VARME: FORMLER OG ENHEDER, EGENSKABER, HVORDAN MAN MÅLER DET, EKSEMPLER - FYSISK - 2024

Den varme i fysik er defineret som den termiske energi, der overføres, når de kontaktpunkter genstande eller stoffer, der er ved forskellige temperaturer. Denne energioverførsel og alle de processer, der er relateret til den, er genstand for undersøgelse af termodynamik, en vigtig gren af ​​fysik.

Varme er en af ​​de mange former, energi tager, og en af ​​de mest kendte. Så hvor kommer det fra? Svaret ligger i de atomer og molekyler, der udgør stof. Disse partikler inde i tingene er ikke statiske. Vi kan forestille os dem som små perler forbundet med bløde fjedre, der er i stand til at krympe og strække let.

Atomer og molekyler vibrerer inden i stoffer, der oversættes til indre energi. Kilde: P. Tippens. Fysik: begreber og applikationer.

På denne måde er partiklerne i stand til at vibrere, og deres energi kan let overføres til andre partikler, og også fra et legeme til et andet.

Mængden af ​​varme, som en krop absorberer eller frigiver, afhænger af stoffets art, dens masse og forskellen i temperatur. Det beregnes sådan:

Hvor Q er mængden af ​​overført varme, er m objektets masse, C _e er stoffets egen specifikke varme og ΔT = _endelig T - _initial T, det vil sige temperaturforskellen.

Som alle former for energi måles varme i joule i det internationale system (SI). Andre passende enheder er: ergs i cgs-systemet, Btu i det britiske system, og kalorien, et udtryk, der ofte bruges til energiindhold i fødevarer.

Varmeegenskaber

Varmen fra lejrbålet er energi, der overføres. Kilde: Pixabay

Der er flere nøglekoncepter, du skal huske på:

-Varme handler om energi under transit. Objekter har ikke varme, de frigiver kun eller absorberer den afhængigt af omstændigheden. Hvad objekter har, er intern energi i kraft af deres interne konfiguration.

Denne interne energi er til gengæld sammensat af kinetisk energi forbundet med vibrationsbevægelse og potentiel energi, typisk for den molekylære konfiguration. I henhold til denne konfiguration overfører et stof mere eller mindre let varme, og dette afspejles i dets specifikke varme C _e, værdien, der blev nævnt i ligningen til beregning af Q.

-Det andet vigtige koncept er, at varme altid overføres fra den hotteste krop til den koldeste. Erfaringen viser, at varmen fra varm kaffe altid passerer mod porcelænet i koppen og pladen, eller metallet fra den ske, som det omrøres med, aldrig omvendt.

-Mængden af ​​overført eller absorberet varme afhænger af massen af ​​det pågældende legeme. Tilføjelse af den samme mængde kalorier eller joules til en prøve med X-masse opvarmes ikke på samme måde som en anden, hvis masse er 2X.

Grunden? Der er flere partikler i den større prøve, og hver modtager i gennemsnit kun halvdelen af ​​energien fra den mindre prøve.

Termisk ligevægt og energibesparelse

Erfaringen fortæller os, at når vi sætter to genstande ved forskellige temperaturer i kontakt, vil temperaturen på begge dele efter et stykke tid være den samme. Derefter kan det siges, at objekterne eller systemerne, som de også kan kaldes, er i termisk ligevægt.

På den anden side, der reflekterer over, hvordan man øger den interne energi i et isoleret system, konkluderes det, at der er to mulige mekanismer:

i) Opvarmning, dvs. overføring af energi fra et andet system.

ii) Udfør en slags mekanisk arbejde med det.

Under hensyntagen til, at energi er konserveret:

Inden for rammerne af termodynamik er dette bevaringsprincip kendt som den første lov om termodynamik. Vi siger, at systemet skal isoleres, for ellers ville det være nødvendigt at overveje andre energiindgange eller -udgange i balancen.

Hvordan måles varme?

Varme måles efter den effekt, den producerer. Derfor er det følelsen af ​​berøring, der hurtigt informerer, hvor varm eller kold en drink, en mad eller ethvert objekt er. Da overførsel eller absorption af varme medfører ændringer i temperatur, giver måling af dette en idé om, hvor meget varme der er overført.

Instrumentet, der bruges til at måle temperatur, er termometeret, et udstyr udstyret med en gradueret skala til at gennemføre læsningen. Det bedst kendte er kviksølvtermometeret, der består af en fin kapillar af kviksølv, der udvides, når den opvarmes.

Et termometer med eksamen i Celsius og Fahrenheit skalaer. Kilde: Pixabay.

Den kviksølvfyldte kapillær indsættes derefter i et glasrør med en skala og bringes i kontakt med kroppen, hvis temperatur skal måles, indtil de når termisk ligevægt, og temperaturen på begge dele er den samme.

Hvad kræves for at fremstille et termometer?

Til at begynde med skal du have nogle termometriske egenskaber, det vil sige en, der varierer med temperaturen.

F.eks. Ekspanderer en gas eller en væske, såsom kviksølv, når den opvarmes, skønt en elektrisk modstand også tjener, som udsender varme, når en strøm passerer gennem den. Kort sagt kan enhver termometrisk egenskab, der let kan måles, bruges.

Hvis temperaturen t er direkte proportional med den termometriske egenskab X, kan den skrives:

Hvor k er proportionalitetskonstanten, der skal bestemmes, når der indstilles to passende temperaturer, og de tilsvarende værdier af X måles. Passende temperaturer betyder let at få på laboratoriet.

Når parene (t ₁, X ₁) og (t ₂, X ₂) er etableret, er intervallet mellem dem opdelt i lige store dele, disse vil være graderne.

Temperatur skalaer

Valg af temperaturer, der er nødvendige for at konstruere en temperaturskala, foretages med det kriterium, at de er lette at få i laboratoriet. En af de mest anvendte skalaer i hele verden er Celsius-skalaen, skabt af den svenske forsker Anders Celsius (1701-1744).

0 på Celsius-skalaen er temperaturen, ved hvilken is og flydende vand er i ligevægt ved 1 atmosfære af tryk, mens den øvre grænse vælges, når flydende vand og vanddamp er lige i ligevægt og ved en atmosfære af tryk. Dette interval er opdelt i 100 grader, som hver kaldes en grad Celsius.

Dette er ikke den eneste måde at opbygge en skala langt fra. Der er andre forskellige skalaer, såsom Fahrenheit-skalaen, hvor intervallerne er valgt med andre værdier. Og der er Kelvin-skalaen, der kun har en nedre grænse: absolut nul.

Absolut nul svarer til temperaturen, ved hvilken al bevægelse af partikler i et stof ophører fuldstændigt, men selv om det er kommet ganske tæt, har det endnu ikke været i stand til at afkøle noget stof til absolut nul.

eksempler

Alle oplever varme dagligt, enten direkte eller indirekte. For eksempel når du har en varm drink i middagssolen, undersøger temperaturen på en bilmotor, i et rum fuldt af mennesker og i utallige andre situationer.

På Jorden er varme nødvendig for at opretholde livsprocesser, både det, der kommer fra Solen, og det, der kommer ud af det indre af planeten.

Ligeledes drives klimaet af ændringer i termisk energi, der forekommer i atmosfæren. Solens varme når ikke overalt lige, ved ækvatoriale breddegrader når den mere end ved polerne, så den varmeste luft i troperne stiger og bevæger sig nord og syd for at opnå termisk balance der blev talt om før.

På denne måde etableres luftstrømme med forskellige hastigheder, der transporterer skyer og regn. På den anden side forårsager den pludselige kollision mellem varme og kolde luftfronter fænomener som storme, tornadoer og orkaner.

I modsætning hertil, på et tættere niveau, er varmen muligvis ikke så velkommen som en solnedgang på stranden. Varme forårsager driftsproblemer i bilmotorer og computerprocessorer.

Det medfører også, at elektrisk energi går tabt i ledningskabler og materialer til at ekspandere, hvorfor varmebehandling er så vigtig inden for alle tekniske områder.

Øvelser

- Øvelse 1

Etiketten på en slik læser, at den giver 275 kalorier. Hvor meget energi i joule svarer denne slik til?

Løsning

I begyndelsen var kalorien blevet nævnt som en enhed til varme. Mad indeholder energi, der normalt måles i disse enheder, men kalorier i kosten er faktisk kilokalorier.

Ækvivalensen er følgende: 1 kcal = 4186 J, og det konkluderes, at sliket har:

275 kilokalorier x 4186 joule / kilocalorie = 1,15 10 ⁶ J.

- Øvelse 2

100 g af et metal opvarmes til 100 ° C og anbringes i et kalorimeter med 300 g vand ved 20 ° C. Temperaturen, som systemet får, når det når ligevægt, er 21,44 ° C. Du bliver bedt om at bestemme metodens specifikke varme, hvis vi antager, at kalorimeteret ikke absorberer varme.

Løsning

I denne situation afgiver metallet varme, som vi vil kalde Q _givet, og et tegn (-) er placeret foran det for at indikere tab:

På sin side absorberer vandet i kalorimeteret varme, som vil blive betegnet som Q-absorberet:

Energi er konserveret, hvorfra det følger, at:

Fra udsagnet kan du beregne ΔT:

Vigtigt: 1 ºC har samme størrelse som 1 kelvin. Forskellen mellem de to skalaer er, at Kelvin-skalaen er absolut (Kelvin-grader er altid positive).

Den specifikke vandvarme ved 20 ° C er 4186 J / kg. K og dermed kan den absorberede varme beregnes:

Afslutningsvis ryddes metodens specifikke varme:

Referencer

1. Bauer, W. 2011. Fysik til ingeniørvidenskab og videnskaber. Bind 1. McGraw Hill.
2. Cuellar, JA Physics II: Approach by Competences. McGraw Hill.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: Et kig på verden. 6 ^ta Redigering forkortet. Cengage Learning.
4. Knight, R. 2017. Fysik for forskere og teknik: en strategi-tilgang. Pearson.
5. Tippens, P. 2011. Fysik: koncepter og applikationer. 7. udgave. Mcgraw Hill