Articol Definiția căldurii Echivalentul mecanic al căldurii Ecuația căldurii
1. Definiția căldurii
Dacă obiectele cu diferențe de temperatură se ating, va exista un transfer de căldură de la obiectele cu temperatură ridicată la obiectele cu temperatură scăzută. Transferul de căldură se oprește după ce obiectele care se ating 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 fier fierbinte în apă rece, căldura se deplasează de la fier la apă. Căldura se va opri după ce fierul și apa ating aceeași temperatură. Când o asistentă medicală atașează un termometru pe corpul tău, căldura se deplasează de la...
Corpul tău se apropie de termometru. Transferul de căldură se oprește odată ce corpul tău și termometrul au atins aceeași temperatură. Dacă termometrul folosit este un termometru cu mercur, atunci când corpul tău și termometrul tău ating aceeași temperatură, suprafața mercurului se oprește din mișcare. Numărul afișat pe suprafața mercurului reprezintă temperatura corpului tău în acel moment.
În mod natural, căldura se deplasează automat de la obiectele cu temperatură ridicată la
Obiecte la temperatură scăzută. Transferul de căldură tinde să egalizeze temperatura obiectelor care se ating între ele. În secolul al XVIII-lea, fizicienii bănuiau că fluxul de căldură era mișcarea unui fluid, un tip de fluid care nu era vizibil (fluidul este o substanță care poate curge. Fluidul include materiale lichide și gazoase. Apa (lichid) include fluidul deoarece poate curge. Aerul include, de asemenea, fluidul deoarece poate curge). Fluidul se numește caloric. Teoria caloriilor nu mai este utilizată deoarece, pe baza rezultatelor experimentului, existența acestor calorii nu poate fi dovedită. În secolul al XIX-lea, un fizician englez pe nume James Prescott Joule (1818-1889) a învățat cum să încălzească apa într-un recipient folosind o roată de amestecat.
Pe baza rezultatelor experimentului, Joule a făcut o comparație cu apa încălzită folosind focul. 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 comparații între creșterea temperaturii apei datorită contactului cu focul și creșterea temperaturii apei datorită lucrului mecanic efectuat de agitator, Joule a concluzionat căldura este energia care se deplasează de la un obiect cu temperatură ridicată la un obiect cu temperatură scăzută. Căldura nu este energie (căldura nu este un anumit tip 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 obiecte cu temperatură ridicată la obiecte cu temperatură scăzută, energia se deplasează de la obiecte cu temperatură ridicată la obiecte cu temperatură scăzută. Transferul de energie se oprește după ce obiectele care ating ating aceeași temperatură.
2. Unitatea de măsură a căldurii și echivalentul mecanic al căldurii
Unitățile de căldură sunt calorii (prescurtate cal). Caloriile reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura a 1 gram de apă cu 1 °C.o (mai exact, de la 14.5 oC la 15.5 oC). Cantitatea de căldură necesară variază în funcție de temperatura apei. Pentru aceeași cantitate de căldură, o creștere a temperaturii apei cu 1 Co apare doar între temperaturi de 14.5 oC la 15.5 oC. Unitățile de căldură sunt adesea folosite, în special pentru a indica valoarea energiei alimentare în kilocalorii (kcal). 1 kcal = 1000 calorii. Alte denumiri de la 1 kcal = 1 calorie (litera K mare). Unitatea de încălzire pentru sistemul britanic este Btu (unitatea termică britanică). 1 Btu = cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura a 1 livră (0.45 kg) de apă cu 1 Fo (exact de la 63 oF la 64 oF).
Căldura este legată de energie, așa că trebuie să cunoaștem relația dintre unitățile de căldură și unitățile de energie. Pe baza experimentelor efectuate de Joule și alți oameni de știință, se știe că o lucrare mecanică de 4.186 Joule este echivalentă cu 1 calorie de căldură.
1 calorie = 4.186 Joule
1 kcal = 1000 calorii = 4186 jouli
1 Btu = 778 ft (0.24 km). lb = 252 calorii = 1055 Jouli
(1 calorie = 4.186 Joule și 1 kcal = 4186, numit echivalent mecanic al căldurii)
3. Ecuația căldurii
Dacă obiectele cu diferențe de temperatură se ating, în mod natural, căldura se deplasează de la obiectele cu temperatură ridicată la obiectele cu temperatură scăzută. Transferul de căldură se oprește după ce ambele obiecte se află în echilibru termic. Transferul de căldură provoacă modificări ale temperaturii obiectelor care se ating. Pe baza acestei scurte explicații, puteți concluziona că această căldură (Q) are o relație cu un obiect și cu modificările temperaturii (ΔT) a obiectului, masa obiectului (m) și tipul de obiect.
Relația dintre căldură (Q) și variația de temperatură (ΔT)
Cu cât mai multă căldură, cu atât mai mare este schimbarea temperaturii. Se poate concluziona că cantitatea de căldură (Q) este proporțională cu schimbarea temperaturii obiectului.
Q α ΔT —– Comparația 1
Relația dintre căldură (Q) și masa obiectelor (m)
Cantitatea de căldură (Q) este proporțională cu schimbarea temperaturii obiectului. Cu cât este mai multă apă, cu atât este nevoie de mai multă căldură pentru a crește temperatura apei.
Q α m —– Comparația 2
Relația dintre căldură (Q) și tipul de obiect (c)
Căldura necesară pentru creșterea temperaturii unui obiect este proporțională cu tipul obiectului.
Q α c —– Comparația 3
Cele trei comparații de mai sus sunt reunite într-o ecuație:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Aceasta este ecuația căldurii.
Descriere: Q = căldură (Joule), m = masa obiectului (kg), c = căldură specifică (J / kg C₂O sau K)
