I fysikk er begrepet "varme" assosiert med overføring av termisk energi mellom ulike legemer. På grunn av disse prosessene skjer oppvarming og avkjøling av legemer, samt en endring i deres aggregeringstilstander. La oss se nærmere på spørsmålet om hva som er varme.
konseptkonsept
Hva er varme? Hver person kan svare på dette spørsmålet fra et daglig synspunkt, noe som betyr under konseptet under vurdering følelsene han har når omgivelsestemperaturen stiger. I fysikk er dette fenomenet forstått som prosessen med energioverføring assosiert med en endring i intensiteten til den kaotiske bevegelsen av molekyler og atomer som danner kroppen.
Generelt kan vi si at jo høyere kroppstemperatur, jo mer indre energi lagres i den, og jo mer varme kan den gi til andre objekter.
Varme og temperatur
Å vite svaret på spørsmålet om hva som er varme, vil mange kanskje tro at dette konseptet ligner på begrepet "temperatur", men det er det ikke. Varme er kinetisk energi, temperatur er et mål på detteenergi. Så prosessen med varmeoverføring avhenger av massen til stoffet, av antall partikler som utgjør det, så vel som av typen av disse partiklene og den gjennomsnittlige bevegelseshastigheten. I sin tur avhenger temperaturen bare av den siste av de listede parameterne.
Forskjellen mellom varme og temperatur er lett å forstå hvis du utfører et enkelt eksperiment: du må helle vann i to kar slik at det ene karet er fullt og det andre bare er halvfullt. Setter man begge karene på bålet, kan man observere at den der det er mindre vann begynner å koke først. For at det andre karet skal koke, trenger det litt mer varme fra brannen. Når begge karene koker, kan du måle temperaturen deres, den vil være den samme (100 oC), men mer varme var nødvendig for at en full kar kunne koke vann i den.
Varmeenheter
I følge definisjonen av varme i fysikk kan man gjette at den måles i de samme enhetene som energi eller arbeid, altså i joule (J). I tillegg til hovedenheten for varme, kan du i hverdagen ofte høre om kalorier (kcal). Dette konseptet forstås som mengden varme som må overføres til ett gram vann slik at temperaturen stiger med 1 kelvin (K). En kalori er lik 4.184 J. Du kan også høre om store og små kalorier, som er henholdsvis 1 kcal og 1 cal.
Konseptet med varmekapasitet
Når vi vet hva varme er, la oss vurdere en fysisk størrelse som direkte karakteriserer den - varmekapasitet. Under dette konseptet,fysikk betyr mengden varme som må gis til eller tas fra en kropp for at temperaturen skal endres med 1 kelvin (K).
Varmekapasiteten til en bestemt kropp avhenger av to hovedfaktorer:
- om den kjemiske sammensetningen og aggregeringstilstanden kroppen presenteres i;
- av messen hans.
For å gjøre denne karakteristikken uavhengig av massen til et objekt, ble det i varmefysikken introdusert en annen mengde - den spesifikke varmekapasiteten, som bestemmer mengden varme som overføres eller tas inn av en gitt kropp per 1 kg av massen når temperaturen endres med 1 K.
For å tydelig vise forskjellen i spesifikk varmekapasitet for forskjellige stoffer, ta for eksempel 1 g vann, 1 g jern og 1 g solsikkeolje og varm dem opp. Temperaturen vil endre seg raskest for jernprøven, deretter for oljedråpen, og sist for vannet.
Merk at den spesifikke varmekapasiteten ikke bare avhenger av stoffets kjemiske sammensetning, men også av dets aggregeringstilstand, så vel som av de ytre fysiske forholdene som det vurderes under (konstant trykk eller konstant volum).
Hovedligningen for varmeoverføringsprosessen
Etter å ha behandlet spørsmålet om hva varme er, bør man gi det matematiske hoveduttrykket som kjennetegner prosessen med dens overføring for absolutt alle kropper i enhver aggregeringstilstand. Dette uttrykket har formen: Q=cmΔT, der Q er mengden overført (mottatt) varme, c er den spesifikke varmen til det aktuelle objektet, m -dens masse, ΔT er endringen i absolutt temperatur, som er definert som forskjellen i kroppstemperatur ved slutten og begynnelsen av varmeoverføringsprosessen.
Det er viktig å forstå at formelen ovenfor alltid vil være gyldig når, under prosessen som vurderes, gjenstanden beholder sin aggregeringstilstand, det vil si at den forblir en væske, et fast stoff eller en gass. Ellers kan ikke ligningen brukes.
Endring i tilstanden til aggregering av materie
Som du vet, er det 3 hovedaggregattilstander der materie kan være:
- gass;
- liquid;
- solid body.
For at en overgang fra en tilstand til en annen skal skje, er det nødvendig for kroppen å informere eller ta bort varme fra den. For slike prosesser i fysikk ble begrepene spesifikke smeltevarme (krystallisering) og koking (kondensasjon) introdusert. Alle disse mengdene bestemmer mengden varme som kreves for å endre aggregeringstilstanden, som frigjør eller absorberer 1 kg kroppsvekt. For disse prosessene er ligningen gyldig: Q=Lm, der L er den spesifikke varmen til den tilsvarende overgangen mellom materietilstandene.
Nedenfor er hovedtrekkene i prosessene for å endre aggregeringstilstanden:
- Disse prosessene foregår ved konstant temperatur, for eksempel koking eller smelting.
- De er reversible. For eksempel vil mengden varme som en gitt kropp absorberer for å smelte, være nøyaktig lik mengden varme som vil slippes ut i miljøet hvis denne kroppen passerer igjentil fast tilstand.
Termisk likevekt
Dette er en annen viktig sak knyttet til konseptet "varme" som må vurderes. Hvis to kropper med forskjellige temperaturer bringes i kontakt, vil temperaturen i hele systemet etter en stund jevne seg ut og bli den samme. For å oppnå termisk likevekt må et legeme med høyere temperatur avgi varme til systemet, og et legeme med lavere temperatur må akseptere denne varmen. Varmefysikkens lover som beskriver denne prosessen kan uttrykkes som en kombinasjon av hovedvarmeoverføringsligningen og ligningen som bestemmer endringen i materiens samlede tilstand (hvis noen).
Et slående eksempel på prosessen med spontan etablering av termisk likevekt er en rødglødende jernstang som kastes i vannet. I dette tilfellet vil det varme strykejernet avgi varme til vannet til dets temperatur blir lik væskens temperatur.
Grunnleggende metoder for varmeoverføring
Alle prosesser kjent for mennesket som følger med utveksling av termisk energi, skjer på tre forskjellige måter:
- Vermeledningsevne. For at varmeveksling skal skje på denne måten, er kontakt mellom to legemer med ulik temperatur nødvendig. I kontaktsonen på lok alt molekylært nivå overføres kinetisk energi fra en varm kropp til en kald. Hastigheten på denne varmeoverføringen avhenger av evnen til de involverte kroppene til å lede varme. Et slående eksempel på termisk ledningsevne ermenneske som berører en metallstang.
- Konveksjon. Denne prosessen krever bevegelse av materie, så den observeres bare i væsker og gasser. Essensen av konveksjon er som følger: når gass- eller væskelag varmes opp, reduseres tettheten, slik at de har en tendens til å stige opp. Under deres økning i volumet av væske eller gass overfører de varme. Et eksempel på konveksjon er prosessen med å koke vann i en vannkoker.
- Stråling. Denne prosessen med varmeoverføring skjer på grunn av utslipp av elektromagnetisk stråling av forskjellige frekvenser fra en oppvarmet kropp. Sollys er et godt eksempel på stråling.
