Термологія: поняття, формули та вправи

Що таке термологія?

Термологія - це наукове вивчення явищ, пов'язаних з тепло та температура, такі як теплообмін, теплова рівновага, перетворення, що зазнають гази, зміни фізичного стану тощо.

Температура

Температура це міра ступеня збудження частинок, що складають тіло. Температура тіла безпосередньо пропорційний швидкість, з якою його атоми і молекули вібрують, обертаються або навіть перекладаються.

Температура є однією з величіоснови природи, разом із метро Це як по-друге, наприклад. Біля системаМіжнароднийвод (SI), одиницею вимірювання температури є Кельвін (K). Ця шкала температур вважається абсолютною, оскільки вона не допускає негативних значень і може бути безпосередньо визначена тепловою вібрацією атомів. Тому ми говоримо, що найнижча можлива температура - 0 К, також відома як абсолютний нуль.

Незважаючи на існування Кельвіна, інші звичайні ваги, засновані на інших речовинах, такі як Цельсія і Фаренгейт, продовжують використовуватися у світі. На малюнку нижче показано три термометри, градуйовані за найпоширенішими існуючими шкалами: Цельсія,Кельвін і Фаренгейт:

термометричні ваги

В вагитермометричні використовуються для вимірювання температури за деякими еталонами. Як правило, беруться дві нерухомі точки, до яких буде представлено тіло або речовина, що відсилає однакові властивості, такі як об’єм, щільність, провідність або електричний опір, довжина тощо.

THE масштабЦельсія це найбільш вживаний термометр у світі. Це шкала за Цельсієм, тобто вона має 100 поділок однакового розміру між фіксованими точками, 0 ºC і 100 ºC, що називаються градусами. Оскільки це звичайна шкала, вона допускає негативні температури: її абсолютний нуль має значення приблизно -273,5 ° C.

Дивисьтакож: Термометри та термометричні ваги

THE масштабФаренгейт, у свою чергу, його використовують у кількох країнах, таких як США та Англія. Він був розроблений так, що точка Злиття води дорівнює 32 ° F. Таким чином, навіть досягаючи низьких температур, навряд чи негативні температури спостерігаються в країнах, що використовують цю шкалу. температура кипіння води у Фаренгейті становить 212 ° F.

THE масштабКельвін була заснована на термічному перемішуванні атомів гелію таким чином, що, коли вони досягають загального спокою, цим атомам призначається температура 0 К. Сьогодні ми знаємо, що насправді ця дуже низька температура недосяжний.

Для перетворення значень температури, виражених в одній із шкал, згаданих вище, ми можемо використати такі рівняння:

Т_К - температура в Кельвіні
Т_F - температура у Фаренгейті
Т_Ç - температура за Цельсієм

Тепло

ми говоримо це тепло - це теплова енергія, що передається між тілами, що стикаються в температурибагато різних, тому є формою енергії. Крім того, тепло завжди рухається від тіла з найвищою температурою до тіл з найнижчою температурою, поки не встановиться теплова рівновага.

Тепло може передаватися через три процеси:

• Водіння: передача тепла через контакт з поверхнями;

• Конвекція: передача тепла за рахунок утворення конвективних струмів у рідині;

• Опромінення: передача тепла електромагнітними хвилями.

Дивисьтакож:Процеси розповсюдження тепла

Існує лише дві форми тепла: теплолатентний і теплочутливий:

• Теплочутливий: - форма тепла, що відповідає за зміну температури в тілі. Коли тіло отримує розумне тепло, температура його підвищується; коли одне і те ж тіло відмовляється від розумного тепла, його температура падає.

• Теплоприхований: це кількість теплоти, яку необхідно передати тілу чи речовині, щоб змінити свій агрегатний стан. Наприклад, коли тіло має температуру кипіння або плавлення, його температура не змінюється, навіть якщо воно залишається під впливом джерела тепла. Не відбувається змін тепла, коли тіло обмінюється прихованим теплом, а лише зміна фізичного стану. Тому ми говоримо, що він отримує теплолатентний.

Дивисьтакож: Різниця між відчутним і прихованим теплом

Теплове розширення

THE розширеннятепловий це відбувається, коли тіло отримує або віддає велику кількість тепла. Крім того змінитивтемператури або ваш держававагрегація (фізичний стан), передача тепла тілу може спричинити зміни його розмірів. Теплове розширення залежить від температурних змін, які зазнає організм, на додаток до його коефіцієнта розширення лінійний,неглибокий і об'ємні.

За формою тіла можна визначити, який з його розмірів є більш вигідним. Наприклад, голка має витягнуту форму, тому найважливішим розширенням у цьому випадку є лінійний. Всього існує три форми теплового розширення:

• Лінійне розширення: зміна довжини тіла. Це залежить від його коефіцієнта лінійного розширення (α).

• Поверхневе розширення: зміна, зазнана площею тіла. Це залежить від коефіцієнта поверхневого розширення (β).

• Об'ємне розширення: зміни відбулися в обсязі тіла. Це залежить від об'ємного коефіцієнта розширення (γ).

Компенсатори застосовуються для того, щоб залізничні бруски не розширювалися і, як наслідок, не згиналися.

Дивисьтакож:Теплове розширення твердих речовин

Термодинаміка

THE Термодинаміка є важливим напрямком термології, який вивчає взаємозв'язок між тепло,робота,температури та інші кількості, наприклад тиск,обсяг, тощо Він відповідає за встановлення закони що регулюють усі перетворення, які може зазнати речовина, наприклад, закон збереження енергії, також відомий як перший закон термодинаміки.

Дивисьтакож:Основи калориметрії

Дізнайтеся про закони термодинаміки та короткий опис їх змісту:

• Нульовий закон термодинаміки: є законом теплової рівноваги. Цей закон говорить, що всі тіла, як правило, обмінюються теплом, поки не досягнуть теплової рівноваги.

• Перший закон термодинаміки: є законом Росії збереження енергії. Цей закон стверджує, що все тепло, отримане системою під час термодинамічного процесу, може перетворитися на роботу або на збільшення її внутрішньої енергії.

• Другий закон термодинаміки: є законом Росії ентропія. Цей закон стверджує, що всі системи, що отримують тепло, мають тенденцію до досягнення нижчих і нижчих рівнів організації.

• Третій закон термодинаміки: є законом абсолютного нуля. Цей закон говорить нам, що абсолютний нуль насправді недосяжний. Яким би холодним не було тіло, воно ніколи не буде при 0 К.

Термологічні формули

Ознайомтеся з деякими термологічними формулами, які можуть бути корисними для вашого дослідження:

• Перетворення термометричних шкал

• Розрахунок чутливого тепла

  

  Питання - відчутне тепло
  м - макарони
  ç - питома теплоємність
  ΔT - коливання температури

• Розрахунок прихованої теплоти

Питання - тепло
м - макарони
L - приховане тепло

• лінійне теплове розширення

  

  L - остаточна довжина
  L₀ - початкова довжина
  ΔT - коливання температури
  α - коефіцієнт лінійного розширення

• поверхнева теплова дилатація

  

  s - заключна площа
  s₀ - початкова площа
  ΔT - коливання температури
  β - коефіцієнт поверхневого розширення

• Об'ємне теплове розширення

  

  V - Підсумковий том
  L₀ - початковий обсяг
  ΔT - коливання температури
  γ - об'ємний коефіцієнт розширення

• Перший закон термодинаміки

ΔU - внутрішні зміни енергії
Питання - тепло
τ - робота

Резюме

• Температура: чим тіло гарячіше, тим більша вібрація його молекул. Таке збудження називається температурою.

• Тепло: коли два тіла різної температури зустрічаються в тепловому контакті, тепло передається від тіла з високою температурою до менш гарячого тіла

• Вагитермометричні: використовуються для представлення температур в різних одиницях, таких як Цельсій і Фаренгейт.

• Розширеннятеплові: коли тіло отримує тепло і відчуває підвищення температури, його розміри можуть збільшуватися. Цей ефект називається тепловим розширенням.

Дивіться також: У чому різниця між теплом і температурою?

Термологічні вправи

1) Термометр, відкалібрований за шкалою Фаренгейта, вказує на температуру 68 ° F. Яке значення цієї температури за шкалою Цельсія?

Дозвіл

конвертувати Фаренгейта в Цельсія, ми будемо використовувати формулу нижче:

2) Тіло з 10 г питомої теплоти, що дорівнює 1,2 кал / г ° С, зазнає змін температури в 25 ° С. Визначте кількість теплоти, що передається цьому тілу під час процесу.

Дозвіл

В заяві про вправу зазначається, що температура цього тіла мала різну температуру. Тому ми будемо використовувати формулу, яка обчислює кількість розумного тепла:

Беручи дані, надані вправою, нам доведеться:

3) У термодинамічному процесі потрібно 500 кал, щоб розплавити тіло масою 10 г, яке знаходиться у твердому стані, при температурі плавлення. Визначте приховану теплоту плавлення цього тіла.

Дозвіл

Для розрахунку, про який ви просите, ми використаємо формулу прихованого тепла:

Використовуючи отримані дані, нам доведеться:

4) Перевірте альтернативу, яка представляє назву процесу передачі тепла електромагнітними хвилями:

а) Водіння

б) Конвекція

в) передача

г) Опромінення

д) Розширення

Дозвіл

Викликається передача тепла через електромагнітні хвилі опромінення. Завдяки цьому процесу Сонце здатне нагрівати поверхню Землі.

5) Однорідний металевий пруток довжиною, що дорівнює 1,5 м, нагрівається до тих пір, поки його температура 25 ° С не досягне 150 ° С. Враховуючи, що коефіцієнт лінійного розширення цієї планки становить 1,2.10^-5 ° С^-¹, визначити кінцеву довжину бруса після нагрівання.

Дозвіл

Тип розширення, на який страждає штанга, є лінійний. Отже, для обчислення остаточної довжини цього бруска ми зробимо наступний розрахунок:

Мені Рафаель Хелерброк