คำศัพท์: แนวคิด สูตร และแบบฝึกหัด

อุณหพลศาสตร์คืออะไร?

อุณหพลศาสตร์ คือการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับ ความร้อน และ อุณหภูมิ, เช่น การถ่ายเทความร้อน สมดุลทางความร้อน การเปลี่ยนแปลงของก๊าซ การเปลี่ยนแปลงในสถานะทางกายภาพ เป็นต้น

อุณหภูมิ

อุณหภูมิ เป็นการวัดระดับความปั่นป่วนของอนุภาคที่ประกอบเป็นร่างกาย อุณหภูมิของร่างกายโดยตรง สัดส่วน ความเร็วที่อะตอมและโมเลกุลของมันสั่น หมุน หรือแม้แต่แปล

อุณหภูมิเป็นหนึ่งใน ความยิ่งใหญ่พื้นฐาน ของธรรมชาติร่วมกับ รถไฟใต้ดิน มันเป็นเหมือน ที่สอง ตัวอย่างเช่น. ที่ ระบบนานาชาติในหน่วย (SI) หน่วยที่ใช้วัดอุณหภูมิคือ เคลวิน (K) มาตราส่วนอุณหภูมินี้ถือเป็นค่าสัมบูรณ์เนื่องจากไม่ยอมรับค่าลบและสามารถกำหนดได้โดยตรงโดยการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอะตอม ดังนั้นเราจึงบอกว่าอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้คือ 0 K หรือที่เรียกว่า ศูนย์สัมบูรณ์.

แม้จะมีเคลวินอยู่ก็ตาม เกล็ดปกติอื่นๆ ที่มีพื้นฐานมาจากสารอื่นๆ เช่น เซลเซียส และ ฟาเรนไฮต์ ไปใช้กันต่อในโลก. รูปด้านล่างแสดงเทอร์โมมิเตอร์สามตัวที่วัดจากเครื่องชั่งที่มีอยู่ทั่วไป: เซลเซียส,เคลวิน และ ฟาเรนไฮต์:

เครื่องชั่งเทอร์โมเมตริกmetric

ที่ ตาชั่ง

เทอร์โมเมตริก ใช้ในการวัดอุณหภูมิจากการอ้างอิงบางส่วน โดยทั่วไปจะมีจุดคงที่สองจุดซึ่งร่างกายหรือสารอ้างอิงจะนำเสนอ คุณสมบัติเดียวกัน เช่น ปริมาตร ความหนาแน่น การนำไฟฟ้า หรือความต้านทานไฟฟ้า ความยาว เป็นต้น

THE มาตราส่วนเซลเซียส เป็นเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้มากที่สุดในโลก เป็นมาตราส่วนเซนติเกรด กล่าวคือ มี 100 ส่วนที่มีขนาดเท่ากันระหว่างจุดคงที่ 0 ºC และ 100 ºC เรียกว่า องศา เนื่องจากเป็นมาตราส่วนปกติ ยอมรับอุณหภูมิติดลบ: ศูนย์สัมบูรณ์มีค่าประมาณ -273.5 °C.

ดูยัง: เทอร์โมมิเตอร์และสเกลเทอร์โมเมตริก

THE มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ ในทางกลับกันก็ใช้ในบางประเทศเช่นสหรัฐอเมริกาและอังกฤษ ได้รับการพัฒนาเพื่อให้จุดของ ฟิวชั่น ของน้ำมีค่าเท่ากับ 32°F ดังนั้น แม้จะถึงอุณหภูมิต่ำ ก็ไม่น่าจะสังเกตอุณหภูมิติดลบในประเทศที่ใช้มาตราส่วนนี้ อุณหภูมิของ เดือด ของน้ำในฟาเรนไฮต์คือ 212 องศาฟาเรนไฮต์

THE มาตราส่วนเคลวิน อยู่บนพื้นฐานของการกวนความร้อนของอะตอมฮีเลียมในลักษณะที่เมื่ออะตอมทั้งหมดหยุดนิ่ง อะตอมเหล่านี้จะได้รับอุณหภูมิ 0 K วันนี้เรารู้ว่าอุณหภูมิที่ต่ำมากนี้คือ is ไม่สามารถเข้าถึงได้

ในการแปลงค่าอุณหภูมิที่แสดงในสเกลที่กล่าวถึงข้างต้น เราสามารถใช้สมการต่อไปนี้:

ตู่_K – อุณหภูมิในหน่วยเคลวิน
ตู่_F – อุณหภูมิในฟาเรนไฮต์
ตู่_ค – อุณหภูมิเป็นเซลเซียส

ความร้อน

เราว่า ความร้อน คือ พลังงานความร้อนที่ส่งผ่านระหว่างวัตถุที่มาบรรจบกันใน อุณหภูมิหลากหลายความแตกต่าง, จึงเป็นรูปแบบของพลังงาน นอกจากนี้ ความร้อนจะเดินทางจากร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงสุดไปยังร่างกายด้วยอุณหภูมิต่ำสุดเสมอ จนกว่าจะสร้างสมดุลทางความร้อน

ความร้อนสามารถส่งผ่านได้สามกระบวนการ:

• การขับรถ: การถ่ายเทความร้อนผ่านการสัมผัสกับพื้นผิว

• การพาความร้อน: การถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการก่อตัวของกระแสพาในของเหลว

• การฉายรังสี: การถ่ายเทความร้อนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ดูยัง:กระบวนการกระจายความร้อน

ความร้อนมีเพียงสองรูปแบบ: ความร้อนแฝง และ ความร้อนอ่อนไหว:

• ความร้อนอ่อนไหว: คือรูปแบบของความร้อนที่รับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในร่างกาย เมื่อร่างกายได้รับความร้อนที่เหมาะสม อุณหภูมิของร่างกายก็จะสูงขึ้น เมื่อร่างกายคนเดียวกันหมดความร้อนตามความรู้สึก อุณหภูมิของมันจะลดลง

• ความร้อนแฝง: เป็นปริมาณความร้อนที่ต้องถ่ายเทเพื่อให้ร่างกายหรือสารเปลี่ยนสถานะทางกายภาพ เมื่อร่างกายอยู่ที่อุณหภูมิเดือดหรือหลอมเหลว เช่น อุณหภูมิของร่างกายจะไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าจะยังคงสัมผัสกับแหล่งความร้อนก็ตาม ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความร้อนเมื่อร่างกายแลกเปลี่ยนความร้อนแฝง เพียงแค่เปลี่ยนสถานะทางกายภาพ นั่นเป็นเหตุผลที่เราบอกว่าเขาได้รับ ความร้อนแฝง

ดูยัง: ความแตกต่างระหว่างความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง

การขยายตัวทางความร้อน

THE การขยายความร้อน มันเกิดขึ้นเมื่อร่างกายได้รับหรือให้ความร้อนปริมาณมาก นอกจาก เปลี่ยนในอุณหภูมิ หรือของคุณ สถานะในการรวมตัว (สภาพร่างกาย) การถ่ายเทความร้อนสู่ร่างกายอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในขนาดได้ การขยายตัวทางความร้อนขึ้นอยู่กับความแปรผันของอุณหภูมิที่ร่างกายได้รับ นอกเหนือจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว เชิงเส้นตื้น และ ปริมาตร

ตามรูปร่างของร่างกาย เป็นไปได้ที่จะกำหนดขนาดที่ต้องการมากกว่า ตัวอย่างเช่น เข็มมีรูปร่างยาว ดังนั้นการขยายที่สำคัญที่สุดในกรณีนี้คือ เชิงเส้น การขยายตัวทางความร้อนทั้งหมดมีสามรูปแบบ:

• การขยายเชิงเส้น: เปลี่ยนความยาวของร่างกาย ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น (α)

• การขยายผิวเผิน: เปลี่ยนแปลงไปตามพื้นที่ของร่างกาย ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิว (β)

• การขยายปริมาตร: การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในปริมาตรของร่างกาย ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตร (γ)

ใช้ข้อต่อขยายเพื่อไม่ให้รางรถไฟขยายและไม่โค้งงอ

ดูยัง:การขยายตัวทางความร้อนของของแข็ง

อุณหพลศาสตร์

THE อุณหพลศาสตร์ เป็นสาขาวิชาอุณหวิทยาที่สำคัญที่ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง ความร้อนงาน,อุณหภูมิ และปริมาณอื่นๆ เช่น ความดัน,ปริมาณ เป็นต้น มีหน้าที่จัดตั้ง establish กฎหมาย ที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่สามารถทำได้โดยสสารเช่นกฎการอนุรักษ์พลังงานหรือที่เรียกว่ากฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

ดูยัง:พื้นฐานของการวัดปริมาณความร้อน

เรียนรู้เกี่ยวกับกฎของอุณหพลศาสตร์และคำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับเนื้อหา:

• กฎศูนย์ของอุณหพลศาสตร์: คือกฎสมดุลทางความร้อน กฎข้อนี้กล่าวว่าร่างกายทั้งหมดมักจะแลกเปลี่ยนความร้อนจนกว่าจะถึงสมดุลทางความร้อน

• กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์: เป็นกฎของ การอนุรักษ์ ของพลังงาน กฎข้อนี้ระบุว่าความร้อนทั้งหมดที่ระบบได้รับในระหว่างกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สามารถเปลี่ยนเป็นงานหรือเพิ่มพลังงานภายในได้

• กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: เป็นกฎของ เอนโทรปี กฎหมายนี้ระบุว่าระบบทั้งหมดที่ได้รับความร้อนมักจะไปถึงระดับองค์กรที่ต่ำกว่าและต่ำกว่า

• กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์: คือกฎของศูนย์สัมบูรณ์ กฎข้อนี้บอกเราว่าศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถบรรลุได้จริง ตัวจะเย็นแค่ไหนก็ไม่เคยเป็น 0 K.

สูตรอุณหพลศาสตร์

ตรวจสอบสูตรทางความร้อนที่อาจเป็นประโยชน์สำหรับการศึกษาของคุณ:

• การแปลงมาตราส่วนเทอร์โมเมตริก

• การคำนวณความร้อนที่ละเอียดอ่อน

  

  คิว – ความร้อนที่เหมาะสม
  ม - พาสต้า
  ค - ความร้อนจำเพาะ
  ΔT - ความแปรผันของอุณหภูมิ

• การคำนวณความร้อนแฝง

คิว – ความร้อน
ม - พาสต้า
หลี่ – ความร้อนแฝง

• การขยายความร้อนเชิงเส้น

  

  หลี่ – ความยาวสุดท้าย
  หลี่₀ – ความยาวเริ่มต้น
  ΔT - ความแปรผันของอุณหภูมิ
  α – ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น

• การขยายตัวทางความร้อนของพื้นผิว

  

  ส – พื้นที่สุดท้าย
  ส₀ – พื้นที่เริ่มต้น
  ΔT - ความแปรผันของอุณหภูมิ
  β – ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิว

• การขยายความร้อนเชิงปริมาตร

  

  วี - เล่มสุดท้าย
  หลี่₀ – ปริมาณเริ่มต้น
  ΔT - ความแปรผันของอุณหภูมิ
  γ – ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตร

• กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

ΔU – การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน internal
คิว – ความร้อน
τ - งาน

สรุป

• อุณหภูมิ: ยิ่งร่างกายร้อน โมเลกุลก็ยิ่งสั่น ความปั่นป่วนดังกล่าวเรียกว่าอุณหภูมิ

• ความร้อน: เมื่อวัตถุที่มีอุณหภูมิต่างกัน 2 ตัวมาสัมผัสกันในความร้อน ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากตัวที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นไปยังตัวที่ร้อนน้อยกว่า

• ตาชั่งเทอร์โมเมตริก: ใช้แทนอุณหภูมิในหน่วยต่างๆ เช่น เซลเซียสและฟาเรนไฮต์

• การขยายความร้อน: เมื่อร่างกายได้รับความร้อนและประสบการณ์มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ขนาดของร่างกายก็จะเพิ่มขึ้น ผลกระทบนี้เรียกว่าการขยายตัวทางความร้อน

ดูด้วย: ความร้อนกับอุณหภูมิต่างกันอย่างไร?

แบบฝึกหัดเกี่ยวกับความร้อน

1) เทอร์โมมิเตอร์ที่สอบเทียบในระดับฟาเรนไฮต์ระบุว่าอุณหภูมิอยู่ที่ 68°F ค่าของอุณหภูมินี้ในระดับเซลเซียสคืออะไร?

ความละเอียด

ที่จะแปลง ฟาเรนไฮต์ ใน เซลเซียส, เราจะใช้สูตรด้านล่าง:

2) วัตถุที่มีความร้อนจำเพาะ 10 กรัม เท่ากับ 1.2 cal/g °C จะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ 25 °C กำหนดปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังร่างกายนี้ในระหว่างกระบวนการ

ความละเอียด

คำสั่งการออกกำลังกายระบุว่ามีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสำหรับร่างกายนี้ ดังนั้น เราจะใช้สูตรที่คำนวณปริมาณความร้อนที่เหมาะสม:

การนำข้อมูลที่ได้จากการฝึกหัดมานั้น เราจะต้อง:

3) ในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ จำเป็นต้องมี 500 แคลอรีในการหลอมวัตถุที่มีมวลเท่ากับ 10 กรัม ซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งที่อุณหภูมิหลอมเหลว กำหนดความร้อนแฝงของการหลอมรวมของร่างกายนี้

ความละเอียด

ในการคำนวณที่คุณต้องการ เราจะใช้สูตรความร้อนแฝง:

โดยใช้ข้อมูลที่ได้รับแจ้ง เราจะต้อง:

4) ตรวจสอบทางเลือกที่แสดงชื่อของกระบวนการถ่ายเทความร้อนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า:

ก) การขับรถ

b) การพาความร้อน

ค) เกียร์

ง) การฉายรังสี

จ) การขยาย

ความละเอียด

การถ่ายเทความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า การฉายรังสี ด้วยกระบวนการนี้ ดวงอาทิตย์สามารถทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้นได้

5) แท่งโลหะที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีความยาวเท่ากับ 1.5 ม. ถูกทำให้ร้อนจนกระทั่งอุณหภูมิ 25 °C ถึง 150 °C โดยพิจารณาว่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของแท่งนี้เท่ากับ1.2.10^-5 °C^-¹ กำหนดความยาวสุดท้ายของแท่งหลังจากการทำความร้อน

ความละเอียด

ประเภทของการขยายที่ได้รับผลกระทบจากแท่งคือ เชิงเส้น ดังนั้น ในการคำนวณความยาวสุดท้ายของแถบนี้ เราจะทำการคำนวณต่อไปนี้:

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก