Termoloģija: jēdzieni, formulas un vingrinājumi

Kas ir termoloģija?

Termoloģija ir zinātnisks pētījums par parādībām, kas saistītas ar karstums un temperatūra, piemēram, siltuma pārnešana, siltuma līdzsvars, transformācijas, ko veic gāzes, fiziskā stāvokļa izmaiņas utt.

Temperatūra

Temperatūra tas ir ķermeni veidojošo daļiņu satraukuma pakāpes mērs. Ķermeņa temperatūra ir tieši proporcionāls ātrums, kādā tās atomi un molekulas vibrē, rotē vai pat tulko.

Temperatūra ir viena no varenībaspamati dabas, kopā ar metro Tas ir kā otrkārt, piemēram. Pie sistēmāStarptautiskāiekšāvienības (SI), temperatūras mērīšanai izmantojamā vienība ir Kelvins (K). Šī temperatūras skala tiek uzskatīta par absolūtu, jo tā neatzīst negatīvas vērtības un to var tieši noteikt ar atomu termisko vibrāciju. Tāpēc mēs sakām, ka zemākā iespējamā temperatūra ir 0 K, kas pazīstama arī kā absolūtā nulle.

Neskatoties uz Kelvina esamību, citas parastās skalas, kuru pamatā ir citas vielas, piemēram, Pēc Celsija un Fārenheits, turpina izmantot pasaulē. Zemāk redzamajā attēlā parādīti trīs termometri, kas iedalīti pēc visbiežāk esošajām skalām:

Pēc Celsija,Kelvins un Farenheits:

termometriskās svari

Plkst svaritermometrisks izmanto temperatūras mērīšanai no kāda atskaites punkta. Parasti tiek ņemti divi fiksēti punkti, kuros ķermenis vai standartviela būtu tādas pašas īpašības kā tilpums, blīvums, vadītspēja vai elektriskā pretestība, garums utt.

mērogsPēc Celsija tas ir visbiežāk izmantotais termometrs pasaulē. Tā ir centigradu skala, tas ir, tai ir 100 vienāda lieluma sadalījumi starp fiksētajiem punktiem 0 ° C un 100 ° C, ko sauc par grādiem. Tā kā tā ir parasta skala, tā pieļauj negatīvas temperatūras: tās absolūtās nulles vērtība ir aptuveni -273,5 ° C.

Skatiesarī: Termometri un termometriskie svari

mērogsFārenheits, savukārt to lieto dažās valstīs, piemēram, ASV un Anglijā. Tas tika izstrādāts tā, lai punkts Kodolsintēze ūdens ir vienāds ar 32 ° F. Tādējādi, pat sasniedzot zemu temperatūru, maz ticams, ka valstīs, kas izmanto šo skalu, tiek novērota negatīva temperatūra. temperatūra vārīšanās ūdens Fārenheitā ir 212 ° F.

mērogsKelvins tika balstīts uz hēlija atomu termisko maisīšanu tādā veidā, ka, sasniedzot kopējo atpūtu, šiem atomiem tiek piešķirta 0 K temperatūra. Šodien mēs zinām, ka šī ļoti zemā temperatūra patiesībā ir nesasniedzams.

Lai pārveidotu temperatūras vērtības, kas izteiktas vienā no iepriekš minētajām skalām, mēs varam izmantot šādus vienādojumus:

T_K - temperatūra Kelvinos
T_F - temperatūra Fārenheitā
T_Ç - temperatūra pēc Celsija

Siltums

mēs to sakām karstums ir siltuma enerģija, kas tiek nodota starp ķermeņiem, kuri satiekas temperatūrasdaudz dažādu, tāpēc tas ir enerģijas veids. Turklāt siltums vienmēr pārvietojas no ķermeņa ar visaugstāko temperatūru uz ķermeņiem ar viszemāko temperatūru, līdz tiek izveidots siltuma līdzsvars.

Siltumu var pārraidīt trīs procesos:

• Braukšana: siltuma pārnešana, saskaroties ar virsmām;

• Konvekcija: siltuma pārnešana konvekcijas strāvu veidošanās dēļ šķidrumā;

• Apstarošana: siltuma pārnešana ar elektromagnētiskiem viļņiem.

Skatiesarī:Siltuma izplatīšanās procesi

Ir tikai divas siltuma formas: karstumslatents un karstumssensitīvs:

• Siltumsjūtīgs: vai siltuma forma ir atbildīga par temperatūras izmaiņām organismā. Kad ķermenis saņem saprātīgu siltumu, tā temperatūra paaugstinās; kad tas pats ķermenis atsakās no saprātīga siltuma, tā temperatūra pazeminās.

• Siltumslatentais: tas ir siltuma daudzums, kas jāpārnes, lai ķermenis vai viela mainītu fizisko stāvokli. Piemēram, kad ķermenis ir viršanas vai kušanas temperatūrā, tā temperatūra nemainās, pat ja tā paliek pakļauta siltuma avotam. Kad ķermenis apmainās ar latentu siltumu, siltuma izmaiņas nenotiek, tikai mainās fiziskie stāvokļi. Tāpēc mēs sakām, ka viņš saņem karstumslatents.

Skatiesarī: Atšķirības starp saprātīgu siltumu un latentu siltumu

Termiska izplešanās

paplašināšanāstermiskā tas notiek, kad ķermenis saņem vai atdod lielu daudzumu siltuma. Bez tam mainītiekšātemperatūra vai jūsu Valstsiekšāapkopošana (fiziskais stāvoklis), siltuma pārnešana uz ķermeni var izraisīt izmaiņas tā izmēros. Termiskā izplešanās papildus tā izplešanās koeficientam ir atkarīga arī no temperatūras svārstībām, kuras cieš ķermenis lineārs,sekla un tilpuma.

Pēc ķermeņa formas ir iespējams noteikt, kurš no tā izmēriem ir labvēlīgāks. Piemēram, adatai ir iegarena forma, tāpēc vissvarīgākais paplašinājums šajā gadījumā ir lineārs. Kopumā ir trīs termiskās izplešanās veidi:

• Lineārā dilatācija: ķermeņa garuma izmaiņas. Tas ir atkarīgs no tā lineārās izplešanās koeficienta (α).

• Virspusēja dilatācija: izmaiņas, kas notikušas ķermeņa zonā. Tas ir atkarīgs no virsmas izplešanās koeficienta (β).

• Tilpuma paplašināšanās: izmaiņas notika ķermeņa tilpumā. Tas ir atkarīgs no tilpuma izplešanās koeficienta (γ).

Izplešanās šuves tiek izmantotas, lai dzelzceļa stieņi nepaplašinātos un līdz ar to neliektos.

Skatiesarī:Cietvielu termiskā izplešanās

Termodinamika

Termodinamika ir svarīga termoloģijas joma, kas pēta attiecības starp karstums,darbs,temperatūra un citi daudzumi, piemēram spiediens,apjoms, utt. Tā ir atbildīga par nodibināšanu likumiem kas regulē visas pārvērtības, kas var notikt, piemēram, enerģijas saglabāšanas likums, kas pazīstams arī kā pirmais termodinamikas likums.

Skatiesarī:Kalorimetrijas pamati

Uzziniet par termodinamikas likumiem un īsu tā satura aprakstu:

• Nulles termodinamikas likums: ir termiskā līdzsvara likums. Šis likums saka, ka visiem ķermeņiem ir tendence apmainīt siltumu, līdz tie sasniedz termisko līdzsvaru.

• Pirmais termodinamikas likums: ir likums saglabāšana enerģijas. Šis likums nosaka, ka visu siltumu, ko sistēma saņem termodinamiskā procesa laikā, var pārveidot par darbu vai par tās iekšējās enerģijas palielināšanos.

• Otrais termodinamikas likums: ir likums entropija. Šis likums nosaka, ka visas sistēmas, kas saņem siltumu, mēdz sasniegt arvien zemākus organizācijas līmeņus.

• Trešais termodinamikas likums: ir absolūtās nulles likums. Šis likums mums saka, ka absolūtā nulle faktiski nav sasniedzama. Neatkarīgi no tā, cik ķermenis ir auksts, tas nekad nebūs pie 0 K.

Termoloģijas formulas

Pārbaudiet dažas termoloģijas formulas, kas var būt noderīgas jūsu pētījumam:

• Termometrisko svaru pārveidošana

• Jutīga siltuma aprēķins

  

  J - saprātīgs karstums
  m - makaroni
  ç - īpašs karstums
  ΔT - temperatūras svārstības

• Latentā siltuma aprēķins

J - siltums
m - makaroni
L - latents karstums

• lineāra termiskā dilatācija

  

  L - galīgais garums
  L₀ - sākotnējais garums
  ΔT - temperatūras svārstības
  α - lineārais izplešanās koeficients

• virsmas termiskā dilatācija

  

  s - galīgā platība
  s₀ - sākotnējā platība
  ΔT - temperatūras svārstības
  β - virsmas izplešanās koeficients

• Tilpuma termiskā dilatācija

  

  V - Galīgais sējums
  L₀ - sākotnējais tilpums
  ΔT - temperatūras svārstības
  γ - tilpuma izplešanās koeficients

• Pirmais termodinamikas likums

ΔU - iekšējā enerģijas variācija
J - siltums
τ - darbs

Kopsavilkums

• Temperatūra: jo karstāks ir ķermenis, jo lielāka ir tā molekulu vibrācija. Šādu satraukumu sauc par temperatūru.

• Karstums: kad termiskā kontaktā satiekas divi dažādas temperatūras ķermeņi, siltums tiek pārnests no ķermeņa ar augstāku temperatūru uz mazāk karstu ķermeni

• Svaritermometrisks: tiek izmantoti, lai attēlotu temperatūras dažādās vienībās, piemēram, pēc Celsija un Fārenheita.

• Paplašināšanāstermiskā: kad ķermenis saņem siltumu un piedzīvo temperatūras paaugstināšanos, tā izmēri var palielināties. Šo efektu sauc par termisko izplešanos.

Skatīt arī: Kāda ir atšķirība starp siltumu un temperatūru?

Termoloģijas vingrinājumi

1) Fārenheita skalā kalibrēts termometrs norāda temperatūru 68 ° F. Kāda ir šīs temperatūras vērtība pēc Celsija skalas?

Izšķirtspēja

konvertēt Fārenheits iekšā Pēc Celsija, mēs izmantosim šādu formulu:

2) Ķermenis ar 10 g īpatnējā siltuma, kas vienāds ar 1,2 cal / g ° C, tiek pakļauts temperatūras svārstībām 25 ° C. Nosakiet siltuma daudzumu, kas procesa laikā tiek nodots šim ķermenim.

Izšķirtspēja

Vingrojuma paziņojumā teikts, ka šai ķermenim bija atšķirīgas temperatūras. Tāpēc mēs izmantosim formulu, kas aprēķina saprātīgā siltuma daudzumu:

Ņemot vērā vingrinājumā sniegtos datus, mums būs:

3) Termodinamiskā procesā ir nepieciešami 500 kal, lai izkausētu ķermeni ar masu, kas vienāda ar 10 g un ir cietā stāvoklī, kušanas temperatūrā. Nosakiet šī ķermeņa latento kodolsintēzes siltumu.

Izšķirtspēja

Lai veiktu pieprasīto aprēķinu, mēs izmantosim latentā siltuma formulu:

Izmantojot datus, kas tika informēti, mums būs:

4) Pārbaudiet alternatīvu, kas parāda siltuma pārneses procesa nosaukumu ar elektromagnētiskajiem viļņiem:

a) Braukšana

b) konvekcija

c) Pārraide

d) apstarošana

e) paplašināšanās

Izšķirtspēja

Tiek saukta siltuma pārnešana caur elektromagnētiskajiem viļņiem apstarošana. Izmantojot šo procesu, Saule spēj sildīt Zemes virsmu.

5) Homogēnu metāla stieni, kura garums ir vienāds ar 1,5 m, karsē, līdz tā temperatūra 25 ° C sasniedz 150 ° C. Ņemot vērā, ka šīs joslas lineārās izplešanās koeficients ir 1.2.10^-5 ° C^-¹, nosakiet stieņa galīgo garumu pēc karsēšanas.

Izšķirtspēja

Paplašināšanās veids, ko cieš stienis, ir lineārs. Tāpēc, lai aprēķinātu šīs joslas galīgo garumu, mēs veiksim šādu aprēķinu:

Autors: Rafaels Helerbroks