본문 열의 정의 열의 기계적 등가 열 방정식
1. 열의 정의
온도가 다른 물체들이 서로 접촉하면 고온의 물체에서 저온의 물체로 열이 전달됩니다. 접촉한 물체들의 온도가 같아지면 열 전달은 멈춥니다. 예를 들어, 뜨거운 물과 찬물을 섞으면 열은 보통 뜨거운 물에서 찬물로 이동합니다. 뜨거운 다리미를 찬물에 넣으면 열이 다리미에서 물로 이동합니다. 다리미와 물의 온도가 같아지면 열의 흐름은 멈춥니다. 간호사가 체온계를 몸에 부착할 때도 열은 체온에서 체온으로 이동합니다.
체온이 체온계로 이동합니다. 체온과 체온계의 온도가 같아지면 열 전달이 멈춥니다. 수은 체온계를 사용하는 경우, 체온과 체온계가 같아지면 수은 표면의 움직임이 멈춥니다. 이때 수은 표면에 표시되는 숫자가 체온입니다.
자연스럽게 열은 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동합니다.
저온 물체. 열 전달은 서로 접촉하는 물체의 온도를 균일하게 만드는 경향이 있습니다. 18세기 물리학자들은 열 흐름이 눈에 보이지 않는 유체의 움직임이라고 추측했습니다. (유체는 흐를 수 있는 물질입니다. 액체와 기체가 유체에 속합니다. 물(액체)은 흐를 수 있으므로 유체에 속합니다. 공기 또한 흐를 수 있으므로 유체에 속합니다.) 이 유체를 칼로리라고 불렀습니다. 칼로리 이론은 실험 결과에 따라 칼로리의 존재를 증명할 수 없었기 때문에 더 이상 사용되지 않습니다. 19세기에 영국의 물리학자 제임스 프레스콧 줄(1818-1889)은 교반기를 사용하여 용기 안의 물을 가열하는 방법을 알아냈습니다.
줄은 실험 결과를 바탕으로 불을 이용해 가열된 물과 비교했습니다. 불꽃과 물이 담긴 용기가 접촉하면 열은 불(고온)에서 물(저온)로 이동합니다. 줄은 불과의 접촉으로 인한 물의 온도 상승과 교반기가 한 일로 인한 물의 온도 상승을 비교한 후, 열이란 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동하는 에너지라는 결론을 내렸습니다. 열은 에너지 그 자체가 아닙니다(열은 운동 에너지, 위치 에너지, 화학 에너지 등과 같은 특정한 형태의 에너지가 아닙니다). 열은 온도 차이로 인해 이동하는 에너지입니다. 따라서 열이 고온의 물체에서 저온의 물체로 흐를 때, 에너지는 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동합니다. 접촉한 물체의 온도가 같아지면 에너지 전달은 멈춥니다.
2. 열의 단위와 열의 역학적 등가량
열량 단위는 칼로리(cal)입니다. 칼로리는 물 1g의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량입니다.o (정확히는 14.5부터) o15.5에 C oC) 필요한 열량은 물의 온도에 따라 다릅니다. 동일한 열량을 얻으려면 물의 온도가 1℃ 상승해야 합니다.o 이 현상은 14.5도 사이의 온도에서만 발생합니다. o15.5에 C oC. 열량 단위는 특히 음식의 에너지 값을 나타낼 때 킬로칼로리(kcal)로 자주 사용됩니다. 1kcal는 1000칼로리와 같습니다. 1kcal를 1칼로리(대문자 K)라고도 합니다. 영국식 열량 단위는 Btu(British thermal unit)입니다. 1 Btu는 물 1파운드(0.45kg)의 온도를 1°F(정확히는 63°F) 올리는 데 필요한 열량입니다. o64에 F o에프).
열은 에너지와 관련이 있으므로 열 단위와 에너지 단위 사이의 관계를 알아야 합니다. 줄(Joule)과 다른 과학자들이 수행한 실험에 따르면 4.186줄의 일은 1칼로리의 열과 같습니다.
1칼로리 = 4.186줄
1kcal = 1000칼로리 = 4186줄
1 Btu = 778 ft (0.24 km). lb = 252 칼로리 = 1055 줄
(1칼로리는 4.186줄이고, 1kcal는 4186kcal로, 이를 열의 역학적 등가량이라고 합니다.)
3. 열 방정식
온도가 다른 두 물체가 접촉하면 자연스럽게 열은 고온 물체에서 저온 물체로 이동합니다. 두 물체가 열평형 상태에 도달하면 열 전달은 멈춥니다. 열 전달은 접촉하는 물체의 온도 변화를 일으킵니다. 이러한 간략한 설명을 바탕으로 열(Q)은 물체, 물체의 온도 변화(ΔT), 물체의 질량(m), 그리고 물체의 종류와 관련이 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.
열량(Q)과 온도 변화(ΔT) 사이의 관계
열량이 클수록 온도 변화량도 커진다. 따라서 열량(Q)은 물체의 온도 변화에 비례한다는 결론을 내릴 수 있다.
Q α ΔT —– 비교 1
물체의 질량(m)과 열량(Q) 사이의 관계
열량(Q)은 물체의 온도 변화에 비례합니다. 물의 양이 많을수록 물의 온도를 높이는 데 필요한 열량이 더 많아집니다.
Q α m —– 비교 2
열량(Q)과 물체의 종류(c) 사이의 관계
물체의 온도를 높이는 데 필요한 열량은 물체의 종류에 비례합니다.
Q α c —– 비교 3
위의 세 가지 비교를 종합하면 하나의 방정식이 됩니다.
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
이것은 열의 방정식입니다.
설명: Q = 열량(줄), m = 물체의 질량(kg), c = 비열(J/kg°C 또는 K)
