Materiał: Definicja ciepła, przewodnictwa cieplnego, pojemności cieplnej
Czy piłeś kiedyś mrożoną herbatę, mrożone mleko, mrożony syrop itp.? Otóż, przygotowując mrożoną herbatę, zazwyczaj mieszamy w szklance gorącą lub ciepłą wodę z kostkami lodu. Gorąca lub ciepła woda ma wyższą temperaturę, a kostki lodu niższą. Po pewnym czasie zetknięcia, mieszanina kostek lodu i gorącej herbaty zamienia się w mrożoną herbatę (osiągając tę samą temperaturę). Ten sam proces zachodzi, gdy mieszamy gorącą wodę z zimną. Po zetknięciu, gorąca i zimna woda zamieniają się w ciepłą wodę (osiągając tę samą temperaturę). Dlaczego te przedmioty mogą osiągnąć tę samą temperaturę po zetknięciu?
Definicja ciepła
Gdy obiekty o różnych temperaturach stykają się ze sobą, następuje przenoszenie ciepła, często nazywane ciepłem, od obiektu o wyższej temperaturze do obiektu o niższej temperaturze. To przenoszenie ciepła zatrzymuje się, gdy obiekty w kontakcie osiągną tę samą temperaturę. Na przykład, jeśli zmieszamy gorącą wodę z zimną wodą, ciepło zazwyczaj przemieszcza się z gorącej wody do zimnej wody. Gdy włożymy gorące żelazko do zimnej wody, ciepło przemieszcza się z cieplejszego żelaza do wody. Przepływ ciepła zatrzymuje się, gdy żelazko i woda osiągną tę samą temperaturę. Gdy lekarz lub pielęgniarka przymocuje termometr do twojego ciała, ciepło przemieszcza się z twojego ciała do termometru. To przenoszenie ciepła zatrzymuje się, gdy twoje ciało i termometr osiągną tę samą temperaturę. Jeśli używanym termometrem jest termometr rtęciowy, gdy twoje ciało i termometr osiągną tę samą temperaturę, powierzchnia rtęci przestaje się poruszać. Liczba pokazana na powierzchni rtęci to twoja temperatura ciała w tym momencie.
Naturalnie, ciepło naturalnie przemieszcza się od obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze. Przenoszenie ciepła ma tendencję do wyrównywania temperatur obiektów stykających się ze sobą. W XVIII wieku fizycy podejrzewali, że przepływ ciepła jest ruchem cieczy, niewidzialnego rodzaju cieczy (ciecze to substancje, które mogą płynąć. Do cieczy zaliczają się ciecze i gazy. Woda (ciecz) jest cieczą, ponieważ może płynąć. Powietrze również jest cieczą, ponieważ może płynąć). Ciecz ta została nazwana kalorycznością . Teoria kaloryczności nie jest już stosowana, ponieważ na podstawie wyników eksperymentalnych nie można udowodnić istnienia tej kaloryczności .
W XIX wieku angielski fizyk James Prescott Joule (1818-1889) badał, jak podgrzewać wodę w pojemniku za pomocą koła mieszającego. Opierając się na wynikach swojego eksperymentu, Joule porównał to do wody podgrzewanej ogniem. Kiedy płomień i pojemnik zawierający wodę stykają się, ciepło przemieszcza się od ognia (wysoka temperatura) do wody (niska temperatura). Po porównaniu wzrostu temperatury wody z powodu kontaktu z ogniem i wzrostu temperatury wody z powodu pracy wykonanej przez mieszadło, Joule doszedł do wniosku, że ciepło to energia, która przemieszcza się od obiektu o wysokiej temperaturze do obiektu o niskiej temperaturze. Ciepło nie jest energią (ciepło nie jest określonym rodzajem energii, takim jak energia kinetyczna, energia potencjalna, energia chemiczna itp.) . Ciepło to energia , która przemieszcza się z powodu różnic temperatur . Tak więc, kiedy ciepło przepływa od obiektu o wysokiej temperaturze do obiektu o niskiej temperaturze, energia w rzeczywistości przemieszcza się od obiektu o wysokiej temperaturze do obiektu o niskiej temperaturze. Przenoszenie energii kończy się w momencie, gdy obiekty w kontakcie osiągną tę samą temperaturę lub stan równowagi termicznej.
Przewodność cieplna
Dlaczego większość naczyń kuchennych jest wykonana z aluminium? Wyobraź sobie, że trzymasz lewą rękę żelazko, prawą szklankę, a następnie żelazo i szklankę dotykają ognia. Czy ciepło odczuwasz szybciej lewą, czy prawą ręką? Te pytania, a być może i inne, które sobie zadacie, dotyczą przewodności cieplnej obiektu. Przewodność cieplna obiektu to zdolność obiektu do przenoszenia ciepła . Obiekty o wysokiej przewodności cieplnej (k) dobrze przewodzą ciepło (dobry przewodnik cieplny). Natomiast obiekty o niskiej przewodności cieplnej słabo przewodzą ciepło (zły przewodnik cieplny).
Pojemność cieplna
Ciepło właściwe (C) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury całego obiektu o jeden stopień. Wzór na ciepło właściwe to:
C = mc
Informacja: C = pojemność cieplna, m = masa obiektu, c = ciepło właściwe obiektu.
