Tiedät kokemuksesta, että kun lämpömittarin arvo osoittaa lämpötila kasvaa, ympäristön olosuhteet lämpenevät. Kun tämä arvo laskee, ympäristön olosuhteet muuttuvat viileämmiksi. Olet myös todennäköisesti tietoinen siitä, että tämän ilmiön tarkalle määrittelemiseksi on käytössä useita yhteisiä lämpötila-asteikkoja.
Jos lämpötilan muutokset osoittavat jollakin tavalla vahvistusta tai menetystä lämpöä läheisyydessä, onko jonkinlainen tapa kaapata korrelaatio? Toisin sanoen, voidaanko annettu lämpötilan muutos (esimerkiksi celsiusasteina tai ° C) korreloida tietyn lämpövahingon tai -häviön kanssa - olettaen, että "lämpö" on jopa asia, joka voidaan mitata tarkasti fysiikassa?
Todellakin, lämpötilan muutosten korrelointi lämmön voittojen tai menetysten kanssa hyödyllisissä lämpöyksiköissä, kuten kilojouleissa (kJ), on mahdollista - kunhan kirjaimellisesti tiedät, mistä olet tekemisissä.
Lämpötila ja sen asteikot
Lämpötila on lämpömittariksi kutsutulla laitteella mitattu määrä. Se on matemaattisesti johdettu hiukkasten (atomien ja molekyylien) keskimääräisestä kineettisestä energiasta järjestelmässä, kuten suljetussa astiassa tai huoneessa.
Kineettinen energia on liikkeen energiaa. Kun pienet hiukkaset purkautuvat ilman läpi, ne törmäävät toisiinsa, ja törmäykset vapauttavat lämpöä. Mitä nopeampi järjestelmän hiukkasten keskinopeus on, sitä enemmän ne törmäävät ja sitä enemmän lämpöä vapautuu, mikä nostaa mitattua lämpötilaa.
SI-lämpötilan yksikkö on Kelvin (K). Tämä ei ole aste eikä siksi siihen ole liitetty symbolia, toisin kuin Celsius- ja Fahrenheit-asteissa. K: lla ja ° C: lla on kuitenkin sama suuruus siinä mielessä, että 1 K: n kasvu ja 1 ° C: n kasvu edustavat samaa fyysistä muutosta. Mutta asteikot on siirretty siten, että ° C = -273,15 K ja K: n pienin teoreettinen arvo on 0.
Lisäksi (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energia, lämpö ja niiden yksiköt
Olet epäilemättä perehtynyt termiin kalori yhtenä monista tavoista mitata, mitä syömäsi ruoka toimittaa järjestelmän solukoneistoon. Jotkut lähteet väittävät, että kalorissa on energiayksiköitä; toisten mukaan se vie lämpöyksikköjä. Itse asiassa molemmat väitteet pitävät paikkansa, koska lämpö on yksi fyysisen "virallisen" - joskin melko vaikeasti selvitettävissä olevan - määrän alatyypeistä, joka tunnetaan nimellä energia.
Vaikka kalori (cal) on perusta useimmille julkisille keskusteluille Yhdysvalloissa elintarvikkeiden tarjoamasta energiasta, tämä ei ole fysiikan oppikirjoissa ja päiväkirjoissa käytetty yksikkö. Kansainvälinen (SI) energian ja siten myös lämmön standardiyksikkö on joule (J).
1 kalori = 4,18 J, mutta elintarvikemerkinnöissä näkyvä "kalori" on itse asiassa kilokaloria (kcal) tai 1000 todellista kaloria. Täten 1 "kalori" ravintoarvomerkintää kohti on tosiasiallisesti 4180 joulea eli 4,18 kJ.
Kuinka lämpö ja lämpötila liittyvät?
Olet nähnyt kuinka lämpötila suhteutuu lämpöön. Mutta miten "yhden asteen" koko määritettiin ensiksi? Ihmisillä oli oltava tapa merkitä pisteet lämpötila-asteikolla "jäätyneiden" ja "kiehuneiden" välillä ja määrittää numerot näille väleille.
Kuten tapahtuu, jos lisäät tietyn määrän lämpöä (Q) jouleina järjestelmään tai poistaa lämpöä järjestelmästä, voit määrittää, kuinka paljon järjestelmän lämpötila muuttuu (.T) celsiusasteina, kunhan tiedät järjestelmän massan (usein vesinäyte) m grammoina ja sen ominaislämpö c, joka vaihtelee aineittain:
Q = mc (∆T)
Vedelle c = 1 cal / (g) (° C) = 4,186 J / (g) (° C).
Esimerkki: Jos sinulla on 1 litran vesinäyte, jonka massa on 1000 g, kuinka paljon energiaa kJ: na tarvitaan näytteen lämmittämiseksi 1 ° C: lla?
Q = mc (∆T) = (1 000 g) (4,186 J / g ° C) (1 ° C) = 4 186 = 4,186 kJ.
Muistakaa, että tämä on energiamäärä yhdessä "kalorissa" ruokaa. Tämä on outoa, kun otetaan huomioon, että esimerkiksi 1 l: lla makeutettua soodaa on noin 400 kertaa tämä määrä, mutta keho käsittelee "kaloreita" paljon eri tavalla kuin yksinkertainen vesipurkki.
