Artykuł Definicja ciepła Mechaniczny równoważnik ciepła Równanie ciepła
1. Definicja ciepła
Jeśli obiekty o różnych temperaturach stykają się ze sobą, następuje wymiana ciepła z obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze. Wymiana ciepła ustaje po osiągnięciu przez obiekty tej samej temperatury. Na przykład, jeśli zmieszamy gorącą wodę z zimną, ciepło zazwyczaj przemieszcza się z gorącej do zimnej. Gdy wrzucimy gorące żelazo do zimnej wody, ciepło przemieszcza się z żelaza do wody. Przepływ ciepła ustaje, gdy żelazo i woda osiągną tę samą temperaturę. Gdy pielęgniarka przyłoży termometr do twojego ciała, ciepło przemieszcza się z…
Twoje ciało kieruje się do termometru. Przenoszenie ciepła ustaje, gdy ciało i termometr osiągną tę samą temperaturę. Jeśli używany jest termometr rtęciowy, gdy ciało i termometr osiągną tę samą temperaturę, powierzchnia rtęci przestaje się poruszać. Liczba wyświetlana na powierzchni rtęci to temperatura Twojego ciała w tym momencie.
Naturalnie ciepło automatycznie przemieszcza się z obiektów o wysokiej temperaturze do
Obiekty o niskiej temperaturze. Przenoszenie ciepła ma tendencję do wyrównywania temperatury obiektów, które się stykają. W XVIII wieku fizycy podejrzewali, że przepływ ciepła to ruch cieczy, rodzaju cieczy, której nie widać (ciecz to substancja, która może płynąć. Ciecz obejmuje materiały ciekłe i gazowe. Woda (ciecz) obejmuje ciecz, ponieważ może płynąć. Powietrze również obejmuje ciecz, ponieważ może płynąć). Ciecz nazywana jest kaloryczną. Teoria kalorii nie jest już używana, ponieważ na podstawie wyników eksperymentu nie można udowodnić istnienia tych kalorii. W XIX wieku angielski fizyk James Prescott Joule (1818-1889) nauczył się podgrzewać wodę w pojemniku za pomocą koła mieszającego.
Na podstawie wyników eksperymentu Joule porównał go z podgrzewaniem wody za pomocą ognia. Gdy płomień i pojemnik z wodą stykają się, ciepło przemieszcza się z ognia (wysoka temperatura) do wody (niska temperatura). Po porównaniu wzrostu temperatury wody spowodowanego kontaktem z ogniem i wzrostu temperatury wody spowodowanego pracą wykonaną przez mieszadło, Joule doszedł do wniosku, że ciepło to energia, która przemieszcza się z obiektu o wysokiej temperaturze do obiektu o niskiej temperaturze. Ciepło nie jest energią (ciepło nie jest pewnym rodzajem energii, takim jak energia kinetyczna, energia potencjalna, energia chemiczna itp.). Ciepło to energia, która przemieszcza się z powodu różnic temperatur. Zatem, gdy ciepło przepływa od obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze, energia przemieszcza się z obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze. Przenoszenie energii zatrzymuje się, gdy obiekty zetkną się i osiągną tę samą temperaturę.
2. Jednostka ciepła i mechaniczny równoważnik ciepła
Jednostką ciepła są kalorie (w skrócie cal). Kalorie to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1°C.o (dokładnie od 14.5 oOd C do 15.5 oC). Ilość potrzebnego ciepła zmienia się w zależności od temperatury wody. Dla tej samej ilości ciepła, temperatura wody wzrasta o 1°C.o występuje tylko w temperaturach od 14.5°C oOd C do 15.5 oC. Jednostki ciepła są często używane, zwłaszcza do określenia wartości energetycznej pożywienia, czyli kilokalorii (kcal). 1 kcal = 1000 kalorii. Inne nazwy to 1 kcal = 1 kaloria (duża litera K). Jednostką ciepła w systemie brytyjskim jest Btu (brytyjska jednostka ciepła). 1 Btu = ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 funta (0.45 kg) wody o 1 F0 (dokładnie z 63 F0). oF do 64 oFA).
Ciepło jest powiązane z energią, dlatego musimy znać relację między jednostkami ciepła a jednostkami energii. Na podstawie eksperymentów przeprowadzonych przez Joule'a i innych naukowców wiadomo, że praca 4.186 dżuli odpowiada 1 kalorii ciepła.
1 kaloria = 4.186 dżula
1 kcal = 1000 kalorii = 4186 dżuli
1 Btu = 778 stóp (0.24 km). funt = 252 kalorie = 1055 dżuli
(1 kaloria = 4.186 dżuli i 1 kcal = 4186, zwanych mechanicznym ekwiwalentem ciepła)
3. Równanie ciepła
Jeśli obiekty o różnych temperaturach stykają się ze sobą, ciepło naturalnie przemieszcza się z obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze. Przenoszenie ciepła ustaje, gdy oba obiekty osiągną równowagę termiczną. Przenoszenie ciepła powoduje zmiany temperatury obiektów stykających się ze sobą. Na podstawie tego krótkiego wyjaśnienia można stwierdzić, że ciepło (Q) ma związek z obiektem i zmianami temperatury (ΔT) obiektu, jego masy (m) i rodzaju obiektu.
Związek między ciepłem (Q) a zmianą temperatury (ΔT)
Im więcej ciepła, tym większa zmiana temperatury. Można wnioskować, że ilość ciepła (Q) jest proporcjonalna do zmiany temperatury obiektu.
Q α ΔT —– Porównanie 1
Związek między ciepłem (Q) a masą obiektów (m)
Ilość ciepła (Q) jest proporcjonalna do zmiany temperatury obiektu. Im więcej wody, tym więcej ciepła potrzeba, aby podnieść jej temperaturę.
Q α m —– Porównanie 2
Związek między ciepłem (Q) a rodzajem obiektu (c)
Ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury obiektu jest proporcjonalna do rodzaju obiektu.
Q α c —– Porównanie 3
Trzy powyższe porównania można zestawić w równaniu:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
To jest równanie ciepła.
Opis: Q = ciepło (dżul), m = masa obiektu (kg), c = ciepło właściwe (J / kg C o lub K)
