Terminija: sąvokos, formulės ir pratimai

Kas yra termologija?

Termologija yra mokslinis reiškinių, susijusių su šilumos ir temperatūra, tokie kaip šilumos perdavimas, šiluminė pusiausvyra, transformacijos, kurias vykdo dujos, fizinės būklės pokyčiai ir kt.

Temperatūra

Temperatūra tai yra kūną sudarančių dalelių sujaudinimo laipsnio matas. Kūno temperatūra yra tiesiogiai proporcingas greitis, kuriuo jo atomai ir molekulės vibruoja, sukasi ar net verčiasi.

Temperatūra yra viena iš didybėspagrindai gamtos, kartu su metro Tai panašu antra, pavyzdžiui. Prie sistemaTarptautinisįvienetų (SI), temperatūrai matuoti naudojamas vienetas yra Kelvinas (K). Ši temperatūros skalė laikoma absoliučia, nes ji nepripažįsta neigiamų reikšmių ir gali būti tiesiogiai nustatyta pagal šiluminę atomų vibraciją. Todėl mes sakome, kad žemiausia įmanoma temperatūra yra 0 K, dar vadinama absoliutus nulis.

Nepaisant to, kad egzistuoja Kelvinas, kitos įprastos svarstyklės, pagrįstos kitomis medžiagomis, pvz Celsijaus ir Farenheitas, ir toliau naudojami pasaulyje

. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodyti trys termometrai, sugraduoti pagal dažniausiai pasitaikančias svarstykles: Celsijaus,Kelvinas ir Farenheitas:

termometrinės svarstyklės

At svarstyklėstermometrinis naudojami temperatūrai matuoti pagal tam tikrą atskaitos tašką. Paprastai imami du fiksuoti taškai, kuriuos pateiktų kūnas arba etaloninė medžiaga tokios pačios savybės kaip tūris, tankis, laidumas ar elektrinė varža, ilgis ir kt.

skalėCelsijaus tai dažniausiai naudojamas termometras pasaulyje. Tai yra Celsijaus skalė, tai yra, ji turi 100 vienodo dydžio padalijimų tarp fiksuotų taškų, 0 ° C ir 100 ° C, vadinamų laipsniais. Kadangi tai yra įprasta skalė, ji pripažįsta neigiamą temperatūrą: jos absoliutaus nulio vertė yra maždaug -273,5 ° C.

Pažiūrėktaip pat: Termometrai ir termometrinės svarstyklės

skalėFarenheitas, savo ruožtu jis naudojamas keliose šalyse, pavyzdžiui, JAV ir Anglijoje. Jis buvo sukurtas taip, kad taškas Susiliejimas vandens yra lygus 32 ° F. Taigi, net pasiekus žemą temperatūrą, mažai tikėtina, kad neigiamą temperatūrą būtų galima pastebėti šalyse, kurios naudoja šią skalę. temperatūra verdamas vandens Farenheite yra 212 ° F.

skalėKelvinas buvo pagrįstas šiluminiu helio atomų maišymu tokiu būdu, kad jiems pasiekus visišką poilsį, šiems atomams priskiriama 0 K temperatūra. Šiandien mes žinome, kad ši labai žema temperatūra iš tikrųjų yra nepasiekiamas.

Norėdami konvertuoti temperatūros vertes, išreikštas vienoje iš aukščiau minėtų skalių, galime naudoti šias lygtis:

T_K. - temperatūra Kelvine
T_F - temperatūra Farenheitu
T_Ç - temperatūra Celsijaus laipsniais

Šiluma

mes taip sakome šilumos yra šiluminė energija, perduodama tarp kūnų, patenkančių į temperatūrosdaug skirtingų, todėl yra energijos forma. Be to, šiluma visada keliauja iš aukščiausios temperatūros kūno į žemiausios temperatūros kūnus, kol bus nustatyta šiluminė pusiausvyra.

Šiluma gali būti perduodama trimis procesais:

• Vairuoja: šilumos perdavimas kontaktuojant su paviršiais;

• Konvekcija: šilumos perdavimas dėl konvekcinių srovių susidarymo skystyje;

• Apšvitinimas: šilumos perdavimas elektromagnetinėmis bangomis.

Pažiūrėktaip pat:Šilumos sklidimo procesai

Yra tik dvi šilumos formos: šilumoslatentinis ir šilumosjautrus:

• Šilumajautrus: yra šilumos forma, atsakinga už kūno temperatūros pokyčius. Kai kūnas gauna protingą šilumą, jo temperatūra pakyla; kai tas pats kūnas atsisako protingos šilumos, jo temperatūra nukrinta.

• Šilumalatentinis: tai šilumos kiekis, kurį reikia perduoti, kad kūnas ar medžiaga pakeistų savo fizinę būseną. Pavyzdžiui, kai kūnas yra virimo ar lydymosi temperatūroje, jo temperatūra nesikeičia, net jei jis lieka veikiamas šilumos šaltinio. Šilumos pokyčių, kai kūnas keičia latentinę šilumą, nėra, keičiasi tik fizinės būsenos. Štai kodėl mes sakome, kad jis gauna šilumoslatentinis.

Pažiūrėktaip pat: Skirtumai tarp jautrios šilumos ir latentinės šilumos

Terminis išsiplėtimas

išsiplėtimasterminis jis įvyksta, kai kūnas gauna arba atiduoda didelius šilumos kiekius. Be to pakeistiįtemperatūra ar tavo valstijaįagregavimas (fizinė būsena), šilumos perdavimas kūnui gali sukelti jo matmenų pokyčius. Šiluminis išsiplėtimas priklauso nuo kūno patiriamų temperatūros pokyčių, be jo plėtimosi koeficiento linijinis,negiliai ir tūrinis.

Pagal kūno formą galima nustatyti, kuris iš jo matmenų yra labiau mėgstamas. Pavyzdžiui, adata yra pailgos formos, todėl šiuo atveju svarbiausias išsiplėtimas yra linijinis. Iš viso yra trys šiluminio plėtimosi formos:

• Tiesinis išsiplėtimas: kūno ilgio pokytis. Tai priklauso nuo jo tiesinio plėtimosi koeficiento (α).

• Paviršinis išsiplėtimas: kūno ploto patirti pokyčiai. Tai priklauso nuo paviršiaus išsiplėtimo koeficiento (β).

• Tūrinis išsiplėtimas: įvyko kūno apimties pokytis. Tai priklauso nuo tūrio plėtimosi koeficiento (γ).

Išsiplėtimo jungtys naudojamos taip, kad geležinkelio strypai neišsiplėstų ir dėl to nelinktų.

Pažiūrėktaip pat:Terminis kietųjų medžiagų išsiplėtimas

Termodinamika

Termodinamika yra svarbi termologijos sritis, tirianti ryšius tarp šiluma,darbas,temperatūra ir kiti kiekiai, pvz slėgis,tūris, ir kt. Ji yra atsakinga už nustatymą įstatymai kurie valdo visas transformacijas, kurias gali patirti materija, pavyzdžiui, energijos taupymo dėsnis, dar vadinamas pirmuoju termodinamikos dėsniu.

Pažiūrėktaip pat:Kalorimetrijos pagrindai

Sužinokite apie termodinamikos dėsnius ir trumpą jo turinio aprašymą:

• Nulis termodinamikos dėsnis: yra šiluminės pusiausvyros dėsnis. Šis dėsnis sako, kad visi kūnai linkę keistis šiluma, kol pasiekia šiluminę pusiausvyrą.

• Pirmasis termodinamikos dėsnis: yra įstatymas išsaugojimas energijos. Šis dėsnis teigia, kad visa šiluma, kurią sistema gauna termodinaminio proceso metu, gali būti paversta darbu arba jos vidinės energijos padidėjimu.

• Antrasis termodinamikos dėsnis: yra įstatymas entropija. Šis įstatymas teigia, kad visos sistemos, gaunančios šilumą, paprastai pasiekia vis žemesnį organizavimo lygį.

• Trečiasis termodinamikos dėsnis: yra absoliutaus nulio dėsnis. Šis dėsnis mums sako, kad absoliutus nulis iš tikrųjų nepasiekiamas. Kad ir koks šaltas būtų kūnas, jis niekada nebus 0 K temperatūroje.

Termologijos formulės

Peržiūrėkite keletą termologijos formulių, kurios gali būti naudingos jūsų tyrimui:

• Termometrinių svarstyklių perskaičiavimas

• Jautrios šilumos skaičiavimas

  

  Klausimas - protinga šiluma
  m - makaronai
  ç - specifinė šiluma
  ΔT - temperatūros kitimas

• Latentinės šilumos apskaičiavimas

Klausimas - šiluma
m - makaronai
L - latentinis karštis

• linijinis šiluminis išsiplėtimas

  

  L - galutinis ilgis
  L₀ - pradinis ilgis
  ΔT - temperatūros kitimas
  α - tiesinis plėtimosi koeficientas

• paviršiaus terminis išsiplėtimas

  

  s - galutinis plotas
  s₀ - pradinis plotas
  ΔT - temperatūros kitimas
  β - paviršiaus išsiplėtimo koeficientas

• Tūrinis šiluminis išsiplėtimas

  

  V - Galutinis tomas
  L₀ - pradinis tūris
  ΔT - temperatūros kitimas
  γ - tūrinis išsiplėtimo koeficientas

• Pirmasis termodinamikos dėsnis

ΔU - vidinė energijos kaita
Klausimas - šiluma
τ - darbas

Santrauka

• Temperatūra: kuo karštesnis kūnas, tuo didesnė jo molekulių vibracija. Toks maišymas vadinamas temperatūra.

• Šiluma: kai termiškai kontaktuodami susitinka du skirtingos temperatūros kūnai, šiluma perduodama iš aukštesnės temperatūros kūno į mažiau karštą kūną

• Svarstyklėstermometrinis: naudojami skirtingiems vienetams, tokiems kaip Celsijaus ir Farenheito, rodyti.

• Išsiplėtimasterminis: kai kūnas gauna šilumos ir patiria temperatūros padidėjimą, jo matmenys gali padidėti. Šis poveikis vadinamas šilumine plėtra.

Taip pat žiūrėkite: Kuo skiriasi šiluma ir temperatūra?

Termologijos pratimai

1) Fahrenheito skalėje sukalibruotas termometras rodo 68 ° F temperatūrą. Kokia šios temperatūros vertė pagal Celsijaus skalę?

Rezoliucija

Konvertuoti Farenheitas į Celsijaus, naudosime žemiau pateiktą formulę:

2) Kūnas, kuriame yra 10 g savitosios šilumos, lygios 1,2 cal / g ° C, temperatūros kitimas yra 25 ° C. Nustatykite šilumos kiekį, perduodamą šiam kūnui proceso metu.

Rezoliucija

Pratimo pareiškime teigiama, kad šio kūno temperatūra buvo skirtinga. Todėl naudosime formulę, kuri apskaičiuoja protingos šilumos kiekį:

Atsižvelgdami į pratybų pateiktus duomenis, turėsime:

3) Vykdant termodinaminį procesą, norint ištirpinti kietos būsenos kūną, kurio lydymosi temperatūra yra 10 g masės, reikia 500 kal. Nustatykite latentinę šio kūno susiliejimo šilumą.

Rezoliucija

Norėdami atlikti jūsų prašomą skaičiavimą, naudosime latentinės šilumos formulę:

Naudodamiesi pateiktais duomenimis, turėsime:

4) Patikrinkite alternatyvą, kurioje pateikiamas šilumos perdavimo elektromagnetinėmis bangomis proceso pavadinimas:

a) Vairavimas

b) Konvekcija

c) Perdavimas

d) Apšvitinimas

e) išsiplėtimas

Rezoliucija

Vadinamas šilumos perdavimas per elektromagnetines bangas apšvitinimas. Per šį procesą Saulė sugeba pašildyti Žemės paviršių.

5) Vienalytis metalinis strypas, kurio ilgis lygus 1,5 m, kaitinamas tol, kol jo 25 ° C temperatūra pasiekia 150 ° C. Atsižvelgiant į tai, kad šios juostos tiesinio plėtimosi koeficientas yra 1.2.10^-5 ° C^-¹, nustatykite galutinį strypo ilgį po kaitinimo.

Rezoliucija

Baro išsiplėtimo tipas yra linijinis. Todėl, norėdami apskaičiuoti galutinį šios juostos ilgį, atliksime tokį skaičiavimą:

Mano. Rafaelis Helerbrockas