Kogemusest teate, et kui termomeetri väärtus näitab temperatuur suureneb, ümbritsevad tingimused muutuvad soojemaks. Kui see väärtus langeb, muutuvad keskkonnatingimused jahedamaks. Samuti olete tõenäoliselt teadlik, et selle nähtuse täpseks kvantifitseerimiseks on kasutusel mitu tavalist temperatuuriskaala.
Kui temperatuuri muutused viitavad mingil viisil tõusule või kaotusele kuumus läheduses, kas on kuidagi võimalik korrelatsiooni tabada? See tähendab, kas antud temperatuurimuutust (näiteks Celsiuse kraadides või ° C) saab korreleerida antud soojuse suurenemise või kadumisega - eeldades, et "soojus" on isegi füüsikas täpselt mõõdetav asi?
Tõepoolest, temperatuuri muutuste korrelatsioon soojuse suurenemise või kadumisega kasulikes soojusühikutes, näiteks kilodžaulides (kJ), on võimalik - seni, kuni teate sõna otseses mõttes, millega tegu.
Temperatuur ja selle skaalad
Temperatuur on termomeetriks nimetatud seadme abil mõõdetud suurus. See tuletatakse matemaatiliselt osakeste (aatomite ja molekulide) keskmisest kineetilisest energiast süsteemis, näiteks suletud anumas või ruumis.
Kineetiline energia on liikumise energia. Kui pisikesed osakesed tõmbuvad läbi õhu kokku, põrkavad nad omavahel kokku ja kokkupõrked eraldavad soojust. Mida kiirem on osakeste keskmine kiirus süsteemis, seda rohkem nad põrkuvad ja seda rohkem soojust eraldub, tõstes mõõdetud temperatuuri.
SI temperatuuri ühik on Kelvin (K). See ei ole kraad ja seetõttu pole sellel ka ühtegi seostatud sümbolit, erinevalt Celsiuse ja Fahrenheiti kraadidest. K ja ° C on samas suurusjärgus selles mõttes, et 1 K tõus ja 1 ° C tähistavad sama füüsilist muutust. Kuid skaalad on nihutatud nii, et ° C = -273,15 K ja K minimaalne teoreetiline väärtus on 0.
Lisaks (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energia, soojus ja nende ühikud
Te olete kahtlemata selle mõistega tuttav kalorsusega kui ühte paljudest viisidest mõõta, mida teie söödud toit teie süsteemi rakumasinatesse toimetab. Mõni allikas väidab, et kaloris on energiaühikuid; teised ütlevad, et see võtab soojuseühikuid. Tegelikult on mõlemad väited tõesed, kuna soojus on üks füüsika "ametliku" - kui energiaga tuntud - koguse erinevatest alamtüüpidest.
Kuigi kalor (cal) on aluseks enamusele USA-s toimuvatele avalikele vestlustele toiduainete pakutava energia kohta, ei ole see füüsikaõpikutes ja ajakirjades kasutatav ühik. Rahvusvaheline (SI) energia ja seega ka soojuse ühik on joule (J).
1 kalor = 4,18 J, kuid toidumärgistel nähtav "kalor" on tegelikult kilokalor (kcal) või 1000 tõelist kalorit. Seega on 1 "kalor" toitumisalase märgistuse kohta tegelikult 4180 džauli ehk 4,18 kJ.
Kuidas on soojus ja temperatuur seotud?
Olete näinud, kuidas temperatuur on seotud kuumusega. Kuidas aga määrati "ühe kraadi" suurus üldse? Inimestel pidi olema võimalus märkida temperatuuriskaalal punktid "külmunud" ja "ära keedetud" vahele ja määrata nendele intervallidele numbrid.
Nagu juhtub, kui lisate etteantud koguse soojust (Q) džaulides süsteemi või eemaldage sellest süsteemist soojust, saate määrata, kui palju süsteemi temperatuur muutub (∆T) Celsiuse järgi, kui teate süsteemi massi (sageli veeproov) m grammides ja selle erisoojus c, mis varieerub ainete kaupa:
Q = mc (∆T)
Vee korral on c = 1 cal / (g) (° C) = 4,186 J / (g) (° C).
Näide: Kui teil on 1-liitrine veeproov, mille mass on 1000 g, siis kui palju energiat on kJ-des vaja proovi soojendamiseks 1 ° C võrra?
Q = mc (∆T) = (1000 g) (4,186 J / g ° C) (1 ° C) = 4 186 = 4,186 kJ.
Tuletame meelde, et see on energiakogus ühes toidukaloris. See on kummaline, kui arvestada, et ütleme, et 1 L magustatud soodas on see kogus umbes 400 korda suurem, kuid keha käitub "kaloritega" hoopis teisiti kui lihtsas veepurgis.