מונח: מושגים, נוסחאות ותרגילים

מהי תרמולוגיה?

תרמולוגיה הוא המחקר המדעי של תופעות הקשורות ל חוֹם וה טֶמפֶּרָטוּרָה, כגון העברת חום, שיווי משקל תרמי, טרנספורמציות שעוברות גזים, שינויים במצב הפיזי וכו '.

טֶמפֶּרָטוּרָה

טֶמפֶּרָטוּרָה זהו המדד למידת התסיסה של החלקיקים המרכיבים גוף. הטמפרטורה של הגוף היא ישירות יַחֲסִי המהירות בה האטומים והמולקולות שלה רוטטים, מסתובבים או אפילו מתורגמים.

הטמפרטורה היא אחת מה גדלותיסודות של הטבע, יחד עם רכבת תחתית זה כמו שְׁנִיָה, לדוגמה. ב מערכתבינלאומיביחידות (SI), היחידה המשמשת למדידת טמפרטורה היא קלווין (K). סולם טמפרטורה זה נחשב מוחלט, מכיוון שהוא אינו מודה בערכים שליליים וניתן לקבוע אותו ישירות על ידי הרטט התרמי של האטומים. לכן, אנו אומרים כי הטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית היא 0 K, המכונה גם אפס מוחלט.

למרות קיומו של קלווין, מאזניים רגילים אחרים, המבוססים על חומרים אחרים, כגון צֶלסִיוּס ו פרנהייט, להמשיך להשתמש בהם בעולם. האיור שלהלן מציג שלושה מדחומים מדורגים בקנה מידה הנפוץ ביותר הקיים: צֶלסִיוּס,קלווין ו פרנהייט:

סולמות תרמומטריים

בְּ מאזנייםתרמומטרי משמשים למדידת טמפרטורה מתוך התייחסות כלשהי. באופן כללי, שתי נקודות קבועות נלקחות אליהן הגוף או חומר הייחוס יציגו אותם מאפיינים כגון נפח, צפיפות, מוליכות או התנגדות חשמלית, אורך וכו '.

ה סוּלָםצֶלסִיוּס זהו המדחום הנפוץ ביותר בעולם. זהו סולם של צלזיוס, כלומר יש לו 100 חלוקות בגודל שווה בין הנקודות הקבועות שלו, 0 ° C ו- 100 ° C, הנקראות מעלות. מכיוון שהוא קנה מידה רגיל, הוא מודה בטמפרטורות שליליות: לאפס המוחלט שלו ערך בערך -273.5 מעלות צלזיוס.

תראהגַם: מדחומים וסולמות תרמומטריים

ה סוּלָםפרנהייט, בתורו, הוא משמש בכמה מדינות, כמו ארצות הברית ואנגליה. זה פותח כך שהנקודה של היתוך מים שווה ל- 32 מעלות צלזיוס. לפיכך, אפילו להגיע לטמפרטורות נמוכות, אין זה סביר כי נצפות טמפרטורות שליליות במדינות המשתמשות בסולם זה. הטמפרטורה של רְתִיחָה מים בפרנהייט הוא 212 מעלות צלזיוס.

ה סוּלָםקלווין התבסס על תסיסה תרמית של אטומי הליום באופן שכאשר הם מגיעים למנוחה מוחלטת, אטומים אלה מוקצים לטמפרטורה של 0 ק. כיום אנו יודעים כי הטמפרטורה הנמוכה מאוד הזו היא למעשה בלתי ניתן להשגה.

כדי להמיר ערכי טמפרטורה המתבטאים באחד מהסולמות שהוזכרו לעיל, נוכל להשתמש במשוואות הבאות:

ט_ק - טמפרטורה בקלווין
ט_F - טמפרטורה בפרנהייט
ט_Ç - טמפרטורה בצלזיוס

חוֹם

אנחנו אומרים את זה חוֹם היא האנרגיה התרמית המועברת בין גופים שנפגשים פנימה טמפרטורותהרבה הבדלים, לכן להיות סוג של אנרגיה. יתר על כן, חום עובר תמיד מהגוף עם הטמפרטורה הגבוהה ביותר לגופים עם הטמפרטורה הנמוכה ביותר, עד שקובע שיווי משקל תרמי.

ניתן להעביר חום בשלושה תהליכים:

• נְהִיגָה: העברת חום דרך מגע עם משטחים;

• הולכת חום: העברת חום עקב היווצרות זרמי סעה בנוזל;

• הַקרָנָה: העברת חום על ידי גלים אלקטרומגנטיים.

תראהגַם:תהליכי התפשטות חום

יש רק שתי צורות של חום: חוֹםחָבוּי ו חוֹםרָגִישׁ:

• חוֹםרָגִישׁ: היא צורת החום האחראית לשינוי הטמפרטורה בגוף. כאשר גוף מקבל חום הגיוני, הטמפרטורה שלו עולה; כאשר אותו גוף מוותר על חום הגיוני, הטמפרטורה שלו יורדת.

• חוֹםחָבוּי: זה כמות החום שיש להעביר לגוף או לחומר כדי לשנות את מצבו הפיזי. כאשר גוף נמצא בטמפרטורת רתיחה או נמס, למשל, הטמפרטורה שלו לא משתנה, גם אם הוא נשאר חשוף למקור חום. אין שינויים בחום כאשר גוף מחליף חום סמוי, אלא רק שינויים במצבים הפיזיים. בגלל זה אנחנו אומרים שהוא מקבל חוֹםחָבוּי.

תראהגַם: הבדלים בין חום הגיוני לחום סמוי

התפשטות תרמית

ה הַרחָבָהתֶרמִי זה קורה כאשר גוף מקבל או נותן כמויות גדולות של חום. חוץ מה שינויבטֶמפֶּרָטוּרָה או שלך מדינהבצבירה (מצב פיזי), העברת חום לגוף יכולה לגרום לשינויים בממדיו. התפשטות תרמית תלויה בשינוי הטמפרטורה שסובל מהגוף, בנוסף למקדם ההתפשטות שלו לינארי,רָדוּד ו נפחי.

על פי צורת הגוף ניתן לקבוע אילו ממדיו מעדיפים יותר. לדוגמא, למחט יש צורה מאורכת, ולכן ההתרחבות החשובה ביותר במקרה זה היא לינארי. בסך הכל ישנן שלוש צורות של התרחבות תרמית:

• התרחבות לינארית: שינוי באורך הגוף. זה תלוי במקדם ההתפשטות הליניארית שלו (α).

• התרחבות שטחית: שינוי שעובר אזור הגוף. זה תלוי במקדם התפשטות פני השטח (β).

• התרחבות נפחית: שינוי התרחש בנפח הגוף. זה תלוי במקדם התרחבות הנפחי (γ).

משתמשים במפרקי התפשטות כך שפסי הרכבת אינם מתרחבים וכתוצאה מכך אינם מתכופפים.

תראהגַם:התפשטות תרמית של מוצקים

תֶרמוֹדִינָמִיקָה

ה תֶרמוֹדִינָמִיקָה הוא תחום חשוב בתרמולוגיה החוקר את היחסים בין חוֹם,עֲבוֹדָה,טֶמפֶּרָטוּרָה וכמויות אחרות, כמו לַחַץ,כרך, וכו ' היא אחראית על הקמתה חוקים השולטים בכל התמורות שניתן לעבור על ידי חומר, כגון חוק שימור האנרגיה, הידוע גם כחוק הראשון של התרמודינמיקה.

תראהגַם:יסודות הקלורימטריה

למד על חוקי התרמודינמיקה ותיאור קצר של תוכנו:

• חוק אפס של תרמודינמיקה: הוא חוק שיווי המשקל התרמי. חוק זה אומר כי כל הגופים נוטים להחליף חום עד שהם מגיעים לשיווי משקל תרמי.

• החוק הראשון של התרמודינמיקה: הוא החוק של שימור של אנרגיה. חוק זה קובע כי ניתן להמיר את כל החום שמקבלת מערכת במהלך תהליך תרמודינמי לעבודה או להגדלת האנרגיה הפנימית שלה.

• החוק השני של התרמודינמיקה: הוא החוק של אנטרופיה. חוק זה קובע כי כל המערכות המקבלות חום נוטות להגיע לרמות ארגון נמוכות ונמוכות יותר.

• החוק השלישי של התרמודינמיקה: הוא חוק האפס המוחלט. החוק הזה אומר לנו שאפס מוחלט למעשה אינו ניתן להשגה. לא משנה כמה קר לגוף, הוא לעולם לא יהיה ב 0 ק '.

נוסחאות תרמולוגיה

בדוק כמה נוסחאות תרמולוגיה שעשויות להיות שימושיות למחקר שלך:

• המרה של מאזניים תרמומטריים

• חישוב חום רגיש

  

  ש - חום הגיוני
  M - פסטה
  ç - חום ספציפי
  ΔT - וריאציה בטמפרטורה

• חישוב חום סמוי

ש - חום
M - פסטה
ל - חום סמוי

• התרחבות תרמית לינארית

  

  ל - אורך סופי
  ל₀ - אורך ראשוני
  ΔT - וריאציה בטמפרטורה
  α - מקדם התרחבות לינארי

• התרחבות תרמית עילית

  

  ס - אזור אחרון
  ס₀ - אזור ראשוני
  ΔT - וריאציה בטמפרטורה
  β - מקדם התפשטות פני השטח

• התרחבות תרמית נפחית

  

  ו - נפח סופי
  ל₀ - נפח ראשוני
  ΔT - וריאציה בטמפרטורה
  γ - מקדם התרחבות נפחי

• החוק הראשון של התרמודינמיקה

ΔU - וריאציה אנרגטית פנימית
ש - חום
τ - עבודה

סיכום

• טֶמפֶּרָטוּרָה: ככל שגוף חם יותר, כך רטט המולקולות שלו גדול יותר. תסיסה כזו נקראת טמפרטורה.

• חוֹם: כאשר שני גופים של טמפרטורות שונות נפגשים במגע תרמי, חום מועבר מגוף הטמפרטורה הגבוה יותר לעבר הגוף הפחות חם

• מאזנייםתרמומטרי: משמשים לייצוג טמפרטורות ביחידות שונות, כמו צלזיוס ופרנהייט.

• הַרחָבָהתֶרמִי: כאשר גוף מקבל חום וחווה עליות בטמפרטורה, הממדים שלו יכולים לעלות. אפקט זה נקרא התרחבות תרמית.

ראה גם: מה ההבדל בין חום לטמפרטורה?

תרגילי תרמולוגיה

1) מדחום מכויל בסולם פרנהייט מציין טמפרטורה של 68 מעלות צלזיוס. מה הערך של הטמפרטורה הזו בסולם צלזיוס?

פתרון הבעיה

להמיר פרנהייט ב צֶלסִיוּס, נשתמש בנוסחה הבאה:

2) גוף עם 10 גרם חום ספציפי השווה ל- 1.2 קלוריות / גרם צלזיוס נתון לשינוי טמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. קבעו את כמות החום המועברת לגוף זה במהלך התהליך.

פתרון הבעיה

הצהרת האימון קובעת כי קיימת שונות בטמפרטורה לגוף זה. לכן נשתמש בנוסחה המחשבת את כמות החום הגיוני:

אם ניקח את הנתונים שמספק התרגיל, נצטרך:

3) בתהליך תרמודינמי יש צורך ב -500 קליל כדי להמיס גוף בעל מסה השווה ל -10 גרם, הנמצא במצב מוצק, בטמפרטורת ההיתוך שלו. קבע את חום ההתמזגות הסמוי של גוף זה.

פתרון הבעיה

כדי לבצע את החישוב שאתה מבקש, נשתמש בנוסחת החום הסמוי:

על פי הנתונים שנמסרו עלינו:

4) בדוק את החלופה המציגה את שם תהליך העברת החום על ידי גלים אלקטרומגנטיים:

א) נהיגה

ב) הסעה

ג) שידור

ד) הקרנה

ה) התרחבות

פתרון הבעיה

העברת חום דרך גלים אלקטרומגנטיים נקראת הַקרָנָה. באמצעות תהליך זה, השמש מסוגלת לחמם את פני כדור הארץ.

5) מוט מתכת הומוגני שאורכו שווה ל- 1.5 מ 'מחומם עד שהטמפרטורה של 25 ° C מגיעה ל -150 ° C. בהתחשב בכך שמקדם ההתרחבות הליניארית של סרגל זה הוא 1.2.10^-5 מעלות צלזיוס^-¹, קבע את אורכו הסופי של הבר לאחר החימום.

פתרון הבעיה

סוג ההתרחבות שסובל מבר הוא לינארי. לכן, כדי לחשב את האורך הסופי של סרגל זה, נעשה את החישוב הבא:

על ידי רפאל הלרברוק