Du ved af erfaring, at når værdien på et termometer indikerer temperatur stiger, omgivelsesforholdene bliver varmere. Når denne værdi falder, bliver omgivelsesbetingelserne køligere. Du er sandsynligvis også klar over, at der er flere almindelige temperaturskalaer i brug for at kvantificere dette fænomen præcist.
Hvis temperaturændringer på en eller anden måde indikerer en forstærkning eller tab af varme i nærheden, er der en eller anden måde at fange sammenhængen på? Det vil sige, kan en given temperaturændring (f.eks. I grader Celsius eller ° C) korreleres med en given forstærkning eller varmetab - forudsat at "varme" endda er en ting, der kan måles præcist i fysikken?
Faktisk er det muligt at korrelere temperaturændringer med gevinster eller tab af varme i nyttige varmeenheder som kilojoules (kJ) - så længe du bogstaveligt talt ved, hvad du har at gøre med.
Temperatur og dens skalaer
Temperatur er en størrelse målt af en enhed kaldet et termometer. Det er matematisk afledt af den gennemsnitlige kinetiske energi af partikler (atomer og molekyler) i et system, såsom en lukket beholder eller et rum.
Kinetisk energi er bevægelsesenergi. Når små partikler glider gennem luften, kolliderer de med hinanden, og kollisionerne frigiver varme. Jo hurtigere gennemsnitshastigheden for partiklerne i systemet, jo mere kolliderer de, og jo mere varme frigives, hvilket øger den målte temperatur.
SI-temperaturenheden er Kelvin (K). Dette er ikke en grad og har derfor ikke noget tilknyttet symbol, i modsætning til tilfældet med grader Celsius og Fahrenheit. Imidlertid har K og ° C samme størrelse i den forstand, at en stigning på 1 K og en stigning på 1 ° C repræsenterer den samme fysiske ændring. Men skalaerne er forskudt således, at ° C = -273,15 K, og den mindste teoretiske værdi af K er 0.
Derudover (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energi, varme og deres enheder
Du er uden tvivl bekendt med udtrykket kalorie som en af de mange måder at måle, hvad den mad, du spiser, leverer til dit systems cellulære maskiner. Nogle kilder hævder, at kalorien har enheder af energi; andre siger, at det tager enheder af varme. Faktisk er begge påstande rigtige, da varme er en af forskellige undertyper af den "officielle" - hvis det er ret vanskelig at fastslå - mængden i fysik kendt som energi.
Mens kalorieindholdet (cal) er grundlaget for de fleste offentlige samtaler i USA om den energi, der leveres af fødevarer, er dette ikke den enhed, der bruges i fysiske lærebøger og tidsskrifter. Den internationale standard (SI) enhed af energi, og derfor af varme, er joule (J).
1 kalorie = 4,18 J, men den "kalorie", du ser på madmærker, er faktisk en kilokalorie (kcal) eller 1.000 ægte kalorier. Således er 1 "kalorie" pr. Ernæringsmærkning faktisk 4.180 joule eller 4,18 kJ.
Hvordan er varme og temperatur relateret?
Du har set, hvordan temperaturen relaterer sig til varmen. Men hvordan blev størrelsen på "en grad" bestemt i første omgang? Folk måtte have en måde at markere pletterne på temperaturskalaen mellem "frossen" og "kogt væk" og tildele numre til disse intervaller.
Når det sker, hvis du tilføjer en given mængde varme (Q) i joule til et system eller fjerne varme fra det system, kan du bestemme, hvor meget systemets temperatur vil ændre sig (∆T) i Celsius, så længe du kender systemets masse (ofte en prøve af vand) m i gram og dets specifik varme c, som varierer fra stof til stof:
Q = mc (∆T)
For vand er c = 1 cal / (g) (° C) = 4,166 J / (g) (° C).
Eksempel: Hvis du har en 1-liters vandprøve, der har en masse på 1.000 g, hvor meget energi i kJ er der brug for for at varme prøven med 1 ° C?
Q = mc (∆T) = (1.000 g) (4.186 J / g ° C) (1 ° C) = 4.186 = 4,186 kJ.
Husk at dette er mængden af energi i en enkelt "kalorie" mad. Dette er underligt, når man tænker på, at f.eks. 1 liter sødet sodavand har cirka 400 gange dette beløb, men kroppen håndterer "kalorier" langt anderledes end en simpel krukke vand.