Физика для старшей школы - Естественные науки

Системы и окружающая среда

Понимание систем и окружающей среды

Система — это объект или группа объектов, являющихся предметом исследования. Другие объекты во Вселенной называются окружающей средой. Как правило, система отделяется от окружающей среды «перегородкой/ограничителем/разделителем».

Например, предположим, мы хотим исследовать воду в термосе. Вода внутри термоса представляет собой систему, а воздух и другие предметы снаружи — окружающую среду. Стенки термоса, как стеклянные внутри, так и пластиковые снаружи, выступают в качестве разделителей. Термос для воды — один из таких примеров.

Скрытая теплота

Понимание скрытой теплоты

Если поместить ртутный термометр в емкость со смесью холодной воды и льда, вы заметите, что после погружения поверхность ртути остается неподвижной. Поверхность ртути перестает двигаться после достижения точки плавления или точки замерзания воды (0 ^° C). Если емкость открыта, тепло перетекает от воздуха, имеющего более высокую температуру, к смеси льда и воды, имеющей более низкую температуру. Дополнительное тепло от воздуха вызывает таяние льда. Изменяется ли температура смеси льда и воды при таянии льда? При таянии льда температура смеси воды и льда не изменяется.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (c) — это количество теплоты (Q), необходимое для повышения температуры (T) единицы массы (m) объекта на один градус. Формула для c:

Международная система единиц Дж/кг·К.

Удельная теплоемкость объекта изменяется с температурой. Если изменение температуры не слишком велико, значение можно считать постоянным. Ниже приведены значения c для нескольких объектов при давлении 1 атм и температуре 20 ^° C (полученные экспериментально).

Формула нагрева

Если объекты с разными температурами соприкасаются друг с другом, тепло естественным образом перемещается от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Передача тепла прекращается, как только два объекта достигают теплового равновесия . Можно сказать, что передача тепла вызывает изменение температуры соприкасающихся объектов. На основании этого краткого объяснения можно сделать вывод, что тепло (Q) связано с объектом и изменением температуры (ΔT) этого объекта. Каждый объект имеет массу (m), и тип объекта также различен.

Механический термический тарированный

Единицей измерения тепла является калория (сокращенно кал). Калория — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 °C ⁽ точно с 14,5 ^° C до 15,5 ^° C). Количество необходимого тепла варьируется в зависимости от температуры воды . При одинаковом количестве тепла повышение температуры воды на 1 ° ^C происходит только в диапазоне от 14,5 ^° C до 15,5 ^° C. Часто используемой единицей измерения тепла, особенно для выражения энергетической ценности продуктов питания, является килокалория (ккал). 1 ккал = 1000 калорий. Другое название 1 ккал = 1 калория (с большой буквы K). Единицей измерения тепла в британской системе является БТЕ (британская тепловая единица). 1 БТЕ = количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 °F ⁽ точно с 63 ^° F до 64 ^° F).

Водная аномалия

Понимание водных аномалий

Любой объект расширяется (увеличивается объем) при повышении температуры и сжимается (уменьшается объем) при понижении температуры . Вода также расширяется при повышении температуры и сжимается при понижении температуры, но не при температурах от 0 ^° C до 4 ^° C. В диапазоне температур от 0 ^° C до 4 ^° C объем воды уменьшается (вода сжимается) с повышением температуры. Если мы нагреваем воду до температуры 0 ^° C, то чем выше температура воды, тем больше уменьшается ее объем. Процесс сжатия прекращается, когда вода достигает температуры 4 ^° C. Выше 4 ^° C объем воды увеличивается (вода расширяется) с повышением температуры. И наоборот, вода расширяется (объем воды увеличивается) при понижении температуры от 4 ^° C до 0 ^° C. Эта странность воды известна как аномалия воды.

Пемуайян

Если внимательно присмотреться к электрическим кабелям, можно заметить, что они изогнуты вниз из-за провисания. Почему электрические кабели намеренно ослабляют, а не просто натягивают? Большинство крыш на Флоресе и в Лембате, Восточная Нуса-Тенгара, сделаны из цинка (Zn). Днём и ночью цинковые крыши издают шум. Почему цинк издаёт шум? Если вы живёте на острове Ява, вы, возможно, наблюдали за железнодорожными путями. В местах стыков рельсов есть зазоры. Какова функция этих зазоров в местах стыков? Есть много вопросов и размышлений, связанных с темой расширения.

Газовый термометр

Если откалибровать разные типы термометров, например, ртутный и спиртовой, шкалы обоих термометров будут одинаковыми только на отметках 0 ^° C (или 32 ^° F) и 100 ^° C (или 212 ^° F). Если использовать оба термометра для измерения температуры воздуха, показания каждого из них не обязательно будут одинаковыми. Например, ртутный термометр может показать 48 ^° C, а спиртовой — 46 ^° C. Это связано с тем, что коэффициенты расширения ртути и спирта различны. То же самое относится и к другим типам термометров, таким как биметаллические термометры и т. д. Шкала температуры, определяемая таким образом, сильно зависит от свойств используемых материалов.

Konversi Suhu

Шкалы Цельсия и Фаренгейта — это разные температурные шкалы. Если температура объекта измерена и выражена в градусах Цельсия, а затем мы хотим выразить эту же температуру в градусах Фаренгейта, мы переводим её из Цельсия в Фаренгейт. В этом разделе мы узнаем, как переводить или изменять температуру.

При давлении 1 атм температура точки замерзания по Цельсию равна 0. ^oC, тогда как шкала термометра Фаренгейта = 32 ^oF. И наоборот, при давлении 1 атм температура точки парообразования для термометра по шкале Цельсия равна 100 ^oC, тогда как шкала термометра Фаренгейта = 212 ^oF. Посмотрите на картинку ниже!

Шкала термометра

Типы шкал термометров

Для измерения температуры с помощью термометра необходима шкала. Две наиболее часто используемые шкалы термометров — это шкала Цельсия и шкала Фаренгейта. В Индонезии наиболее распространенной является шкала Цельсия. Другое название шкалы Цельсия — шкала Цельсия. Цельсий = сто ступеней. Шкала Фаренгейта часто используется в Соединенных Штатах или странах с холодными зимами. Особенно важной в науке является абсолютная шкала, или шкала Кельвина. Шкала Кельвина будет рассмотрена позже.

В шкалах Цельсия и Фаренгейта в качестве фиксированных значений используются точки замерзания и кипения воды. Точка замерзания вещества — это температура, при которой твердая и жидкая фазы находятся в тепловом равноверии . И наоборот, точка кипения вещества — это температура, при которой жидкая и газообразная фазы находятся в тепловом равноверии. Точки замерзания и кипения всегда изменяются в зависимости от атмосферного давления, поэтому сначала необходимо определить атмосферное давление. Обычно мы используем стандартное давление, равное 1 атм (одной атмосфере). Атмосфера — это единица измерения атмосферного давления.