Tõenäoliselt tunnete termomeetreid ja temperatuuri mõõtmist, kuuma ja külma tunnet ning vee keetmist. Nüüd on aeg laiendada oma intuitiivset arusaama kuumusest ja temperatuurist ning õppida, kuidas füüsikud seda teevad.
Selles termofüüsika sissejuhatuses saate teada, mis on soojus ja temperatuur ning millistele nähtustele see füüsika haru kehtib.
Kuumuse ja temperatuuri uuring
Termiline füüsika on uuring soojus ja temperatuur. Soojus on energia, mis kandub kahe erineva temperatuuriga objekti vahel - liikudes soojemast objektist jahedamale.
Kuumus on teatud tüüpi soojusenergia. Soojusenergia on objekti molekulaarse liikumisega seotud energia. Ühegi objekti sees ei seisa molekulid lihtsalt paigal; isegi kui te ei näe nähtavalt seda liikumist, siis nad kõik kolavad ringi ja põrkavad üksteise vastu.
Temperatuur on keskmise kineetilise energia mõõt molekuli kohta. Võib-olla olete tuttav selle mõõtmisega Fahrenheiti või isegi Celsiuse kraadides, kuid SI üksus, mida teadlased eelistavad, on Kelvin.
Summa siseenergia objekt sõltub selle massist, temperatuurist ja erisoojusvõimsus. Spetsiifiline soojusvõimsus on näitaja, kui palju soojusenergiat on vaja massiühiku temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. Erinevatel materjalidel on erinev erisoojusvõimsus ja iga konkreetse materjali soojusvõimsust saab tavaliselt tabelist otsida.
Soojuse ülekandmine
Soojus võib ühelt objektilt teisele kanduda kolmel peamisel viisil. Need on:
- Juhtivus
- Konvektsioon
- Kiirgus
Juhtimisel on need kaks objekti füüsilises kontaktis ja soojusenergia liigub objektides olevate molekulide otseste kokkupõrgete abil soojemast objektist jahedama objektini.
Konvektsioonis edastatakse soojust konvektsioonivoolude abil. See juhtub siis, kui keedate vett pliidil. Vesi pannil põhjas soojeneb kõigepealt ja soojendades laieneb, muutudes vähem tihedaks. Kuna see on vähem tihe, tõuseb see panni ülaosale, kui jahedam vesi vajub ja siis soojeneb.
Kiirguses kandub soojusenergia üle elektromagnetkiirguse kaudu. Nii saate energiat päikesest. See energia liigub läbi kosmose vaakumi kiirgusena, mis siis meieni jõudes soojendab Maad.
Faasimuudatused
Kui materjalidele lisatakse soojusenergiat, tõuseb nende temperatuur. Teatud punktides, nn faasisiirded, muutub materjali faas. Materjalid võivad muutuda tahkest vedelaks ja vedelast gaasiks ning isegi gaasist plasmaks.
Faasimuutuse toimumise temperatuurid sõltuvad materjalist endast ja rõhu tingimustest. Seda uuritakse faasiskeemi abil.
Materjali faasi muutmiseks vajalik energia hulk sõltub selle materjali varjatud soojusest. Materjali varjatud sulamissoojus on soojusenergia kogus, mis on vajalik selle aine massiühiku muutmiseks tahkeks vedelaks. Materjali aurustumise varjatud soojus on soojusenergia hulk, mis on vajalik selle muutmiseks vedelast gaasiks.
Termodünaamika
Termiline füüsika viib lõpuks termodünaamika uurimiseni, see on füüsika haru, mis uurib termosüsteemide muutumist kineetilise teooria ja statistilise mehaanika abil.
Termodünaamikat reguleerivad kolm seadust, mis reguleerivad termodünaamilisi protsesse. Neid nimetatakse lihtsalt termodünaamika esimeseks seaduseks, teiseks termodünaamika seaduseks ja kolmandaks termodünaamika seaduseks. Nende seaduste esmakordsel õppimisel saate tavaliselt teada, kuidas need ideaalse gaasi suhtes kehtivad, ja kuidas kasutada ideaalset gaasiseadust.
Termodünaamika aitab teil mõista, kuidas aurumasinad, külmikud, soojuspumbad ja muud sarnased tooted töötavad.
