Ufafanuzi wa Kifungu cha joto Sawa ya mitambo ya joto Mlinganyo wa joto
1. Ufafanuzi wa joto
Ikiwa vitu vyenye tofauti za halijoto vinagusana, kutakuwa na uhamisho wa joto kutoka kwa vitu vyenye halijoto ya juu hadi vitu vyenye halijoto ya chini. Uhamisho wa joto husimama baada ya kugusa vitu kufikia halijoto sawa. Kwa mfano, tukichanganya maji ya moto na maji baridi, joto kwa kawaida huhama kutoka maji ya moto hadi maji baridi. Tunapoweka chuma cha moto ndani ya maji baridi, joto huhama kutoka chuma hadi maji. Joto litaacha kutiririka baada ya chuma na maji kufikia halijoto sawa. Muuguzi anapounganisha kipimajoto mwilini mwako, joto huhama kutoka
Mwili wako huenda kwenye kipimajoto. Uhamisho wa joto husimama mara tu mwili wako na kipimajoto vimefikia halijoto sawa. Ikiwa kipimajoto kinachotumika ni kipimajoto cha zebaki, mwili wako na kipimajoto vinapofikia halijoto sawa, uso wa zebaki huacha kusonga. Nambari inayoonyeshwa kwenye uso wa zebaki ni halijoto ya mwili wako wakati huo.
Kwa kawaida, joto huhama kiotomatiki kutoka kwa vitu vyenye joto la juu hadi
vitu vyenye joto la chini. Uhamisho wa joto huwa unasawazisha halijoto ya vitu vinavyogusana. Katika karne ya 18, wanafizikia walishuku kwamba mtiririko wa joto ulikuwa ni mwendo wa umajimaji, aina ya umajimaji ambao haukuonekana (umajimaji ni dutu inayoweza kutiririka. Umajimaji unajumuisha nyenzo za kimiminika na gesi. Maji (kimiminika) yanajumuisha umajimaji kwa sababu yanaweza kutiririka. Hewa pia inajumuisha umajimaji kwa sababu inaweza kutiririka). Umajimaji huo unaitwa kalori. Nadharia ya kalori haitumiki tena kwa sababu kulingana na matokeo ya jaribio, uwepo wa kalori hizi hauwezi kuthibitishwa. Katika karne ya 19, mwanafizikia Mwingereza anayeitwa James Prescott Joule (1818-1889) alijifunza jinsi ya kupasha maji joto kwenye chombo kwa kutumia gurudumu la kukoroga.
Kulingana na matokeo ya jaribio, Joule alilinganisha na maji yenye joto kwa kutumia moto. Wakati moto na chombo chenye maji vinapogusana, joto huhama kutoka moto (joto la juu) hadi maji (joto la chini). Baada ya kulinganisha kati ya ongezeko la joto la maji kutokana na kugusana na moto na ongezeko la joto la maji kutokana na kazi inayofanywa na kichocheo, Joule alihitimisha kwamba joto ni nishati inayohama kutoka kitu chenye joto la juu hadi kitu chenye joto la chini. Joto si nishati (joto si aina fulani ya nishati, kama vile nishati ya kinetiki, nishati inayowezekana, nishati ya kemikali, n.k.). Joto ni nishati inayohama kutokana na tofauti za halijoto. Kwa hivyo, joto linapotiririka kutoka vitu vyenye joto la juu hadi vitu vyenye joto la chini, nishati huhama kutoka vitu vyenye joto la juu hadi vitu vyenye joto la chini. Uhamisho wa nishati husimama baada ya kugusa vitu kufikia joto sawa.
2. Kitengo cha joto na sawa na joto la mitambo
Vitengo vya joto ni kalori (vifupisho kama kal). Kalori ni kiasi cha joto kinachohitajika ili kuongeza joto la gramu 1 ya maji kwa 1 Selsiasi.o (kwa usahihi, kutoka 14.5 oC kwa 15.5 oC). Kiasi cha joto kinachohitajika hutofautiana kwa halijoto tofauti za maji. Kwa kiwango sawa cha joto, ongezeko la joto la maji la 1 Co hutokea tu kati ya halijoto ya 14.5 oC kwa 15.5 oC. Vitengo vya joto hutumiwa mara nyingi, hasa kutaja thamani ya nishati ya chakula ni kilokalori (kcal). 1 kcal = kalori 1000. Majina mengine kutoka kcal 1 = Kalori 1 (herufi kubwa K). Kitengo cha joto kwa mfumo wa Uingereza ni Btu (kitengo cha joto cha Uingereza). 1 Btu = kiasi cha joto kinachohitajika ili kuongeza halijoto ya pauni 1 (kilo 0.45) ya maji kwa 1 Fo (hasa kutoka 63). oF hadi 64 oF).
Joto linahusiana na nishati, kwa hivyo tunahitaji kujua uhusiano kati ya vitengo vya joto na vitengo vya nishati. Kulingana na majaribio yaliyofanywa na Joule na wanasayansi wengine, inajulikana kuwa kazi ya Joule 4.186 ni sawa na kalori 1 ya joto.
Kalori 1 = 4.186 Joule
Kalori 1 = kalori 1000 = Jouli 4186
1 Btu = futi 778 (kilomita 0.24). Pauni = kalori 252 = Jouli 1055
(Kalori 1 = Jouli 4.186 na kcal 1 = 4186 zilizoitwa sawa na joto la mitambo)
3. Mlinganyo wa joto
Ikiwa vitu vyenye tofauti za halijoto vinagusana, kwa kawaida, joto huhama kutoka vitu vyenye halijoto ya juu hadi vitu vyenye halijoto ya chini. Uhamisho wa joto husimama baada ya vitu vyote viwili kuwa katika usawa wa joto. Uhamisho wa joto husababisha mabadiliko katika halijoto ya vitu vinavyogusana. Kulingana na maelezo haya mafupi, unaweza kuhitimisha kwamba joto (Q) lina uhusiano na kitu na mabadiliko katika halijoto (ΔT) ya kitu, uzito wa kitu (m) na aina ya kitu.
Uhusiano kati ya joto (Q) na mabadiliko ya halijoto (ΔT)
Kadiri joto linavyoongezeka, ndivyo halijoto inavyobadilika zaidi. Inaweza kuhitimishwa kwamba kiasi cha joto (Q) kinalingana na mabadiliko ya halijoto ya kitu.
Q α ΔT —– Ulinganisho 1
Uhusiano kati ya joto (Q) na uzito wa vitu (m)
Kiasi cha joto (Q) kinalingana na mabadiliko ya halijoto ya kitu. Kadiri maji yanavyoongezeka, ndivyo joto zaidi linavyohitajika ili kuongeza halijoto ya maji.
Q α m —– Ulinganisho 2
Uhusiano kati ya joto (Q) na aina ya kitu (c)
Joto linalohitajika ili kuongeza halijoto ya kitu ni sawia na aina ya kitu.
Q α c —– Ulinganisho 3
Ulinganisho tatu hapo juu umeunganishwa katika mlinganyo:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Huu ndio mlinganyo wa joto.
Maelezo: Q = joto (Joule), m = uzito wa kitu (kg), c = joto maalum (J / kg Co au K)
