Fierbinte în fizică este definit ca energia termică transferată ori de câte ori obiecte sau substanțe care se află la temperaturi diferite intră în contact. Acest transfer de energie și toate procesele legate de acesta, fac obiectul studiului termodinamicii, o ramură importantă a fizicii..
Căldura este una dintre multele forme pe care le ia energia și una dintre cele mai familiare. Deci, de unde vine? Răspunsul stă în atomii și moleculele care alcătuiesc materia. Aceste particule din interiorul lucrurilor nu sunt statice. Ne putem imagina ca niște mărgele mici legate prin arcuri moi, capabile să se micșoreze și să se întindă cu ușurință..
În acest fel, particulele sunt capabile să vibreze și energia lor poate fi transferată cu ușurință către alte particule și, de asemenea, de la un corp la altul..
Cantitatea de căldură pe care un corp o absoarbe sau o renunță depinde de natura substanței, de masa acesteia și de diferența de temperatură. Se calculează astfel:
Q = m.Cși .ΔT
Unde Î este cantitatea de căldură transferată, m este masa obiectului, Cși este căldura specifică a substanței și ΔT = Tfinal - Tiniţială, adică diferența de temperatură.
Ca toate formele de energie, căldura este măsurată în jouli, în sistemul internațional (SI). Alte unități adecvate sunt: ergs în sistem cgs, Btu în sistemul britanic și calorie, un termen folosit în mod obișnuit pentru conținutul energetic al alimentelor.
Indice articol
Există mai multe concepte cheie de reținut:
-Căldura este aproape energie în tranzit. Obiectele nu au căldură, o dau sau o absorb doar în funcție de circumstanțe. Ceea ce are obiectele este energie interna, în virtutea configurației sale interne.
La rândul său, această energie internă este compusă din energie cinetică asociată cu mișcarea vibratorie și energia potențială, tipică configurației moleculare. Conform acestei configurații, o substanță va transfera căldura mai mult sau mai puțin ușor și acest lucru se reflectă în căldura sa specifică Cși, valoarea menționată în ecuația pentru a calcula Q.
-Al doilea concept important este că căldura este întotdeauna transferată de la corpul mai cald la cel mai rece. Experiența indică faptul că căldura din cafeaua fierbinte trece întotdeauna spre porțelanul cupei și al farfuriei, sau al metalului lingurii cu care este amestecat, niciodată invers..
-Cantitatea de căldură transferată sau absorbită depinde de masa corpului în cauză. Adăugarea aceleiași cantități de calorii sau jouli la un eșantion cu masa X nu se încălzește în același mod altul a cărui masă este 2X.
Motivul? Există mai multe particule în eșantionul mai mare și fiecare ar primi în medie doar jumătate din energia eșantionului mai mic..
Experiența ne spune că atunci când punem două obiecte la temperaturi diferite în contact, după un timp temperatura ambelor va fi aceeași. Apoi se poate afirma că obiectele sau sistemele, așa cum pot fi numite și ele, se află în echilibru termic.
Pe de altă parte, reflectând asupra modului de creștere a energiei interne a unui sistem izolat, se concluzionează că există două mecanisme posibile:
i) Încălzirea acestuia, adică transferarea energiei dintr-un alt sistem.
ii) Efectuați un fel de lucrări mecanice pe acesta.
Având în vedere că energia este conservată:
Orice creștere a energiei interne a sistemului este egală cu cantitatea de căldură adăugată plus munca depusă la acesta..
În cadrul termodinamicii, acest principiu de conservare este cunoscut sub numele de Prima lege a termodinamicii. Spunem că sistemul trebuie izolat, pentru că altfel ar fi necesar să se ia în considerare alte intrări sau ieșiri de energie în balanță.
Căldura se măsoară în funcție de efectul pe care îl produce. Prin urmare, simțul tactil informează rapid cât de fierbinte sau rece este o băutură, un aliment sau orice obiect. Deoarece transferul sau absorbția de căldură are ca rezultat schimbări de temperatură, măsurarea acestui lucru oferă o idee despre cât de multă căldură a fost transferată.
Instrumentul folosit pentru măsurarea temperaturii este termometrul, un dispozitiv echipat cu o scală gradată pentru efectuarea citirii. Cel mai cunoscut este termometrul cu mercur, care constă dintr-un capilar fin de mercur care se extinde la încălzire.
Apoi, capilarul umplut cu mercur este introdus într-un tub de sticlă cu o cântare și este pus în contact cu corpul a cărui temperatură trebuie măsurată până când ating echilibrul termic și temperatura ambelor este aceeași..
Pentru început, este necesar să aveți o anumită proprietate termometrică, adică una care variază în funcție de temperatură.
De exemplu, un gaz sau un lichid, cum ar fi mercurul, se extind atunci când este încălzit, deși servește și o rezistență electrică, care emite căldură atunci când un curent trece prin el. Pe scurt, poate fi utilizată orice proprietate termometrică ușor de măsurat.
Dacă temperatura t este direct proporțională cu proprietatea termometrică X, atunci poți scrie:
t = kX
Unde k este constanta proporționalității care trebuie determinată atunci când sunt setate două temperaturi adecvate și valorile corespunzătoare ale X. Temperaturi adecvate înseamnă ușor de obținut în laborator.
Odată stabilite perechile (t1, X1) Y (tDouă, XDouă), împărțiți intervalul dintre ele în părți egale, acestea vor fi gradele.
Selectarea temperaturilor necesare construirii unei scări de temperatură se face cu criteriul că acestea sunt ușor de obținut în laborator. Una dintre cele mai utilizate scări din întreaga lume este scara Celsius, creată de omul de știință suedez Anders Celsius (1701-1744).
0 pe scara Celsius este temperatura la care gheața și apa lichidă sunt în echilibru la 1 atmosferă de presiune, în timp ce limita superioară este aleasă atunci când apa lichidă și vaporii de apă sunt în mod egal în echilibru și la 1 atmosferă de presiune. Acest interval este împărțit în 100 de grade, fiecare dintre ele fiind numit grad centigrad.
Aceasta nu este singura modalitate de a construi o scară, departe de ea. Există alte scări diferite, cum ar fi scara Fahrenheit, în care intervalele au fost alese cu alte valori. Și există scara Kelvin, care are doar o limită inferioară: zero absolut..
Zero absolut corespunde temperaturii la care orice mișcare a particulelor dintr-o substanță încetează complet, totuși, deși sa apropiat destul de mult, nu a fost încă posibil să se răcească nicio substanță până la zero absolut..
Toată lumea experimentează căldură zilnic, fie direct, fie indirect. De exemplu, atunci când beți o băutură fierbinte, la soarele amiezii, examinând temperatura motorului unei mașini, într-o cameră aglomerată și în nenumărate alte situații..
Pe Pământ, căldura este necesară pentru a menține procesele vieții, atât cele care provin de la Soare, cât și cele care provin din interiorul planetei..
La fel, clima este condusă de schimbările de energie termică care apar în atmosferă. Căldura Soarelui nu ajunge peste tot în mod egal, la latitudini ecuatoriale ajunge mai mult decât la poli, astfel încât cel mai fierbinte aer din tropice crește și se deplasează spre nord și sud, pentru a atinge echilibrul termic..
În acest fel, curenții de aer sunt stabiliți la viteze diferite, care transportă norii și ploaia. Pe de altă parte, coliziunea bruscă între fronturile de aer cald și rece provoacă fenomene precum furtuni, tornade și uragane..
În schimb, la un nivel mai apropiat, căldura poate să nu fie la fel de binevenită ca un apus de soare pe plajă. Căldura provoacă probleme de funcționare la motoarele auto și la procesoarele de computer.
De asemenea, face ca energia electrică să se piardă în cablurile de conducție și să se extindă materialele, motiv pentru care tratamentul termic este atât de important în toate domeniile ingineriei.
O etichetă de bomboane arată că oferă 275 de calorii. Câtă energie în jouli este această bomboană?
La început, caloria fusese menționată ca o unitate pentru căldură. Alimentele conțin energie care este de obicei măsurată în aceste unități, dar caloriile dietetice sunt de fapt kilocalorii.
Echivalența este următoarea: 1 kcal = 4186 J și se concluzionează că bomboanele au:
275 kilocalorii x 4186 joule / kilocalorii = 1,15 106 J.
100 g de metal sunt încălzite la 100 ° C și plasate într-un calorimetru cu 300 g de apă la 20 ° C. Temperatura pe care o dobândește sistemul atunci când ajunge la echilibru este de 21,44 ° C. Vi se cere să determinați căldura specifică a metalului, presupunând că calorimetrul nu absoarbe căldura.
În această situație, metalul renunță la căldură, pe care îl vom numi Qcedat și un semn (-) este înaintat pentru a indica pierderea:
Îcedat = mmetal .CEmetal. ΔT
La rândul său, apa din calorimetru absoarbe căldura, care va fi denumită Q absorbită:
Îabsorbit = mApă .CE Apă . ΔT
Se conservă energia, din care rezultă că:
Îcedat = Îabsorbit
Din declarație puteți calcula ΔT:
Metal: ΔT = Tfinal - Tiniţială= (21,44 - 100) ºC = -78,56 ºC = -78,56 K.
Apă: ΔT = Tfinal - Tiniţială= (21,44 - 20) ºC = 1,44 ºC = 1,44 K.
Important: 1 ° C are aceeași dimensiune ca 1 kelvin. Diferența dintre ambele scale este că scala Kelvin este absolută (gradele Kelvin sunt întotdeauna pozitive).
Căldura specifică a apei la 20 ° C este de 4186 J / kg. K și cu aceasta se poate calcula căldura absorbită:
Îabsorbit = mApă .CE Apă . ΔT = 300 x 10-3 kg. 4186 J / kg. K. 1,44 K = 1808,35 J.
În concluzie, căldura specifică a metalului este eliminată:
CE metal = Î absorbit / -m metal . ΔT metal = 1808,35 J / - [(100 x 10-3 kg. (-78,56 K)] = 230,2 J / kg.K
Nimeni nu a comentat acest articol încă.