Količina toplote: koncept, izračuni, uporaba. Količina toplote

Ta lekcija obravnava koncept količine toplote.

Če smo do te točke obravnavali splošne lastnosti in pojave, povezane s toploto, energijo ali njihovim prenosom, je zdaj čas, da se seznanimo s kvantitativnimi značilnostmi teh pojmov. Natančneje, uvedite pojem količine toplote. Vsi nadaljnji izračuni, povezani s transformacijo energije in toplote, bodo temeljili na tem konceptu.

Opredelitev

Količina toplote je energija, ki se prenaša s prenosom toplote.

Pomislimo na vprašanje: s kakšno količino izrazimo to količino toplote?

Količina toplote je povezana z notranja energija teles, torej, ko telo prejme energijo, se njegova notranja energija poveča, ko jo odda, pa se zmanjša (slika 1).

riž. 1. Razmerje med količino toplote in notranjo energijo

Podobne zaključke lahko naredimo o telesni temperaturi (slika 2).

riž. 2. Razmerje med količino toplote in temperaturo

Notranja energija je izražena v joulih (J). To pomeni, da se količina toplote meri tudi v joulih (v SI):

Standardni zapis za količino toplote.

Če želite izvedeti: od česa je odvisno, bomo izvedli 3 poskuse.

Eksperiment št. 1

Vzemimo dve enaki telesi, vendar različni masi. Vzemimo na primer dve enaki posodi in vanje nalijemo različne količine vode (enake temperature).

Očitno bo trajalo več časa, da zavremo lonec, v katerem je več vode. To pomeni, da bo moral sporočati več toplote.

Iz tega lahko sklepamo, da je količina toplote odvisna od mase (direktno sorazmerna – večja kot je masa, večja je količina toplote).

riž. 3. Eksperiment št. 1

Eksperiment št. 2

V drugem poskusu bomo telesa enake mase segrevali na različne temperature. Se pravi, vzemimo dva lonca vode enake mase in enega od njiju segrejemo na , drugega pa na primer na .

Očitno bo za segrevanje ponve na višjo temperaturo trajalo več časa, to pomeni, da bo morala oddati več toplote.

Iz tega lahko sklepamo, da je količina toplote odvisna od temperaturne razlike (direktno sorazmerna – večja kot je temperaturna razlika, večja je količina toplote).

riž. 4. Eksperiment št. 2

Eksperiment št. 3

V tretjem poskusu upoštevamo odvisnost količine toplote od lastnosti snovi. Če želite to narediti, vzemite dve ponvi in ​​v eno nalijte vodo, v drugo pa sončnično olje. V tem primeru morajo biti temperature in mase vode in olja enake. Obe posodi bomo segreli na enako temperaturo.

Za segrevanje lonca z vodo bo potrebno več časa, to pomeni, da bo moral oddati več toplote.

Iz tega lahko sklepamo, da je količina toplote odvisna od vrste snovi (več o tem, kako točno, bomo govorili v naslednji lekciji).

riž. 5. Eksperiment št. 3

Po poskusih lahko sklepamo, da je odvisno:

• od telesne teže;
• spremembe njegove temperature;
• vrsta snovi.

Upoštevajte, da v vseh obravnavanih primerih ne govorimo o faznih prehodih (to je spremembah agregatnega stanja snovi).

Hkrati je lahko številčna vrednost količine toplote odvisna tudi od njenih merskih enot. Poleg džula, ki je enota SI, se uporablja še ena enota za merjenje količine toplote - kalorij(prevedeno kot "toplota", "toplota").

To je dokaj majhna vrednost, zato se pogosteje uporablja koncept kilokalorije: . Ta vrednost ustreza količini toplote, ki jo je treba prenesti vodi, da jo segreje.

V naslednji lekciji bomo obravnavali pojem specifične toplotne kapacitete, ki povezuje snov in količino toplote.

Bibliografija

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

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

Domača naloga

1. stran 20, odstavek 7, vprašanja 1-6. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.
2. Zakaj se voda v jezeru čez noč ohladi veliko manj kot pesek na plaži?
3. Zakaj podnebje, za katerega so značilne močne temperaturne spremembe med dnevom in nočjo, imenujemo močno celinsko?

Na količinske enote toplote. Enota količine toplote - "majhna" kalorija - smo zgoraj definirali kot količino toplote, ki je potrebna za dvig temperature vode za 1 K pri atmosferskem tlaku. Ker pa je toplotna zmogljivost vode pri različnih temperaturah različna, se je treba dogovoriti o temperaturi, pri kateri je izbran ta enostopinjski interval.

V ZSSR je bila sprejeta tako imenovana dvajsetstopinska kalorija, za katero je bil sprejet interval od 19,5 do 20,5 ° C. V nekaterih državah se uporablja petnajststopinska kalorija (interval prvega od njih je J, drugega - J. Včasih se uporablja povprečna kalorija, enaka stotini količine toplote, potrebne za segrevanje vode od do

Merjenje količine toplote. Za neposredno merjenje količine toplote, ki jo telo odda ali prejme, se uporabljajo posebne naprave - kalorimetri.

V svoji najpreprostejši obliki je kalorimeter posoda, napolnjena s snovjo, katere toplotna zmogljivost je dobro znana, kot je voda (specifična toplota

Izmerjena količina toplote se tako ali drugače prenese na kalorimeter, zaradi česar se njegova temperatura spremeni. Z merjenjem te spremembe temperature dobimo toploto

kjer je c specifična toplotna kapaciteta snovi, ki polni kalorimeter, njena masa.

Upoštevati je treba, da se toplota ne prenaša samo na snov kalorimetra, temveč tudi na posodo in različne naprave, ki jih je mogoče postaviti vanjo. Zato je treba pred meritvijo določiti tako imenovani toplotni ekvivalent kalorimetra – količino toplote, ki segreje »prazen« kalorimeter za eno stopinjo. Včasih se ta popravek uvede z dodajanjem dodatne mase k masi vode, katere toplotna zmogljivost je enaka toplotni kapaciteti posode in drugih delov kalorimetra. Potem lahko domnevamo, da se toplota prenese na maso vode, ki je enaka Količina se imenuje vodni ekvivalent kalorimetra.

Merjenje toplotne zmogljivosti. Kalorimeter se uporablja tudi za merjenje toplotne kapacitete. V tem primeru je treba natančno vedeti količino dovedene (ali odvzete) toplote.Če je znana, se specifična toplotna kapaciteta izračuna iz enakosti

kjer je masa preučevanega telesa in sprememba njegove temperature zaradi toplote

Toplota se telesu dovaja v kalorimetru, ki mora biti zasnovan tako, da se dovedena toplota prenaša samo na telo, ki ga preučujemo (in seveda na kalorimeter), vendar se ne izgublja v okoliškem prostoru. Medtem se takšne toplotne izgube vedno pojavljajo v določeni meri in njihovo upoštevanje je glavna skrb pri kalorimetričnih meritvah.

Merjenje toplotne kapacitete plinov je težko, ker je zaradi njihove nizke gostote toplotna kapaciteta mase plina, ki jo lahko damo v kalorimeter, majhna. Pri običajnih temperaturah je lahko primerljiva s toplotno kapaciteto praznega kalorimetra, kar neizogibno zmanjša natančnost merjenja. To velja zlasti za merjenje toplotne kapacitete pri konstantnem volumnu.Pri določanju te težave se lahko to težavo izognemo, če preiskovanemu plinu omogočimo, da teče (pri konstantnem tlaku) skozi kalorimeter (glej spodaj).

Merjenje Skoraj edina metoda za neposredno merjenje toplotne kapacitete plina pri konstantni prostornini je metoda, ki jo je predlagal Joly (1889). Shema te metode je prikazana na sl. 41.

Kalorimeter je sestavljen iz komore K, v kateri sta na koncih tehtnice obešeni dve enaki votli bakreni krogli, opremljeni s ploščami na dnu in reflektorji na vrhu. Ena od kroglic se izprazni, druga se napolni s preiskanim plinom. Da bi imel plin opazno toplotno kapaciteto, ga vbrizgamo pod precejšnjim tlakom.. Maso vbrizganega plina določimo s tehtnicami, s čimer se vzpostavi ravnovesje, porušeno z vnosom plina z utežmi.

Ko se med kroglicami in komoro vzpostavi toplotno ravnovesje, se v komoro spusti vodna para (cevi za vstop in izstop pare so nameščene na sprednji in zadnji steni komore in niso prikazane na sliki 41). Para kondenzira na obeh kroglicah, ju segreje in teče v plošče. Toda na krogli, napolnjeni s plinom, se kondenzira več tekočine, saj je njena toplotna zmogljivost večja. Zaradi presežka kondenzata na eni od kroglic se bo ravnotežje kroglic ponovno porušilo. Ko smo uravnotežili tehtnico, bomo ugotovili presežno maso tekočine, ki se je kondenzirala zaradi prisotnosti plina v krogli. Če je ta presežna masa vode enaka, potem, če jo pomnožimo s toploto kondenzacije vode, najdemo količino toplote, ki je šla za segrevanje plina od začetne temperature do temperature vodne pare.To razliko izmerimo s termometrom , dobimo:

kjer je specifična toplotna zmogljivost plin. Če poznamo specifično toplotno kapaciteto, ugotovimo, da je molarna toplotna kapaciteta

Merjenje Omenili smo že, da je za merjenje toplotne kapacitete pri konstantnem tlaku preiskovani plin prisiljen teči skozi kalorimeter. Le tako je mogoče kljub dobavi toplote in ogrevanja zagotoviti konstantnost tlaka plina, brez katerega ni mogoče meriti toplotne kapacitete. Kot primer takšne metode predstavljamo tukaj opis Regnaultovega klasičnega eksperimenta (Shema aparata je prikazana na sl. 42.).

Preskusni plin iz rezervoarja A prehaja skozi ventil skozi tuljavo, nameščeno v posodi z oljem B, ki se segreje z nekakšnim virom toplote. Tlak plina uravnava ventil, njegova konstantnost pa je nadzorovana z manometrom. Ko preide dolgo pot v tuljavi, plin prevzame temperaturo olja, ki jo merimo s termometrom.

V tuljavi segreti plin nato preide skozi vodni kalorimeter, se v njem ohladi na določeno temperaturo, ki jo meri termometer, in gre ven. Z merjenjem tlaka plina v rezervoarju A na začetku in na koncu poskusa (za to se uporablja manometer, bomo ugotovili maso plina, ki je prešel skozi aparat.

Količina toplote, ki jo plin odda kalorimetru, je enaka zmnožku vodnega ekvivalenta kalorimetra in spremembe njegove temperature, kjer je začetna temperatura kalorimetra.

Toplotna energija je sistem za merjenje toplote, ki je bil izumljen in uporabljen pred dvema stoletjema. Glavno pravilo dela s to količino je bilo, da se toplotna energija ohranja in ne more preprosto izginiti, ampak jo je mogoče prenesti v drugo obliko energije.

Obstaja več splošno sprejetih merske enote toplotne energije. Uporabljajo se predvsem v industrijskih panogah kot npr. Najpogostejši so opisani spodaj:

Vsaka merska enota, vključena v sistem SI, ima namen določiti skupno količino določene vrste energije, kot je toplota ali električna energija. Merilni čas in količina ne vplivata na te vrednosti, zato jih lahko uporabimo tako za porabljeno kot za že porabljeno energijo. Poleg tega se v takih količinah izračunajo tudi morebitni prenos in sprejem ter izgube.

Kje so uporabljene merske enote toplotne energije

Energetske enote, pretvorjene v toploto

Za ilustrativni primer so spodaj primerjave različnih priljubljenih kazalnikov SI s toplotno energijo:

• 1 GJ je enak 0,24 Gcal, kar je v električnem smislu enako 3400 milijonov kWh na uro. V toplotni energiji je 1 GJ = 0,44 tone pare;
• Hkrati je 1 Gcal = 4,1868 GJ = 16.000 milijonov kW na uro = 1,9 tone pare;
• 1 tona pare je enaka 2,3 GJ = 0,6 Gcal = 8200 kW na uro.

V tem primeru se podana vrednost pare vzame kot izhlapevanje vode, ko doseže 100°C.

Za izračun količine toplote se uporablja naslednje načelo: za pridobitev podatkov o količini toplote se uporablja pri segrevanju tekočine, po kateri se masa vode pomnoži s temperaturo kalitve. Če se v SI masa tekočine meri v kilogramih, temperaturne razlike pa v stopinjah Celzija, potem bo rezultat takšnih izračunov količina toplote v kilokalorijah.

Če obstaja potreba po prenosu toplotne energije iz enega fizičnega telesa v drugo in želite izvedeti možne izgube, potem je vredno pomnožiti maso prejete toplote snovi s temperaturo povečanja in nato ugotoviti produkt dobljene vrednosti s "specifično toplotno kapaciteto" snovi.

Opredelitev

Količina toplote ali preprosto toploto($Q$) imenujemo notranja energija, ki se brez dela prenaša s teles z višjo temperaturo na telesa z nižjo temperaturo v procesih toplotne prevodnosti ali sevanja.

Joule - enota SI za merjenje količine toplote

Enoto za količino toplote lahko dobimo iz prvega zakona termodinamike:

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

kjer je $A$ delo termodinamičnega sistema; $\Delta U$ - sprememba notranje energije sistema; $\Delta Q$ - količina toplote, ki se dovaja v sistem.

Iz zakona (1) in še bolj iz njegove različice za izotermični proces:

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

Očitno je v mednarodnem sistemu enot (SI) joul (J) enota za energijo in delo.

Joul je enostavno izraziti v osnovnih enotah z uporabo definicije energije ($E$) v obliki:

kjer je $c$ hitrost svetlobe; $m$ - telesna teža. Na podlagi izraza (2) imamo:

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

Z joulom se uporabljajo vse standardne predpone SI, ki označujejo decimalne ulomke in večkratne enote. Na primer, $1kJ=(10)^3J$; 1MJ = $(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.

Erg - merska enota količine toplote v sistemu cgs

V sistemu CGS (centimeter, gram, sekunda) se toplota meri v ergih (ergih). V tem primeru je en erg enak:

ob upoštevanju, da:

dobimo razmerje med joulom in erg:

Kalorija - merska enota za količino toplote

Kalorija se uporablja kot izvensistemska enota za merjenje količine toplote. Ena kalorija je enaka količini toplote, ki jo je treba prenesti v vodo, ki tehta en kilogram, da se segreje za eno stopinjo Celzija. Razmerje med joulom in kalorijo je naslednje:

Natančneje, razlikujejo:

• Mednarodna kalorija je enaka:
\
• termokemična kalorija:
\
• 15 stopinj kalorij, uporabljenih za toplotne meritve:
\

Kalorije se pogosto uporabljajo z decimalnimi predponami, kot so: kcal (kilokalorija) $1kcal=(10)^3cal$; Mcal (megakalorija) 1Mcal = $(10)^6cal$; Gcal (gigakalorija) 1 Gcal=$(10)^9cal$.

Včasih se kilokalorija imenuje velika kalorija ali kilogram-kalorija.

Primeri težav z rešitvijo

Primer 1

Vaja. Koliko toplote absorbira vodik mase $m=0,2$kg, ko se segreje iz $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ na $t_2=100(\rm()^\circ \! C)$ pri konstantnem tlaku? Odgovor zapišite v kilodžulih.

Odločitev. Zapišemo prvi zakon termodinamike:

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

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

kjer je $i=5$ število svobodnih stopenj molekule vodika; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8,31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Po predpostavki imamo opravka z izobarnim procesom. Delo v izobaričnem procesu je enako:

Ob upoštevanju izrazov (1.2) in (1.3) pretvorimo prvi zakon termodinamike za izobarični proces v obliko:

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

Preverimo, v kakšnih enotah se meri toplota, če se izračuna po formuli (1.4):

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

Naredimo izračune:

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

Odgovori.$\Delta Q=291\ $ kJ

Primer 2

Vaja. Helij z maso $m=1\r$ smo segreli za 100 K v postopku, prikazanem na sl.1. Koliko toplote se prenese na plin? Odgovor zapišite v enotah CGS.

Odločitev. Slika 1 prikazuje izohorični proces. Za tak proces zapišemo prvi zakon termodinamike kot:

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

Spremembo notranje energije najdemo kot:

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

kjer je $i=3$ število svobodnih stopenj molekule helija; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8,31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Vse vrednosti so zapisane v CGS. Naredimo izračune:

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

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

Poudarek našega članka je količina toplote. Upoštevali bomo koncept notranje energije, ki se preoblikuje, ko se ta vrednost spremeni. Prikazali bomo tudi nekaj primerov uporabe izračunov v človeški dejavnosti.

Toplota

S katero koli besedo maternega jezika ima vsaka lastna združenja. Določajo jih osebne izkušnje in iracionalni občutki. Kaj običajno predstavlja beseda "toplota"? Mehka odeja, pozimi delujoča baterija za centralno ogrevanje, spomladi prva sončna svetloba, mačka. Ali pa materin pogled, tolažilna beseda prijatelja, pravočasna pozornost.

Fiziki s tem mislijo na zelo specifičen izraz. In zelo pomembno, zlasti v nekaterih delih te zapletene, a fascinantne znanosti.

Termodinamika

Ni vredno upoštevati količine toplote ločeno od najpreprostejših procesov, na katerih temelji zakon o ohranjanju energije - nič ne bo jasno. Zato za začetek opozarjamo naše bralce.

Termodinamika vsako stvar ali predmet obravnava kot kombinacijo zelo velikega števila elementarnih delov - atomov, ionov, molekul. Njegove enačbe opisujejo vsako spremembo kolektivnega stanja sistema kot celote in kot dela celote pri spreminjanju makro parametrov. Slednje se razumejo kot temperatura (označena kot T), tlak (P), koncentracija komponent (običajno C).

Notranja energija

Notranja energija je precej zapleten izraz, katerega pomen je treba razumeti, preden govorimo o količini toplote. Označuje energijo, ki se spreminja s povečanjem ali zmanjšanjem vrednosti makro parametrov objekta in ni odvisna od referenčnega sistema. Je del celotne energije. Sovpada z njim v pogojih, ko težišče preučevane stvari miruje (to je, da ni kinetične komponente).

Ko človek začuti, da se je nek predmet (recimo kolo) ogrel ali ohladil, to kaže, da so vse molekule in atomi, ki sestavljajo ta sistem, doživeli spremembo notranje energije. Vendar konstantnost temperature ne pomeni ohranjanja tega indikatorja.

Delo in toplina

Notranja energija katerega koli termodinamičnega sistema se lahko pretvori na dva načina:

• z delom na tem;
• med izmenjavo toplote z okoljem.

Formula za ta postopek izgleda takole:

dU=Q-A, kjer je U notranja energija, Q toplota, A delo.

Naj bralca ne zavede preprostost izraza. Permutacija kaže, da je Q=dU+A, vendar uvedba entropije (S) pripelje formulo do oblike dQ=dSxT.

Ker je v tem primeru enačba v obliki diferencialne enačbe, prvi izraz zahteva enako. Nadalje, odvisno od sil, ki delujejo v preučevanem objektu, in parametra, ki se izračuna, se izpelje potrebno razmerje.

Vzemimo kovinsko kroglo kot primer termodinamičnega sistema. Če pritisnete nanjo, jo vržete navzgor, spustite v globok vodnjak, potem to pomeni delati na njej. Navzven vsa ta neškodljiva dejanja žogi ne bodo škodila, vendar se bo njena notranja energija spremenila, čeprav zelo rahlo.

Drugi način je prenos toplote. Zdaj smo prišli do glavnega cilja tega članka: opisa, kakšna je količina toplote. To je taka sprememba notranje energije termodinamičnega sistema, ki se pojavi med prenosom toplote (glej zgornjo formulo). Meri se v joulih ali kalorijah. Očitno se bo, če žogo držite nad vžigalnikom, na soncu ali samo v topli roki, segrela. In potem, s spreminjanjem temperature, lahko najdete količino toplote, ki mu je bila hkrati sporočena.

Zakaj je plin najboljši primer spremembe notranje energije in zakaj učenci zaradi tega ne marajo fizike

Zgoraj smo opisali spremembe termodinamičnih parametrov kovinske krogle. Brez posebnih naprav niso zelo opazne, bralcu pa je prepuščeno besedo o procesih, ki se dogajajo s predmetom. Druga stvar je, če je sistem plin. Pritisnite nanjo - vidno bo, segrejte - tlak se bo dvignil, spustite pod zemljo - in to je mogoče enostavno popraviti. Zato se v učbenikih plin najpogosteje jemlje kot vizualni termodinamični sistem.

A žal se resničnim eksperimentom v sodobnem izobraževanju ne posveča veliko pozornosti. Znanstvenik, ki piše metodološki priročnik, odlično razume, kaj je na kocki. Zdi se mu, da bodo na primeru molekul plina vsi termodinamični parametri ustrezno prikazani. A študentu, ki ta svet šele odkriva, je dolgočasno poslušati o idealni bučki s teoretičnim batom. Če bi šola imela prave raziskovalne laboratorije in namenske ure za delo v njih, bi bilo vse drugače. Zaenkrat so poskusi žal le na papirju. In najverjetneje je ravno to tisto, zaradi česar ljudje to vejo fizike obravnavajo kot nekaj čisto teoretičnega, daleč od življenja in nepotrebnega.

Zato smo se odločili, da za primer damo že omenjeno kolo. Oseba pritiska na pedala - deluje na njih. Poleg sporočanja navora celotnemu mehanizmu (zaradi katerega se kolo premika v prostoru), se spreminja tudi notranja energija materialov, iz katerih so ročice izdelane. Kolesar potisne ročice, da se obrne, in spet opravi delo.

Notranja energija zunanje prevleke (plastične ali kovinske) se poveča. Človek gre na jaso pod močnim soncem - kolo se segreje, njegova količina toplote se spremeni. Ustavi se za počitek v senci starega hrasta in sistem se ohladi ter zapravlja kalorije ali džule. Poveča hitrost - poveča izmenjavo energije. Vendar pa bo izračun količine toplote v vseh teh primerih pokazal zelo majhno, neopazno vrednost. Zato se zdi, da termodinamične fizike v resničnem življenju ni.

Uporaba izračunov za spremembe količine toplote

Verjetno bo bralec rekel, da je vse to zelo informativno, a zakaj nas v šoli tako mučijo s temi formulami. In zdaj bomo navedli primere, na katerih področjih človeške dejavnosti so neposredno potrebni in kako to velja za vsakogar v njegovem vsakdanjem življenju.

Za začetek se oglejte okoli sebe in preštejte: koliko kovinskih predmetov vas obdaja? Verjetno več kot deset. Toda preden postane sponka za papir, voz, prstan ali bliskovni pogon, se stopi katera koli kovina. Vsak obrat, ki predeluje, recimo, železovo rudo, mora razumeti, koliko goriva je potrebno za optimizacijo stroškov. In pri izračunu tega je treba poznati toplotno kapaciteto surovin, ki vsebujejo kovine, in količino toplote, ki ji je treba dati, da lahko potekajo vsi tehnološki procesi. Ker se energija, ki jo sprosti enota goriva, izračuna v joulih ali kalorijah, so formule potrebne neposredno.

Ali drug primer: večina supermarketov ima oddelek z zamrznjenimi izdelki - ribami, mesom, sadjem. Kadar se surovine iz živalskega mesa ali morskih sadežev spremenijo v polizdelke, morajo vedeti, koliko električne energije bodo hladilne in zamrzovalne enote porabile na tono ali enoto končnega izdelka. Če želite to narediti, izračunajte, koliko toplote izgubi kilogram jagod ali lignjev, ko se ohladi za eno stopinjo Celzija. In na koncu bo to pokazalo, koliko električne energije bo porabil zamrzovalnik določene zmogljivosti.

Letala, ladje, vlaki

Zgoraj smo prikazali primere razmeroma nepremičnih, statičnih objektov, ki so informirani ali, nasprotno, jim je odvzeta določena količina toplote. Za predmete, ki se gibljejo med delovanjem v pogojih nenehno spreminjajoče se temperature, so izračuni količine toplote pomembni iz drugega razloga.

Obstaja taka stvar kot "utrujenost kovin". Vključuje tudi največje dovoljene obremenitve pri določeni hitrosti spremembe temperature. Predstavljajte si letalo, ki vzlete iz vlažnih tropov v zmrznjeno zgornjo atmosfero. Inženirji se morajo potruditi, da ne razpade zaradi razpok v kovini, ki se pojavijo ob spremembi temperature. Iščejo sestavo zlitine, ki lahko prenese resnične obremenitve in bo imela veliko mejo varnosti. In da ne bi iskali slepo v upanju, da boste po nesreči naleteli na želeno sestavo, morate narediti veliko izračunov, vključno s tistimi, ki vključujejo spremembe v količini toplote.