Termologie: concepten, formules en oefeningen

Wat is thermologie?

Thermologie is de wetenschappelijke studie van verschijnselen die verband houden met warmte en de temperatuur, zoals warmteoverdracht, thermisch evenwicht, transformaties ondergaan door gassen, veranderingen in fysieke toestand, enz.

Temperatuur

Temperatuur het is de maat voor de mate van agitatie van de deeltjes waaruit een lichaam bestaat. De temperatuur van een lichaam is direct proportioneel de snelheid waarmee de atomen en moleculen trillen, roteren of zelfs transleren.

De temperatuur is een van de grootheidgrondbeginselen van de natuur, samen met de metro Het is alsof tweede, bijvoorbeeld. Bij de systeemInternationaleineenheden (SI), de eenheid die wordt gebruikt om de temperatuur te meten is Kelvin (K). Deze temperatuurschaal wordt als absoluut beschouwd, omdat deze geen negatieve waarden toelaat en direct kan worden bepaald door de thermische trillingen van de atomen. Daarom zeggen we dat de laagst mogelijke temperatuur 0 K is, ook wel bekend als absolute nulpunt.

Ondanks het bestaan ​​van Kelvin, andere gebruikelijke schalen, gebaseerd op andere stoffen, zoals Celsius en Fahrenheit, blijven worden gebruikt in de wereld. De onderstaande afbeelding toont drie thermometers met schaalverdeling op de meest voorkomende bestaande schalen: Celsius,Kelvin en Fahrenheit:

thermometrische schalen

Bij weegschaalthermometrische worden gebruikt om de temperatuur van een referentie te meten. Over het algemeen worden twee vaste punten genomen waar het lichaam of de referentiestof zich zou presenteren dezelfde eigenschappen zoals volume, dichtheid, geleidbaarheid of elektrische weerstand, lengte, enz.

DE schaalCelsius het is de meest gebruikte thermometer ter wereld. Het is een schaal van Celsius, dat wil zeggen, het heeft 100 verdelingen van gelijke grootte tussen de vaste punten, 0 C en 100 ºC, graden genoemd. Omdat het een gebruikelijke schaal is, laat het negatieve temperaturen toe: het absolute nulpunt heeft een waarde van ongeveer -273,5 °C.

Kijkenook: Thermometers en thermometrische schalen

DE schaalFahrenheit, op zijn beurt wordt het in een paar landen gebruikt, zoals de Verenigde Staten en Engeland. Het is zo ontwikkeld dat het punt van Fusie van water is gelijk aan 32 ° F. Dus zelfs als het lage temperaturen bereikt, is het onwaarschijnlijk dat negatieve temperaturen worden waargenomen in landen die deze schaal gebruiken. de temperatuur van kokend van water in Fahrenheit is 212°F.

DE schaalKelvin was gebaseerd op de thermische agitatie van heliumatomen op een zodanige manier dat, wanneer ze totale rust bereiken, deze atomen een temperatuur van 0 K krijgen toegewezen. Tegenwoordig weten we dat deze zeer lage temperatuur eigenlijk is onbereikbaar.

Om temperatuurwaarden uitgedrukt in een van de bovengenoemde schalen om te zetten, kunnen we de volgende vergelijkingen gebruiken:

T_K – temperatuur in Kelvin
T_F – temperatuur in Fahrenheit
T_Ç – temperatuur in Celsius

Warmte

wij zeggen dat warmte is de thermische energie die wordt overgedragen tussen lichamen die elkaar ontmoeten in temperaturenveel verschillende, daarom een ​​vorm van energie zijn. Bovendien gaat warmte altijd van het lichaam met de hoogste temperatuur naar de lichamen met de laagste temperatuur, totdat er een thermisch evenwicht is bereikt.

Warmte kan via drie processen worden overgedragen:

• Het rijden: warmteoverdracht door contact met oppervlakken;

• Convectie: warmteoverdracht door de vorming van convectieve stromen in een vloeistof;

• Bestraling: warmteoverdracht door elektromagnetische golven.

Kijkenook:Warmtevoortplantingsprocessen

Er zijn slechts twee vormen van warmte: warmtelatent en warmtegevoelig:

• Warmtegevoelig: is de vorm van warmte die verantwoordelijk is voor de verandering in temperatuur in een lichaam. Wanneer een lichaam voelbare warmte ontvangt, stijgt de temperatuur; wanneer hetzelfde lichaam voelbare warmte opgeeft, daalt de temperatuur.

• Warmtelatent: het is de hoeveelheid warmte die moet worden overgedragen voordat een lichaam of substantie zijn fysieke toestand kan veranderen. Wanneer een lichaam bijvoorbeeld op kook- of smelttemperatuur is, verandert de temperatuur niet, ook al blijft het blootgesteld aan een warmtebron. Er zijn geen warmteveranderingen wanneer een lichaam latente warmte uitwisselt, alleen veranderingen in fysieke toestanden. Daarom zeggen we dat hij ontvangt warmtelatent.

Kijkenook: Verschillen tussen voelbare warmte en latente warmte

Thermische uitzetting

DE verwijdingthermisch het treedt op wanneer een lichaam grote hoeveelheden warmte ontvangt of weggeeft. naast de veranderingintemperatuur- of de jouwe staatinaggregatie (fysieke toestand), kan de overdracht van warmte naar een lichaam veranderingen in zijn afmetingen veroorzaken. Thermische uitzetting hangt af van de temperatuurvariatie die het lichaam ondervindt, naast de uitzettingscoëfficiënt lineair,oppervlakkig en volumetrisch.

Afhankelijk van de vorm van het lichaam, is het mogelijk om te bepalen welke van de afmetingen de voorkeur heeft. Een naald heeft bijvoorbeeld een langwerpige vorm, dus de belangrijkste verwijding is in dit geval de lineair. In totaal zijn er drie vormen van thermische uitzetting:

• Lineaire dilatatie: verandering in de lengte van een lichaam. Het hangt af van de lineaire uitzettingscoëfficiënt (α).

• Oppervlakkige verwijding: verandering ondergaan door het gebied van een lichaam. Het hangt af van de oppervlakte-uitzettingscoëfficiënt (β).

• Volumetrische dilatatie: verandering opgetreden in het volume van een lichaam. Het hangt af van de volumetrische uitzettingscoëfficiënt (γ).

Er worden dilatatievoegen gebruikt zodat de spoorstaven niet uitzetten en dus niet buigen.

Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)

Kijkenook:Thermische uitzetting van vaste stoffen

Thermodynamica

DE Thermodynamica is een belangrijk gebied van de thermologie dat de relaties tussen warmte,werk,temperatuur- en andere hoeveelheden, zoals: druk,volume, enz. Het is verantwoordelijk voor het opzetten van wetten die alle transformaties regelen die door materie kunnen worden ondergaan, zoals de wet van energiebehoud, ook wel bekend als de eerste wet van de thermodynamica.

Kijkenook:Grondbeginselen van calorimetrie

Leer meer over de wetten van de thermodynamica en een korte beschrijving van de inhoud ervan:

• Nulwet van de thermodynamica: is de wet van thermisch evenwicht. Deze wet zegt dat alle lichamen de neiging hebben om warmte uit te wisselen totdat ze een thermisch evenwicht hebben bereikt.

• Eerste wet van de thermodynamica: is de wet van behoud van energie. Deze wet stelt dat alle warmte die een systeem ontvangt tijdens een thermodynamisch proces, kan worden omgezet in arbeid of in een toename van zijn interne energie.

• Tweede wet van de thermodynamica: is de wet van entropie. Deze wet stelt dat alle systemen die warmte ontvangen de neiging hebben om steeds lagere organisatieniveaus te bereiken.

• Derde wet van de thermodynamica: is de wet van het absolute nulpunt. Deze wet vertelt ons dat het absolute nulpunt eigenlijk onbereikbaar is. Hoe koud een lichaam ook is, het zal nooit op 0 K zijn.

Thermologische formules

Bekijk enkele Thermologie-formules die nuttig kunnen zijn voor uw studie:

• Conversie van thermometrische schalen

• Gevoelige warmteberekening

  

  Vraag – voelbare warmte
  m - pasta
  ç - specifieke hitte
  T - temperatuurvariatie

• Berekening van latente warmte

Vraag – warmte
m - pasta
L - latente warmte

• lineaire thermische dilatatie

  

  L – uiteindelijke lengte
  L₀ – aanvankelijke lengte
  T - temperatuurvariatie
  α – lineaire uitzettingscoëfficiënt

• thermische uitzetting aan het oppervlak

  

  zo – laatste gebied
  zo₀ – begingebied
  T - temperatuurvariatie
  β – oppervlakte-uitzettingscoëfficiënt

• Volumetrische thermische dilatatie

  

  V - Eindvolume
  L₀ – beginvolume
  T - temperatuurvariatie
  γ – volumetrische uitzettingscoëfficiënt

• Eerste wet van de thermodynamica

U – interne energievariatie
Vraag – warmte
τ - werk

Samenvatting

• Temperatuur: hoe heter een lichaam is, hoe groter de vibratie van zijn moleculen. Een dergelijke agitatie wordt temperatuur genoemd.

• Warmte: wanneer twee lichamen met verschillende temperaturen elkaar ontmoeten in thermisch contact, wordt warmte overgedragen van het lichaam met de hogere temperatuur naar het minder hete lichaam

• Weegschalenthermometrisch: worden gebruikt om temperaturen in verschillende eenheden weer te geven, zoals Celsius en Fahrenheit.

• dilatatiethermisch: wanneer een lichaam warmte ontvangt en temperatuurstijgingen ervaart, kunnen de afmetingen ervan toenemen. Dit effect wordt thermische uitzetting genoemd.

Zie ook: Wat is het verschil tussen warmte en temperatuur?

Thermologische Oefeningen

1) Een thermometer gekalibreerd op de Fahrenheit-schaal geeft een temperatuur van 68 ° F aan. Wat is de waarde van deze temperatuur op de schaal van Celsius?

Resolutie

bekeren Fahrenheit in Celsius, we zullen de onderstaande formule gebruiken:

2) Een lichaam met 10 g soortelijke warmte gelijk aan 1,2 cal/g °C wordt onderworpen aan een temperatuurvariatie van 25 °C. Bepaal de hoeveelheid warmte die tijdens het proces naar dit lichaam wordt overgebracht.

Resolutie

In de trainingsverklaring staat dat er een temperatuurvariatie was voor dit lichaam. Daarom gebruiken we de formule die de hoeveelheid voelbare warmte berekent:

Op basis van de gegevens die door de oefening worden verstrekt, moeten we:

3) In een thermodynamisch proces is 500 cal nodig om een ​​lichaam met een massa gelijk aan 10 g, dat zich in vaste toestand bevindt, bij zijn smelttemperatuur te smelten. Bepaal de latente smeltwarmte van dit lichaam.

Resolutie

Om de door u gevraagde berekening te maken, gebruiken we de latente warmte-formule:

Met behulp van de gegevens die we hebben ontvangen, moeten we:

4) Controleer het alternatief met de naam van het proces van warmteoverdracht door elektromagnetische golven:

a) Rijden

b) Convectie

c) Transmissie:

d) Bestraling

e) Dilatatie

Resolutie

De overdracht van warmte door elektromagnetische golven heet bestraling. Door dit proces kan de zon het aardoppervlak verwarmen.

5) Een homogene metalen staaf met een lengte gelijk aan 1,5 m wordt verwarmd tot de temperatuur van 25 °C 150 °C bereikt. Aangezien de lineaire uitzettingscoëfficiënt van deze staaf 1,2.10. is^-5 °C^-¹, bepaal de uiteindelijke lengte van de staaf na verwarming.

Resolutie

Het type verwijding waar een staaf aan lijdt is lineair. Om de uiteindelijke lengte van deze staaf te berekenen, doen we daarom de volgende berekening:

Door mij Rafael Helerbrock

Warmte is een vorm van transporterende energie die ontstaat tussen lichamen met verschillende temperaturen. Een van de vormen van warmteoverdracht ontstaat wanneer er interne beweging is van de stromen van een verwarmde vloeistof. Controleer de naam van dit type warmteoverdracht:

Op een zeer warme dag is het mogelijk om te zien dat een geleidende draad die twee polen verbindt langer lijkt te zijn dan op koude dagen. Dit gebeurt als gevolg van een fenomeen genaamd: