Material: Definiția căldurii, conductivității termice, capacității termice
Ați băut vreodată ceai cu gheață, lapte cu gheață, sirop cu gheață etc.? Ei bine, atunci când preparăm ceai cu gheață, de obicei amestecăm apă fierbinte sau călduță într-un pahar cu cuburi de gheață. Apa fierbinte sau călduță are o temperatură mai ridicată, în timp ce cuburile de gheață au o temperatură mai scăzută. După o atingere scurtă, amestecul de cuburi de gheață și ceai fierbinte se transformă în ceai cu gheață (amestecul de cuburi de gheață și ceai cald a atins aceeași temperatură). Același proces are loc atunci când amestecăm apă fierbinte cu apă rece. După atingere, apa fierbinte și apa rece se transformă în apă caldă (amestecul de apă fierbinte și apă rece a atins aceeași temperatură). De ce pot aceste obiecte să atingă aceeași temperatură după ce se ating?
Definiția căldurii
Când obiecte cu temperaturi diferite intră în contact unele cu altele, are loc un transfer de căldură, adesea numit căldură, de la obiectul cu temperatura mai mare la obiectul cu temperatura mai mică. Acest transfer de căldură se oprește odată ce obiectele în contact ating aceeași temperatură. De exemplu, dacă amestecăm apă fierbinte cu apă rece, căldura se deplasează de obicei de la apa fierbinte la apa rece. Când punem un fier de călcat încins în apă rece, căldura se deplasează de la fierul de călcat mai fierbinte la apă. Fluxul de căldură se oprește odată ce fierul de călcat și apa ating aceeași temperatură. Când un medic sau o asistentă medicală atașează un termometru la corpul dumneavoastră, căldura se deplasează de la corp la termometru. Acest transfer de căldură se oprește odată ce corpul și termometrul au atins aceeași temperatură. Dacă termometrul utilizat este un termometru cu mercur, atunci când corpul și termometrul ating aceeași temperatură, suprafața mercurului se oprește din mișcare. Numărul afișat pe suprafața mercurului reprezintă temperatura corpului dumneavoastră la momentul respectiv.
În mod natural, căldura se deplasează de la obiectele cu temperatură ridicată la obiectele cu temperatură scăzută. Transferul de căldură tinde să egalizeze temperaturile obiectelor aflate în contact unele cu altele. În secolul al XVIII-lea, fizicienii bănuiau că fluxul de căldură era mișcarea unui fluid, un tip invizibil de fluid (fluidele sunt substanțe care pot curge. Fluidele includ lichide și gaze. Apa (un lichid) este un fluid deoarece poate curge. Aerul este, de asemenea, un fluid deoarece poate curge). Acest fluid a fost numit caloric . Teoria caloricului nu mai este utilizată deoarece, pe baza rezultatelor experimentale, existența acestui caloric nu poate fi dovedită.
În secolul al XIX-lea, un fizician englez pe nume James Prescott Joule (1818-1889) a studiat cum se încălzește apa într-un recipient folosind o roată de amestecare. Pe baza rezultatelor experimentului său, Joule a făcut o comparație cu apa încălzită de foc. Când o flacără și un recipient care conține apă intră în contact, căldura se deplasează de la foc (temperatură ridicată) la apă (temperatură scăzută). După ce a făcut o comparație între creșterea temperaturii apei datorată contactului cu focul și creșterea temperaturii apei datorată lucrului mecanic efectuat de agitator, Joule a concluzionat căldura este energie care se deplasează de la un obiect cu temperatură ridicată la un obiect cu temperatură scăzută. Căldura nu este energie (căldura nu este un tip specific de energie, cum ar fi energia cinetică, energia potențială, energia chimică etc.) . Căldura este energie care se deplasează datorită diferențelor de temperatură . Așadar, atunci când căldura curge de la un obiect cu temperatură ridicată la un obiect cu temperatură scăzută, energia se deplasează de fapt de la obiectul cu temperatură ridicată la obiectul cu temperatură scăzută. Transferul de energie se oprește odată ce obiectele în contact ating aceeași temperatură sau echilibru termic.
Conductivitate termică
De ce sunt fabricate majoritatea vaselor de gătit din aluminiu? Să presupunem că mâna stângă ține un fier de călcat, mâna dreaptă ține un pahar, iar apoi fierul de călcat și paharul sunt atinse de foc. Mâna stângă sau dreaptă simte căldura mai repede? Aceste întrebări și poate altele pe care vi le veți pune sunt legate de conductivitatea termică a unui obiect. Conductivitatea termică a unui obiect este capacitatea unui obiect de a transfera căldură prin el. Obiectele cu o conductivitate termică ridicată (k) sunt bune conductoare de căldură (buni conductori termici). În schimb, obiectele cu conductivitate termică scăzută sunt slabi conductori de căldură (conductori termici slabi).
Capacitate termică
Capacitatea calorică (C) este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui întreg obiect cu un grad. Formula pentru capacitatea calorică este:
C = mc²
Informații: C = capacitatea calorică , m = masa obiectului, c = căldura specifică a obiectului.
