Ορολογία: έννοιες, τύποι και ασκήσεις

Τι είναι η θερμολογία;

Θερμολογία είναι η επιστημονική μελέτη των φαινομένων που σχετίζονται με θερμότητα και το θερμοκρασία, όπως μεταφορά θερμότητας, θερμική ισορροπία, μετασχηματισμοί από αέρια, αλλαγές στη φυσική κατάσταση κ.λπ.

Θερμοκρασία

Θερμοκρασία είναι το μέτρο του βαθμού ανάδευσης των σωματιδίων που αποτελούν ένα σώμα. Η θερμοκρασία ενός σώματος είναι άμεσα αναλογικά η ταχύτητα με την οποία τα άτομα και τα μόριά της δονείται, περιστρέφονται ή μεταφράζονται.

Η θερμοκρασία είναι μία από τις μεγαλοπρεπήβασικές αρχές της φύσης, μαζί με το μετρό Είναι σαν δεύτερος, για παράδειγμα. Στο ΣύστημαΔιεθνέςσεμονάδες (SI), η μονάδα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας είναι Kelvin (K). Αυτή η κλίμακα θερμοκρασίας θεωρείται απόλυτη, καθώς δεν δέχεται αρνητικές τιμές και μπορεί να προσδιοριστεί άμεσα από τη θερμική δόνηση των ατόμων. Επομένως, λέμε ότι η χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία είναι 0 K, επίσης γνωστή ως απόλυτο μηδενικό.

Παρά την ύπαρξη Kelvin, άλλες συνήθεις κλίμακες, βασισμένες σε άλλες ουσίες, όπως

Κελσίου και Θερμόμετρο Φαρενάιτ, συνεχίσει να χρησιμοποιείται στον κόσμο. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τρία θερμόμετρα βαθμολογημένα στις πιο κοινές υπάρχουσες κλίμακες: Κελσίου,Κέλβιν και Θερμόμετρο Φαρενάιτ:

θερμομετρικές κλίμακες

Στο Ζυγόςθερμομετρικώς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας από κάποια αναφορά. Γενικά, λαμβάνονται δύο σταθερά σημεία στα οποία θα παρουσίαζε το σώμα ή η ουσία αναφοράς τις ίδιες ιδιότητες όπως όγκος, πυκνότητα, αγωγιμότητα ή ηλεκτρική αντίσταση, μήκος κ.λπ.

Ο κλίμακαΚελσίου είναι το πιο χρησιμοποιούμενο θερμόμετρο στον κόσμο. Είναι κλίμακα εκατονταβάθμου, δηλαδή έχει 100 διαιρέσεις ίσου μεγέθους μεταξύ των σταθερών σημείων της, 0 ºC και 100 ºC, που ονομάζονται μοίρες. Δεδομένου ότι είναι μια συνηθισμένη κλίμακα, αναγνωρίζει αρνητικές θερμοκρασίες: το απόλυτο μηδέν του έχει τιμή περίπου -273,5 ° C.

Κοίταεπίσης: Θερμόμετρα και θερμομετρικές κλίμακες

Ο κλίμακαΘερμόμετρο Φαρενάιτ, με τη σειρά του, χρησιμοποιείται σε μερικές χώρες, όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Αγγλία. Αναπτύχθηκε έτσι ώστε το σημείο Σύντηξη του νερού είναι ίσο με 32 ° F. Έτσι, ακόμη και αν φτάσουμε σε χαμηλές θερμοκρασίες, είναι απίθανο να παρατηρούνται αρνητικές θερμοκρασίες σε χώρες που χρησιμοποιούν αυτήν την κλίμακα. η θερμοκρασία βρασμός του νερού στο Fahrenheit είναι 212 ° F.

Ο κλίμακαΚέλβιν βασίστηκε στη θερμική ανάδευση των ατόμων ηλίου με τέτοιο τρόπο ώστε, όταν φτάσουν σε απόλυτη ανάπαυση, στα άτομα αυτά αποδίδεται θερμοκρασία 0 Κ. Σήμερα, γνωρίζουμε ότι αυτή η πολύ χαμηλή θερμοκρασία είναι στην πραγματικότητα απρόσιτος.

Για να μετατρέψουμε τις τιμές θερμοκρασίας που εκφράζονται σε μία από τις κλίμακες που αναφέρονται παραπάνω, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις ακόλουθες εξισώσεις:

Τ_κ - θερμοκρασία σε Kelvin
Τ_φά - θερμοκρασία σε Φαρενάιτ
Τ_ΝΤΟ - θερμοκρασία σε Κελσίου

Θερμότητα

το λέμε αυτό θερμότητα είναι η θερμική ενέργεια που μεταφέρεται μεταξύ σωμάτων που συναντιούνται θερμοκρασίεςπολλά διαφορετικά, ως εκ τούτου είναι μια μορφή ενέργειας. Επιπλέον, η θερμότητα ταξιδεύει πάντα από το σώμα με την υψηλότερη θερμοκρασία στα σώματα με τη χαμηλότερη θερμοκρασία, έως ότου επιτευχθεί θερμική ισορροπία.

Η θερμότητα μπορεί να μεταδοθεί μέσω τριών διαδικασιών:

• Οδήγηση: μετάδοση θερμότητας μέσω επαφής με επιφάνειες.

• Μεταγωγή: μετάδοση θερμότητας λόγω του σχηματισμού ρεύματος μεταφοράς σε ένα ρευστό.

• Ακτινοβολία: μετάδοση θερμότητας από ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Κοίταεπίσης:Διαδικασίες διάδοσης θερμότητας

Υπάρχουν μόνο δύο μορφές θερμότητας: θερμότηταλανθάνων και θερμότηταευαίσθητος:

• Θερμότηταευαίσθητος: είναι η μορφή της θερμότητας που ευθύνεται για την αλλαγή της θερμοκρασίας σε ένα σώμα. Όταν ένα σώμα δέχεται αισθητή θερμότητα, η θερμοκρασία του αυξάνεται. όταν το ίδιο σώμα εγκαταλείπει αισθητή θερμότητα, η θερμοκρασία του μειώνεται.

• Θερμότηταλανθάνων: Είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί για ένα σώμα ή μια ουσία για να αλλάξει τη φυσική του κατάσταση. Όταν ένα σώμα βρίσκεται σε θερμοκρασία βρασμού ή τήξης, για παράδειγμα, η θερμοκρασία του δεν αλλάζει, ακόμη και αν παραμένει εκτεθειμένο σε πηγή θερμότητας. Δεν υπάρχουν αλλαγές θερμότητας όταν ένα σώμα ανταλλάσσει λανθάνουσα θερμότητα, αλλά αλλάζει σε φυσικές καταστάσεις. Γι 'αυτό λέμε ότι λαμβάνει θερμότηταλανθάνων.

Κοίταεπίσης: Διαφορές μεταξύ λογικής θερμότητας και λανθάνουσας θερμότητας

Θερμική διαστολή

Ο διαστολήθερμικός συμβαίνει όταν ένα σώμα δέχεται ή εκπέμπει μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Εκτός από το αλλαγήσεθερμοκρασία ή το δικό σας κατάστασησεσυσσωμάτωση (φυσική κατάσταση), η μεταφορά θερμότητας σε ένα σώμα μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στις διαστάσεις του. Η θερμική διαστολή εξαρτάται από τη διακύμανση της θερμοκρασίας που υφίσταται το σώμα, εκτός από τον συντελεστή διαστολής του γραμμικός,αβαθής και ογκομετρικοό.

Ανάλογα με το σχήμα του αμαξώματος, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ποια από τις διαστάσεις του προτιμάται περισσότερο. Για παράδειγμα, μια βελόνα έχει επιμήκη μορφή, οπότε η πιο σημαντική διαστολή στην περίπτωση αυτή είναι η γραμμικός. Συνολικά, υπάρχουν τρεις μορφές θερμικής διαστολής:

• Γραμμική διαστολή: αλλαγή στο μήκος ενός σώματος. Εξαρτάται από τον συντελεστή γραμμικής επέκτασης (α).

• Επιφανειακή διαστολή: αλλαγή που έχει υποστεί η περιοχή ενός σώματος. Εξαρτάται από τον συντελεστή επέκτασης επιφάνειας (β).

• Ογκομετρική διαστολή: σημειώθηκε αλλαγή στον όγκο ενός σώματος. Εξαρτάται από τον ογκομετρικό συντελεστή διαστολής (γ).

Οι αρμοί διαστολής χρησιμοποιούνται έτσι ώστε οι ράβδοι σιδηροδρόμου να μην επεκτείνονται και, κατά συνέπεια, να μην κάμπτονται.

Κοίταεπίσης:Θερμική διαστολή στερεών

Θερμοδυναμική

Ο Θερμοδυναμική είναι ένας σημαντικός τομέας της Θερμολογίας που μελετά τις σχέσεις μεταξύ θερμότητα,εργασία,θερμοκρασία και άλλες ποσότητες, όπως πίεση,Ενταση ΗΧΟΥ, και τα λοιπά. Είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία του νόμου που διέπουν όλους τους μετασχηματισμούς που μπορεί να υποστεί η ύλη, όπως ο νόμος της εξοικονόμησης ενέργειας, επίσης γνωστός ως ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής.

Κοίταεπίσης:Βασικές αρχές της θερμιδομετρίας

Μάθετε για τους νόμους της θερμοδυναμικής και μια σύντομη περιγραφή του περιεχομένου της:

• Μηδενικός Θερμοδυναμικός: είναι ο νόμος της θερμικής ισορροπίας. Αυτός ο νόμος λέει ότι όλα τα σώματα τείνουν να ανταλλάσσουν θερμότητα μέχρι να φτάσουν στη θερμική ισορροπία.

• Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής: είναι ο νόμος του διατήρηση ενέργειας. Αυτός ο νόμος αναφέρει ότι όλη η θερμότητα που λαμβάνεται από ένα σύστημα κατά τη διάρκεια μιας θερμοδυναμικής διαδικασίας μπορεί να μετατραπεί σε εργασία ή σε αύξηση της εσωτερικής του ενέργειας.

• Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής: είναι ο νόμος του εντροπία. Αυτός ο νόμος αναφέρει ότι όλα τα συστήματα που δέχονται θερμότητα τείνουν να φτάνουν σε χαμηλότερα και χαμηλότερα επίπεδα οργάνωσης

• Τρίτος Νόμος Θερμοδυναμικής: είναι ο νόμος του απόλυτου μηδέν. Αυτός ο νόμος μας λέει ότι το απόλυτο μηδέν είναι πραγματικά ανέφικτο. Ανεξάρτητα από το πόσο κρύο είναι ένα σώμα, δεν θα είναι ποτέ στα 0 K.

Τύποι θερμολογίας

Δείτε μερικούς τύπους θερμολογίας που μπορεί να είναι χρήσιμοι για τη μελέτη σας:

• Μετατροπή θερμομετρικών ζυγών

• Υπολογισμός ευαίσθητης θερμότητας

  

  Ερ - λογική θερμότητα
  Μ - ζυμαρικά
  ντο - ειδική θερμότητα
  ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας

• Υπολογισμός λανθάνουσας θερμότητας

Ερ - θερμότητα
Μ - ζυμαρικά
μεγάλο - λανθάνουσα θερμότητα

• γραμμική θερμική διαστολή

  

  μεγάλο - τελικό μήκος
  μεγάλο₀ - αρχικό μήκος
  ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας
  α - γραμμικός συντελεστής επέκτασης

• θερμική διαστολή επιφανείας

  

  μικρό - τελική περιοχή
  μικρό₀ - αρχική περιοχή
  ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας
  β - συντελεστής επέκτασης επιφάνειας

• Ογκομετρική θερμική διαστολή

  

  Β - Τελικός τόμος
  μεγάλο₀ - αρχικός τόμος
  ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας
  γ - συντελεστής ογκομετρικής διαστολής

• Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής

ΔU - εσωτερική ενεργειακή διακύμανση
Ερ - θερμότητα
τ - εργασία

Περίληψη

• Θερμοκρασία: Όσο πιο ζεστό είναι ένα σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δόνηση των μορίων του. Αυτή η ανάδευση ονομάζεται θερμοκρασία.

• Θερμότητα: όταν δύο σώματα διαφορετικών θερμοκρασιών συναντώνται σε θερμική επαφή, η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας προς το λιγότερο ζεστό σώμα

• Ζυγόςθερμομετρικώς: χρησιμοποιούνται για να αντιπροσωπεύουν θερμοκρασίες σε διαφορετικές μονάδες, όπως Κελσίου και Φαρενάιτ.

• Διαστολήθερμικός: όταν ένα σώμα δέχεται θερμότητα και βιώνει αύξηση της θερμοκρασίας, οι διαστάσεις του μπορούν να αυξηθούν. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμική διαστολή.

Δείτε επίσης: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ θερμότητας και θερμοκρασίας;

Θερμολογικές ασκήσεις

1) Ένα θερμόμετρο βαθμονομημένο στην κλίμακα Fahrenheit υποδεικνύει μια θερμοκρασία 68 ° F. Ποια είναι η τιμή αυτής της θερμοκρασίας στην κλίμακα Κελσίου;

Ανάλυση

μετατρέπω θερμόμετρο Φαρενάιτ σε Κελσίου, θα χρησιμοποιήσουμε τον παρακάτω τύπο:

2) Ένα σώμα με 10 g ειδικής θερμότητας ίσο με 1,2 cal / g ° C υπόκειται σε μεταβολή θερμοκρασίας 25 ° C. Προσδιορίστε την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται σε αυτό το σώμα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.

Ανάλυση

Η δήλωση άσκησης αναφέρει ότι υπήρχε διακύμανση της θερμοκρασίας για αυτό το σώμα. Επομένως, θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο που υπολογίζει την ποσότητα της λογικής θερμότητας:

Λαμβάνοντας τα δεδομένα που παρέχονται από την άσκηση, θα πρέπει:

3) Σε μια θερμοδυναμική διαδικασία, χρειάζονται 500 θερμίδες για να λιώσει ένα σώμα με μάζα ίση με 10 g, το οποίο είναι σε στερεή κατάσταση, στη θερμοκρασία τήξης του. Προσδιορίστε τη λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης αυτού του σώματος.

Ανάλυση

Για τον υπολογισμό που ζητάτε, θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο λανθάνουσας θερμότητας:

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που ενημερώθηκαν, θα πρέπει:

4) Ελέγξτε την εναλλακτική που παρουσιάζει το όνομα της διαδικασίας μετάδοσης θερμότητας από ηλεκτρομαγνητικά κύματα:

α) Οδήγηση

β) Μεταφορά

γ) Διαβίβαση

δ) Ακτινοβολία

ε) Διαστολή

Ανάλυση

Καλείται η μετάδοση θερμότητας μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ακτινοβολία. Μέσω αυτής της διαδικασίας, ο Ήλιος μπορεί να θερμαίνει την επιφάνεια της Γης.

5) Μια ομοιογενής μεταλλική ράβδος με μήκος ίσο με 1,5 m θερμαίνεται έως ότου η θερμοκρασία των 25 ° C φτάσει τους 150 ° C. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο συντελεστής γραμμικής επέκτασης αυτής της ράβδου είναι 1.2.10^-5 ° C^-¹, προσδιορίστε το τελικό μήκος της ράβδου μετά τη θέρμανση.

Ανάλυση

Ο τύπος διαστολής που υφίσταται μια μπάρα είναι γραμμικός. Επομένως, για να υπολογίσουμε το τελικό μήκος αυτής της ράβδου, θα κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:

Από εμένα, Rafael Helerbrock