ტერმოლოგია: ცნებები, ფორმულები და სავარჯიშოები

რა არის თერმოლოგია?

თერმოლოგია არის ფენომენის სამეცნიერო შესწავლა სიცხე და ტემპერატურა, როგორიცაა სითბოს გადაცემა, თერმული წონასწორობა, გაზების მიერ გადატანილი გარდაქმნები, ფიზიკური მდგომარეობის ცვლილებები და ა.შ.

ტემპერატურა

ტემპერატურა ეს არის სხეულის ნაწილაკების აგზნების ხარისხის საზომი. სხეულის ტემპერატურა პირდაპირ არის პროპორციული მისი ატომებისა და მოლეკულების ვიბრაციის, ბრუნვის ან თუნდაც თარგმნის სიჩქარე.

ტემპერატურა ერთ-ერთია სიდიადეებისაფუძვლები ბუნების, ერთად მეტრო Ეს გავს მეორე, მაგალითად. საათზე სისტემასაერთაშორისოწელსერთეულები (SI), ტემპერატურის გაზომვის ერთეული არის კელვინი (K). ეს ტემპერატურული მასშტაბი ითვლება აბსოლუტურად, რადგან ის არ აღიარებს უარყოფით მნიშვნელობებს და მისი პირდაპირი განსაზღვრა შესაძლებელია ატომების თერმული ვიბრაციით. ამიტომ, ჩვენ ვამბობთ, რომ ყველაზე დაბალი შესაძლო ტემპერატურაა 0 K, ასევე ცნობილი როგორც აბსოლუტური ნული.

კელვინის არსებობის მიუხედავად, სხვა ჩვეულებრივი მასშტაბები, სხვა ნივთიერებების საფუძველზე, მაგალითად ცელსიუსი და ფარენგეიტი, განაგრძობენ გამოყენებას მსოფლიოში

. ქვემოთ მოყვანილი ფიგურა გვიჩვენებს სამი თერმომეტრი დამთავრებული ყველაზე გავრცელებულ მასშტაბებზე: ცელსიუსი,კელვინი და ფარენგეიტი:

თერმომეტრული სასწორები

საათზე სასწორითერმომეტრული გამოიყენება ტემპერატურის გასაზომად გარკვეული მითითებიდან. ზოგადად, ორი ფიქსირებული წერტილი მიიღება, რომელსაც სხეული ან რეფერენციული ნივთიერება წარმოადგენს იგივე თვისებები, როგორიცაა მოცულობა, სიმკვრივე, გამტარობა ან ელექტრული წინააღმდეგობა, სიგრძე და ა.შ.

მასშტაბიცელსიუსი ის მსოფლიოში ყველაზე ხშირად გამოყენებული თერმომეტრია. ეს არის ცელსიგრადუსის მასშტაბი, ანუ მას აქვს 100 თანაბარი ზომის განყოფილება მის ფიქსირებულ წერტილებს შორის, 0 ºC და 100 ºC, რომელსაც ეწოდება გრადუსი. როგორც ეს ჩვეულებრივი მასშტაბია, იგი უარყოფით ტემპერატურას აღიარებს: მის აბსოლუტურ ნულს აქვს დაახლოებით მნიშვნელობა -273,5 ° C.

შეხედეასევე: თერმომეტრები და თერმომეტრული სასწორები

მასშტაბიფარენგეიტი, თავის მხრივ, იგი გამოიყენება რამდენიმე ქვეყანაში, მაგალითად, აშშ-სა და ინგლისში. იგი ისე იქნა შემუშავებული, რომ წერტილი შერწყმა წყლის ტოლია 32 ° F. ამრიგად, დაბალი ტემპერატურის მიღწევაც კი, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ უარყოფითი ტემპერატურა შეინიშნოს იმ ქვეყნებში, რომლებიც იყენებენ ამ მასშტაბს. ტემპერატურა დუღილი წყლის ფარენგეიტში არის 212 ° F.

მასშტაბიკელვინი ემყარებოდა ჰელიუმის ატომების თერმულ აჟიოტაჟს ისე, რომ, როდესაც ისინი მთლიან მოსვენებას მიაღწევენ, ამ ატომებს ენიჭება 0 K ტემპერატურა. დღეს ჩვენ ვიცით, რომ ეს ძალიან დაბალი ტემპერატურა რეალურად არის მიუწვდომელი.

ზემოთ ხსენებულ ერთ – ერთ მასშტაბში გამოხატული ტემპერატურის მნიშვნელობების გადასაყვანად შეგვიძლია გამოვიყენოთ შემდეგი განტოლებები:

თ_კ - ტემპერატურა კელვინში
თ_ვ - ტემპერატურა ფარენგეიტში
თ_ჩ - ტემპერატურა ცელსიუსში

სითბო

ჩვენ ამას ვამბობთ სიცხე არის თერმული ენერგია, რომელიც გადადის სხეულებს შორის, რომლებიც ხვდებიან ერთმანეთს ტემპერატურაბევრი განსხვავებული, ამიტომ ენერგიის ფორმაა. გარდა ამისა, სითბო ყოველთვის მიდის ყველაზე მაღალი ტემპერატურის სხეულიდან ყველაზე დაბალი ტემპერატურის მქონე სხეულებამდე, სანამ არ დამყარდება თერმული წონასწორობა.

სითბოს გადაცემა შესაძლებელია სამი პროცესით:

• მართვა: სითბოს გადაცემა ზედაპირებთან კონტაქტის საშუალებით;

• კონვექცია: სითბოს გადაცემა სითხეში კონვექციური დენების წარმოქმნის გამო;

• დასხივება: ელექტრომაგნიტური ტალღებით სითბოს გადაცემა.

შეხედეასევე:სითბოს გამრავლების პროცესები

სითბოს მხოლოდ ორი ფორმა არსებობს: სიცხელატენტური და სიცხემგრძნობიარე:

• სითბომგრძნობიარე: არის სითბოს ფორმა, რომელიც პასუხისმგებელია სხეულში ტემპერატურის ცვლილებაზე. როდესაც სხეული იღებს გონივრულ სითბოს, მისი ტემპერატურა იზრდება; როდესაც იგივე სხეული აძლევს საღად მოსიარულე სითბოს, მისი ტემპერატურა ეცემა.

• სითბოლატენტური: ეს არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადაიტანოს სხეულის ან ნივთიერების ფიზიკური მდგომარეობის შესაცვლელად. როდესაც სხეული დუღილის ან დნობის ტემპერატურაზეა, მაგალითად, მისი ტემპერატურა არ იცვლება, მაშინაც კი, თუ იგი სითბოს წყაროს ექვემდებარება. არ ხდება სითბოს ცვლილებები, როდესაც სხეული ლატენტურ სითბოს ცვლის, მხოლოდ ფიზიკურ მდგომარეობებში ხდება ცვლილებები. ამიტომ ვამბობთ, რომ ის იღებს სიცხელატენტური.

შეხედეასევე: განსხვავებები გრძნობასა და ფარულ სითბოს შორის

Თერმული გაფართოება

დილატაციათერმული ეს ხდება მაშინ, როდესაც სხეული იღებს ან აძლევს დიდი რაოდენობით სითბოს. გარდა ამისა ცვლილებაწელსტემპერატურა ან თქვენი სახელმწიფოწელსაგრეგაცია (ფიზიკური მდგომარეობა), სხეულის სითბოს გადატანამ შეიძლება გამოიწვიოს მისი ზომების ცვლილებები. თერმული გაფართოება დამოკიდებულია მისი ტემპერატურის ცვალებადობაზე, რომელსაც განიცდის სხეული, მისი გაფართოების კოეფიციენტთან ერთად ხაზოვანი,არაღრმა და მოცულობითი.

სხეულის ფორმის მიხედვით, შესაძლებელია განისაზღვროს მისი რომელი ზომები უფრო სასურველია. მაგალითად, ნემსს აქვს მოგრძო ფორმა, ამიტომ ამ შემთხვევაში ყველაზე მნიშვნელოვანი გაფართოებაა ხაზოვანი მთლიანობაში, თერმული გაფართოების სამი ფორმა არსებობს:

• ხაზოვანი დილატაცია: სხეულის სიგრძის ცვლილება. ეს დამოკიდებულია წრფივი გაფართოების კოეფიციენტზე (α).

• ზედაპირული გაფართოება: ცვლილება, რომელსაც განიცდის სხეულის არეალი. ეს დამოკიდებულია ზედაპირის გაფართოების კოეფიციენტზე (β).

• მოცულობითი დილატაცია: ცვლილება მოხდა სხეულის მოცულობაში. ეს დამოკიდებულია მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტზე (γ).

გაფართოების სახსრები გამოიყენება ისე, რომ რკინიგზის ზოლები არ გაფართოვდეს და, შესაბამისად, არ მოხდეს.

შეხედეასევე:მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოება

თერმოდინამიკა

თერმოდინამიკა თერმოლოგიის მნიშვნელოვანი მიმართულებაა, რომელიც შეისწავლის ურთიერთობებს შორის სითბო,მუშაობა,ტემპერატურა და სხვა რაოდენობით, როგორიცაა ზეწოლა,მოცულობა, და ა.შ. იგი პასუხისმგებელია დამკვიდრებაზე კანონები რომლებიც მართავენ მატერიის ყველა ტრანსფორმაციას, მაგალითად ენერგიის დაზოგვის კანონი, ასევე ცნობილი როგორც თერმოდინამიკის პირველი კანონი.

შეხედეასევე:კალორიმეტრიის საფუძვლები

გაეცანით თერმოდინამიკის კანონებს და მისი შინაარსის მოკლე აღწერას:

• თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი: არის თერმული წონასწორობის კანონი. ამ კანონში ნათქვამია, რომ ყველა სხეულს აქვს სითბოს გაცვლა, სანამ არ მიაღწევს თერმული წონასწორობას.

• თერმოდინამიკის პირველი კანონი: არის კანონი კონსერვაცია ენერგიის. ამ კანონში ნათქვამია, რომ თერმოდინამიკური პროცესის დროს სისტემის მიერ მიღებული მთელი სითბო შეიძლება გადაკეთდეს სამუშაოში ან გახდეს მისი შინაგანი ენერგიის ზრდა.

• თერმოდინამიკის მეორე კანონი: არის კანონი ენტროპია. ამ კანონში ნათქვამია, რომ ყველა სისტემა, რომელიც იღებს სითბოს, მიაღწევს ორგანიზაციის უფრო და უფრო დაბალ დონეს.

• თერმოდინამიკის მესამე კანონი: არის აბსოლუტური ნულის კანონი. ეს კანონი გვეუბნება, რომ აბსოლუტური ნული რეალურად მიუღწეველია. რაც არ უნდა ცივი იყოს სხეული, ის არასოდეს იქნება 0 K– ზე.

თერმოლოგიის ფორმულები

გაეცანით თერმოლოგიის რამდენიმე ფორმულას, რომელიც შეიძლება სასარგებლო იყოს თქვენი კვლევისთვის:

• თერმომეტრული სასწორების გადაკეთება

• მგრძნობიარე სითბოს გაანგარიშება

  

  Q - გრძნობადი სითბო
  მ - მაკარონი
  ჩ - სპეციფიკური სითბო
  ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა

• ლატენტური სითბოს გაანგარიშება

Q - სიცხე
მ - მაკარონი
ლ - ლატენტური სიცხე

• ხაზოვანი თერმული დილატაცია

  

  ლ - საბოლოო სიგრძე
  ლ₀ - საწყისი სიგრძე
  ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა
  α - ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტი

• ზედაპირული თერმული გაფართოება

  

  ს - საბოლოო არე
  ს₀ - საწყისი არე
  ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა
  β - ზედაპირის გაფართოების კოეფიციენტი

• მოცულობითი თერმული დილატაცია

  

  ვ - საბოლოო ტომი
  ლ₀ - საწყისი ტომი
  ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა
  γ - მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი

• თერმოდინამიკის პირველი კანონი

ΔU - ენერგიის შიდა ვარიაცია
Q - სიცხე
τ - მუშაობა

Შემაჯამებელი

• ტემპერატურა: რაც უფრო ცხელია სხეული, მით უფრო დიდია მისი მოლეკულების ვიბრაცია. ასეთ აჟიოტაჟს ტემპერატურა ეწოდება.

• სითბო: როდესაც თერმული კონტაქტის დროს ორი სხვადასხვა ტემპერატურის სხეული ხვდება, სითბო გადადის უფრო მაღალი ტემპერატურის სხეულიდან ნაკლებად ცხელი სხეულისკენ

• სასწორითერმომეტრიული: გამოიყენება ტემპერატურის გამოსახატავად სხვადასხვა ერთეულებში, მაგალითად ცელსიუსი და ფარენჰეიტი.

• დილატაციათერმული: როდესაც სხეული იღებს სითბოს და განიცდის ტემპერატურის ზრდას, მისი ზომები შეიძლება გაიზარდოს. ამ ეფექტს თერმული გაფართოება ეწოდება.

იხილეთ აგრეთვე: რა განსხვავებაა სითბოსა და ტემპერატურას შორის?

თერმოლოგიური ვარჯიშები

1) ფარენგეიტის შკალით დაკალიბრებული თერმომეტრი მიუთითებს 68 ° F ტემპერატურაზე. რა მნიშვნელობა აქვს ამ ტემპერატურას ცელსიუსის სკალაზე?

რეზოლუცია

მოქცევა ფარენგეიტი წელს ცელსიუსი, ქვემოთ მოცემულ ფორმულას გამოვიყენებთ:

2) სხეული, რომელსაც აქვს 10 გ სპეციფიკური სითბო, ტოლია 1,2 კალ / გ ° C ტემპერატურაზე, ექვემდებარება 25 ° C ტემპერატურის ცვალებადობას. პროცესის განმავლობაში განსაზღვრეთ ამ სხეულში გადატანილი სითბოს რაოდენობა.

რეზოლუცია

სავარჯიშო განცხადებაში ნათქვამია, რომ ამ ორგანოსთვის ტემპერატურის ცვლილება მოხდა. ამიტომ, ჩვენ გამოვიყენებთ ფორმულას, რომელიც გამოთვლის მგრძნობიარე სითბოს რაოდენობას:

სავარჯიშოებით გათვალისწინებული მონაცემების გათვალისწინებით, ჩვენ მოგვიწევს:

3) თერმოდინამიკური პროცესის დროს 500 კალორია საჭიროა 10 გ-ის ტოლი მასის სხეულის დასადნობად, რომელიც მყარ მდგომარეობაშია, დნობის ტემპერატურაზე. განსაზღვრეთ ამ სხეულის შერწყმის ფარული სითბო.

რეზოლუცია

იმისათვის, რომ გამოთვალოთ ის, რასაც ითხოვთ, გამოვიყენებთ ლატენტური სითბოს ფორმულას:

ინფორმირებული მონაცემების გამოყენებით, ჩვენ მოგვიწევს:

4) შეამოწმეთ ალტერნატივა, რომელიც წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური ტალღების მიერ სითბოს გადაცემის პროცესის სახელს:

ა) მართვა

ბ) კონვექცია

გ) გადაცემა

დ) დასხივება

ე) დილატაცია

რეზოლუცია

ელექტრომაგნიტური ტალღების მეშვეობით სითბოს გადაცემას ეწოდება დასხივება. ამ პროცესის საშუალებით, მზეს შეუძლია გაათბოს დედამიწის ზედაპირი.

5) ერთგვაროვანი ლითონის ზოლი, რომლის სიგრძე 1.5 მ უდრის, თბება მანამ, სანამ მისი ტემპერატურა 25 ° C არ მიაღწევს 150 ° C. იმის გათვალისწინებით, რომ ამ ზოლის ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტია 1.2.10^-5 ° C^-¹, გათბობის შემდეგ განსაზღვრეთ ბარის საბოლოო სიგრძე.

რეზოლუცია

გაფართოების ტიპი, რომელსაც განიცდის ბარი, არის ხაზოვანი ამიტომ, ამ ზოლის საბოლოო სიგრძის გამოსათვლელად, ჩვენ გავაკეთებთ შემდეგ გაანგარიშებას:

ჩემ მიერ. რაფაელ ჰელერბროკი