Termologia: koncepcje, formuły i ćwiczenia

Czym jest termologia?

Termologia jest naukowym badaniem zjawisk związanych z ciepło i temperatura, takie jak wymiana ciepła, równowaga termiczna, przemiany zachodzące przez gazy, zmiany stanu fizycznego itp.

Temperatura

Temperatura jest to miara stopnia wzburzenia cząstek tworzących ciało. Temperatura ciała jest bezpośrednio proporcjonalny prędkość, z jaką jej atomy i cząsteczki wibrują, obracają się, a nawet przemieszczają.

Temperatura jest jedną z wspaniałościpodstawy przyrody, wraz z metro To jest jak druga, na przykład. Na systemMiędzynarodowywjednostki (SI), jednostką używaną do pomiaru temperatury jest Kelvin (K). Ta skala temperatury jest uważana za bezwzględną, ponieważ nie dopuszcza wartości ujemnych i może być bezpośrednio określona przez drgania termiczne atomów. Dlatego mówimy, że najniższa możliwa temperatura to 0 K, znana również jako zero absolutne.

Pomimo istnienia Kelvina, inne zwykłe skale, oparte na innych substancjach, takich jak Celsjusz i Fahrenheita, nadal być używany na świecie

. Poniższy rysunek przedstawia trzy termometry wyskalowane na najbardziej popularnych istniejących skalach: Celsjusz,kelwin i Fahrenheita:

wagi termometryczne

W wagatermometryczny są używane do pomiaru temperatury z jakiegoś odniesienia. Generalnie przyjmuje się dwa stałe punkty, do których mogłoby się znaleźć ciało lub substancja odniesienia te same właściwości, takie jak objętość, gęstość, przewodność lub opór elektryczny, długość itp.

TEN skalaCelsjusz jest to najczęściej używany termometr na świecie. Jest to skala celsjusza, to znaczy ma 100 działek o równej wielkości pomiędzy jej stałymi punktami, 0 ºC i 100 ºC, zwanych stopniami. Ponieważ jest to zwykła skala, dopuszcza temperatury ujemne: jej zero absolutne ma wartość około -273,5°C.

Popatrzrównież: Termometry i wagi termometryczne

TEN skalaFahrenheita, z kolei jest używany w kilku krajach, takich jak Stany Zjednoczone i Anglia. Został opracowany tak, aby punkt the Połączenie wody jest równe 32°F. Tak więc, nawet osiągając niskie temperatury, jest mało prawdopodobne, aby ujemne temperatury były obserwowane w krajach stosujących tę skalę. temperatura wrzenie wody w stopniach Fahrenheita wynosi 212°F.

TEN skalakelwin opierała się na termicznym mieszaniu atomów helu w taki sposób, że po osiągnięciu całkowitego spoczynku atomom tym przypisywana jest temperatura 0 K. Dziś wiemy, że tak naprawdę ta bardzo niska temperatura jest nieosiągalny.

Do przeliczenia wartości temperatur wyrażonych w jednej z wyżej wymienionych skal możemy posłużyć się następującymi równaniami:

T_K – temperatura w Kelwinach
T_fa – temperatura w stopniach Fahrenheita
T_DO – temperatura w stopniach Celsjusza

Ciepło

mówimy, że ciepło to energia cieplna przekazywana między ciałami, które spotykają się w temperaturywiele różnych, dlatego jest formą energii. Co więcej, ciepło zawsze wędruje z ciała o najwyższej temperaturze do ciał o najniższej temperaturze, aż do ustalenia się równowagi termicznej.

Ciepło może być przekazywane w trzech procesach:

• Napędowy: przenikanie ciepła przez kontakt z powierzchniami;

• Konwekcja: przenoszenie ciepła w wyniku powstawania prądów konwekcyjnych w płynie;

• Naświetlanie: przenoszenie ciepła przez fale elektromagnetyczne.

Popatrzrównież:Procesy propagacji ciepła

Istnieją tylko dwie formy ciepła: ciepłoutajony i ciepłowrażliwy:

• Ciepłowrażliwy: jest formą ciepła odpowiedzialną za zmianę temperatury w ciele. Kiedy ciało otrzymuje ciepło odczuwalne, jego temperatura wzrasta; kiedy to samo ciało odda ciepło odczuwalne, jego temperatura spada.

• Ciepłoutajony: jest to ilość ciepła, która musi zostać przeniesiona, aby ciało lub substancja zmieniła swój stan fizyczny. Na przykład, gdy ciało ma temperaturę wrzenia lub topnienia, jego temperatura nie zmienia się, nawet jeśli pozostaje wystawiona na działanie źródła ciepła. Nie ma zmian ciepła, gdy ciało wymienia ciepło utajone, tylko zmiany stanów fizycznych. Dlatego mówimy, że otrzymuje ciepłoutajony.

Popatrzrównież: Różnice między ciepłem jawnym a utajonym

Rozszerzalność cieplna

TEN rozszerzanie siętermiczny występuje, gdy ciało otrzymuje lub oddaje duże ilości ciepła. Poza tym zmianawtemperatura czy twój stanwzbiór (stan fizyczny), przenoszenie ciepła na ciało może powodować zmiany jego wymiarów. Rozszerzalność cieplna, oprócz współczynnika rozszerzalności, zależy od zmian temperatury ciała liniowy,Płycizna i wolumetryczny.

W zależności od kształtu ciała można określić, który z jego wymiarów jest bardziej preferowany. Na przykład igła ma wydłużony kształt, więc najważniejszą dylatacją w tym przypadku jest liniowy. W sumie istnieją trzy formy rozszerzalności cieplnej:

• Dylatacja liniowa: zmiana długości ciała. Zależy od jego współczynnika rozszerzalności liniowej (α).

• Rozszerzenie powierzchowne: zmiana zachodząca przez obszar ciała. Zależy to od współczynnika rozszerzalności powierzchni (β).

• Dylatacja wolumetryczna: nastąpiła zmiana objętości ciała. Zależy to od współczynnika rozszerzalności objętościowej (γ).

Złącza dylatacyjne są stosowane, aby pręty kolejowe nie rozszerzały się, a tym samym nie wyginały.

Popatrzrównież:Rozszerzalność cieplna ciał stałych

Termodynamika

TEN Termodynamika jest ważnym obszarem termologii, który bada relacje między ciepło,praca,temperatura i inne ilości, takie jak nacisk,Tom, itp. Jest odpowiedzialny za ustalenie prawa które rządzą wszystkimi przemianami, jakim może podlegać materia, jak na przykład prawo zachowania energii, znane również jako pierwsze prawo termodynamiki.

Popatrzrównież:Podstawy kalorymetrii

Poznaj prawa termodynamiki i krótki opis ich treści:

• Zerowa zasada termodynamiki: jest prawem równowagi termicznej. To prawo mówi, że wszystkie ciała mają tendencję do wymiany ciepła, dopóki nie osiągną równowagi termicznej.

• Pierwsza zasada termodynamiki: jest prawem? ochrona energii. Prawo to mówi, że całe ciepło odbierane przez układ podczas procesu termodynamicznego może zostać zamienione na pracę lub na wzrost jego energii wewnętrznej.

• Druga zasada termodynamiki: jest prawem? entropia. Prawo to stanowi, że wszystkie systemy, które otrzymują ciepło, mają tendencję do osiągania coraz niższych poziomów organizacji.

• Trzecia zasada termodynamiki: jest prawem absolutnego zera. To prawo mówi nam, że zero absolutne jest w rzeczywistości nieosiągalne. Bez względu na to, jak zimne jest ciało, nigdy nie będzie w temperaturze 0 K.

Formuły termologiczne

Sprawdź niektóre formuły termologiczne, które mogą być przydatne w twoim badaniu:

• Konwersja wag termometrycznych

• Obliczanie ciepła wrażliwego

  

  Q – ciepło jawne
  m - makaron
  do - ciepło właściwe
  T - wahania temperatury

• Obliczanie ciepła utajonego

Q – ciepło
m - makaron
L - Ciepło

• liniowa dylatacja termiczna

  

  L – długość końcowa
  L₀ – długość początkowa
  T - wahania temperatury
  α – współczynnik rozszerzalności liniowej

• dylatacja termiczna powierzchni

  

  s – obszar końcowy
  s₀ – powierzchnia początkowa
  T - wahania temperatury
  β – współczynnik rozszerzalności powierzchni

• wolumetryczna dylatacja termiczna

  

  V - Objętość końcowa
  L₀ – objętość początkowa
  T - wahania temperatury
  γ – współczynnik rozszerzalności objętościowej

• Pierwsza zasada termodynamiki

U – wewnętrzna zmienność energii
Q – ciepło
τ - praca

streszczenie

• Temperatura: im gorętsze ciało, tym większe wibracje jego cząsteczek. Takie mieszanie nazywa się temperaturą.

• Ciepło: gdy dwa ciała o różnych temperaturach spotykają się w kontakcie termicznym, ciepło jest przenoszone z ciała o wyższej temperaturze w kierunku mniej gorącego ciała

• Wagatermometryczny: są używane do przedstawiania temperatur w różnych jednostkach, takich jak stopnie Celsjusza i Fahrenheita.

• Rozszerzanie siętermiczny: kiedy ciało otrzymuje ciepło i doświadcza wzrostu temperatury, jego wymiary mogą się zwiększyć. Ten efekt nazywa się rozszerzalnością cieplną.

Zobacz też: Jaka jest różnica między ciepłem a temperaturą?

Ćwiczenia z termologii

1) Termometr skalibrowany w skali Fahrenheita wskazuje temperaturę 68°F. Jaka jest wartość tej temperatury w skali Celsjusza?

Rozkład

przekonwertować na Fahrenheita w Celsjusz, użyjemy poniższego wzoru:

2) Ciało z 10 g ciepła właściwego równego 1,2 cal/g °C jest poddawane wahaniom temperatury o 25 °C. Określ ilość ciepła przekazywanego do tego ciała podczas procesu.

Rozkład

W ćwiczeniu stwierdza się, że w tym ciele wystąpiła zmiana temperatury. Dlatego posłużymy się wzorem obliczającym ilość ciepła jawnego:

Na podstawie danych podanych w ćwiczeniu będziemy musieli:

3) W procesie termodynamicznym do stopienia ciała o masie 10 g, które jest w stanie stałym, w temperaturze topnienia, potrzeba 500 kcal. Określ utajone ciepło zespolenia tego ciała.

Rozkład

Aby dokonać obliczeń, o które prosisz, użyjemy wzoru na ciepło utajone:

Korzystając z danych, o których poinformowaliśmy, będziemy musieli:

4) Sprawdź alternatywę, która przedstawia nazwę procesu przenoszenia ciepła przez fale elektromagnetyczne:

a) Jazda

b) Konwekcja

c) Transmisja

d) Napromieniowanie

e) Dylatacja

Rozkład

Nazywa się przenoszenie ciepła przez fale elektromagnetyczne naświetlanie. Dzięki temu procesowi Słońce jest w stanie ogrzać powierzchnię Ziemi.

5) Jednorodny metalowy pręt o długości 1,5 m jest podgrzewany, aż jego temperatura 25 °C osiągnie 150 °C. Biorąc pod uwagę, że współczynnik rozszerzalności liniowej tego pręta wynosi 1.2.10^-5 °C^-¹, określić końcową długość pręta po podgrzaniu.

Rozkład

Rodzaj dylatacji, na którą cierpi bar to liniowy. Dlatego, aby obliczyć ostateczną długość tego pręta, wykonamy następujące obliczenia:

Przeze mnie Rafael Helerbrock