Množství tepla: koncept, výpočty, aplikace

Zaměření našeho článku je množství tepla. Považujeme koncept vnitřní energie, který se mění touto hodnotou. A také ukážeme některé příklady využití výpočtů v lidské činnosti.

Teplo

S jakýmkoli slovem rodného jazyka má každá osoba vlastní sdružení. Jsou určeny osobními zkušenostmi a iracionálními pocity. Co znamená slovo "teplo"? Měkká přikrývka, pracovní kapalina v zimě, první sluneční světlo na jaře, kočka. Nebo vzhled matky, uklidňující slovo přítele, pozornost, která se ukázala v čase.

Fyzici znamenají tento zcela specifický termín. A velmi důležité, zvláště v některých částech tohoto komplexu, ale fascinující vědy.

Termodynamika

Zvažte množství tepla v izolaci od nejjednodušších procesů, které se spoléhají zákon o ochraně energie nestojí za to - nic nebude jasné. Proto je třeba nejprve připomenout čtenářům.

Termodynamika považuje jakoukoli věc nebo předmět za složku velkého počtu elementárních částí - atomů, iontů, molekul. Jeho rovnice popisují jakoukoli změnu v kolektivním stavu systému jako celku a jako součást celku při změně makroparametrů. V tomto případě se jedná o teplotu (označenou jako T), tlak (P), koncentraci složek (obvykle C).

Vnitřní energie

Vnitřní energie - poměrně komplikovaný termín, ve smyslu kterého stojí za to vyřešit, než mluvíme o množství tepla. Označuje energii, která se mění s rostoucí nebo klesající hodnotou makroparametrů objektu a nezávisí na referenčním systému. Je to součást celkové energie. Odpovídá, kdy centrum hmoty předmět, který je předmětem studia, je v klidu (tzn. neexistuje žádná kinetická složka).

Když člověk cítí, že určitý předmět (například cyklus) se zahřeje nebo ochladí, znamená to, že všechny molekuly a atomy, které tvoří tento systém, prožily změnu vnitřní energie. Nezměněná teplota však neznamená zachování tohoto indikátoru.

Práce a teplo

Vnitřní energie termodynamický systém lze konvertovat dvěma způsoby:

• tím, že pracuje na tom;
• během výměny tepla s prostředím.

Vzorec pro tento proces je:

dU = QA, kde U je vnitřní energie, Q je teplo a A je práce.

Nechte čtenáře nepocházet jednoduchostí výrazu. Permutace ukazuje, že Q = dU + A, ale zavedení entropie (S) vede vzorec k formě dQ = dSxT.

Vzhledem k tomu, že v tomto případě má rovnice podobu diferenciálu, první výraz také vyžaduje stejný výraz. Dále, v závislosti na sílách působících ve zkoumaném objektu a vypočteném parametru, je odvozen požadovaný poměr.

Vezměte kovovou kouli jako příklad termodynamického systému. Pokud ho vyvíjíte, vyhoďte ho, dejte ho do hluboké studny, znamená to, že na něm pracujete. Z vnějšku všechny tyto neškodné činy nebudou způsobovat škody na míči, ale její vnitřní energie se změní, i když velmi mírně.

Druhou metodou je výměna tepla. Nyní přicházíme k hlavnímu cíli tohoto článku: popis toho, co je množství tepla. Jedná se o změnu vnitřní energie termodynamického systému, ke kterému dochází při přenosu tepla (viz výše uvedený vzorec). Měří se v joulech nebo kaloriích. Je zřejmé, že pokud držíte balón nad cigaretovým zapalovačem, na slunci nebo jen v teplé ruce, zahřeje se. A pak můžete pomocí změny teploty zjistit množství tepla, které byl současně hlášen.

Proč plyn je nejlepším příkladem změny vnitřní energie a proč se kvůli tomu studentům nelíbí fyzika

Dále jsme popsali změny v termodynamických parametrech kovové koule. Bez zvláštních zařízení nejsou příliš nápadní a čtenář se nechá uvěřit slovům o procesech probíhajících s objektem. Další věc, pokud systém - plyn. Zatlačte dolů na něj - bude vidět, že se zahřeje - tlak stoupá, spodní pod zem - a to lze snadno opravit. Proto se v učebnicích nejčastěji používá plyn jako vizuální termodynamický systém.

Ale bohužel, v moderním vzdělávání není věnována velká pozornost skutečnému experimentu. Vědec, který píše metodický manuál, dokonale rozumí tomu, co je v sázce. Zdá se mu, že pomocí příkladu molekul plynu budou všechny termodynamické parametry řádně demonstrovány. Student, který právě tento svět objeví, se však nudí naslouchat ideální baňce s teoretickým pístem. Kdyby ve škole existovaly skutečné výzkumné laboratoře a hodiny byly přiděleny na práci, všechno by bylo jiné. Zatím jsou bohužel experimenty pouze na papíře. A s největší pravděpodobností to způsobuje, že lidé považují tuto část fyziky za něco čistě teoretického, daleko od života a zbytečné.

Příklad změny termodynamických parametrů

Proto jsme se rozhodli uvést výše uvedený cyklus jako příklad. Muž vyvíjí tlak na pedály - pracuje na nich. Kromě vyprávění celého mechanismu točivého momentu (díky kterému se kolo pohybuje ve vesmíru) se mění vnitřní energie materiálů, ze kterých jsou páky provedeny. Cyklista klikne na rukojeti, aby se otočil - a opět pracuje.

Vnitřní energie vnějšího povlaku (plast nebo kov) se zvyšuje. Jeden člověk jde do jaskyně pod jasným sluncem - cyklus se zahřívá a množství tepla se mění. Zastaví se ve stínu starého dubu a systém se ochladí, ztrácí kalorie nebo jouly. Zvyšuje rychlost - výměna energie roste. Avšak výpočet množství tepla ve všech těchto případech bude mít velmi malou, nenápadnou hodnotu. Proto se zdá, že v reálném životě neexistují žádné projevy termodynamické fyziky.

Použití výpočtů ke změně množství tepla

Pravděpodobně čtenář bude říkat, že to všechno je velmi informativní, ale proč jsme v těchto školách tak trýzněni ve škole? A teď uvádíme příklady, ve kterých oblastech lidské činnosti jsou přímo potřebné a jak se to vztahuje na každého ve svém každodenním životě.

Nejprve se rozhlédněte a počítat: kolik kovových předmětů vás obklopuje? Určitě víc než deset. Ale předtím, než se stanete klipem, automobilem, kroužkem nebo flashovým diskem, je nějaký kov taven. Každá rostlina, která je například zpracována, železná ruda, musí pochopit, kolik paliva je zapotřebí k optimalizaci nákladů. A počítáme s tím, že je nutné znát tepelnou kapacitu surovin obsahujících kovy a množství tepla, které potřebuje pro komunikaci se všemi technologickými procesy. Vzhledem k tomu, že energie uvolněná jednotkou paliva je vypočtena v joulech nebo kaloriích, jsou vzorce přímo potřebné.

Nebo jiný příklad: ve většině supermarketů je oddělení s mraženými výrobky - ryby, maso, ovoce. Pokud se suroviny z masa ze zvířat nebo mořských živočichů stávají polotovarem, měli by vědět, kolik elektrárenských chladících a mrazírenských zařízení bude používat na tunu nebo jednotku hotového výrobku. Chcete-li to provést, vypočítat, kolik tepla ztrácí kilogram jahod nebo chobotnice při ochlazení o jeden stupeň Celsia. Nakonec však ukáže, kolik elektřiny mraznička stráví určitou energii.

Letouny, parní čluny, vlaky

Dříve jsme ukázali příklady relativně pevných, statických objektů, které jsou hlášeny nebo z nichž naopak vznikají určité množství tepla. Pro objekty v procesu pohybu v podmínkách neustále se měnící teploty je výpočet množství tepla důležitý z jiného důvodu.

Tam je taková věc jako "kovová únava". Obsahuje také maximální přípustné zatížení při určité rychlosti změny teploty. Představte si, že letadlo vystupuje z vlhkých tropů do zmrzlé horní vrstvy atmosféry. Inženýři musí pracovat hodně, aby se nerozpadly kvůli prasklinám v kovu, které se objevují při poklesu teploty. Hledají složení slitiny, která odolá skutečným nákladům a bude mít značnou bezpečnostní rezervu. A aby se neviděla slepě a doufala, že náhodou narazí na požadovanou skladbu, musíme udělat hodně výpočtů včetně změn v množství tepla.