Raksts Siltuma definīcija Siltuma mehāniskais ekvivalents Siltuma vienādojums
1. Siltuma definīcija
Ja objekti ar temperatūras atšķirībām saskaras viens ar otru, notiks siltuma pārnešana no augstas temperatūras objektiem uz zemas temperatūras objektiem. Siltuma pārnešana apstājas pēc tam, kad saskares objekti sasniedz vienādu temperatūru. Piemēram, ja sajaucam karstu ūdeni ar aukstu ūdeni, siltums parasti pārvietojas no karstā ūdens uz aukstu ūdeni. Kad ievietojam karstu dzelzi aukstā ūdenī, siltums pārvietojas no dzelzs uz ūdeni. Siltuma plūsma apstāsies pēc tam, kad dzelzs un ūdens sasniegs vienādu temperatūru. Kad medmāsa piestiprina termometru pie ķermeņa, siltums pārvietojas no
Tavs ķermenis virzās uz termometru. Siltuma pārnešana apstājas, kad ķermenis un termometrs ir sasnieguši vienādu temperatūru. Ja izmantotais termometrs ir dzīvsudraba termometrs, kad ķermenis un termometrs sasniedz vienādu temperatūru, dzīvsudraba virsma pārstāj kustēties. Skaitlis, kas redzams uz dzīvsudraba virsmas, ir tava ķermeņa temperatūra konkrētajā brīdī.
Dabiski, ka siltums automātiski pārvietojas no augstas temperatūras objektiem uz
Zemas temperatūras objekti. Siltuma pārnese mēdz izlīdzināt objektu temperatūru, kas saskaras viens ar otru. 18. gadsimtā fiziķi uzskatīja, ka siltuma plūsma ir šķidruma kustība, kas ir šķidruma veids, kas nav redzams (šķidrums ir viela, kas var plūst. Šķidrums ietver šķidras un gāzveida vielas. Ūdens (šķidrums) ietver šķidrumu, jo tas var plūst. Gaiss arī ietver šķidrumu, jo tas var plūst). Šo šķidrumu sauc par kaloriju. Kaloriju teorija vairs netiek izmantota, jo, pamatojoties uz eksperimenta rezultātiem, šo kaloriju esamību nevar pierādīt. 19. gadsimtā angļu fiziķis Džeimss Preskots Džouls (1818–1889) iemācījās sildīt ūdeni traukā, izmantojot maisīšanas ratu.
Balstoties uz eksperimenta rezultātiem, Džouls veica salīdzinājumu ar karsētu ūdeni, izmantojot uguni. Kad liesma un trauks ar ūdeni saskaras, siltums pārvietojas no uguns (augsta temperatūra) uz ūdeni (zema temperatūra). Pēc salīdzināšanas starp ūdens temperatūras paaugstināšanos saskares ar uguni dēļ un ūdens temperatūras paaugstināšanos maisītāja darba dēļ, Džouls secināja, ka siltums ir enerģija, kas pārvietojas no augstas temperatūras objekta uz zemas temperatūras objektu. Siltums nav enerģija (siltums nav noteikts enerģijas veids, piemēram, kinētiskā enerģija, potenciālā enerģija, ķīmiskā enerģija utt.). Siltums ir enerģija, kas pārvietojas temperatūras atšķirību dēļ. Tātad, kad siltums plūst no augstas temperatūras objektiem uz zemas temperatūras objektiem, enerģija pārvietojas no augstas temperatūras objektiem uz zemas temperatūras objektiem. Enerģijas pārnešana apstājas pēc tam, kad saskares objekti sasniedz vienādu temperatūru.
2. Siltuma mērvienība un siltuma mehāniskais ekvivalents
Siltuma mērvienības ir kalorijas (saīsināti kcal). Kalorijas ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 grama ūdens temperatūru par 1 °C.o (precīzi, no 14.5 oC līdz 15.5 oC). Nepieciešamais siltuma daudzums atšķiras atkarībā no ūdens temperatūras. Lai iegūtu tādu pašu siltuma daudzumu, ūdens temperatūras paaugstināšanās par 1 Co notiek tikai temperatūrā no 14.5 oC līdz 15.5 oC. Bieži tiek izmantotas siltuma vienības, īpaši, lai norādītu pārtikas enerģijas vērtību kilokalorijās (kcal). 1 kcal = 1000 kalorijas. Citi nosaukumi no 1 kcal = 1 kalorija (lielais K burts). Britu sistēmas siltuma vienība ir Btu (britu termiskā vienība). 1 Btu = siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 mārciņas (0.45 kg) ūdens temperatūru par 1 Fo (tieši no 63 oF līdz 64 oF).
Siltums ir saistīts ar enerģiju, tāpēc mums jāzina saistība starp siltuma vienībām un enerģijas vienībām. Pamatojoties uz Džoula un citu zinātnieku veiktajiem eksperimentiem, ir zināms, ka 4.186 džoulu darbs ir līdzvērtīgs 1 siltuma kalorijai.
1 kalorija = 4.186 džouli
1 kcal = 1000 kalorijas = 4186 džouli
1 Btu = 778 pēdas (0.24 km). mārciņas = 252 kalorijas = 1055 džouli
(1 kalorija = 4.186 džouli un 1 kcal = 4186, ko sauc par mehānisko siltuma ekvivalentu)
3. Siltuma vienādojums
Ja objekti ar temperatūras atšķirībām saskaras viens ar otru, dabiski, ka siltums pārvietojas no augstas temperatūras objektiem uz zemas temperatūras objektiem. Siltuma pārnešana apstājas, kad abi objekti ir termiskā līdzsvarā. Siltuma pārnešana izraisa temperatūras izmaiņas objektiem, kas saskaras viens ar otru. Balstoties uz šo īso skaidrojumu, var secināt, ka siltumam (Q) ir saistība ar objektu un objekta temperatūras (ΔT) izmaiņām, objekta masu (m) un objekta tipu.
Siltuma (Q) un temperatūras izmaiņu (ΔT) savstarpējā saistība
Jo vairāk siltuma, jo lielāka temperatūras izmaiņa. Var secināt, ka siltuma daudzums (Q) ir proporcionāls objekta temperatūras izmaiņām.
Q α ΔT —– 1. salīdzinājums
Siltuma (Q) un objektu masas (m) savstarpējā saistība
Siltuma daudzums (Q) ir proporcionāls objekta temperatūras izmaiņām. Jo vairāk ūdens, jo vairāk siltuma ir nepieciešams, lai paaugstinātu ūdens temperatūru.
Q α m —– 2. salīdzinājums
Siltuma (Q) un objekta veida (c) savstarpējā saistība
Siltums, kas nepieciešams objekta temperatūras paaugstināšanai, ir proporcionāls objekta tipam.
Q α c —– 3. salīdzinājums
Trīs iepriekš minētie salīdzinājumi ir apvienoti vienādojumā:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Šis ir siltuma vienādojums.
Apraksts: Q = siltums (džoulos), m = objekta masa (kg), c = īpatnējais siltums (J / kg C0 vai K)
