Količina topline: koncept, proračuni, primjena. Količina toplote

Ova lekcija govori o konceptu količine topline.

Ako smo do sada razmatrali opća svojstva i pojave povezane s toplinom, energijom ili njihovim prijenosom, sada je vrijeme da se upoznamo s kvantitativnim karakteristikama ovih pojmova. Tačnije, uvesti pojam količine toplote. Svi dalji proračuni vezani za transformaciju energije i toplote će se zasnivati ​​na ovom konceptu.

Definicija

Količina toplote je energija koja se prenosi prenosom toplote.

Razmotrimo pitanje: kojom količinom da izrazimo tu količinu toplote?

Količina toplote je povezana sa unutrašnja energija tijela, dakle, kada tijelo primi energiju, njegova unutrašnja energija se povećava, a kada je daje, ona se smanjuje (sl. 1).

Rice. 1. Odnos između količine toplote i unutrašnje energije

Slični zaključci se mogu izvesti i o tjelesnoj temperaturi (slika 2).

Rice. 2. Odnos između količine topline i temperature

Unutrašnja energija se izražava u džulima (J). To znači da se količina toplote takođe meri u džulima (u SI):

Standardna notacija za količinu topline.

Da bismo saznali: o čemu ovisi, provest ćemo 3 eksperimenta.

Eksperiment #1

Uzmimo dva identična tijela, ali različite mase. Na primjer, uzmimo dvije identične posude i u njih sipamo različite količine vode (iste temperature).

Očigledno, da bi prokuhali lonac u kome ima više vode, biće potrebno više vremena. Odnosno, moraće da prenosi više toplote.

Iz ovoga možemo zaključiti da količina toplote zavisi od mase (direktno proporcionalna - što je masa veća, veća je i količina toplote).

Rice. 3. Eksperiment #1

Eksperiment #2

U drugom eksperimentu zagrevaćemo tela iste mase na različite temperature. Odnosno, uzmimo dva lonca vode iste mase i jednu od njih zagrijemo na , a drugu, na primjer, na .

Očigledno, da bi se tava zagrijala na višu temperaturu, trebat će više vremena, odnosno morat će dati više topline.

Iz ovoga možemo zaključiti da količina toplote zavisi od temperaturne razlike (direktno proporcionalno – što je veća temperaturna razlika, veća je i količina toplote).

Rice. 4. Eksperiment #2

Eksperiment #3

U trećem eksperimentu razmatramo ovisnost količine topline o karakteristikama tvari. Da biste to učinili, uzmite dvije posude i u jednu ulijte vodu, a u drugu suncokretovo ulje. U ovom slučaju, temperature i mase vode i ulja moraju biti iste. Zagrejaćemo obe posude na istu temperaturu.

Da bi se lonac sa vodom zagrejao, biće potrebno više vremena, odnosno moraće da prenese više toplote.

Iz ovoga možemo zaključiti da količina topline ovisi o vrsti tvari (o tome ćemo više govoriti u sljedećoj lekciji).

Rice. 5. Eksperiment #3

Nakon eksperimenata možemo zaključiti da zavisi:

• od tjelesne težine;
• promjene njegove temperature;
• vrsta supstance.

Imajte na umu da u svim slučajevima koje smo razmotrili ne govorimo o faznim prijelazima (tj. promjenama agregatnog stanja tvari).

Istovremeno, brojčana vrijednost količine topline također može ovisiti o njenim mjernim jedinicama. Osim džula, koji je SI jedinica, koristi se još jedna jedinica za mjerenje količine toplote - kalorija(prevedeno kao "toplina", "toplina").

Ovo je prilično mala vrijednost, pa se koncept kilokalorije češće koristi: . Ova vrijednost odgovara količini topline koja se mora prenijeti na vodu da bi se zagrijala.

U sljedećoj lekciji ćemo razmotriti koncept specifičnog toplinskog kapaciteta, koji povezuje supstancu i količinu topline.

Bibliografija

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Prosvjeta.

1. Internet portal "festival.1september.ru" ()
2. Internet portal "class-fizika.narod.ru" ()
3. Internet portal "school.xvatit.com" ()

Zadaća

1. Stranica 20, stav 7, pitanja 1-6. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
2. Zašto se voda u jezeru preko noći hladi mnogo manje od pijeska na plaži?
3. Zašto se klima, koju karakteriziraju oštre promjene temperature između dana i noći, naziva oštro kontinentalnom?

O jedinicama količine toplote. Jedinicu za količinu toplote - "malu" kaloriju - definisali smo gore kao količinu toplote koja je potrebna da se temperatura vode podigne za 1 K pri atmosferskom pritisku. No, budući da je toplinski kapacitet vode na različitim temperaturama različit, potrebno je dogovoriti temperaturu pri kojoj se bira ovaj interval od jednog stepena.

U SSSR-u je usvojena takozvana kalorija od dvadeset stepeni, za koju je usvojen interval od 19,5 do 20,5 ° C. U nekim zemljama se koristi kalorija od petnaest stepeni (interval prvog od njih je J, drugog - J. Ponekad se koristi prosječna kalorija, jednaka stotom dijelu količine topline potrebne za zagrijavanje vode od do

Mjerenje količine topline. Za direktno mjerenje količine topline koju tijelo daje ili prima, koriste se posebni uređaji - kalorimetri.

U svom najjednostavnijem obliku, kalorimetar je posuda napunjena tvari čiji je toplinski kapacitet dobro poznat, kao što je voda (specifična toplina

Izmjerena količina topline se na ovaj ili onaj način prenosi na kalorimetar, zbog čega se njegova temperatura mijenja. Mjerenjem ove promjene temperature dobijamo toplinu

gdje je c specifični toplinski kapacitet tvari koja ispunjava kalorimetar, njegova masa.

Treba uzeti u obzir da se toplina prenosi ne samo na supstancu kalorimetra, već i na posudu i razne uređaje koji se u nju mogu postaviti. Stoga je prije mjerenja potrebno odrediti takozvani toplotni ekvivalent kalorimetra - količinu toplote koja zagreva "prazan" kalorimetar za jedan stepen. Ponekad se ova korekcija uvodi dodavanjem dodatne mase masi vode, čiji je toplinski kapacitet jednak toplinskom kapacitetu posude i ostalih dijelova kalorimetra. Tada možemo pretpostaviti da se toplina prenosi na masu vode jednaku Količina se naziva vodeni ekvivalent kalorimetra.

Merenje toplotnog kapaciteta. Kalorimetar se također koristi za mjerenje toplotnog kapaciteta. U ovom slučaju potrebno je tačno znati količinu dovedene (ili odvedene) toplote.Ako je poznata onda se specifični toplotni kapacitet izračunava iz jednakosti

gdje je masa tijela koje se proučava, i promjena njegove temperature uzrokovana toplinom

Toplota se tijelu dovodi u kalorimetar, koji mora biti konstruiran tako da se dovedena toplina prenosi samo na tijelo koje se proučava (i, naravno, na kalorimetar), ali se ne gubi u okolnom prostoru. U međuvremenu, takvi gubici toplote se uvijek javljaju u određenoj mjeri, a njihovo uzimanje u obzir je glavna briga u kalorimetrijskim mjerenjima.

Merenje toplotnog kapaciteta gasova je teško jer je zbog njihove male gustine toplotni kapacitet mase gasa koji se može staviti u kalorimetar mali. Na uobičajenim temperaturama može se porediti sa toplotnim kapacitetom praznog kalorimetra, što neminovno smanjuje tačnost merenja. Ovo se posebno odnosi na mjerenje toplotnog kapaciteta pri konstantnoj zapremini.U određivanju ove teškoće, ova poteškoća se može zaobići ako se plin koji se istražuje teče (pri konstantnom pritisku) kroz kalorimetar (vidi dolje).

Measurement Gotovo jedina metoda za direktno mjerenje toplotnog kapaciteta gasa pri konstantnoj zapremini je metoda koju je predložio Joly (1889). Šema ove metode prikazana je na sl. 41.

Kalorimetar se sastoji od komore K, u kojoj su dvije identične šuplje bakrene kuglice obješene na krajevima balansne grede, opremljene pločama na dnu i reflektorima na vrhu. Jedna od kuglica se evakuiše, druga se puni ispitivanim gasom. Da bi gas imao primetan toplotni kapacitet, ubrizgava se pod znatnim pritiskom.Masa ubrizganog gasa se određuje pomoću vaga, vraćajući ravnotežu narušenu uvođenjem gasa sa utezima.

Nakon uspostavljanja termičke ravnoteže između kuglica i komore, vodena para se pušta u komoru (cevi za ulazak i izlazak pare nalaze se na prednjem i zadnjem zidu komore i nisu prikazane na slici 41). Para se kondenzira na obje kuglice, zagrijavajući ih, te teče u ploče. Ali na sferi ispunjenoj plinom kondenzira se više tekućine, jer je njen toplinski kapacitet veći. Zbog viška kondenzata na jednoj od kuglica, ravnoteža loptica će ponovo biti poremećena. Uravnotežujući vagu, saznajemo višak mase tekućine koja se kondenzirala zbog prisustva plina u kugli. Ako je ovaj višak mase vode jednak, onda množenjem sa toplotom kondenzacije vode nalazimo količinu toplote koja je otišla za zagrevanje gasa sa početne temperature na temperaturu vodene pare. Merenjem ove razlike termometrom , dobijamo:

gde je specifični toplotni kapacitet gas. Poznavajući specifični toplotni kapacitet, nalazimo da je molarni toplotni kapacitet

Measurement Već smo spomenuli da se za mjerenje toplotnog kapaciteta pri konstantnom pritisku plin koji se ispituje prisiljava da teče kroz kalorimetar. Ovo je jedini način da se obezbedi konstantnost pritiska gasa, uprkos snabdevanju toplotom i grejanjem, bez kojih je nemoguće izmeriti toplotni kapacitet. Kao primjer takve metode, ovdje predstavljamo opis Regnaultovog klasičnog eksperimenta (Šema aparata je prikazana na slici 42.).

Ispitni gas iz rezervoara A prolazi kroz ventil kroz zavojnicu postavljenu u posudu sa uljem B, zagrejanu nekom vrstom izvora toplote. Pritisak gasa se reguliše ventilom, a njegova konstantnost se kontroliše manometrom.Prolazeći dug put u zavojnici, gas poprima temperaturu ulja koja se meri termometrom.

Plin zagrijan u zavojnici zatim prolazi kroz vodeni kalorimetar, hladi se u njemu do određene temperature mjerene termometrom i izlazi van. Mjerenjem tlaka plina u spremniku A na početku i na kraju eksperimenta (za to se koristi mjerač tlaka, saznat ćemo masu plina koji je prošao kroz aparat.

Količina topline koju plin daje kalorimetru jednaka je umnošku vodenog ekvivalenta kalorimetra i promjene njegove temperature, gdje je početna temperatura kalorimetra.

Toplotna energija je sistem za merenje toplote koji je izmišljen i korišćen pre dva veka. Glavno pravilo rada s ovom količinom je da se toplinska energija čuva i da ne može jednostavno nestati, već se može prenijeti u drugi oblik energije.

Postoji nekoliko opšteprihvaćenih merne jedinice toplotne energije. Uglavnom se koriste u industrijskim sektorima kao npr. Najčešći su opisani u nastavku:

Svaka jedinica mjere uključena u SI sistem ima svrhu u određivanju ukupne količine određene vrste energije, kao što je toplina ili električna energija. Vrijeme i količina mjerenja ne utječu na ove vrijednosti, zbog čega se mogu koristiti i za utrošenu i za već potrošenu energiju. Osim toga, svaki prijenos i prijem, kao i gubici, također se računaju u takvim količinama.

Gdje se koriste mjerne jedinice toplotne energije

Energetske jedinice pretvorene u toplinu

Za ilustrativan primjer, ispod su poređenja različitih popularnih SI indikatora s toplinskom energijom:

• 1 GJ je jednak 0,24 Gcal, što je u električnom smislu jednako 3400 miliona kWh na sat. U ekvivalentu toplotne energije 1 GJ = 0,44 tone pare;
• Istovremeno, 1 Gcal = 4,1868 GJ = 16 000 miliona kW na sat = 1,9 tona pare;
• 1 tona pare je 2,3 GJ = 0,6 Gcal = 8200 kW na sat.

U ovom primjeru, data vrijednost pare se uzima kao isparavanje vode pri dostizanju 100°C.

Za izračunavanje količine topline koristi se sljedeći princip: za dobivanje podataka o količini topline koristi se za zagrijavanje tekućine, nakon čega se masa vode množi sa proklijalom temperaturom. Ako se u SI masa tekućine mjeri u kilogramima, a temperaturne razlike u stepenima Celzijusa, tada će rezultat takvih proračuna biti količina topline u kilokalorijama.

Ako postoji potreba za prijenosom toplinske energije s jednog fizičkog tijela na drugo, a želite znati moguće gubitke, onda je vrijedno pomnožiti masu primljene topline tvari s temperaturom povećanja, a zatim saznati proizvod dobijene vrijednosti sa „specifičnim toplinskim kapacitetom“ tvari.

Definicija

Količina toplote ili jednostavno toplina($Q$) naziva se unutrašnja energija, koja se, bez vršenja rada, prenosi sa tela sa višom temperaturom na tela sa nižom temperaturom u procesima provođenja toplote ili zračenja.

Joule - SI jedinica za mjerenje količine toplote

Jedinica za količinu toplote može se dobiti iz prvog zakona termodinamike:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \lijevo(1\desno),\]

gdje je $A$ rad termodinamičkog sistema; $\Delta U$ - promjena unutrašnje energije sistema; $\Delta Q$ - količina toplote koja se isporučuje sistemu.

Iz zakona (1), a još više iz njegove verzije za izotermni proces:

\[\Delta Q=A\ \lijevo(2\desno).\]

Očigledno, u Međunarodnom sistemu jedinica (SI), džul (J) je jedinica za energiju i rad.

Lako je izraziti džul u osnovnim jedinicama koristeći definiciju energije ($E$) u obliku:

gdje je $c$ brzina svjetlosti; $m$ - tjelesna težina. Na osnovu izraza (2) imamo:

\[\left=\left=kg\cdot (\left(\frac(m)(s)\right))^2=\frac(kg\cdot m^2)(s^2).\]

Kod džula se koriste svi standardni SI prefiksi koji označavaju decimalne razlomke i višestruke jedinice. Na primjer, $1kJ=(10)^3J$; 1MJ = $(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.

Erg - jedinica mjerenja količine toplote u cgs sistemu

U CGS sistemu (centimetar, gram, sekunda) toplota se meri u ergovima (ergovima). U ovom slučaju, jedan erg je jednak:

Uzimajući u obzir da:

dobijamo omjer između džula i erga:

Kalorija - jedinica mjere za količinu topline

Kalorija se koristi kao vansistemska jedinica za mjerenje količine toplote. Jedna kalorija je jednaka količini toplote koja se mora prenijeti vodi teškoj jedan kilogram da bi se zagrijala za jedan stepen Celzijusa. Odnos između džula i kalorija je sljedeći:

Da budemo precizniji, razlikuju:

• Međunarodna kalorija, jednaka je:
\
• termohemijske kalorije:
\
• Kalorija od 15 stepeni koja se koristi za termalna mjerenja:
\

Kalorije se često koriste sa decimalnim prefiksima kao što su: kcal (kilokalorija) $1kcal=(10)^3cal$; Mcal (megakalorija) 1Mcal = $(10)^6cal$; Gcal (gigakalorija) 1 Gcal=$(10)^9cal$.

Ponekad se kilokalorija naziva velika kalorija ili kilogram-kalorija.

Primjeri problema sa rješenjem

Primjer 1

Vježba. Koliko toplote apsorbuje vodonik mase $m=0,2$kg kada se zagreje sa $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ do $t_2=100(\rm()^\circ \! C)$ pri konstantnom pritisku? Odgovor napišite u kilodžulima.

Odluka. Pišemo prvi zakon termodinamike:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \lijevo(1.1\desno).\]

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \lijevo(1.2\desno),\]

gdje je $i=5$ broj stupnjeva slobode molekula vodonika; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8.31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Prema pretpostavci, radi se o izobarnom procesu. Rad u izobarnom procesu jednak je:

Uzimajući u obzir izraze (1.2) i (1.3), transformiramo prvi zakon termodinamike za izobarični proces u oblik:

\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\ \left(1.4\right).\]

Provjerimo u kojim jedinicama se mjeri toplina, ako se računa po formuli (1.4):

\[\left[\Delta Q\right]=\left[\frac(m)(\mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\right]=\left [\frac(m)(\mu )R\Delta T\desno]=\frac(\left)(\left[\mu \right])\left\left[\Delta T\right]=\frac(kg )(kg/mol)\cdot \frac(J)(mol\cdot K)\cdot K=J.\]

Uradimo proračune:

\[\Delta Q=\frac(0,2)(2 (10)^(-3))\cdot 8,31\cdot 100\left(1+\frac(5)(2)\right)\cca 291\cdot (10)^3\lijevo(J\desno)=291\ \lijevo(kJ\desno).\]

Odgovori.$\Delta Q=291\ $ kJ

Primjer 2

Vježba. Helij mase $m=1\r$ zagrijan je za 100 K u procesu prikazanom na Sl.1. Koliko toplote se prenosi na gas? Odgovor upišite u CGS jedinicama.

Odluka. Slika 1 prikazuje izohorični proces. Za takav proces zapisujemo prvi zakon termodinamike kao:

\[\Delta Q=\Delta U\ \lijevo(2.1\desno).\]

Promjenu unutrašnje energije nalazimo kao:

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \lijevo(2.2\desno),\]

gdje je $i=3$ broj stupnjeva slobode molekula helijuma; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8.31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Sve vrijednosti su upisane u CGS. Uradimo proračune:

\[\Delta Q=\frac(3)(2)\cdot \frac(1)(4)\cdot 8,31\cdot (10)^7\cdot 100\približno 3\cdot (10)^9( erg)\ \]

Odgovori.$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ erg

Fokus našeg članka je količina topline. Razmotrićemo koncept unutrašnje energije, koja se transformiše kada se ova vrednost promeni. Također ćemo pokazati neke primjere primjene proračuna u ljudskoj aktivnosti.

Toplota

Uz bilo koju riječ maternjeg jezika, svaka osoba ima svoje asocijacije. Oni su određeni ličnim iskustvom i iracionalnim osećanjima. Šta se obično predstavlja riječju "toplina"? Mekano ćebe, zimi ispravna baterija za centralno grijanje, prva sunčeva svjetlost u proljeće, mačka. Ili majčin pogled, utešna reč prijatelja, pravovremena pažnja.

Fizičari pod ovim podrazumijevaju vrlo specifičan pojam. I veoma važno, posebno u nekim dijelovima ove kompleksne, ali fascinantne nauke.

Termodinamika

Ne vrijedi razmatrati količinu topline odvojeno od najjednostavnijih procesa na kojima se temelji zakon održanja energije - ništa neće biti jasno. Stoga, za početak, podsjećamo naše čitatelje.

Termodinamika svaku stvar ili predmet smatra kombinacijom vrlo velikog broja elementarnih dijelova - atoma, jona, molekula. Njegove jednačine opisuju svaku promjenu u kolektivnom stanju sistema kao cjeline i kao dijela cjeline pri promjeni makro parametara. Potonji se podrazumijevaju kao temperatura (označena kao T), pritisak (P), koncentracija komponenti (obično C).

Unutrašnja energija

Unutrašnja energija je prilično komplikovan pojam, čije značenje treba razumjeti prije nego što govorimo o količini topline. Označava energiju koja se mijenja s povećanjem ili smanjenjem vrijednosti makro parametara objekta i ne ovisi o referentnom sistemu. To je dio ukupne energije. Poklapa se s njim u uslovima kada centar mase predmeta koji se proučava miruje (tj. nema kinetičke komponente).

Kada osoba osjeti da se neki predmet (recimo, bicikl) zagrijao ili ohladio, to pokazuje da su svi molekuli i atomi koji čine ovaj sistem doživjeli promjenu unutrašnje energije. Međutim, konstantnost temperature ne znači očuvanje ovog pokazatelja.

Rad i toplina

Unutrašnja energija svakog termodinamičkog sistema može se transformisati na dva načina:

• radeći na tome;
• tokom razmene toplote sa okolinom.

Formula za ovaj proces izgleda ovako:

dU=Q-A, gdje je U unutrašnja energija, Q je toplina, A je rad.

Neka čitaoca ne zavara jednostavnost izraza. Permutacija pokazuje da je Q=dU+A, ali uvođenje entropije (S) dovodi formulu do oblika dQ=dSxT.

Budući da u ovom slučaju jednačina ima oblik diferencijalne jednadžbe, prvi izraz zahtijeva isto. Nadalje, ovisno o silama koje djeluju u objektu koji se proučava i parametru koji se izračunava, izvodi se potreban omjer.

Uzmimo metalnu kuglu kao primjer termodinamičkog sistema. Ako izvršite pritisak na njega, izbacite ga, bacite u dubok bunar, onda to znači da radite na njemu. Izvana, sve ove bezopasne radnje neće uzrokovati nikakvu štetu lopti, ali će se njena unutrašnja energija promijeniti, iako vrlo malo.

Drugi način je prijenos topline. Sada dolazimo do glavnog cilja ovog članka: opisa kolika je količina topline. Ovo je takva promjena unutrašnje energije termodinamičkog sistema koja se javlja tokom prijenosa topline (vidi gornju formulu). Mjeri se u džulima ili kalorijama. Očigledno, ako se lopta drži iznad upaljača, na suncu ili jednostavno u toploj ruci, ona će se zagrijati. A onda, promjenom temperature, možete pronaći količinu topline koja mu je prenesena u isto vrijeme.

Zašto je plin najbolji primjer promjene unutrašnje energije i zašto učenici ne vole fiziku zbog toga

Gore smo opisali promjene termodinamičkih parametara metalne kugle. Oni nisu jako uočljivi bez posebnih uređaja, a čitaocu je prepušteno da popriča o procesima koji se dešavaju sa objektom. Druga stvar je ako je sistem na gas. Pritisnite ga - bit će vidljivo, zagrijte ga - pritisak će porasti, spustite ga ispod zemlje - i to se lako može popraviti. Stoga se u udžbenicima plin najčešće uzima kao vizualni termodinamički sistem.

Ali, nažalost, ne poklanja se mnogo pažnje pravim eksperimentima u modernom obrazovanju. Naučnik koji piše metodološki priručnik savršeno dobro razumije o čemu je riječ. Čini mu se da će na primjeru molekula plina svi termodinamički parametri biti adekvatno prikazani. Ali studentu koji tek otkriva ovaj svijet, dosadno je slušati o idealnoj tikvici s teoretskim klipom. Da škola ima prave istraživačke laboratorije i posvećene sate za rad u njima, sve bi bilo drugačije. Za sada su, nažalost, eksperimenti samo na papiru. I, najvjerovatnije, upravo je to ono zbog čega ljudi ovu granu fizike smatraju nečim čisto teorijskim, daleko od života i nepotrebnim.

Stoga smo odlučili da kao primjer navedemo već spomenuti bicikl. Osoba pritisne pedale - radi na njima. Osim što prenosi moment na cijeli mehanizam (zbog čega se bicikl kreće u prostoru), mijenja se i unutrašnja energija materijala od kojih su poluge napravljene. Biciklista gura ručke da bi se okrenuo i ponovo obavlja posao.

Povećava se unutrašnja energija vanjskog premaza (plastike ili metala). Osoba ide na čistinu pod jarkim suncem - bicikl se zagrijava, njegova količina topline se mijenja. Zastaje da se odmori u hladu starog hrasta i sistem se hladi, trošeći kalorije ili džule. Povećava brzinu - povećava razmjenu energije. Međutim, proračun količine topline u svim ovim slučajevima pokazat će vrlo malu, neprimjetnu vrijednost. Stoga se čini da u stvarnom životu nema manifestacija termodinamičke fizike.

Primjena proračuna za promjene količine topline

Vjerovatno će čitatelj reći da je sve ovo vrlo informativno, ali zašto nas tako muče u školi ovim formulama. A sada ćemo dati primjere u kojim područjima ljudske aktivnosti su oni direktno potrebni i kako se to odnosi na bilo koga u njegovom svakodnevnom životu.

Za početak, osvrnite se oko sebe i prebrojite: koliko metalnih predmeta vas okružuje? Vjerovatno više od deset. Ali prije nego što postane spajalica, vagon, prsten ili fleš disk, bilo koji metal se istopi. Svaka fabrika koja prerađuje, recimo, željeznu rudu mora razumjeti koliko je goriva potrebno da bi se optimizirali troškovi. A kada se to izračuna, potrebno je znati toplinski kapacitet sirovine koja sadrži metal i količinu topline koja joj se mora predati da bi se odvijali svi tehnološki procesi. Budući da se energija koju oslobađa jedinica goriva izračunava u džulima ili kalorijama, formule su potrebne direktno.

Ili drugi primjer: većina supermarketa ima odjel sa smrznutom robom - ribom, mesom, voćem. Kada se sirovine od životinjskog mesa ili morskih plodova pretvaraju u poluproizvod, moraju znati koliko električne energije će rashladni i zamrzivački uređaji potrošiti po toni ili jedinici gotovog proizvoda. Da biste to učinili, izračunajte koliko topline izgubi kilogram jagoda ili lignji kada se ohladi za jedan stepen Celzijusa. I na kraju, ovo će pokazati koliko će struje potrošiti zamrzivač određenog kapaciteta.

Avioni, brodovi, vozovi

Iznad smo prikazali primjere relativno nepokretnih, statičnih objekata koji su informirani ili im se, naprotiv, oduzima određena količina topline. Za objekte koji se kreću u procesu rada u uslovima stalno promenljive temperature, proračuni količine toplote su važni iz još jednog razloga.

Postoji nešto kao "umor metala". Također uključuje maksimalno dozvoljeno opterećenje pri određenoj brzini promjene temperature. Zamislite avion koji polijeće iz vlažnih tropskih krajeva u zaleđenu gornju atmosferu. Inženjeri se moraju potruditi da se ne raspadne zbog pukotina u metalu koje nastaju pri promjeni temperature. Oni traže sastav legure koji može izdržati realna opterećenja i koji će imati veliku marginu sigurnosti. A kako ne biste tražili slijepo, nadajući se da ćete slučajno naići na željeni sastav, morate napraviti mnogo kalkulacija, uključujući i one koje uključuju promjene u količini topline.