Termologie: concepte, formule și exerciții

Ce este Termologia?

Termologie este studiul științific al fenomenelor legate de căldură si temperatura, precum transferul de căldură, echilibrul termic, transformările suferite de gaze, modificări ale stării fizice etc.

Temperatura

Temperatura este măsura gradului de agitație a particulelor care alcătuiesc un corp. Temperatura unui corp este direct proporţional viteza cu care atomii și moleculele sale vibrează, se rotesc sau chiar se traduc.

Temperatura este una dintre mărețiifundamentale a naturii, împreună cu metrou Este ca al doilea, de exemplu. La sistemInternaţionalînunități (SI), unitatea utilizată pentru măsurarea temperaturii este Kelvin (K). Această scală de temperatură este considerată absolută, deoarece nu admite valori negative și poate fi determinată direct de vibrația termică a atomilor. Prin urmare, spunem că cea mai scăzută temperatură posibilă este 0 K, cunoscută și sub numele de zero absolut.

În ciuda existenței Kelvin, alte scări obișnuite, bazate pe alte substanțe, cum ar fi

Celsius și Fahrenheit, continuă să fie folosit în lume. Figura de mai jos prezintă trei termometre gradate pe cele mai comune scale existente: Celsius,Kelvin și Fahrenheit:

scări termometrice

La solzitermometrice sunt folosite pentru a măsura temperatura dintr-o anumită referință. În general, sunt luate două puncte fixe la care s-ar prezenta corpul sau substanța de referință aceleași proprietăți precum volumul, densitatea, conductivitatea sau rezistența electrică, lungimea etc.

THE scarăCelsius este cel mai folosit termometru din lume. Este o scară centigradă, adică are 100 de divizii de dimensiuni egale între punctele sale fixe, 0 ºC și 100 ºC, numite grade. Deoarece este o scară obișnuită, admite temperaturi negative: zero-ul său absolut are o valoare de aproximativ -273,5 ° C.

Uitede asemenea: Termometre și cântare termometrice

THE scarăFahrenheit, la rândul său, este utilizat în câteva țări, cum ar fi Statele Unite și Anglia. A fost dezvoltat astfel încât punctul de Fuziune de apă este egal cu 32 ° F. Astfel, chiar și atingând temperaturi scăzute, este puțin probabil să se observe temperaturi negative în țările care utilizează această scală. temperatura de fierbere de apă în Fahrenheit este 212 ° F.

THE scarăKelvin s-a bazat pe agitarea termică a atomilor de heliu în așa fel încât, atunci când ajung la repaus total, acestor atomi li se atribuie o temperatură de 0 K. Astăzi, știm că această temperatură foarte scăzută este de fapt de neatins.

Pentru a converti valorile temperaturii exprimate într-una dintre scările menționate mai sus, putem folosi următoarele ecuații:

T_K - temperatura în Kelvin
T_F - temperatura în Fahrenheit
T_Ç - temperatura în grade Celsius

Căldură

spunem asta căldură este energia termică transferată între corpurile care se întâlnesc în temperaturilemulte diferite, fiind deci o formă de energie. Mai mult, căldura se deplasează întotdeauna de la corpul cu cea mai mare temperatură la corpurile cu temperatura cea mai scăzută, până când se stabilește echilibrul termic.

Căldura poate fi transmisă prin trei procese:

• Conducere: transmiterea căldurii prin contactul cu suprafețele;

• Convecție: transmiterea căldurii datorită formării curenților convectivi într-un fluid;

• Iradiere: transmiterea căldurii prin unde electromagnetice.

Uitede asemenea:Procese de propagare a căldurii

Există doar două forme de căldură: căldurălatent și căldurăsensibil:

• Căldurăsensibil: este forma de căldură responsabilă de schimbarea temperaturii într-un corp. Când un corp primește căldură sensibilă, temperatura acestuia crește; când același corp renunță la căldură sensibilă, temperatura acestuia scade.

• Căldurălatent: este cantitatea de căldură care trebuie transferată pentru ca un corp sau o substanță să-și schimbe starea fizică. De exemplu, atunci când un corp se află la temperatura de fierbere sau de topire, temperatura acestuia nu se schimbă, chiar dacă rămâne expus la o sursă de căldură. Nu există schimbări de căldură atunci când un corp schimbă căldura latentă, ci doar modificări ale stărilor fizice. De aceea spunem că primește căldurălatent.

Uitede asemenea: Diferențele dintre căldura sensibilă și căldura latentă

Expansiunea termică

THE dilataretermic apare atunci când un corp primește sau dă cantități mari de căldură. Pe lângă Schimbareîntemperatura sau a ta statînagregare (stare fizică), transferul de căldură către un corp poate provoca modificări ale dimensiunilor sale. Expansiunea termică depinde de variația de temperatură suferită de corp, pe lângă coeficientul său de expansiune liniar,superficial și volumetric.

În funcție de forma corpului, este posibil să se stabilească care dintre dimensiunile sale este mai favorizată. De exemplu, un ac are o formă alungită, deci cea mai importantă dilatare în acest caz este liniar. În total, există trei forme de expansiune termică:

• Dilatarea liniară: schimbarea lungimii unui corp. Depinde de coeficientul său de expansiune liniară (α).

• Dilatarea superficială: schimbarea suferită de zona unui corp. Depinde de coeficientul de expansiune a suprafeței (β).

• Dilatarea volumetrică: schimbarea a avut loc în volumul unui corp. Depinde de coeficientul de expansiune volumetric (γ).

Îmbinările de dilatare sunt utilizate astfel încât barele căii ferate să nu se extindă și, în consecință, să nu se îndoaie.

Uitede asemenea:Expansiunea termică a solidelor

Termodinamica

THE Termodinamica este un domeniu important al Termologiei care studiază relațiile dintre căldură,muncă,temperatura și alte cantități, cum ar fi presiune,volum, etc. Este responsabil pentru stabilirea legile care guvernează toate transformările pe care le poate suferi materia, cum ar fi legea conservării energiei, cunoscută și sub numele de prima lege a termodinamicii.

Uitede asemenea:Bazele calorimetriei

Aflați despre legile termodinamicii și o scurtă descriere a conținutului acesteia:

• Legea zero a termodinamicii: este legea echilibrului termic. Această lege spune că toate corpurile tind să schimbe căldura până când ajung la echilibru termic.

• Prima lege a termodinamicii: este legea conservare de energie. Această lege prevede că toată căldura primită de un sistem în timpul unui proces termodinamic poate fi transformată în muncă sau într-o creștere a energiei sale interne.

• A doua lege a termodinamicii: este legea entropie. Această lege prevede că toate sistemele care primesc căldură tind să atingă niveluri de organizare din ce în ce mai mici.

• A treia lege a termodinamicii: este legea zero absolut. Această lege ne spune că zero absolut este de fapt de neatins. Indiferent cât de rece este un corp, acesta nu va fi niciodată la 0 K.

Formule de termologie

Consultați câteva formule de termologie care pot fi utile pentru studiul dvs.:

• Conversia scărilor termometrice

• Calculul căldurii sensibile

  

  Î - căldură sensibilă
  m - Paste
  ç - căldura specifică
  ΔT - variația temperaturii

• Calculul căldurii latente

Î - căldură
m - Paste
L - căldură latentă

• dilatarea termică liniară

  

  L - lungimea finală
  L₀ - lungimea inițială
  ΔT - variația temperaturii
  α - coeficient de expansiune liniară

• dilatarea termică a suprafeței

  

  s - zona finală
  s₀ - zona inițială
  ΔT - variația temperaturii
  β - coeficientul de expansiune a suprafeței

• Dilatarea termică volumetrică

  

  V - Volumul final
  L₀ - volumul inițial
  ΔT - variația temperaturii
  γ - coeficient de expansiune volumetrică

• Prima lege a termodinamicii

ΔU - variația energiei interne
Î - căldură
τ - muncă

rezumat

• Temperatura: cu cât un corp este mai fierbinte, cu atât vibrația moleculelor sale este mai mare. O astfel de agitație se numește temperatură.

• Căldură: atunci când doi corpuri de temperaturi diferite se întâlnesc în contact termic, căldura este transferată de la corpul cu temperatură mai mare către corpul mai puțin fierbinte

• Cântaretermometric: sunt utilizate pentru a reprezenta temperaturile în diferite unități, cum ar fi Celsius și Fahrenheit.

• Dilataretermic: atunci când un corp primește căldură și experimentează creșteri ale temperaturii, dimensiunile sale pot crește. Acest efect se numește dilatare termică.

Vezi și: Care este diferența dintre căldură și temperatură?

Exerciții de termologie

1) Un termometru calibrat pe scara Fahrenheit indică o temperatură de 68 ° F. Care este valoarea acestei temperaturi pe scara Celsius?

Rezoluţie

a converti Fahrenheit în Celsius, vom folosi formula de mai jos:

2) Un corp cu 10 g de căldură specifică egal cu 1,2 cal / g ° C este supus unei variații de temperatură de 25 ° C. Determinați cantitatea de căldură transferată acestui corp în timpul procesului.

Rezoluţie

Declarația exercițiului afirmă că a existat o variație a temperaturii pentru acest corp. Prin urmare, vom folosi formula care calculează cantitatea de căldură sensibilă:

Luând datele furnizate de exercițiu, va trebui să:

3) Într-un proces termodinamic, este nevoie de 500 cal pentru a topi un corp cu o masă egală cu 10 g, care se află într-o stare solidă, la temperatura sa de topire. Determinați căldura latentă de fuziune a acestui corp.

Rezoluţie

Pentru a face calculul pe care îl solicitați, vom folosi formula de căldură latentă:

Folosind datele care au fost informate, va trebui să:

4) Verificați alternativa care prezintă numele procesului de transmitere a căldurii prin unde electromagnetice:

a) Condusul

b) Convecție

c) Transmisie

d) Iradiere

e) Dilatarea

Rezoluţie

Transmiterea căldurii prin unde electromagnetice se numește iradiere. Prin acest proces, Soarele este capabil să încălzească suprafața Pământului.

5) O bară metalică omogenă cu o lungime egală cu 1,5 m este încălzită până când temperatura sa de 25 ° C ajunge la 150 ° C. Având în vedere că coeficientul de expansiune liniară a acestei bare este 1.2.10^-5 ° C^-¹, determinați lungimea finală a barei după încălzire.

Rezoluţie

Tipul de dilatație suferit de o bară este liniar. Prin urmare, pentru a calcula lungimea finală a acestei bare, vom face următorul calcul:

De mine. Rafael Helerbrock