Varmeformler og enheter, egenskaper, hvordan måles, eksempler

Han varme I fysikk er det definert som Termisk energi overført forutsatt at objekter eller stoffer som er ved forskjellig temperatur settes i kontakt. Denne energioverføringen og alle prosessene som er knyttet til den, er gjenstand for studier av termodynamikk, en viktig gren av fysikk.

Varme er en av de flere formene som vedtar energi, og en av de mest kjente. Det er derfor det er verdt å spørre hvor det kommer fra. Svaret er i atomer og molekyler som utgjør saken. Disse partiklene i ting er ikke statiske. Vi kan forestille oss dem som små kontoer forent av myke kilder, i stand til å krympe og strekke seg lett.

Atomer og molekyler vibrerer inne i stoffer, som oversettes til indre energi. Kilde: s. Tippens. Fysikk: konsepter og applikasjoner.

På denne måten er partikler i stand til å vibrere og energien deres kan lett overføres til andre partikler, og også fra en kropp til en annen.

Mengden varme som en kropp absorberer eller gir, avhenger av stoffets natur, dens masse og temperaturforskjellen. Det beregnes slik:

Q = m.C_og .Δt

Hvor Q Det er mengden varme overført, m Det er massen til objektet, C_og Det er den spesifikke varmen i stoffet og Δt = t_endelig - T_første, det vil si temperaturforskjellen.

Som alle former for energi, måles varme i Joules, I det internasjonale systemet (SI). Andre passende enheter er: Ergios I CGS -systemet, Btu I det britiske systemet, og kalori, en vanlig brukstegn for å kjenne til energiinnholdet i maten.

[TOC]

Varmeegenskaper

Brannvarmen er energi i overføring. Kilde: Pixabay

Det er flere viktige konsepter som må tas i betraktning:

-Varme handler om Energi i transitt. Objekter har ikke varme, de gir det bare til eller absorberer det i henhold til omstendighetene. Hvilke gjenstander gjør er indre energi, Under sin interne konfigurasjon.

Denne indre energien etter sin tur er sammensatt av kinetisk energi assosiert med vibrasjonsbevegelse og potensiell energi, typisk for molekylær konfigurasjon. I henhold til denne konfigurasjonen vil et stoff overføre varme mer eller lettere, og dette gjenspeiles i dens spesifikke varme C_og, Verdien som er nevnt i ligningen for å beregne q.

-Det andre viktige konseptet er at varme alltid overføres fra den hotteste kroppen til det kaldeste. Opplevelsen indikerer at varmen fra varm kaffe alltid passerer mot porselenet på koppen og platen, eller til metallet på skjeen som den er røre.

-Mengden varme tildelt eller absorbert avhenger av massen av kroppen det gjelder. Tilsett samme mengde kalorier eller joules i en prøve med X -deigen varmes ikke opp til en annen hvis masse er 2x.

Kan tjene deg: Elektromagnetiske bølger: Maxwell -teori, typer, egenskaper

Grunnen? Det er flere partikler i den største prøven, og hver og hver vil motta i gjennomsnitt bare halvparten av energien enn den minste prøven.

Termisk balanse og energibesparing

Opplevelsen forteller oss at når vi legger to objekter i forskjellig temperatur, vil temperaturen på begge være samme tid. Da kan det bekreftes at objekter eller systemer, som de også kan kalles, er i termisk likevekt.

På den annen side, og reflekterer over hvordan man kan øke den indre energien til et isolert system, konkluderes det med at det er to mulige mekanismer:

i) Varm den, det vil si overfør energi fra et annet system.

i) Gjør en slags mekanisk arbeid med ham.

Tatt i betraktning at energi er bevart:

Enhver økning i systemets indre energi er lik mengden varme som tilsettes mer arbeidet som gjøres på det.

Innenfor rammen av termodynamikk er dette bevaringsprinsippet kjent Første lov om termodynamikk. Vi sier at systemet må isoleres, ellers bør andre inngangs- eller energiutganger vurderes i balansen.

Hvordan måles varme?

Varme måles i henhold til effekten den gir. Derfor er det følelsen av berøring som raskt informerer hvor varmt eller kaldt er en drink, et måltid eller et hvilket som helst objekt. Siden å gi eller absorbere varme oversetter til temperaturendringer, har måling av denne en ide om hvor mye varme den er overført.

Instrumentet som brukes til å måle temperaturen er termometeret, en enhet utstyrt med en gradert skala for å utføre lesingen. Det mest kjente er kvikksølvtermometeret, som består av en fin kvikksølvkapillær som utvides når du varmer opp.

Et termometer med konfirmasjon i Celsius og Fahrenheit Scales. Kilde: Pixabay.

Da settes kapillæren full av kvikksølv inn i et glassrør med en skala og setter i kontakt med kroppen hvis temperatur skal måles til de når den termiske likevekten og temperaturen på begge er den samme.

Hva som kreves for å lage et termometer?

For å begynne.

For eksempel en gass eller væske som kvikksølv, utvid deg når oppvarming, selv om den også serverer elektrisk motstand, som avgir varme når den krysses av en strøm. Kort sagt, enhver termometrisk egenskap som er lett målbar kan brukes.

Hvis temperaturen t er direkte proporsjonal med termometrisk egenskap X, Da kan du skrive:

t = kx

Hvor k Det er konstant av proporsjonalitet som skal bestemmes når to passende temperaturer er satt og de tilsvarende verdiene på X. Passende temperaturer betyr enkelt å få tak i i laboratoriet.

Kan tjene deg: skrå parabolsk skudd: egenskaper, formler, ligninger, eksempler

Når par er opprettet (t₁, X₁) og (t₂, X₂), Intervallet mellom dem er delt inn i like deler, dette vil være karakterene.

Temperaturskala

Valg av nødvendige temperaturer for å bygge en temperaturskala gjøres med kriteriet som de er enkle å få i laboratoriet. En av de mest brukte skalaene over hele verden er Celsius-skalaen, skapt av den svenske forskeren Anders Celsius (1701-1744).

0 av Celsius -skalaen er temperaturen som is og flytende vann er i likevekt ved 1 trykkatmosfære, mens det øvre stoppet er valgt når flytende vann og vanndamp er like i likevekt og ved 1 atmosfære av trykk. Dette intervallet er delt inn i 100 grader, som hver kalles gradscentigrade.

Dette er ikke den eneste måten å bygge en skala på, mye mindre. Det er andre forskjellige skalaer, for eksempel Fahrenheit -skalaen, der intervaller er valgt med andre verdier. Og det er Kelvin -skalaen, som bare har et lavere stopp: den absolutte null.

Den absolutte null tilsvarer temperaturen der hver bevegelse av partikler i et stoff opphører fullstendig, selv om det har vært ganske nær, har ingen stoffer ennå ikke blitt avkjølt til det absolutte null.

Eksempler

Alle opplever varme daglig, enten direkte eller indirekte. For eksempel, når det tas en varm drink, når du mottar middagssolen, undersøker motortemperaturen til en bil, i et rom fullt av mennesker og i utallige flere situasjoner.

På jorden er varme nødvendig for å opprettholde livsprosessene, både den som kommer fra solen og den som forlater det indre av planeten.

På samme måte er klimaet drevet av endringer i termisk energi som oppstår i atmosfæren. Solens varme når ikke lik overalt, ekvatoriale breddegrader kommer mer enn polene, så den hotteste luften i tropene stiger og beveger seg nord og sør, for å oppnå termisk likevekt som ble diskutert før.

På denne måten etableres luftstrømmer i forskjellige hastigheter, som transporterer skyer og regn. På den annen side forårsaker den brå kollisjonen mellom varme og kalde fronter fenomener som stormer, tornadoer og orkaner.

På den annen side, på et nærmere nivå, er det kanskje ikke så velkommen som en solnedgang på stranden. Varme forårsaker driftsproblemer i bilmotorer og datamaskinprosessorer.

Kan tjene deg: Watt lov: Hva er, eksempler, applikasjoner

Det fører også til at strøm går tapt i kjørekabler og materialer utvidelse, så varmebehandling er så viktig på alle tekniske områder.

Øvelser

- Oppgave 1

På etiketten til et godteri lyder som bidrar med 275 kalorier. Hvor mye energi i joules tilsvarer dette godteriet?

Løsning

I begynnelsen hadde kalori blitt nevnt som en enhet for varme. Mat inneholder energi som vanligvis måles i disse enhetene, men å spise kalorier er faktisk kilokalorier.

Ekvivalensen er som følger: 1 kcal = 4186 J, og det konkluderes med at behandlingen har:

275 kilokalorier x 4186 Joule/kilokaloria = 1.15 10⁶ J.

- Oppgave 2

100 g varmes opp til et metall opp til 100 ° C og plasseres det i et kalorimeter med 300 g vann ved 20 ° C. Temperaturen ervervet av systemet når det når balansen er 21.44 ° C. Det blir bedt om å bestemme metallets spesifikke varme, forutsatt at kalorimeteret ikke absorberer varme.

Løsning

I denne situasjonen gir metallet varme, som vi vil kalle q_Sceding Og et tegn (-) settes før indikerer tap:

Q_Sceding = m_metall .Ec_metall. Δt

For sin del absorberer vannet i kalorimeteret varme, som vil bli betegnet som absorbert:

Q_absorbert = m_vann .Ec _vann . Δt

Energien er bevart, hvorfra den følger at:

Q_Sceding = Q_absorbert

Fra uttalelsen kan du beregne Δt:

Metall: Δt = t_endelig - T_første= (21.44 - 100) ºC = -78.56 ºC = -78.56 k.

Vann: Δt = t_endelig - T_første= (21.44 - 20) ºC = 1.44 ºC = 1.44 k.

Viktig: 1 ºC er i samme størrelse som 1 Kelvin. Forskjellen mellom begge skalaene er at Kelvin -skalaen er absolutt (Kelvin -karakterene er alltid positive).

Den spesifikke vannvarmen ved 20 ºC er 4186 J/kg. K og med dette kan du allerede beregne den absorberte varmen:

Q_absorbert = m_vann .Ec _vann . ΔT = 300 x 10^-3 kg . 4186 J/kg . K . 1.44 K = 1808.35 J.

For å konkludere, blir den spesifikke metallvarmen tømt:

Ec _metall = Q _absorbert /-M _metall . ΔT _metall  = 1808.35 J / -[(100 x 10^-3 kg. (-78.56 k)] = 230.2 J/kg.K

Referanser

1. Bauer, w. 2011. Fysikk for ingeniørfag og vitenskap. Volum 1. McGraw Hill.
2. Cuellar, J.TIL. FISCA II: Kompetanse tilnærming. McGraw Hill.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6^ta Forkortet utgave. Cengage Learning.
4. Knight, r.  2017. Fysikk for forskere og ingeniørfag: En strategitilnærming.  Pearson.
5. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill