أنت تعلم من التجربة أنه عندما تشير القيمة على مقياس الحرارة درجة الحرارة يزداد ، تصبح الظروف المحيطة أكثر دفئًا. عندما تنخفض هذه القيمة ، تصبح الظروف المحيطة أكثر برودة. من المحتمل أيضًا أنك تدرك أن هناك العديد من مقاييس درجة الحرارة الشائعة المستخدمة لتحديد هذه الظاهرة بدقة.
إذا كانت التغيرات في درجة الحرارة تشير بطريقة ما إلى زيادة أو خسارة الحرارة في المنطقة المجاورة ، هل هناك طريقة ما لالتقاط الارتباط؟ بمعنى ، هل يمكن ربط تغير معين في درجة الحرارة (على سبيل المثال ، بالدرجات المئوية ، أو درجة مئوية) بزيادة معينة أو فقدان الحرارة - بافتراض أن "الحرارة" هي حتى شيء يمكن قياسه بدقة في الفيزياء؟
في الواقع ، من الممكن ربط التغيرات في درجة الحرارة بمكاسب أو فقدان الحرارة ، في وحدات الحرارة المفيدة مثل كيلو جول (kJ) - طالما أنك تعرف حرفيًا ما تتعامل معه.
درجة الحرارة ومقياسها
درجة الحرارة هي كمية يتم قياسها بواسطة جهاز يسمى مقياس الحرارة. مشتق رياضيًا من متوسط الطاقة الحركية للجسيمات (الذرات والجزيئات) في نظام ، مثل الحاوية أو الغرفة المغلقة.
الطاقة الحركية هي الطاقة للحركة. عندما تنطلق الجزيئات الصغيرة في الهواء ، فإنها تصطدم ببعضها البعض ، وتطلق التصادمات الحرارة. فكلما زادت سرعة متوسط سرعة الجسيمات في النظام ، زاد تصادمها وزاد إطلاق الحرارة ، مما يرفع درجة الحرارة المقاسة.
وحدة درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات هي كلفن (ك). هذه ليست درجة وبالتالي ليس لها رمز مرتبط بها ، على عكس الحالة مع درجات مئوية وفهرنهايت. ومع ذلك ، فإن K و ° C لهما نفس الحجم بمعنى أن زيادة 1 K وزيادة 1 درجة مئوية تمثل نفس التغيير المادي. لكن المقاييس يتم تعويضها بحيث تكون ° C = -273.15 K ، والحد الأدنى للقيمة النظرية لـ K هو 0.
بالإضافة إلى ذلك ، (9/5) درجة مئوية + 32 = درجة فهرنهايت.
الطاقة والحرارة ووحداتها
لا شك أنك على دراية بهذا المصطلح السعرات الحرارية كواحدة من الطرق العديدة لقياس ما يقدمه الطعام الذي تتناوله للآلات الخلوية لنظامك. تزعم بعض المصادر أن السعرات الحرارية تحتوي على وحدات طاقة ؛ يقول آخرون إنه يتطلب وحدات حرارة. في الواقع ، كلا التأكيدات صحيح ، لأن الحرارة هي أحد الأنواع الفرعية المختلفة للكمية "الرسمية" - إذا كان من الصعب تحديدها - في الفيزياء المعروفة باسم الطاقة.
في حين أن السعرات الحرارية هي الأساس لمعظم المحادثات العامة في الولايات المتحدة حول الطاقة التي توفرها الأطعمة ، إلا أن هذه ليست الوحدة المستخدمة في كتب ومجلات الفيزياء. وحدة الطاقة القياسية الدولية (SI) ، وبالتالي الحرارة ، هي الجول (ي).
1 سعر حراري = 4.18 جول ، لكن "السعرات الحرارية" التي تراها على ملصقات الطعام هي في الواقع كيلو كالوري (كيلو كالوري) أو 1000 سعر حراري حقيقي. وبالتالي ، فإن 1 "كالوري" لكل ملصق غذائي هو في الواقع 4180 جول ، أو 4.18 كيلوجول.
كيف ترتبط الحرارة ودرجة الحرارة؟
لقد رأيت كيف ترتبط درجة الحرارة بالحرارة. ولكن كيف تم تحديد حجم "الدرجة الواحدة" في المقام الأول؟ كان على الناس أن يكون لديهم طريقة لتمييز البقع على مقياس درجة الحرارة بين "المجمدة" و "المغلية بعيدًا" وتعيين الأرقام لهذه الفواصل الزمنية.
كما يحدث ، إذا أضفت كمية معينة من الحرارة (س) بالجول للنظام ، أو إزالة الحرارة من هذا النظام ، يمكنك تحديد مقدار تغير درجة حرارة النظام (∆ ت) بالدرجة المئوية طالما أنك تعرف كتلة النظام (غالبًا عينة من الماء) م بالجرام و حرارة محددة جوالتي تختلف من مادة إلى أخرى:
س = مك (∆T)
بالنسبة للماء ، ج = 1 كالوري / (جم) (درجة مئوية) = 4.186 جول / (جم) (درجة مئوية).
مثال: إذا كانت لديك عينة سعة 1 لتر من الماء ، وكتلتها 1000 جم ، فما مقدار الطاقة بالكيلوجول اللازمة لتدفئة العينة بمقدار 1 درجة مئوية؟
Q = mc (∆T) = (1،000 جم) (4.186 J / g ° C) (1 درجة مئوية) = 4،186 = 4.186 كيلو جول.
تذكر أن هذا هو مقدار الطاقة في "سعر حراري" واحد من الطعام. هذا غريب عندما تفكر في أن 1 لتر من الصودا المحلاة يحتوي على حوالي 400 ضعف هذه الكمية ، لكن الجسم يتعامل مع "السعرات الحرارية" بشكل مختلف تمامًا عن جرة بسيطة من الماء.
