Термология: концепции, формулы и упражнения

Что такое термология?

Термология это научное исследование явлений, связанных с нагревать и температура, такие как теплопередача, тепловое равновесие, превращения, которым подвергаются газы, изменения физического состояния и т. д.

Температура

Температура это мера степени взволнованности частиц, составляющих тело. Температура тела прямо пропорциональный скорость, с которой его атомы и молекулы колеблются, вращаются или даже перемещаются.

Температура одна из величияосновы природы вместе с метро Это похоже на второй, Например. На системаМеждународныйвединицы измерения (СИ), единица измерения температуры - Кельвин (K). Эта шкала температур считается абсолютной, так как не допускает отрицательных значений и может напрямую определяться тепловыми колебаниями атомов. Поэтому мы говорим, что минимально возможная температура равна 0 K, также известная как абсолютный ноль.

Несмотря на существование шкалы Кельвина, другие обычные шкалы, основанные на других веществах, таких как Цельсия а также Фаренгейт,

продолжают использоваться в мире. На рисунке ниже показаны три термометра, градуированных по наиболее распространенным существующим шкалам: Цельсия,Кельвин а также Фаренгейт:

термометрические весы

В напольные весытермометрический используются для измерения температуры по некоторой справке. Обычно берутся две фиксированные точки, к которым будет относиться тело или эталонное вещество. одинаковые свойства, такие как объем, плотность, проводимость или электрическое сопротивление, длина и т. д.

THE шкалаЦельсия это самый используемый термометр в мире. Это шкала Цельсия, то есть она имеет 100 делений равного размера между ее фиксированными точками, 0 ºC и 100 ºC, называемых градусами. Как и обычная шкала, она допускает отрицательные температуры: ее абсолютный ноль имеет значение примерно -273,5 ° С.

Посмотритетакже: Термометры и термометрические весы

THE шкалаФаренгейт, в свою очередь, он используется в нескольких странах, таких как США и Англия. Он был разработан так, чтобы точка Слияние воды равно 32 ° F. Таким образом, даже при достижении низких температур маловероятно, что в странах, использующих эту шкалу, наблюдаются отрицательные температуры. температура кипячение воды по Фаренгейту составляет 212 ° F.

THE шкалаКельвин был основан на тепловом возбуждении атомов гелия таким образом, что, когда они достигают полного покоя, этим атомам присваивается температура 0 К. Сегодня мы знаем, что эта очень низкая температура на самом деле недоступен.

Чтобы преобразовать значения температуры, выраженные в одной из упомянутых выше шкал, мы можем использовать следующие уравнения:

Т_K - температура в Кельвинах
Т_F - температура в градусах Фаренгейта
Т_Ç - температура в градусах Цельсия

Нагревать

мы говорим, что нагревать это тепловая энергия, передаваемая между телами, которые встречаются в температурымного разных, следовательно, являясь формой энергии. Кроме того, тепло всегда переходит от тела с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, пока не установится тепловое равновесие.

Тепло может передаваться через три процесса:

• Вождение: передача тепла через контакт с поверхностями;

• Конвекция: теплопередача за счет образования конвективных токов в жидкости;

• Облучение: передача тепла электромагнитными волнами.

Посмотритетакже:Процессы распространения тепла

Есть всего две формы тепла: нагреватьскрытый а также нагреватьчувствительный:

• Нагреватьчувствительный: это форма тепла, отвечающая за изменение температуры тела. Когда тело получает ощутимое тепло, его температура повышается; когда одно и то же тело отдает ощутимое тепло, его температура падает.

• Нагреватьскрытый: это количество тепла, которое должно быть передано телу или веществу, чтобы изменить свое физическое состояние. Например, когда тело находится при температуре кипения или плавления, его температура не меняется, даже если оно остается под воздействием источника тепла. Когда тело обменивается скрытым теплом, тепловых изменений не происходит, только изменения физического состояния. Вот почему мы говорим, что он получает нагреватьскрытый.

Посмотритетакже: Различия между явным теплом и скрытым теплом

Термическое расширение

THE расширениетермический это происходит, когда тело получает или отдает большое количество тепла. Кроме менятьвтемпература или твой государственныйвагрегирование (физическое состояние) передача тепла телу может вызвать изменение его размеров. Тепловое расширение зависит от изменения температуры тела, а также от его коэффициента расширения. линейныймелкий а также объемный.

По форме корпуса можно определить, какой из его размеров более предпочтителен. Например, игла имеет удлиненную форму, поэтому наиболее важным расширением в этом случае является линейный. Всего существует три формы теплового расширения:

• Линейное расширение: изменение длины тела. Это зависит от его коэффициента линейного расширения (α).

• Поверхностное расширение: изменение претерпевает площадь тела. Это зависит от коэффициента расширения поверхности (β).

• Объемное расширение: произошло изменение объема тела. Это зависит от коэффициента объемного расширения (γ).

Деформационные швы используются для того, чтобы стержни не расширялись и, следовательно, не гнулись.

Посмотритетакже:Тепловое расширение твердых тел

Термодинамика

THE Термодинамика - важная область термологии, изучающая взаимосвязь между нагревать,Работа,температура и другие количества, например давление,объем, и т.п. Он отвечает за создание законы которые управляют всеми преобразованиями, которым может подвергаться материя, такими как закон сохранения энергии, также известный как первый закон термодинамики.

Посмотритетакже:Основы калориметрии

Узнайте о законах термодинамики и краткое описание ее содержания:

• Нулевой закон термодинамики: это закон теплового равновесия. Этот закон гласит, что все тела стремятся обмениваться теплом, пока не достигнут теплового равновесия.

• Первый закон термодинамики: это закон сохранение энергии. Этот закон гласит, что все тепло, получаемое системой во время термодинамического процесса, может быть преобразовано в работу или в увеличение ее внутренней энергии.

• Второй закон термодинамики: это закон энтропия. Этот закон гласит, что все системы, получающие тепло, имеют тенденцию достигать все более низких уровней организации.

• Третий закон термодинамики: это закон абсолютного нуля. Этот закон говорит нам, что абсолютный ноль на самом деле недостижим. Каким бы холодным ни было тело, оно никогда не будет при 0 К.

Формулы термологии

Ознакомьтесь с некоторыми формулами термологии, которые могут быть полезны для вашего исследования:

• Преобразование термометрических весов

• Расчет чувствительного тепла

  

  Q - явное тепло
  м - макароны
  ç - удельная теплоемкость
  ΔT - изменение температуры

• Расчет скрытой теплоты

Q - нагревать
м - макароны
L - скрытая теплота

• линейное тепловое расширение

  

  L - окончательная длина
  L₀ - начальная длина
  ΔT - изменение температуры
  α - коэффициент линейного расширения

• поверхностное тепловое расширение

  

  s - заключительная область
  s₀ - начальная площадь
  ΔT - изменение температуры
  β - коэффициент расширения поверхности

• Объемное тепловое расширение

  

  V - Окончательный объем
  L₀ - начальный объем
  ΔT - изменение температуры
  γ - коэффициент объемного расширения

• Первый закон термодинамики

ΔU - изменение внутренней энергии
Q - нагревать
τ - Работа

Резюме

• Температура: чем горячее тело, тем сильнее колебания его молекул. Такое перемешивание называется температурным.

• Нагревать: когда два тела с разной температурой встречаются в тепловом контакте, тепло передается от тела с более высокой температурой к менее нагретому телу

• Напольные весытермометрический: используются для представления температуры в различных единицах измерения, таких как Цельсия и Фаренгейта.

• Расширениетермический: когда тело получает тепло и испытывает повышение температуры, его размеры могут увеличиваться. Этот эффект называется тепловым расширением.

Смотрите также: В чем разница между теплом и температурой?

Упражнения по термологии

1) Термометр, откалиброванный по шкале Фаренгейта, показывает температуру 68 ° F. Какое значение имеет эта температура по шкале Цельсия?

разрешение

конвертировать Фаренгейт в Цельсия, мы будем использовать формулу ниже:

2) Тело с удельной теплоемкостью 10 г, равной 1,2 кал / г ° C, подвергается изменению температуры на 25 ° C. Определите количество тепла, передаваемого этому телу во время процесса.

разрешение

В заявлении об упражнении говорится, что температура этого тела колебалась. Поэтому воспользуемся формулой для расчета количества явного тепла:

Принимая во внимание данные, полученные в ходе упражнения, нам необходимо:

3) В термодинамическом процессе 500 кал необходимо для плавления тела массой 10 г, находящегося в твердом состоянии, при его температуре плавления. Определите скрытую теплоту плавления этого тела.

разрешение

Чтобы произвести требуемый расчет, мы воспользуемся формулой скрытой теплоты:

Используя предоставленные данные, нам необходимо:

4) Отметьте альтернативу, которая представляет собой название процесса передачи тепла электромагнитными волнами:

а) Вождение

б) Конвекция

в) Трансмиссия

г) Облучение

д) Расширение

разрешение

Передача тепла посредством электромагнитных волн называется облучение. Благодаря этому процессу Солнце может нагревать поверхность Земли.

5) Однородный металлический стержень длиной 1,5 м нагревают до температуры 25 ° C, достигающей 150 ° C. Учитывая, что коэффициент линейного расширения этого стержня равен 1,2,10^-5 ° C^-¹, определите окончательную длину стержня после нагрева.

разрешение

Тип расширения, который испытывает штанга: линейный. Поэтому, чтобы рассчитать окончательную длину этого стержня, сделаем следующий расчет:

Автор: Рафаэль Хелерброк