Straipsnis Šilumos apibrėžimas Mechaninis šilumos ekvivalentas Šilumos lygtis
1. Šilumos apibrėžimas
Jei objektai, kurių temperatūra skiriasi, liečiasi vienas su kitu, šiluma pereina iš aukštos temperatūros objektų į žemos temperatūros objektus. Šilumos perdavimas sustoja, kai liečiami objektai pasiekia tą pačią temperatūrą. Pavyzdžiui, jei sumaišome karštą vandenį su šaltu vandeniu, šiluma paprastai pereina iš karšto vandens į šaltą vandenį. Kai į šaltą vandenį įdedame karštą geležį, šiluma pereina iš geležies į vandenį. Šiluma nustos tekėti, kai geležis ir vanduo pasieks tą pačią temperatūrą. Kai slaugytoja pritvirtina termometrą prie jūsų kūno, šiluma pereina iš
Jūsų kūnas juda link termometro. Šilumos perdavimas sustoja, kai jūsų kūno ir termometro temperatūra sutampa. Jei naudojamas 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 automatiškai juda iš aukštos temperatūros objektų į
Žemos temperatūros objektai. Šilumos perdavimas linkęs suvienodinti vienas su kitu besiliečiančių objektų temperatūrą. XVIII amžiuje fizikai įtarė, kad šilumos srautas yra skysčio, nematomo skysčio tipo, judėjimas (skystis yra medžiaga, kuri gali tekėti. Skystis apima skystas ir dujines medžiagas. Vanduo (skystis) apima skystį, nes jis gali tekėti. Oras taip pat apima skystį, nes jis gali tekėti). Šis skystis vadinamas kalorišku. Kalorijų teorija nebenaudojama, nes remiantis eksperimento rezultatais, šių kalorijų egzistavimas negali būti įrodytas. XIX amžiuje anglų fizikas Jamesas Prescottas Joule'as (1818–1889) išmoko šildyti vandenį inde naudojant maišymo ratą.
Remdamasis eksperimento rezultatais, Džaulis palygino su kaitintu vandeniu, naudodamas ugnį. Kai liepsna ir indas su vandeniu liečiasi, šiluma pereina iš ugnies (aukštos temperatūros) į vandenį (žemos temperatūros). Palyginęs kylančią vandens temperatūrą dėl sąlyčio su ugnimi ir kylančią vandens temperatūrą dėl maišyklės atliekamo darbo, Džaulis padarė išvadą, kad šiluma yra energija, kuri pereina iš aukštos temperatūros objekto į žemos temperatūros objektą. Šiluma nėra energija (šiluma nėra tam tikros rūšies energija, pavyzdžiui, kinetinė energija, potencinė energija, cheminė energija ir kt.). Šiluma yra energija, kuri juda dėl temperatūrų skirtumų. Taigi, kai šiluma teka iš aukštos temperatūros objektų į žemos temperatūros objektus, energija pereina iš aukštos temperatūros objektų į žemos temperatūros objektus. Energijos perdavimas sustoja, kai liečiantieji objektai pasiekia tą pačią temperatūrą.
2. Šilumos vienetas ir mechaninis šilumos ekvivalentas
Šilumos vienetai yra kalorijos (sutrumpintai cal). Kalorijos – tai šilumos kiekis, reikalingas 1 gramo vandens temperatūrai pakelti 1 °C.o (tiksliai, nuo 14.5 oC iki 15.5 oC). Reikalingas šilumos kiekis skiriasi priklausomai nuo vandens temperatūros. Norint gauti tą patį šilumos kiekį, vandens temperatūrai padidėti 1 C.o įvyksta tik esant 14.5 laipsnių temperatūrai. oC iki 15.5 oC. Dažnai naudojami šilumos vienetai, ypač norint nurodyti maisto energijos vertę kilokalorijose (kcal). 1 kcal = 1000 kalorijų. Kiti 1 kcal = 1 kalorija (didžioji raidė K) pavadinimai. Britų sistemos šilumos vienetas yra Btu (britų terminis vienetas). 1 Btu = šilumos kiekis, reikalingas 1 svaro (0.45 kg) vandens temperatūrai pakelti 1 Fo (tiksliai nuo 63 oNuo F iki 64 oF).
Šiluma yra susijusi su energija, todėl turime žinoti šilumos ir energijos vienetų santykį. Remiantis Džaulio ir kitų mokslininkų atliktais eksperimentais, žinoma, kad 4.186 džaulių darbas atitinka 1 šilumos kaloriją.
1 kalorija = 4.186 džaulio
1 kcal = 1000 kalorijų = 4186 džauliai
1 Btu = 778 pėdos (0.24 km). lb = 252 kalorijos = 1055 džauliai
(1 kalorija = 4.186 džauliai ir 1 kcal = 4186, vadinamas mechaniniu šilumos ekvivalentu)
3. Šilumos lygtis
Jei objektai, kurių temperatūros skiriasi, liečiasi, natūraliai šiluma pereina iš aukštos temperatūros objektų į žemos temperatūros objektus. Šilumos perdavimas sustoja, kai abu objektai pasiekia terminę pusiausvyrą. Šilumos perdavimas sukelia besiliečiančių objektų temperatūros pokyčius. Remiantis šiuo trumpu paaiškinimu, galite daryti išvadą, kad šiluma (Q) yra susijusi su objektu ir jo temperatūros (ΔT) pokyčiais, objekto mase (m) ir tipu.
Šilumos (Q) ir temperatūros pokyčio (ΔT) santykis
Kuo daugiau šilumos, tuo didesnis temperatūros pokytis. Galima daryti išvadą, kad šilumos kiekis (Q) yra proporcingas objekto temperatūros pokyčiui.
Q α ΔT —– 1 palyginimas
Šilumos (Q) ir objektų masės (m) santykis
Šilumos kiekis (Q) yra proporcingas objekto temperatūros pokyčiui. Kuo daugiau vandens, tuo daugiau šilumos reikia vandens temperatūrai padidinti.
Q α m —– 2 palyginimas
Šilumos (Q) ir objekto tipo (c) santykis
Šiluma, reikalinga objekto temperatūrai pakelti, yra proporcinga objekto tipui.
Q α c —– 3 palyginimas
Trys aukščiau pateikti palyginimai sujungiami į lygtį:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Tai yra šilumos lygtis.
Aprašymas: Q = šiluma (džauliais), m = objekto masė (kg), c = savitoji šiluma (J / kg C0 arba K)
