Domov
Wells
Množstvo tepla: koncepcia, výpočty, aplikácia. Množstvo tepla

Množstvo tepla: koncepcia, výpočty, aplikácia. Množstvo tepla

Táto lekcia pojednáva o koncepte množstva tepla.

Ak sme doteraz uvažovali o všeobecných vlastnostiach a javoch spojených s teplom, energiou alebo ich prenosom, teraz je čas zoznámiť sa s kvantitatívnymi charakteristikami týchto pojmov. Presnejšie predstavte pojem množstvo tepla. Všetky ďalšie výpočty súvisiace s transformáciou energie a tepla budú vychádzať z tohto konceptu.

Definícia

Množstvo tepla je energia, ktorá sa prenáša prenosom tepla.

Zamyslime sa nad otázkou: akým množstvom vyjadríme toto množstvo tepla?

Množstvo tepla súvisí s vnútornej energie telies, teda keď telo energiu prijíma, jeho vnútorná energia sa zvyšuje a keď ju vydáva, klesá (obr. 1).

Ryža. 1. Vzťah medzi množstvom tepla a vnútornou energiou

Podobné závery možno vyvodiť aj o telesnej teplote (obr. 2).

Ryža. 2. Vzťah medzi množstvom tepla a teplotou

Vnútorná energia sa vyjadruje v jouloch (J). To znamená, že množstvo tepla sa meria aj v jouloch (v SI):

Štandardné označenie množstva tepla.

Ak chcete zistiť: na čom závisí, vykonáme 3 experimenty.

Experiment č. 1

Zoberme si dve rovnaké telesá, ale rôzne hmotnosti. Vezmime si napríklad dve rovnaké panvice a nalejeme do nich rôzne množstvá vody (rovnakej teploty).

Je zrejmé, že varenie hrnca, v ktorom je viac vody, bude trvať dlhšie. To znamená, že bude musieť komunikovať viac tepla.

Z toho môžeme usúdiť, že množstvo tepla závisí od hmotnosti (priamo úmerné – čím väčšia hmotnosť, tým väčšie množstvo tepla).

Ryža. 3. Experiment č. 1

Experiment č. 2

V druhom pokuse budeme telesá rovnakej hmotnosti zahrievať na rôzne teploty. To znamená, že zoberieme dva hrnce s vodou rovnakej hmotnosti a jeden z nich zohrejeme na , a druhý napríklad na .

Je zrejmé, že na zahriatie panvice na vyššiu teplotu to bude trvať dlhšie, to znamená, že bude musieť dodať viac tepla.

Z toho môžeme usúdiť, že množstvo tepla závisí od rozdielu teplôt (priamo úmerné – čím väčší rozdiel teplôt, tým väčšie množstvo tepla).

Ryža. 4. Experiment č. 2

Experiment č. 3

V treťom pokuse uvažujeme o závislosti množstva tepla od vlastností látky. Aby ste to urobili, vezmite si dve panvice a do jednej z nich nalejte vodu a do druhej slnečnicový olej. V tomto prípade musia byť teploty a hmotnosti vody a oleja rovnaké. Obe panvice rozohrejeme na rovnakú teplotu.

Na zohriatie hrnca s vodou to bude trvať dlhšie, to znamená, že bude musieť dodať viac tepla.

Z toho môžeme usúdiť, že množstvo tepla závisí od typu látky (ako presne si povieme viac v ďalšej lekcii).

Ryža. 5. Experiment č. 3

Po experimentoch môžeme konštatovať, že to závisí:

  • z telesnej hmotnosti;
  • zmeny jeho teploty;
  • druh látky.

Všimnite si, že vo všetkých prípadoch, ktoré sme uvažovali, nehovoríme o fázových prechodoch (to znamená o zmenách agregovaného stavu látky).

Číselná hodnota množstva tepla môže zároveň závisieť aj od jeho meracích jednotiek. Okrem joulu, čo je jednotka SI, sa používa ďalšia jednotka na meranie množstva tepla - kalórií(v preklade „teplo“, „teplo“).

Toto je pomerne malá hodnota, takže pojem kilokalória sa častejšie používa: . Táto hodnota zodpovedá množstvu tepla, ktoré sa musí odovzdať vode, aby sa ohrievala.

V nasledujúcej lekcii sa budeme zaoberať pojmom merná tepelná kapacita, ktorý spája látku a množstvo tepla.

Bibliografia

  1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. Fyzika 8. - M.: Mnemosyne.
  2. Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
  3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fyzika 8. - M.: Osveta.
  1. Internetový portál "festival.1september.ru" ()
  2. Internetový portál "class-fizika.narod.ru" ()
  3. Internetový portál "school.xvatit.com" ()

Domáca úloha

  1. Stránka 20, odsek 7, otázky 1-6. Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
  2. Prečo sa voda v jazere cez noc ochladí oveľa menej ako piesok na pláži?
  3. Prečo sa klíma, ktorá sa vyznačuje prudkými teplotnými zmenami medzi dňom a nocou, nazýva ostro kontinentálna?

Na jednotky množstva tepla. Jednotku množstva tepla – „malú“ kalóriu – sme definovali vyššie ako množstvo tepla, ktoré je potrebné na zvýšenie teploty vody o 1 K pri atmosférickom tlaku. Ale keďže tepelná kapacita vody pri rôznych teplotách je rôzna, je potrebné sa dohodnúť na teplote, pri ktorej sa zvolí tento jednostupňový interval.

V ZSSR bola prijatá takzvaná dvadsaťstupňová kalória, pre ktorú bol prijatý interval od 19,5 do 20,5 ° C. V niektorých krajinách sa používa pätnásťstupňová kalória (interval prvej z nich je J, druhej - J. Niekedy sa používa priemerná kalória rovnajúca sa jednej stotine množstva tepla potrebného na ohrev vody z do

Meranie množstva tepla. Na priame meranie množstva tepla odovzdaného alebo prijatého telesom sa používajú špeciálne zariadenia - kalorimetre.

V najjednoduchšej forme je kalorimeter nádoba naplnená látkou, ktorej tepelná kapacita je dobre známa, ako je voda (špecifické teplo

Namerané množstvo tepla sa tak či onak prenáša do kalorimetra, v dôsledku čoho sa mení jeho teplota. Meraním tejto zmeny teploty získame teplo

kde c je merná tepelná kapacita látky plniacej kalorimeter, jej hmotnosť.

Treba brať do úvahy, že teplo sa odovzdáva nielen látke kalorimetra, ale aj nádobe a rôznym zariadeniam, ktoré je možné do nej umiestniť. Preto je potrebné pred meraním určiť takzvaný tepelný ekvivalent kalorimetra – množstvo tepla, ktoré zohreje „prázdny“ kalorimeter o jeden stupeň. Niekedy sa táto korekcia zavádza pridaním ďalšej hmoty k mase vody, ktorej tepelná kapacita sa rovná tepelnej kapacite nádoby a ostatných častí kalorimetra. Potom môžeme predpokladať, že teplo sa prenesie do hmoty vody rovnajúcej sa Množstvo sa nazýva vodný ekvivalent kalorimetra.

Meranie tepelnej kapacity. Kalorimeter sa používa aj na meranie tepelnej kapacity. V tomto prípade je potrebné presne vedieť množstvo dodaného (resp. odobraného) tepla, ak je známe, potom sa merná tepelná kapacita vypočíta z rovnosti

kde je hmotnosť skúmaného telesa a zmena jeho teploty spôsobená teplom

Teplo sa telu dodáva v kalorimetri, ktorý musí byť navrhnutý tak, aby dodané teplo odovzdalo len skúmanému telesu (a samozrejme aj kalorimetru), ale nestrácalo sa v okolitom priestore. Medzitým k takýmto tepelným stratám vždy do určitej miery dochádza a ich zohľadnenie je hlavným problémom pri kalorimetrických meraniach.

Meranie tepelnej kapacity plynov je náročné, pretože vzhľadom na ich nízku hustotu je tepelná kapacita hmoty plynu, ktorú je možné umiestniť do kalorimetra, malá. Pri bežných teplotách môže byť porovnateľná s tepelnou kapacitou prázdneho kalorimetra, čo nevyhnutne znižuje presnosť merania. Týka sa to najmä merania tepelnej kapacity pri konštantnom objeme.Pri určovaní tohto problému je možné tento problém obísť, ak sa skúmaný plyn nechá prúdiť (pri konštantnom tlaku) cez kalorimeter (pozri nižšie).

Meranie Takmer jedinou metódou na priame meranie tepelnej kapacity plynu pri konštantnom objeme je metóda navrhnutá Jolym (1889). Schéma tejto metódy je znázornená na obr. 41.

Kalorimeter pozostáva z komory K, v ktorej sú na koncoch vahadla zavesené dve rovnaké duté medené guľôčky, opatrené dole doštičkami a hore reflektormi. Jedna z loptičiek je evakuovaná, druhá je naplnená skúmaným plynom. Aby mal plyn citeľnú tepelnú kapacitu, vstrekuje sa pod značným tlakom.Hmotnosť vstreknutého plynu sa určuje pomocou váh, obnovujúcich rovnováhu narušenú zavedením plynu so závažiami.

Po ustavení tepelnej rovnováhy medzi guľôčkami a komorou sa do komory vpustí vodná para (rúrky pre vstup a výstup pary sú umiestnené na prednej a zadnej stene komory a nie sú znázornené na obr. 41). Para kondenzuje na oboch guličkách, ohrieva ich a prúdi do platní. Ale na guli naplnenej plynom kondenzuje viac kvapaliny, pretože jej tepelná kapacita je väčšia. V dôsledku prebytočného kondenzátu na jednej z loptičiek sa opäť naruší rovnováha loptičiek. Po vyvážení váh zistíme prebytočnú hmotu kvapaliny, ktorá kondenzovala v dôsledku prítomnosti plynu v guli. Ak je táto nadbytočná hmotnosť vody rovnaká, vynásobíme ju teplom kondenzácie vody, zistíme množstvo tepla, ktoré prešlo na ohrev plynu z počiatočnej teploty na teplotu vodnej pary. Meraním tohto rozdielu teplomerom , dostaneme:

kde merná tepelná kapacita je plyn. Keď poznáme špecifickú tepelnú kapacitu, zistíme, že molárna tepelná kapacita

Meranie Už sme spomenuli, že na meranie tepelnej kapacity pri konštantnom tlaku je skúmaný plyn nútený pretekať cez kalorimeter. Len tak sa zabezpečí stálosť tlaku plynu aj napriek dodávke tepla a vykurovania, bez ktorých nie je možné merať tepelnú kapacitu. Ako príklad takejto metódy tu uvádzame popis Regnaultovho klasického experimentu (Schéma prístroja je na obr. 42.

Skúšobný plyn z nádrže A prechádza ventilom cez špirálu umiestnenú v nádobe s olejom B, ohrievanú nejakým druhom zdroja tepla. Tlak plynu je regulovaný ventilom a jeho stálosť je riadená manometrom, pričom plyn pri dlhšom prechode v cievke naberá teplotu oleja, ktorá je meraná teplomerom.

Plyn ohriaty v špirále potom prechádza cez vodný kalorimeter, ochladzuje sa v ňom na určitú teplotu nameranú teplomerom a odchádza von. Meraním tlaku plynu v nádrži A na začiatku a na konci experimentu (na to slúži tlakomer, zistíme hmotnosť plynu, ktorý aparatúrou prešiel.

Množstvo tepla odovzdaného plynom do kalorimetra sa rovná súčinu vodného ekvivalentu kalorimetra a zmeny jeho teploty, kde je počiatočná teplota kalorimetra.

Tepelná energia je systém merania tepla, ktorý bol vynájdený a používaný pred dvoma storočiami. Hlavným pravidlom pre prácu s touto veličinou bolo, že tepelná energia sa zachováva a nemôže len tak zmiznúť, ale môže sa preniesť na inú formu energie.

Existuje niekoľko všeobecne akceptovaných jednotky merania tepelnej energie. Používajú sa najmä v priemyselných odvetviach ako napr. Najbežnejšie z nich sú popísané nižšie:

Akákoľvek merná jednotka zahrnutá v sústave SI má za cieľ určiť celkové množstvo určitého typu energie, ako je teplo alebo elektrina. Čas a množstvo merania tieto hodnoty neovplyvňujú, preto ich možno použiť pre spotrebovanú aj už spotrebovanú energiu. V takýchto množstvách sa navyše počíta aj prípadný prenos a príjem, ako aj straty.

Kde sa používajú jednotky merania tepelnej energie


Energetické jednotky premenené na teplo

Pre názorný príklad sú nižšie uvedené porovnania rôznych populárnych ukazovateľov SI s tepelnou energiou:

  • 1 GJ sa rovná 0,24 Gcal, čo sa v elektrickom vyjadrení rovná 3 400 miliónom kWh za hodinu. V tepelnom energetickom ekvivalente 1 GJ = 0,44 tony pary;
  • Súčasne 1 Gcal = 4,1868 GJ = 16 000 miliónov kW za hodinu = 1,9 tony pary;
  • 1 tona pary sa rovná 2,3 GJ = 0,6 Gcal = 8200 kW za hodinu.

V tomto príklade je daná hodnota pary braná ako odparenie vody pri dosiahnutí 100°C.

Na výpočet množstva tepla sa používa nasledujúci princíp: na získanie údajov o množstve tepla sa používa pri zahrievaní kvapaliny, po ktorom sa hmotnosť vody vynásobí teplotou klíčenia. Ak sa v SI meria hmotnosť kvapaliny v kilogramoch a teplotné rozdiely v stupňoch Celzia, výsledkom takýchto výpočtov bude množstvo tepla v kilokalóriách.

Ak je potrebné preniesť tepelnú energiu z jedného fyzického tela do druhého a chcete poznať možné straty, potom stojí za to vynásobiť hmotnosť prijatého tepla látky teplotou nárastu a potom zistiť súčin získanej hodnoty a „špecifickej tepelnej kapacity“ látky.

Definícia

Množstvo tepla alebo jednoducho teplo($Q$) sa nazýva vnútorná energia, ktorá sa bez vykonania práce prenáša z telies s vyššou teplotou na telesá s nižšou teplotou v procesoch vedenia tepla alebo žiarenia.

Joule - jednotka SI na meranie množstva tepla

Jednotku množstva tepla možno získať z prvého zákona termodynamiky:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \vľavo(1\vpravo),\]

kde $A$ je dielo termodynamického systému; $\Delta U$ - zmena vnútornej energie systému; $\Delta Q$ - množstvo tepla dodaného do systému.

Zo zákona (1) a ešte viac z jeho verzie pre izotermický proces:

\[\Delta Q=A\ \vľavo(2\vpravo).\]

Je zrejmé, že v medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je joule (J) jednotkou energie a práce.

Joule sa dá ľahko vyjadriť v základných jednotkách pomocou definície energie ($E$) v tvare:

kde $c$ je rýchlosť svetla; $m$ - telesná hmotnosť. Na základe výrazu (2) máme:

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

Pri joule sa používajú všetky štandardné predpony sústavy SI, označujúce desatinné zlomkové a viacnásobné jednotky. Napríklad $1kJ=(10)^3J$; 1MJ = $(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.

Erg - jednotka merania množstva tepla v systéme cgs

V systéme CGS (centimeter, gram, sekunda) sa teplo meria v ergoch (ergoch). V tomto prípade sa jeden erg rovná:

Berúc do úvahy, že:

dostaneme pomer medzi joulom a erg:

Kalórie - merná jednotka pre množstvo tepla

Kalórie sa používajú ako mimosystémová jednotka na meranie množstva tepla. Jedna kalória sa rovná množstvu tepla, ktoré sa musí odovzdať vode s hmotnosťou jeden kilogram, aby sa zohriala o jeden stupeň Celzia. Vzťah medzi joulom a kalóriou je nasledujúci:

Presnejšie, rozlišujú:

  • Medzinárodná kalória sa rovná:
    • \
  • termochemický obsah kalórií:
    • \
  • 15 stupňov kalórií používaných na tepelné merania:
    • \

Kalórie sa často používajú s desatinnými predponami, ako napríklad: kcal (kilokalórie) $1kcal=(10)^3cal$; Mcal (megakalória) 1Mcal = $(10)^6cal$; Gcal (gigakalória) 1 Gcal=$(10)^9cal$.

Niekedy sa kilokalória nazýva veľká kalória alebo kilogramová kalória.

Príklady problémov s riešením

Príklad 1

Cvičenie. Koľko tepla absorbuje vodík s hmotnosťou $m=0,2$kg, keď sa zahreje z $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ na $t_2=100(\rm()^\circ \!C)$ pri konštantnom tlaku? Svoju odpoveď napíšte v kilojouloch.

rozhodnutie. Píšeme prvý zákon termodynamiky:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \vľavo(1.1\vpravo).\]

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(1,2\right),\]

kde $i=5$ je počet stupňov voľnosti molekuly vodíka; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8,31\frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Podľa predpokladu máme do činenia s izobarickým procesom. Práca v izobarickom procese sa rovná:

S prihliadnutím na výrazy (1.2) a (1.3) transformujeme prvý termodynamický zákon pre izobarický proces do tvaru:

\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ mu )R\Delta T\vľavo(1+\frac(i)(2)\vpravo)\ \vľavo(1,4\vpravo).\]

Pozrime sa, v akých jednotkách sa teplo meria, ak sa vypočíta podľa vzorca (1.4):

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

Urobme výpočty:

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

Odpoveď.$\Delta Q=291\ $ kJ

Príklad 2

Cvičenie. Hélium s hmotnosťou $m=1\r$ sa zohrialo o 100 K v procese znázornenom na obr. Koľko tepla sa odovzdáva plynu? Svoju odpoveď napíšte v jednotkách CGS.

rozhodnutie. Obrázok 1 znázorňuje izochorický proces. Pre takýto proces píšeme prvý zákon termodynamiky ako:

\[\Delta Q=\Delta U\ \vľavo(2.1\vpravo).\]

Zmenu vnútornej energie zistíme ako:

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

kde $i=3$ je počet stupňov voľnosti molekuly hélia; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8,31\cdot (10)^7\\frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Všetky hodnoty sú zapísané v CGS. Urobme výpočty:

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

Odpoveď.$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ erg

Ťažiskom nášho článku je množstvo tepla. Budeme uvažovať o koncepte vnútornej energie, ktorá sa transformuje, keď sa táto hodnota zmení. Ukážeme si aj niekoľko príkladov aplikácie výpočtov v ľudskej činnosti.

Teplo

S akýmkoľvek slovom v rodnom jazyku má každý človek svoje vlastné asociácie. Sú určené osobnou skúsenosťou a iracionálnymi pocitmi. Čo zvyčajne predstavuje slovo „teplo“? Mäkká deka, funkčná batéria ústredného kúrenia v zime, prvé slnečné svetlo na jar, mačka. Alebo matkin pohľad, utešujúce slovo od kamarátky, včasná pozornosť.

Fyzici pod tým myslia veľmi špecifický pojem. A veľmi dôležité, najmä v niektorých častiach tejto zložitej, no fascinujúcej vedy.

Termodynamika

Nemá cenu uvažovať o množstve tepla izolovane od najjednoduchších procesov, na ktorých je založený zákon zachovania energie – nič nebude jasné. Preto na úvod pripomíname našim čitateľom.

Termodynamika považuje akúkoľvek vec alebo predmet za kombináciu veľmi veľkého počtu elementárnych častí - atómov, iónov, molekúl. Jeho rovnice popisujú akúkoľvek zmenu v kolektívnom stave systému ako celku a ako časti celku pri zmene makro parametrov. Týmito poslednými sa rozumie teplota (označená ako T), tlak (P), koncentrácia zložiek (zvyčajne C).

Vnútorná energia

Vnútorná energia je pomerne komplikovaný pojem, ktorého význam by sme mali pochopiť skôr, ako budeme hovoriť o množstve tepla. Označuje energiu, ktorá sa mení so zvýšením alebo znížením hodnoty makro parametrov objektu a nezávisí od referenčného systému. Je súčasťou celkovej energie. Zhoduje sa s ním za podmienok, keď je ťažisko skúmanej veci v pokoji (to znamená, že neexistuje žiadna kinetická zložka).

Keď človek cíti, že sa nejaký predmet (povedzme bicykel) zahrial alebo ochladil, ukazuje to, že všetky molekuly a atómy, ktoré tvoria tento systém, prešli zmenou vnútornej energie. Stálosť teploty však neznamená zachovanie tohto ukazovateľa.

Práca a teplo

Vnútorná energia akéhokoľvek termodynamického systému sa môže transformovať dvoma spôsobmi:

  • vykonávaním práce na ňom;
  • pri výmene tepla s okolím.

Vzorec pre tento proces vyzerá takto:

dU=Q-A, kde U je vnútorná energia, Q je teplo, A je práca.

Nech sa čitateľ nenechá oklamať jednoduchosťou výrazu. Permutácia ukazuje, že Q=dU+A, ale zavedením entropie (S) sa vzorec dostane do tvaru dQ=dSxT.

Keďže v tomto prípade má rovnica formu diferenciálnej rovnice, prvý výraz vyžaduje to isté. Ďalej, v závislosti od síl pôsobiacich v skúmanom objekte a parametra, ktorý sa vypočítava, sa odvodí potrebný pomer.

Vezmime si kovovú guľu ako príklad termodynamického systému. Ak naň vyviniete tlak, vyhodíte ho, pustíte ho do hlbokej studne, znamená to, že na ňom budete pracovať. Navonok všetky tieto neškodné akcie nespôsobia loptičku žiadnu škodu, ale jej vnútorná energia sa zmení, aj keď veľmi mierne.

Druhým spôsobom je prenos tepla. Teraz sa dostávame k hlavnému cieľu tohto článku: k popisu, aké je množstvo tepla. Ide o takú zmenu vnútornej energie termodynamického systému, ku ktorej dochádza pri prenose tepla (pozri vzorec vyššie). Meria sa v jouloch alebo kalóriách. Je zrejmé, že ak je lopta držaná nad zapaľovačom, na slnku alebo jednoducho v teplej ruke, zahreje sa. A potom zmenou teploty môžete nájsť množstvo tepla, ktoré mu bolo súčasne odovzdané.

Prečo je plyn najlepším príkladom zmeny vnútornej energie a prečo študenti kvôli nemu nemajú radi fyziku

Vyššie sme popísali zmeny termodynamických parametrov kovovej gule. Bez špeciálnych zariadení nie sú veľmi nápadné a čitateľ si môže povedať niečo o procesoch, ktoré sa vyskytujú s objektom. Ďalšia vec je, ak je systém plynový. Zatlačte na to - bude to viditeľné, zahrejte - tlak stúpne, spustite ho pod zem - a to sa dá ľahko opraviť. Preto sa v učebniciach ako vizuálny termodynamický systém najčastejšie berie plyn.

Ale, bohužiaľ, v modernom vzdelávaní sa skutočným experimentom nevenuje veľa pozornosti. Vedec, ktorý píše metodickú príručku, dokonale chápe, o čo ide. Zdá sa mu, že na príklade molekúl plynu budú všetky termodynamické parametre dostatočne demonštrované. No pre študenta, ktorý tento svet ešte len objavuje, je nudné počúvať o ideálnej banke s teoretickým piestom. Ak by škola mala skutočné výskumné laboratóriá a vyhradené hodiny na prácu v nich, všetko by bolo inak. Zatiaľ sú, žiaľ, experimenty len na papieri. A s najväčšou pravdepodobnosťou to je presne to, čo spôsobuje, že ľudia považujú toto odvetvie fyziky za niečo čisto teoretické, ďaleko od života a zbytočné.

Preto sme sa rozhodli uviesť ako príklad už vyššie spomínaný bicykel. Osoba tlačí na pedále - pracuje na nich. Okrem prenosu krútiaceho momentu do celého mechanizmu (kvôli ktorému sa bicykel pohybuje v priestore) sa mení aj vnútorná energia materiálov, z ktorých sú páčky vyrobené. Cyklista stlačí kľučky, aby sa otočil a znova vykoná prácu.

Vnútorná energia vonkajšieho povlaku (plastu alebo kovu) sa zvýši. Človek ide na čistinku pod ostrým slnkom - bicykel sa zahrieva, jeho množstvo tepla sa mení. Zastaví sa, aby si oddýchol v tieni starého dubu a systém sa ochladí, čím sa míňajú kalórie alebo jouly. Zvyšuje rýchlosť – zvyšuje výmenu energie. Výpočet množstva tepla však vo všetkých týchto prípadoch ukáže veľmi malú, nepostrehnuteľnú hodnotu. Preto sa zdá, že v reálnom živote neexistujú žiadne prejavy termodynamickej fyziky.

Aplikácia výpočtov pre zmeny množstva tepla

Pravdepodobne si čitateľ povie, že je to všetko veľmi poučné, ale prečo nás v škole tak mučia tieto vzorce. A teraz si uvedieme príklady, v ktorých oblastiach ľudskej činnosti sú priam potrebné a ako to platí pre kohokoľvek v jeho bežnom živote.

Na začiatok sa rozhliadnite okolo seba a spočítajte: koľko kovových predmetov vás obklopuje? Pravdepodobne viac ako desať. Ale predtým, ako sa stane kancelárskou sponkou, vagónom, prsteňom alebo flash diskom, akýkoľvek kov sa roztaví. Každý závod, ktorý spracováva povedzme železnú rudu, musí pochopiť, koľko paliva je potrebné na optimalizáciu nákladov. A pri tomto výpočte je potrebné poznať tepelnú kapacitu surovín obsahujúcich kov a množstvo tepla, ktoré jej treba odovzdať, aby prebehli všetky technologické procesy. Pretože energia uvoľnená jednotkou paliva sa počíta v jouloch alebo kalóriách, vzorce sú potrebné priamo.

Alebo iný príklad: väčšina supermarketov má oddelenie s mrazeným tovarom – rybami, mäsom, ovocím. Tam, kde sa suroviny zo živočíšneho mäsa alebo morských plodov menia na polotovar, musia vedieť, koľko elektriny spotrebujú chladiace a mraziace jednotky na tonu alebo jednotku hotového výrobku. Na to by ste si mali vypočítať, koľko tepla stratí kilogram jahôd alebo kalamárov pri ochladení o jeden stupeň Celzia. A nakoniec to ukáže, koľko elektriny minie mraznička určitej kapacity.

Lietadlá, lode, vlaky

Vyššie sme si ukázali príklady relatívne imobilných, statických objektov, ktoré sú informované, alebo naopak, určité množstvo tepla sa im odoberá. Pre objekty pohybujúce sa v procese prevádzky v podmienkach neustále sa meniacej teploty sú výpočty množstva tepla dôležité z iného dôvodu.

Existuje niečo ako "únava kovu". Zahŕňa aj maximálne prípustné zaťaženia pri určitej rýchlosti zmeny teploty. Predstavte si lietadlo vzlietajúce z vlhkých trópov do zamrznutej hornej atmosféry. Inžinieri musia tvrdo pracovať, aby sa nerozpadol kvôli prasklinám v kove, ktoré vznikajú pri zmene teploty. Hľadajú zliatinu, ktorá vydrží skutočné zaťaženie a bude mať veľkú mieru bezpečnosti. A aby ste nehľadali slepo a dúfali, že náhodou narazíte na požadované zloženie, musíte urobiť veľa výpočtov vrátane tých, ktoré zahŕňajú zmeny v množstve tepla.



Sekcie