Medžiaga: šilumos apibrėžimas, šilumos laidumas, šilumos talpa
Ar kada nors ragavote ledinės arbatos, ledinio pieno, ledinio sirupo ir pan.? Na, gamindami ledinę arbatą, paprastai stiklinėje sumaišome karštą arba šiltą vandenį su ledo kubeliais. Karšto arba šilto vandens temperatūra yra aukštesnė, o ledo kubelių – žemesnė. Po kurio laiko palietus ledo kubelių ir karštos arbatos mišinį, jie virsta ledine arbata (ledo kubelių ir šiltos arbatos mišinys pasiekia tą pačią temperatūrą). Tas pats procesas vyksta, kai sumaišome karštą vandenį su šaltu vandeniu. Po palietimo karštas ir šaltas vanduo virsta šiltu vandeniu (karšto ir šalto vandens mišinys pasiekia tą pačią temperatūrą). Kodėl šie objektai po palietimo gali pasiekti tą pačią temperatūrą?
Šilumos apibrėžimas
Kai skirtingos temperatūros objektai liečiasi vienas su kitu, vyksta šilumos perdavimas (dažnai vadinamas šiluma) iš aukštesnės temperatūros objekto į žemesnės temperatūros objektą. Šis šilumos perdavimas sustoja, kai besiliečiantys objektai pasiekia tą pačią temperatūrą. Pavyzdžiui, jei sumaišome karštą vandenį su šaltu vandeniu, šiluma paprastai pereina iš karšto vandens į šaltą vandenį. Kai įdedame karštą lygintuvą į šaltą vandenį, šiluma pereina iš karštesnio lygintuvo į vandenį. Šilumos srautas sustoja, kai lygintuvas ir vanduo pasiekia tą pačią temperatūrą. Kai gydytojas ar slaugytoja pritvirtina termometrą prie jūsų kūno, šiluma pereina iš jūsų kūno į termometrą. Šis šilumos perdavimas sustoja, kai jūsų kūnas ir termometras pasiekia tą pačią temperatūrą. Jei naudojamas termometras yra gyvsidabrio termometras, kai jūsų kūnas ir termometras pasiekia tą pačią temperatūrą, gyvsidabrio paviršius nustoja judėti. Skaičius, rodomas gyvsidabrio paviršiuje, yra jūsų kūno temperatūra tuo metu.
Natūralu, kad šiluma natūraliai pereina iš aukštos temperatūros objektų į žemos temperatūros objektus. Šilumos perdavimas linkęs suvienodinti tarpusavyje besiliečiančių objektų temperatūras. XVIII amžiuje fizikai įtarė, kad šilumos srautas yra skysčio, nematomo skysčio tipo, judėjimas (skysčiai yra medžiagos, kurios gali tekėti. Skysčiams priskiriami skysčiai ir dujos. Vanduo (skystis) yra skystis, nes jis gali tekėti. Oras taip pat yra skystis, nes jis gali tekėti). Šis skystis buvo pavadintas kaloriniu . Kaloriškumo teorija nebenaudojama, nes remiantis eksperimentiniais rezultatais, šio kaloriko egzistavimas negali būti įrodytas.
XIX amžiuje anglų fizikas Jamesas Prescottas Joule'as (1818–1889) tyrinėjo, kaip šildyti vandenį inde naudojant maišymo ratą. Remdamasis savo eksperimento rezultatais, Joule'as palygino tai su vandeniu, šildomu ugnimi. Kai liepsna ir indas su vandeniu liečiasi, šiluma pereina iš ugnies (aukštos temperatūros) į vandenį (žemos temperatūros). Palyginęs vandens temperatūros padidėjimą dėl sąlyčio su ugnimi ir vandens temperatūros padidėjimą dėl maišyklės atliekamo darbo, Joule'as padarė išvadą, kad šiluma yra energija, kuri pereina iš aukštos temperatūros objekto į žemos temperatūros objektą. Šiluma nėra energija (šiluma nėra specifinė energijos rūšis, kaip kinetinė energija, potencialinė energija, cheminė energija ir kt.) . Šiluma yra energija , kuri juda dėl temperatūrų skirtumų . Taigi, kai šiluma teka iš aukštos temperatūros objekto į žemos temperatūros objektą, energija iš tikrųjų pereina iš aukštos temperatūros objekto į žemos temperatūros objektą. Energijos perdavimas sustoja, kai besiliečiantys objektai pasiekia tą pačią temperatūrą arba terminę pusiausvyrą.
Šilumos laidumas
Kodėl dauguma virtuvės reikmenų gaminami iš aliuminio? Tarkime, kad kairėje rankoje laikote lygintuvą, dešinėje – stiklinę, o tada lygintuvas ir stiklas paliečiami su ugnimi. Ar jūsų kairė, ar dešinė ranka karštesnė? Šie ir galbūt kiti klausimai, kuriuos galite užduoti, yra susiję su objekto šilumos laidumu. Objekto šilumos laidumas yra objekto gebėjimas perduoti per jį šilumą . Objektai, turintys didelį šilumos laidumą (k), yra geri šilumos laidininkai (geri šilumos laidininkai). Ir atvirkščiai, objektai, turintys mažą šilumos laidumą, yra blogi šilumos laidininkai (blogi šilumos laidininkai).
Šilumos talpa
Šiluminė talpa (C) yra šilumos kiekis, reikalingas viso objekto temperatūrai pakelti vienu laipsniu. Šiluminės talpos formulė yra:
C = mc
Informacija: C = šilumos talpa, m = objekto masė, c = objekto savitoji šiluma .
