Artikel Definitie van warmte Mechanisch equivalent van warmte Warmtevergelijking
1. Definitie van warmte
Als objecten met temperatuurverschillen elkaar aanraken, vindt er warmteoverdracht plaats van de objecten met een hogere temperatuur naar de objecten met een lagere temperatuur. De warmteoverdracht stopt zodra de objecten dezelfde temperatuur hebben bereikt. Bijvoorbeeld: als we warm water met koud water mengen, stroomt de warmte meestal van het warme water naar het koude water. Wanneer we een heet strijkijzer in koud water leggen, stroomt de warmte van het strijkijzer naar het water. De warmteoverdracht stopt zodra het strijkijzer en het water dezelfde temperatuur hebben bereikt. Wanneer een verpleegkundige een thermometer op je lichaam plaatst, stroomt er warmte van het strijkijzer naar het water.
Je lichaam beweegt zich naar de thermometer. De warmteoverdracht stopt zodra je lichaam en de thermometer dezelfde temperatuur hebben bereikt. Als je een kwikthermometer gebruikt, stopt het kwikoppervlak met bewegen zodra je lichaam en de thermometer dezelfde temperatuur hebben bereikt. Het getal dat op het kwikoppervlak wordt weergegeven, is je lichaamstemperatuur op dat moment.
Warmte verplaatst zich vanzelfsprekend van objecten met een hoge temperatuur naar objecten met een hoge temperatuur.
Lage-temperatuurobjecten. Warmteoverdracht zorgt ervoor dat de temperatuur van objecten die elkaar aanraken gelijk wordt. In de 18e eeuw vermoedden natuurkundigen dat warmtestroom de beweging van een vloeistof was, een soort vloeistof die niet zichtbaar was (een vloeistof is een stof die kan stromen. Vloeistoffen omvatten vloeibare en gasvormige materialen. Water (vloeibaar) is een vloeistof omdat het kan stromen. Lucht is ook een vloeistof omdat het kan stromen). Deze vloeistof werd calorisch genoemd. De theorie van calorieën wordt niet meer gebruikt, omdat op basis van de experimentele resultaten het bestaan van deze calorieën niet bewezen kon worden. In de 19e eeuw ontdekte de Engelse natuurkundige James Prescott Joule (1818-1889) hoe hij water in een vat kon verwarmen met behulp van een roerwiel.
Op basis van de resultaten van het experiment vergeleek Joule het verwarmen van water met behulp van vuur. Wanneer een vlam en een bak met water met elkaar in contact komen, wordt warmte overgedragen van het vuur (hoge temperatuur) naar het water (lage temperatuur). Na vergelijkingen te hebben gemaakt tussen de stijgende watertemperatuur als gevolg van het contact met het vuur en de stijgende watertemperatuur als gevolg van de arbeid verricht door de roerder, concludeerde Joule dat warmte de energie is die van een object met een hoge temperatuur naar een object met een lage temperatuur wordt overgedragen. Warmte is geen energie (warmte is geen specifiek type energie, zoals kinetische energie, potentiële energie, chemische energie, enz.). Warmte is energie die wordt overgedragen als gevolg van temperatuurverschillen. Dus, wanneer warmte van objecten met een hoge temperatuur naar objecten met een lage temperatuur stroomt, wordt energie overgedragen van objecten met een hoge temperatuur naar objecten met een lage temperatuur. De energieoverdracht stopt zodra de objecten die elkaar raken dezelfde temperatuur hebben bereikt.
2. Eenheid van warmte en het mechanisch equivalent van warmte
Warmte-eenheden zijn calorieën (afgekort als cal). Calorieën zijn de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 gram water met 1 °C te verhogen.o (precies, vanaf 14.5) oC 15.5 oC). De benodigde hoeveelheid warmte varieert afhankelijk van de watertemperatuur. Voor dezelfde hoeveelheid warmte zorgt een temperatuurstijging van 1 °C voor een hogere watertemperatuur.o Dit gebeurt alleen bij temperaturen tussen 14.5 en 15 graden Celsius. oC 15.5 oC. Warmte-eenheden worden vaak gebruikt, vooral om de waarde van voedselenergie in kilocalorieën (kcal) aan te geven. 1 kcal = 1000 calorieën. Andere benamingen zijn bijvoorbeeld 1 kcal = 1 calorie (met een hoofdletter K). De warmte-eenheid in het Britse systeem is Btu (British thermal unit). 1 Btu = de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 0.45 kg water met 1 °F te verhogen (precies volgens 63). oF naar 64 oF).
Warmte is gerelateerd aan energie, dus we moeten de relatie tussen warmte-eenheden en energie-eenheden kennen. Op basis van experimenten van Joule en andere wetenschappers is bekend dat een arbeid van 4.186 joule gelijk is aan 1 calorie warmte.
1 calorie = 4.186 joule
1 kcal = 1000 calorieën = 4186 joule
1 Btu = 778 ft (0.24 km). lb = 252 calorieën = 1055 joule
(1 calorie = 4.186 joule en 1 kcal = 4186 joule, ook wel het mechanisch equivalent van warmte genoemd)
3. De warmtevergelijking
Als objecten met temperatuurverschillen elkaar aanraken, stroomt er vanzelfsprekend warmte van de objecten met een hogere temperatuur naar de objecten met een lagere temperatuur. De warmteoverdracht stopt zodra beide objecten in thermisch evenwicht zijn. Warmteoverdracht veroorzaakt temperatuurveranderingen bij objecten die elkaar aanraken. Op basis van deze korte uitleg kun je concluderen dat warmte (Q) een verband heeft met een object en de temperatuurverandering (ΔT) van het object, de massa (m) van het object en het type object.
De relatie tussen warmte (Q) en temperatuurverandering (ΔT)
Hoe meer warmte, hoe groter de temperatuurverandering. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de hoeveelheid warmte (Q) evenredig is met de temperatuurverandering van het object.
Q α ΔT —– Vergelijking 1
De relatie tussen warmte (Q) en massa van objecten (m)
De hoeveelheid warmte (Q) is evenredig met de temperatuurverandering van het object. Hoe meer water, hoe meer warmte er nodig is om de temperatuur van het water te verhogen.
Q α m —– Vergelijking 2
De relatie tussen warmte (Q) en type object (c)
De hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van een object te verhogen, is evenredig met het type object.
Q α c —– Vergelijking 3
De drie bovenstaande vergelijkingen worden samengevoegd tot een vergelijking:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Dit is de warmtevergelijking.
Omschrijving: Q = warmte (Joule), m = massa van het object (kg), c = soortelijke warmte (J/kg °C of K)
