri hönd þín haldi á glasi og svo snertist bæði straujárnið og glerið eldur. Hvort er vinstri eða hægri hönd þín heitari? Þessar spurningar, og kannski aðrar sem þú gætir spurt, tengjast varmaleiðni hlutar. Varmaleiðni hlutar er hæfni hans til að flytja varma í gegnum hann. Hlutir með mikla varmaleiðni (k) eru góðir varmaleiðarar ( góðir varmaleiðarar). Aftur á móti eru hlutir með litla varmaleiðni lélegir varmaleiðarar (lélegir varmaleiðarar).
Hitarýmd
Varmarýmd (C) er sú varmaþörf sem þarf til að hækka hitastig heils hlutar um eina gráðu. Formúlan fyrir varmarýmd er:
C = mc
Upplýsingar: C = varmarýmd, m = massi hlutarins, c = eðlisvarmi hlutarins.
