Termologija: pojmovi, formule i vježbe

Što je termologija?

Termologija je znanstveno proučavanje pojava povezanih s toplina i temperatura, poput prijenosa topline, toplinske ravnoteže, transformacija podvrgnutih plinovima, promjena agregatnog stanja itd.

Temperatura

Temperatura to je mjera stupnja uznemirenosti čestica koje čine tijelo. Temperatura tijela je izravno proporcionalan brzina kojom njegovi atomi i molekule vibriraju, rotiraju se ili čak prevode.

Temperatura je jedna od veličineosnove prirode, zajedno s podzemna željeznica To je kao drugi, na primjer. Na sustavMeđunarodnaujedinice (SI), jedinica koja se koristi za mjerenje temperature je Kelvin (K). Ova se temperaturna ljestvica smatra apsolutnom, jer ne priznaje negativne vrijednosti i može se izravno odrediti toplinskim vibracijama atoma. Stoga kažemo da je najniža moguća temperatura 0 K, poznata i kao apsolutna nula.

Unatoč postojanju Kelvina, druge uobičajene ljestvice, temeljene na drugim tvarima, kao što su Celzija i Fahrenheit, i dalje se koriste u svijetu. Donja slika prikazuje tri termometra graduirana na najčešćim postojećim ljestvicama:

Celzija,Kelvin i Fahrenheit:

termometrijske vage

Na vagatermometrijska koriste se za mjerenje temperature iz neke reference. Općenito se uzimaju dvije fiksne točke na kojima bi se nalazilo tijelo ili referentna tvar ista svojstva poput volumena, gustoće, vodljivosti ili električnog otpora, duljine itd.

THE ljestvicaCelzija to je najkorišteniji termometar na svijetu. Riječ je o ljestvici Celzijusa, odnosno ima 100 podjela jednake veličine između svojih fiksnih točaka, 0 ºC i 100 ºC, zvanih stupnjevi. Kako je to uobičajena ljestvica, ona priznaje negativne temperature: njezina apsolutna nula ima vrijednost približno -273,5 ° C.

Izgledtakođer: Termometri i termometrijske vage

THE ljestvicaFahrenheit, zauzvrat se koristi u nekoliko zemalja, poput Sjedinjenih Država i Engleske. Razvijeno je tako da točka Fuzija vode jednako je 32 ° F. Dakle, čak i dosezanje niskih temperatura, malo je vjerojatno da se negativne temperature opažaju u zemljama koje koriste ovu ljestvicu. temperatura od ključanje vode u Fahrenheitu iznosi 212 ° F.

THE ljestvicaKelvin temeljila se na toplinskom miješanju atoma helija na takav način da, kad dosegnu ukupan mirovanje, tim atomima dodijeli se temperatura od 0 K. Danas znamo da je zapravo ta vrlo niska temperatura nedostupan.

Za pretvaranje vrijednosti temperature izražene u jednoj od gore spomenutih skala možemo koristiti sljedeće jednadžbe:

T_K - temperatura u Kelvinima
T_F - temperatura u Fahrenheitu
T_Ç - temperatura u Celzijusu

Toplina

mi to kažemo toplina je toplinska energija prenesena između tijela koja se susreću u temperaturamamnogo različitih, dakle biti oblik energije. Nadalje, toplina uvijek putuje od tijela s najvišom temperaturom do tijela s najnižom temperaturom, sve dok se ne uspostavi toplinska ravnoteža.

Toplina se može prenositi kroz tri procesa:

• Vožnja: prijenos topline kroz kontakt s površinama;

• Konvekcija: prijenos topline zbog stvaranja konvektivnih struja u tekućini;

• Zračenje: prijenos topline elektromagnetskim valovima.

Izgledtakođer:Procesi širenja topline

Postoje samo dva oblika topline: toplinalatentan i toplinaosjetljiv:

• Toplinaosjetljiv: je oblik topline odgovoran za promjenu temperature u tijelu. Kad tijelo primi osjetljivu toplinu, temperatura mu raste; kad isto tijelo odustane od osjetne topline, temperatura mu opada.

• Toplinalatentan: to je količina topline koja se mora prenijeti da bi tijelo ili tvar promijenili svoje fizičko stanje. Na primjer, kada je tijelo na temperaturi vrenja ili topljenja, temperatura mu se ne mijenja, čak i ako ostaje izloženo izvoru topline. Nema promjena topline kada tijelo izmjeni latentnu toplinu, već samo promjene u fizičkim stanjima. Zato kažemo da prima toplinalatentan.

Izgledtakođer: Razlike između osjetljive i latentne topline

Toplinsko širenje

THE dilatacijatoplinska javlja se kada tijelo primi ili oda velike količine topline. Osim promijenitiutemperatura ili tvoja državauagregacija (fizikalno stanje), prijenos topline u tijelo može prouzročiti promjene u njegovim dimenzijama. Toplinsko širenje ovisi o temperaturnim promjenama koje trpi tijelo, pored koeficijenta ekspanzije linearno,plitko i volumetrijski.

Prema obliku tijela moguće je utvrditi koja je od njegovih dimenzija više preferirana. Na primjer, igla ima izduženi oblik, pa je najvažnija dilatacija u ovom slučaju linearna. Sveukupno postoje tri oblika toplinske ekspanzije:

• Linearna dilatacija: promjena duljine tijela. Ovisi o njegovom koeficijentu linearnog širenja (α).

• Površinsko širenje: promjena podvrgnuta površini tijela. Ovisi o koeficijentu površinskog širenja (β).

• Volumetrijsko širenje: dogodila se promjena u volumenu tijela. Ovisi o koeficijentu volumetrijskog širenja (γ).

Dilatacijski zglobovi se koriste tako da se željezničke šipke ne šire i, shodno tome, ne savijaju.

Izgledtakođer:Toplinsko širenje krutina

Termodinamika

THE Termodinamika je važno područje termologije koje proučava odnose između toplina,raditi,temperatura i druge količine, poput pritisak,volumen, itd. Odgovorno je za uspostavu zakoni koji upravljaju svim transformacijama koje materija može podvrći, poput zakona o očuvanju energije, poznatog i kao prvi zakon termodinamike.

Izgledtakođer:Osnove kalorimetrije

Doznajte o zakonima termodinamike i kratkom opisu njihovog sadržaja:

• Nulti zakon termodinamike: je zakon toplinske ravnoteže. Ovaj zakon kaže da sva tijela teže izmjenjivati ​​toplinu dok ne postignu toplinsku ravnotežu.

• Prvi zakon termodinamike: je zakon od konzervacija energije. Ovaj zakon kaže da se sva toplina koju sustav primi tijekom termodinamičkog procesa može pretvoriti u rad ili u povećanje svoje unutarnje energije.

• Drugi zakon termodinamike: je zakon od entropija. Ovaj zakon kaže da svi sustavi koji primaju toplinu teže dosezati sve niže i niže razine organizacije.

• Treći zakon termodinamike: je zakon apsolutne nule. Ovaj nam zakon govori da je apsolutna nula zapravo nedostižna. Bez obzira koliko je tijelo hladno, nikad neće biti na 0 K.

Termološke formule

Pogledajte neke termološke formule koje bi mogle biti korisne za vaše istraživanje:

• Konverzija termometrijskih vaga

• Proračun osjetljive topline

  

  P - osjetna toplina
  m - tjestenina
  ç - određena toplina
  ΔT - varijacija temperature

• Proračun latentne topline

P - toplina
m - tjestenina
L - latentna toplina

• linearna toplinska dilatacija

  

  L - konačna duljina
  L₀ - početna duljina
  ΔT - varijacija temperature
  α - koeficijent linearnog širenja

• površinsko termičko širenje

  

  s - završno područje
  s₀ - početno područje
  ΔT - varijacija temperature
  β - koeficijent površinske ekspanzije

• Volumetrijsko toplinsko širenje

  

  V - Završni svezak
  L₀ - početni volumen
  ΔT - varijacija temperature
  γ - koeficijent volumetrijskog širenja

• Prvi zakon termodinamike

ΔU - unutarnja varijacija energije
P - toplina
τ - posao

Sažetak

• Temperatura: što je tijelo vruće, to je veća vibracija njegovih molekula. Takva se uznemirenost naziva temperatura.

• Toplina: kada se dva tijela različitih temperatura susretnu u toplinskom kontaktu, toplina se prenosi s tijela više temperature na manje vruće tijelo

• Vagetermometrijski: koriste se za predstavljanje temperatura u različitim jedinicama, kao što su Celzijus i Fahrenheit.

• Proširenjetoplinska: kada tijelo primi toplinu i doživi povišenje temperature, njegove se dimenzije mogu povećati. Taj se učinak naziva toplinsko širenje.

Pogledajte i: Koja je razlika između topline i temperature?

Termološke vježbe

1) Termometar kalibriran na Fahrenheitovoj ljestvici pokazuje temperaturu od 68 ° F. Kolika je vrijednost ove temperature na Celzijevoj skali?

Razlučivost

pretvoriti Fahrenheit u Celzija, koristit ćemo formulu u nastavku:

2) Tijelo s 10 g specifične topline jednake 1,2 cal / g ° C podvrgnuto je temperaturnim varijacijama od 25 ° C. Odredite količinu topline prenesene na ovo tijelo tijekom procesa.

Razlučivost

Izjava o vježbi navodi da je došlo do promjena u temperaturi ovog tijela. Stoga ćemo upotrijebiti formulu koja izračunava količinu osjetljive topline:

Uzimajući podatke dobivene vježbom, morat ćemo:

3) U termodinamičkom procesu potrebno je 500 kal da se tijelo s masom jednakom 10 g, koje je u krutom stanju, rastopi na temperaturi topljenja. Odredite latentnu toplinu topljenja ovog tijela.

Razlučivost

Za izračun koji tražite koristit ćemo formulu latentne topline:

Koristeći obaviještene podatke morat ćemo:

4) Provjerite alternativu koja predstavlja naziv procesa prijenosa topline elektromagnetskim valovima:

a) Vožnja

b) Konvekcija

c) Prijenos

d) Zračenje

e) Proširenje

Razlučivost

Zove se prijenos topline kroz elektromagnetske valove ozračivanje. Kroz ovaj proces Sunce je u stanju zagrijati Zemljinu površinu.

5) Homogena metalna šipka duljine jednake 1,5 m zagrijava se dok temperatura od 25 ° C ne dosegne 150 ° C. Uzimajući u obzir da je koeficijent linearnog širenja ove šipke 1.2.10^-5 ° C^-¹, odredite konačnu duljinu šipke nakon zagrijavanja.

Razlučivost

Tip širenja koji trpi šipka je linearna. Stoga ćemo za izračun konačne duljine ove šipke napraviti sljedeći izračun:

Ja, Rafael Helerbrock