Termologija: pojmi, formule in vaje

Kaj je termologija?

Termologija je znanstveno preučevanje pojavov, povezanih z toplota in temperatura, kot so prenos toplote, toplotno ravnovesje, preobrazbe, ki jih povzročajo plini, spremembe agregatnega stanja itd.

Temperatura

Temperatura je merilo stopnje vznemirjenosti delcev, ki sestavljajo telo. Temperatura telesa je neposredno sorazmerno hitrost, s katero njeni atomi in molekule vibrirajo, se vrtijo ali celo prevajajo.

Temperatura je ena izmed veličineosnove narave, skupaj z podzemna To je všeč drugič, na primer. Pri sistemMednarodnivenote (SI), enota za merjenje temperature je Kelvin (K). Ta temperaturna lestvica velja za absolutno, saj ne dopušča negativnih vrednosti in jo je mogoče neposredno določiti s toplotnimi vibracijami atomov. Zato pravimo, da je najnižja možna temperatura 0 K, znana tudi kot absolutna ničla.

Kljub obstoju Kelvina obstajajo tudi druge običajne tehtnice, ki temeljijo na drugih snoveh, kot npr Celzija in Fahrenheit, še naprej uporabljajo v svetu. Spodnja slika prikazuje tri termometre, graduirane na najpogostejših obstoječih tehtnicah:

Celzija,Kelvin in Fahrenheit:

termometrične tehtnice

Ob lusketermometrična se uporabljajo za merjenje temperature od neke reference. Na splošno se vzameta dve fiksni točki, do katerih bi bilo telo ali referenčna snov enake lastnosti, kot so prostornina, gostota, prevodnost ali električni upor, dolžina itd.

THE lestvicaCelzija je najbolj uporabljen termometer na svetu. To je lestvica Celzija, to pomeni, da ima med enakomernimi točkami, 0 ° C in 100 ° C, 100 stopinj enake velikosti, imenovane stopinje. Ker gre za običajno lestvico, dopušča negativne temperature: njena absolutna ničla ima približno vrednost -273,5 ° C.

Poglejtudi: Termometri in termometrične tehtnice

THE lestvicaFahrenheit, po drugi strani se uporablja v nekaj državah, na primer v ZDA in Angliji. Razvit je bil tako, da je točka Fuzija vode je enako 32 ° F. Tako tudi pri nizkih temperaturah ni verjetno, da bi v državah, ki uporabljajo to lestvico, opazili negativne temperature. temperatura Vreti vode v Fahrenheitu je 212 ° F.

THE lestvicaKelvin je temeljila na toplotnem mešanju atomov helija na tak način, da ko dosežejo celoten počitek, jim atomi dodelijo temperaturo 0 K. Danes vemo, da je ta zelo nizka temperatura pravzaprav nedosegljiv.

Za pretvorbo temperaturnih vrednosti, izraženih v eni od zgoraj omenjenih lestvic, lahko uporabimo naslednje enačbe:

T_K - temperatura v Kelvinu
T_F - temperatura v Fahrenheitu
T_Ç - temperatura v Celziju

Vročina

to pravimo toplota je toplotna energija, ki se prenaša med telesi, ki se srečajo v temperatureveliko različnih, torej oblika energije. Poleg tega toplota vedno prehaja iz telesa z višjo temperaturo na telesa z nižjo temperaturo, dokler se ne vzpostavi toplotno ravnovesje.

Toplota se lahko prenaša po treh procesih:

• Vožnja: prenos toplote skozi stik s površinami;

• Konvekcija: prenos toplote zaradi tvorbe konvektivnih tokov v tekočini;

• Obsevanje: prenos toplote z elektromagnetnimi valovi.

Poglejtudi:Procesi širjenja toplote

Obstajata samo dve obliki toplote: toplotalatentno in toplotaobčutljiv:

• Vročinaobčutljiv: je oblika toplote, ki je odgovorna za spremembo temperature v telesu. Ko telo prejme smiselno toploto, se njegova temperatura dvigne; ko se isto telo odpove občutni toploti, njegova temperatura pade.

• Vročinalatentno: gre za količino toplote, ki jo mora telo ali snov prenesti, da spremeni svoje agregatno stanje. Ko je telo na primer pri temperaturi vrelišča ali taljenja, se njegova temperatura ne spremeni, tudi če ostane izpostavljeno viru toplote. Ko si telo izmenja latentno toploto, ne pride do sprememb toplote, temveč le do sprememb v agregatnem stanju. Zato pravimo, da prejme toplotalatentno.

Poglejtudi: Razlike med občutljivo toploto in latentno toploto

Toplotno raztezanje

THE dilatacijatoplotno pojavi se, ko telo prejme ali odda velike količine toplote. Poleg spremembevtemperatura ali vaše državavzdruževanje (fizikalno stanje) lahko prenos toplote na telo povzroči spremembe v njegovih dimenzijah. Toplotna razteznost je poleg koeficienta raztezanja odvisna tudi od temperaturnih nihanj, ki jih trpi telo linearno,plitvo in volumetrična.

Glede na obliko telesa je mogoče ugotoviti, katera od njegovih dimenzij je bolj naklonjena. Na primer, igla ima podolgovato obliko, zato je v tem primeru najpomembnejša dilatacija linearno. Skupaj obstajajo tri oblike toplotnega raztezanja:

• Linearna dilatacija: sprememba dolžine telesa. Odvisno od koeficienta linearnega raztezanja (α).

• Površinska dilatacija: sprememba na območju telesa. Odvisno od koeficienta površinske ekspanzije (β).

• Volumetrična dilatacija: prišlo je do spremembe v prostornini telesa. To je odvisno od volumetričnega koeficienta raztezanja (γ).

Dilatacijski spoji se uporabljajo tako, da se železniške palice ne širijo in posledično ne upogibajo.

Poglejtudi:Toplotna ekspanzija trdnih snovi

Termodinamika

THE Termodinamika je pomembno področje termologije, ki preučuje razmerja med toplota,delo,temperatura in druge količine, na primer pritisk,prostornina, itd. Odgovorna je za ustanovitev zakoni ki urejajo vse transformacije, ki jih lahko podvrže snov, na primer zakon o ohranjanju energije, znan tudi kot prvi zakon termodinamike.

Poglejtudi:Osnove kalorimetrije

Spoznajte zakone termodinamike in kratek opis njihove vsebine:

• Ničelni zakon termodinamike: je zakon toplotnega ravnovesja. Ta zakon pravi, da si vsa telesa ponavadi izmenjujejo toploto, dokler ne dosežejo toplotnega ravnovesja.

• Prvi zakon termodinamike: je zakon ohranjanje energije. Ta zakon določa, da se lahko vsa toplota, ki jo sistem prejme med termodinamičnim procesom, pretvori v delo ali v povečanje notranje energije.

• Drugi zakon termodinamike: je zakon entropija. Ta zakon določa, da vsi sistemi, ki prejemajo toploto, običajno dosegajo nižje in nižje stopnje organiziranosti.

• Tretji zakon termodinamike: je zakon absolutne ničle. Ta zakon nam govori, da absolutna ničla dejansko ni dosegljiva. Ne glede na to, kako mrzlo je telo, nikoli ne bo pri 0 K.

Termološke formule

Oglejte si nekaj termoloških formul, ki so lahko koristne za vaš študij:

• Pretvorba termometričnih lestvic

• Izračun občutljive toplote

  

  V - občutna toplota
  m - testenine
  ç - Specifična toplota
  ΔT - temperaturne razlike

• Izračun latentne toplote

V - toplota
m - testenine
L - latentna toplota

• linearna termična dilatacija

  

  L - končna dolžina
  L₀ - začetna dolžina
  ΔT - temperaturne razlike
  α - koeficient linearnega raztezanja

• površinska termična dilatacija

  

  s - končno območje
  s₀ - začetno območje
  ΔT - temperaturne razlike
  β - koeficient površinske ekspanzije

• Volumetrična termična dilatacija

  

  V - Končni zvezek
  L₀ - začetni volumen
  ΔT - temperaturne razlike
  γ - volumetrični koeficient raztezanja

• Prvi zakon termodinamike

ΔU - notranje spremembe energije
V - toplota
τ - delo

Povzetek

• Temperatura: bolj kot je telo vroče, večje vibracije njegovih molekul so večje. Takšno vznemirjenje imenujemo temperatura.

• Vročina: ko se v toplotnem stiku srečata dve telesi različnih temperatur, se toplota prenese iz telesa z višjo temperaturo proti manj vročemu telesu

• Lusketermometrično: se uporabljajo za prikaz temperatur v različnih enotah, kot sta Celzija in Fahrenheita.

• Razširitevtoplotna: ko telo prejme toploto in doživi povišanje temperature, se njegove dimenzije lahko povečajo. Ta učinek se imenuje toplotna ekspanzija.

Glej tudi: Kakšna je razlika med toploto in temperaturo?

Termološke vaje

1) Termometer, kalibriran po Fahrenheitovi lestvici, kaže temperaturo 68 ° F. Kakšna je vrednost te temperature na stopnji Celzija?

Resolucija

spreobrniti Fahrenheit v Celzija, uporabili bomo spodnjo formulo:

2) Telo z 10 g specifične toplote, ki je enaka 1,2 cal / g ° C, je izpostavljeno temperaturnim nihanjem 25 ° C. Določite količino toplote, ki se med postopkom prenese na to telo.

Resolucija

Izjava o vadbi navaja, da je pri tem telesu prišlo do temperaturnih sprememb. Zato bomo uporabili formulo, ki izračuna količino občutne toplote:

Na podlagi podatkov, ki jih zagotavlja vaja, bomo morali:

3) V termodinamičnem postopku je potrebno 500 kal za stopitev telesa z maso 10 g, ki je v trdnem stanju pri njegovi temperaturi taljenja. Določite latentno toploto fuzije tega telesa.

Resolucija

Za izračun, ki ga zahtevamo, bomo uporabili formulo latentne toplote:

Z uporabo obveščenih podatkov bomo morali:

4) Preverite možnost, ki predstavlja ime postopka prenosa toplote z elektromagnetnimi valovi:

a) Vožnja

b) Konvekcija

c) Prenos

d) Obsevanje

e) Razširitev

Resolucija

Imenuje se prenos toplote skozi elektromagnetno valovanje obsevanje. S tem postopkom lahko Sonce ogreva zemeljsko površje.

5) Homogena kovinska palica dolžine 1,5 m se segreva, dokler temperatura 25 ° C ne doseže 150 ° C. Glede na to, da je koeficient linearnega raztezanja te palice 1.2.10^-5 ° C^-¹, določite končno dolžino palice po segrevanju.

Resolucija

Vrsta razširitve, ki jo utrpi palica, je linearno. Zato bomo za izračun končne dolžine te palice naredili naslednji izračun:

Jaz, Rafael Helerbrock