Тепло
Історія досліджень тепла, уявлення про тепло
Фізики, які історично вивчали та вимірювали теплові явища, спочатку погано розрізняли тепло і температуру. Однак вони постійно задавали собі питання - що насправді вимірює термометр? Француз Гійом Амонтон (1663 - 1705), який вимірював температуру і побудував один тип термометра, стверджував у 17 столітті, що термометр дає не кількість тепла, а ступінь нагрівання тіла. Термометр вказує на своєрідний миттєвий «внутрішній» стан організму. Сьогодні ми вважаємо цю теорію правильною, хоча в той час професійний світ не сприймав її.
Відповідь на питання про те, що таке тепло, еволюціонувала з часом. Спочатку вважали, що тепло і холод - це дві різні речовини, які взаємозамінні. Сьогодні ми знаємо, що це була неправильна теорія, і що холод - це лише відсутність тепла. Пізніше виникла теорія, згідно з якою тепло називається тонкою, невагомою, невидимою, гнучкою рідиною калорійність (відповідно до якої сьогодні називається одна з одиниць тепла - калорії), яка проникає у всі можливі види речовини і залишається в проміжках між частинками. Ця теорія змогла дати задовільне пояснення деяких теплових явищ (наприклад, чому одне тіло може нагріватися від іншого).
Однак Бенджамін Томсон (пізніше названий графом Рамфордом) здійснив експеримент, який довів відсутність калорійності. Він робив це в мюнхенських артилерійських майстернях, де свердлив гармати в основному тупими сталевими мертвими. В основному вони почервоніли, і через деякий час вода, яка використовувала їх для охолодження, почала кипіти. Якби калорійна кислота витікала із стовбура гармати в результаті буріння, її запас з часом повинен був би бути вичерпаний. Але це не відбувалося тижнями. Тому Руморд дійшов висновку, що тепло - це рух, а не матерія. Він охарактеризував це як певний спосіб руху частинок, який залежить від температури, і тому ми це називаємо тепловий рух.
Тепло - це особливий спосіб передачі внутрішньої енергії між тілами, суть якої - це не робота (тобто коли ми подаємо енергію до газу в балоні шляхом стискання, ми виконуємо роботу, і якщо в результаті температура газу підвищується, ми не передаємо тепло) або хімічні роботи. Слід зазначити, що тепло - це лише передача енергії, що забезпечується рухом частинок, а не сама енергія. Отже, ми не можемо сказати, що тіло "має тепло", а лише те, що якесь тепло було передане або отримане.
Відведення тепла (обмін)
Тепло може обмінюватися (поширюватися) між тілами. Другий закон термодинаміки говорить, що тепло переходить від більш теплого тіла до більш холодного (тобто тепліше тіло передає тепло холодному), ніколи не навпаки. Тепло можна розподілити 3 різними способами: управління, потік a радіація (радіація).
Теплопровідність він працює так, що атоми в частині тіла з вищою температурою коливаються швидше і, таким чином, стикаються з атомами частини тіла з нижчою температурою. В результаті вони передають частину своєї енергії і коливаються повільніше, ніж раніше, але атоми, які отримали енергію, коливаються швидше, ніж раніше. Коливаючись, енергія поширюється по всьому тілу, поки температури не зрівняються. Теплопровідність також відбувається між тілами, до яких вони торкаються. Тепліше тіло передає тепло більш холодному, поки температури не зрівняються. Деякі речовини (особливо метали) дуже добре проводять тепло, саме тому ми їх називаємо теплопровідники. Деякі речовини (дерево, скло, пластмаси, повітря) погано проводять тепло, саме тому ми їх називаємо теплоізолятори. Викликається ємність, облицьована ізолятором (який забезпечує мінімально можливий витік тепла з нього) калориметр. Ми використовуємо калориметр у фізиці для експериментів з теплом. Прикладом калориметра є термос.
Потік тепло поширюється в рідинах, тобто в рідини a газів. Прикладом є подача води від котла центрального опалення до радіаторів. У менших будинках можна використовувати спонтанний потік (тепла рідина піднімається вгору через меншу щільність, а холод падає вниз), але при транспортуванні гарячої води до більшої кількості радіаторів необхідно використовувати насос. Якщо змішати однакову кількість двох однакових рідин з різними температурами, отримана температура буде приблизно дорівнює середньому арифметичному температур вихідних рідин. Тільки про те, що частина тепла витікає в навколишнє середовище, і, отже, отримана температура буде трохи нижчою. Якщо ми хочемо визначити отриману температуру після змішування різної кількості рідин, ми можемо використовувати т. Зв змішування рівняння, що я також обговорюю у статті Лінійні рівняння та проблеми із словом, вирішені з їх допомогою.
Тепло також може поширюватися радіація. Для розповсюдження тепла випромінюванням не потрібне середовище, таким чином воно також може поширюватися у вакуумі. Випромінювання поширює до нас тепло від сонця, оскільки між ним і Землею є вакуум. Сонце випромінює нам три види випромінювання видно (яке ми бачимо як класичне світло, становить 48% сонячного світла), інфрачервоний (яке ми відчуваємо як тепло, становить 45% сонячного випромінювання) і ультрафіолетове (що викликає побуріння шкіри - засмага, в надмірних дозах може пошкодити шкіру, очі і викликати рак, становить 7% сонячного світла). Видиме світло викладають у 8 класі, ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання лише у середній школі.
Тепло як фізична величина і розрахунок тепла
Тепло - це фізична величина з позначкою Питання і союз Джоуль [jaul], марка джоулів - це J.
Спробуємо зробити висновок, як розрахувати тепло. З досвіду ми знаємо, що чим більше речовини нам потрібно для нагрівання, тим більше енергії ми споживаємо. Ми не можемо виразити кількість речовини за об’ємом, оскільки вона змінюється з температурою, тому ми виражаємо її вагою (м). Крім того, ми знаємо, що чим більше енергії ми витрачаємо, тим більше нам потрібно нагріти речовину, і ми це виразимо різниця температур відп. зміна температури (.T).
Однак кожна речовина потребує різної кількості тепла, щоб нагріти певну його кількість. Ця властивість речовин називається фізичною величиною масова теплоємність, її бренд c і одиниця J / кг • ° C відп. Дж • кг -1 • ° С -1 (джоулі на кілограм, помножений на градус Цельсія). Значення масової теплоємності даних речовин можна знайти в таблицях.
Тому формула для розрахунку тепла така Q = m • c • Δt.
Енергетична цінність їжі
Все живе вимагає енергії для підтримки таких видів діяльності, як ріст, рух або підтримка температури тіла. Деякі рослини та тварини є джерелом їжі для людини, тому вони є джерелом енергії для них. Існує кілька методів, за допомогою яких можна визначити енергетичну цінність їжі. Ми можемо використовувати лабораторні методи для визначення кількості енергії в їжі, спалюючи її, а утворене тепло вказує на її енергетичну цінність. Кількість енергії, що міститься в їжі, дається в джоулях або кілоджоулі (Дж, кДж) або в старих одиницях калорій відповідно. кілокалорій (кал, ккал). Зазвичай його дають на 100 грам (тобто яка енергетична цінність становить 100 г даної їжі).
Що означає старша одиниця калорій? Він визначається як кількість енергії, необхідної на 1 г води, від 14,5 ° C до 15,5 ° C (недостатньо просто написати близько 1 ° C, оскільки при температурі маса теплоємність також незначно змінюється). Одна калорія становить приблизно 4,185 Дж.