Článok Definícia tepla Mechanický ekvivalent tepla Rovnica tepla
1. Definícia tepla
Ak sa predmety s teplotnými rozdielmi dotýkajú, dôjde k prenosu tepla z predmetov s vysokou teplotou na predmety s nízkou teplotou. Prenos tepla sa zastaví po tom, ako predmety dosiahnu rovnakú teplotu. Napríklad, ak zmiešame horúcu vodu so studenou vodou, teplo sa zvyčajne prenáša z horúcej vody do studenej vody. Keď vložíme horúcu žehličku do studenej vody, teplo sa prenáša zo žehličky do vody. Teplo prestane prúdiť, keď žehlička a voda dosiahnu rovnakú teplotu. Keď zdravotná sestra priloží teplomer k vášmu telu, teplo sa prenáša z...
Vaše telo ide k teplomeru. Prenos tepla sa zastaví, keď vaše telo a teplomer dosiahnu rovnakú teplotu. Ak je použitý teplomer ortuťový, keď vaše telo a teplomer dosiahnu rovnakú teplotu, povrch ortuti sa prestane pohybovať. Číslo zobrazené na povrchu ortuti predstavuje vašu telesnú teplotu v danom čase.
Teplo sa prirodzene automaticky presúva z objektov s vysokou teplotou na
objekty s nízkou teplotou. Prenos tepla má tendenciu vyrovnávať teplotu objektov, ktoré sa navzájom dotýkajú. V 18. storočí fyzici predpokladali, že tok tepla je pohyb tekutiny, typu tekutiny, ktorá nie je viditeľná (tekutina je látka, ktorá môže prúdiť. Tekutina zahŕňa kvapalné a plynné materiály. Voda (kvapalina) zahŕňa tekutinu, pretože môže prúdiť. Vzduch tiež zahŕňa tekutinu, pretože môže prúdiť). Tekutina sa nazýva kalorická. Teória kalórií sa už nepoužíva, pretože na základe výsledkov experimentu nemožno existenciu týchto kalórií dokázať. V 19. storočí sa anglický fyzik menom James Prescott Joule (1818-1889) naučil, ako ohrievať vodu v nádobe pomocou miešadla.
Na základe výsledkov experimentu Joule porovnal situáciu so zahrievaním vody pomocou ohňa. Keď sa plameň dotkne nádoby obsahujúcej vodu, teplo sa prenáša z ohňa (vysoká teplota) do vody (nízka teplota). Po porovnaní medzi stúpajúcou teplotou vody v dôsledku kontaktu s ohňom a stúpajúcou teplotou vody v dôsledku práce vykonanej miešadlom Joule dospel k záveru, že teplo je energia, ktorá sa prenáša z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou. Teplo nie je energia (teplo nie je určitý typ energie, ako je kinetická energia, potenciálna energia, chemická energia atď.). Teplo je energia, ktorá sa prenáša v dôsledku teplotných rozdielov. Keď teda teplo prúdi z objektov s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou, energia sa prenáša z objektov s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou. Prenos energie sa zastaví po tom, čo objekty v kontakte dosiahnu rovnakú teplotu.
2. Jednotka tepla a mechanický ekvivalent tepla
Tepelné jednotky sú kalórie (skrátene cal). Kalórie sú množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 °C.o (presne od 14.5 oC až 15.5 oC). Množstvo potrebného tepla sa líši v závislosti od teploty vody. Pre rovnaké množstvo tepla je potrebný nárast teploty vody o 1 °C.o vyskytuje sa iba medzi teplotami 14.5 oC až 15.5 oC. Často sa používajú tepelné jednotky, najmä na vyjadrenie energetickej hodnoty jedla v kilokalóriách (kcal). 1 kcal = 1000 kalórií. Iné názvy pre 1 kcal = 1 kalória (veľké písmeno K). Tepelná jednotka pre britský systém je Btu (britská tepelná jednotka). 1 Btu = množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 libry (0.45 kg) vody o 1 Fo (presne z 63 oF až 64 oF).
Teplo súvisí s energiou, takže musíme poznať vzťah medzi jednotkami tepla a jednotkami energie. Na základe experimentov vykonaných Joulom a ďalšími vedcami je známe, že práca 4 186 Joulov zodpovedá 1 kalórii tepla.
1 kalória = 4.186 joulov
1 kcal = 1000 kalórií = 4186 joulov
1 Btu = 778 stôp (0.24 km). lb = 252 kalórií = 1055 joulov
(1 kalória = 4 186 joulov a 1 kcal = 4 186, čo sa nazýva mechanický ekvivalent tepla)
3. Rovnica tepla
Ak sa objekty s teplotnými rozdielmi dotýkajú, teplo sa prirodzene prenáša z objektov s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou. Prenos tepla sa zastaví, keď sú oba objekty v tepelnej rovnováhe. Prenos tepla spôsobuje zmeny teploty objektov, ktoré sa navzájom dotýkajú. Na základe tohto stručného vysvetlenia môžete dospieť k záveru, že teplo (Q) má vzťah k objektu a zmenám teploty (ΔT) objektu, hmotnosti objektu (m) a typu objektu.
Vzťah medzi teplom (Q) a zmenou teploty (ΔT)
Čím viac tepla, tým väčšia je zmena teploty. Dá sa usudzovať, že množstvo tepla (Q) je úmerné zmene teploty objektu.
Qα ΔT —– Porovnanie 1
Vzťah medzi teplom (Q) a hmotnosťou objektov (m)
Množstvo tepla (Q) je úmerné zmene teploty objektu. Čím viac vody, tým viac tepla je potrebné na zvýšenie teploty vody.
Qα m —– Porovnanie 2
Vzťah medzi teplom (Q) a typom objektu (c)
Teplo potrebné na zvýšenie teploty objektu je úmerné typu objektu.
Qαc —– Porovnanie 3
Tri vyššie uvedené porovnania sú spojené do rovnice:
QαmcΔT
Q = mcΔT
Toto je rovnica tepla.
Popis: Q = teplo (Joule), m = hmotnosť telesa (kg), c = merná tepelná kapacita (J/kg C° alebo K)
