Grein Skilgreining á varma Vélrænn jafngildi varma Jafna fyrir varma
1. Skilgreining á hita
Ef hlutir sem hafa mismunandi hitastig snertast hver við annan, mun varmaflutningur eiga sér stað frá hlutum með háan hita til hluta með lágan hita. Varmaflutningurinn hættir eftir að hlutir sem snertast ná sama hitastigi. Til dæmis, ef við blöndum heitu vatni og köldu vatni, þá færist hiti venjulega frá heitu vatni í kalt vatn. Þegar við setjum heitt járn í kalt vatn, þá færist hiti frá járni í vatn. Hiti hættir að streyma eftir að járn og vatn ná sama hitastigi. Þegar hjúkrunarfræðingur festir hitamæli við líkama þinn, þá færist hiti frá
Líkaminn fer að hitamælinum. Varmaflutningurinn hættir þegar líkaminn og hitamælirinn hafa náð sama hitastigi. Ef hitamælirinn sem notaður er er kvikasilfurshitamælir, þá hættir yfirborð kvikasilfursins að hreyfast þegar líkaminn og hitamælirinn ná sama hitastigi. Talan sem sýnd er á yfirborði kvikasilfursins er líkamshiti þinn á þeim tíma.
Varmi flyst náttúrulega sjálfkrafa frá hlutum með háan hita til
Lághitahlutir. Varmaflutningur hefur tilhneigingu til að jafna hitastig hluta sem snerta hvor annan. Á 18. öld grunuðu eðlisfræðingar að varmaflæði væri hreyfing vökva, tegundar vökva sem væri ekki sýnileg (vökvi er efni sem getur flætt. Vökvi inniheldur fljótandi og loftkennt efni. Vatn (vökvi) inniheldur vökva vegna þess að hann getur flætt. Loft inniheldur einnig vökva vegna þess að hann getur flætt). Vökvinn er kallaður hitaeiningar. Kenningin um hitaeiningar er ekki lengur notuð vegna þess að byggt á niðurstöðum tilraunarinnar er ekki hægt að sanna tilvist þessara hitaeininga. Á 19. öld lærði enskur eðlisfræðingur að nafni James Prescott Joule (1818-1889) hvernig á að hita vatn í íláti með því að nota hrærihjól.
Byggt á niðurstöðum tilraunarinnar gerði Joule samanburð við heitt vatn með því að nota eld. Þegar logi og ílát sem inniheldur vatn snertist færist hiti frá eldi (hár hiti) til vatns (lágur hiti). Eftir að hafa borið saman hækkandi vatnshita vegna snertingar við eld og hækkandi vatnshita vegna vinnu sem hrærivélin framkvæmir, 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, svo sem hreyfiorka, stöðuorka, efnaorka o.s.frv.). Hiti er orka sem hreyfist vegna hitamismunar. Þannig að þegar hiti streymir frá háhitahlutum til lághitahluta færist orka frá háhitahlutum til lághitahluta. Orkuflutningur hættir eftir að snertingarhlutir ná sama hitastigi.
2. Varmaeining og vélrænt jafngildi varma
Hitaeiningar eru hitaeiningar (skammstafað sem kcal). Hitaeiningar eru það magn hita sem þarf til að hækka hitastig eins gramms af vatni um 1°C.o (nákvæmlega frá 14.5 oC til 15.5 oC). Magn hita sem þarf er mismunandi eftir vatnshita. Fyrir sama magn hita þarf 1 C hækkun á vatnshita.o gerist aðeins á milli hitastigs upp á 14.5°C oC til 15.5 oC. Hitaeiningar eru oft notaðar, sérstaklega til að gefa til kynna orkugildi matvæla sem kílókaloríur (kkal). 1 kkal = 1000 hitaeiningar. Önnur nöfn frá 1 kkal = 1 hitaeining (stór K-stafur). Hitaeiningin fyrir breska kerfið er Btu (bresk varmaeining). 1 Btu = magn varma sem þarf til að hækka hitastig 1 punds (0.45 kg) af vatni um 1 Fo (nákvæmlega frá 63 oF til 64 oF).
Hiti tengist orku, þannig að við þurfum að vita sambandið milli varmaeininga og orkueininga. Byggt á tilraunum sem Joule og aðrir vísindamenn hafa gert, er vitað að vinna upp á 4.186 Joule jafngildir 1 hitaeiningu af hita.
1 kaloría = 4.186 joule
1 kcal = 1000 hitaeiningar = 4186 joular
1 Btu = 778 fet (0.24 km). lb = 252 hitaeiningar = 1055 joular
(1 kaloría = 4.186 joule og 1 kcal = 4186, kallað vélrænt jafngildi varma)
3. Varmajafnan
Ef hlutir sem hafa hitamismun snertast hver við annan, þá flyst varmi að sjálfsögðu frá hlutum með háan hita til hluta með lágan hita. Varmaflutningur hættir eftir að báðir hlutir eru í varmajafnvægi. Varmaflutningur veldur breytingum á hitastigi hluta sem snerta hvor annan. Byggt á þessari stuttu útskýringu er hægt að álykta að varmi (Q) hefur tengsl við hlut og breytingar á hitastigi (ΔT) hlutarins, massa hlutarins (m) og gerð hlutarins.
Sambandið milli hita (Q) og hitabreytinga (ΔT)
Því meiri hiti, því meiri er hitastigsbreytingin. Hægt er að álykta að magn varma (Q) sé í réttu hlutfalli við hitastigsbreytingu hlutarins.
Q α ΔT —– Samanburður 1
Sambandið milli hita (Q) og massa hluta (m)
Varmamagnið (Q) er í réttu hlutfalli við breytingu á hitastigi hlutarins. Því meira vatn, því meiri hita þarf til að hækka hitastig vatnsins.
Q α m —– Samanburður 2
Sambandið milli hita (Q) og tegundar hlutar (c)
Hitinn sem þarf til að hækka hitastig hlutar er í réttu hlutfalli við gerð hlutarins.
Q α c —– Samanburður 3
Þrjár samanburðarjöfnurnar hér að ofan eru settar saman í jöfnu:
QαmcΔT
Q = mc ΔT
Þetta er jafna hita.
Lýsing: Q = hiti (Joule), m = massi hlutar (kg), c = eðlisvarmi (J / kg C o eða K)
