ადამიანები ზოგჯერ იყენებენ ტერმინებსსიცხედატემპერატურაურთიერთშეთანხმებით. ისინი სითბოს ასოცირებენ სიტყვასთანცხელიდა გესმოდეს ტემპერატურა, რაც ასევე ეხება რაღაცის "სიცხეს" ან "სიცივეს". ალბათ ისინი იტყვიან, რომ გაზაფხულის დღეს ტემპერატურა სწორად გრძნობს თავს, რადგან ეს სითბოს სწორი რაოდენობაა.
ფიზიკაში, ეს ორი სიდიდე საკმაოდ განსხვავდება ერთმანეთისგან. ისინი არ არიან ერთი და იგივე ზომები და მათ არ აქვთ იგივე ერთეულები, თუმცა მათ ორივეს შეუძლია გააცნოს თქვენი გაგება თერმული თვისებების შესახებ.
შინაგანი ენერგია
იმისათვის, რომ ფუნდამენტურ დონეზე გავიგოთ სითბო და ტემპერატურა, პირველ რიგში აუცილებელია შინაგანი ენერგიის კონცეფციის გაგება. მიუხედავად იმისა, რომ თქვენ შეიძლება იცნობდეთ კინეტიკური ენერგიის მქონე ობიექტებს მათი მოძრაობის ან პოტენციური ენერგიის გამო მათი პოზიცია, მოცემულ ობიექტში, თავად მოლეკულას ასევე შეიძლება ჰქონდეს კინეტიკური და პოტენციური ფორმა ენერგია
ეს მოლეკულური კინეტიკური და პოტენციური ენერგია ცალკეა იმისგან, რასაც ხედავთ, მაგალითად, აგურის დათვალიერებისას. მიწაზე მჯდარი აგური, როგორც ჩანს, უმოძრაოა და თქვენ შეიძლება ჩათვალოთ, რომ მას არ უკავშირდება კინეტიკური ან პოტენციური ენერგია. და მართლაც, ეს არ ნიშნავს თქვენი ძირითადი მექანიკის გაგებას.
მაგრამ თავად აგური შედგება მრავალი მოლეკულისგან, რომლებიც ინდივიდუალურად განიცდიან სხვადასხვა ტიპის მცირე მოძრაობებს, რომელთა დანახვაც შეუძლებელია. მოლეკულას ასევე შეუძლია განიცადოს პოტენციური ენერგია სხვა მოლეკულებთან სიახლოვისა და მათ შორის ძალების გამო. ამ აგურის მთლიანი შიდა ენერგია არის თავად მოლეკულების კინეტიკური და პოტენციური ენერგიების ჯამი.
როგორც თქვენ ალბათ ისწავლეთ, ენერგია ინახება. იმ შემთხვევაში, თუ ობიექტზე არ მოქმედებს ხახუნის ან გამანადგურებელი ძალები, ასევე ინახება მექანიკური ენერგია. ეს არის ის, რომ კინეტიკური ენერგია შეიძლება შეიცვალოს პოტენციურ ენერგიად და პირიქით, მაგრამ საერთო უცვლელი რჩება. როდესაც ხახუნის მსგავსი ძალა მოქმედებს, შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ მთლიანი მექანიკური ენერგია იკლებს. ეს იმიტომ ხდება, რომ ენერგიამ მიიღო სხვა ფორმები, როგორიცაა ხმოვანი ენერგია ან თერმული ენერგია.
როდესაც ცივ დღეს ხელებს ერთმანეთს აბრიალებთ, მექანიკურ ენერგიას თერმულ ენერგიად აქცევთ. ანუ, თქვენი ხელების კინეტიკური ენერგია, რომლებიც მოძრაობენ ერთმანეთზე, შეიცვალა ფორმა და გახდა თქვენს ხელში არსებული მოლეკულების კინეტიკური ენერგია ერთმანეთის მიმართ. თქვენს ხელში არსებული მოლეკულების ამ კინეტიკური ენერგიის საშუალო არის ის, რასაც მეცნიერები განსაზღვრავენ, როგორც ტემპერატურა.
ტემპერატურის განმარტება
ტემპერატურა არის საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომი თითო მოლეკულაში ნივთიერებაში. გაითვალისწინეთ, რომ ეს არ არის იგივე, რაც ნივთიერების შინაგანი ენერგია, რადგან ის არ შეიცავს პოტენციურ ენერგიას და ასევე არ წარმოადგენს ნივთიერების მთლიანი ენერგიის საზომს. ამის ნაცვლად, ეს არის საერთო კინეტიკური ენერგია, რომელიც იყოფა მოლეკულების რაოდენობაზე. როგორც ასეთი, ეს არ არის დამოკიდებული იმაზე, რამდენს ფლობთ (ისევე როგორც მთლიანი შინაგანი ენერგია), არამედ იმაზე, თუ რამდენს გადააქვს ნივთიერების საშუალო მოლეკულაში არსებული კინეტიკური ენერგია.
ტემპერატურის გაზომვა შესაძლებელია სხვადასხვა ერთეულებში. მათ შორისაა ფარენჰეიტი, რომელიც ყველაზე ხშირად გვხვდება აშშ-სა და რამდენიმე სხვა ადგილას. ფარენჰეიტის მასშტაბით, წყალი იყინება 32 გრადუსზე და ადუღდება 212-ზე. კიდევ ერთი საერთო მასშტაბია ცელსიუსის მასშტაბი, რომელიც გამოიყენება მსოფლიოს ბევრ სხვა ადგილას. ამ მასშტაბით, წყალი 0 გრადუსზე იყინება და 100 გრადუსზე ადუღდება (რაც საკმაოდ მკაფიო წარმოდგენას ქმნის, თუ როგორ შეიქმნა ეს მასშტაბი).
მაგრამ სამეცნიერო სტანდარტი არის კელვინის შკალა. მიუხედავად იმისა, რომ კელვინის მასშტაბის ნამატის ზომა იგივეა, რაც ცელსიუსის ხარისხი, კელვინის მასშტაბი იწყება აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზე, სადაც ყველა მოლეკულური მოძრაობა ჩერდება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ის იწყება ყველაზე ცივ ტემპერატურაზე.
ნულოვანი გრადუსი ცელსიუსი არის 273.15 კელვინის შკალით. კელვინის შკალი სამეცნიერო სტანდარტია. დავუშვათ, რომ რაღაც არის 0 გრადუს ცელსიუსზე. რას ნიშნავს რომ მეორე ობიექტი ორჯერ მეტია ტემპერატურაზე? იქნება ეს საქონელი 0 ცელსიუსიც? კელვინის მასშტაბით, ეს ცნება პრობლემებს არ იწვევს და ეს ზუსტად იმიტომ ხდება, რომ იგი იწყება აბსოლუტური ნულიდან.
სითბოს განმარტება
განვიხილოთ ორი ნივთიერება ან ობიექტი სხვადასხვა ტემპერატურაზე. Რას ნიშნავს ეს? ეს ნიშნავს, რომ საშუალოდ, ერთ-ერთი ნივთიერების მოლეკულები (უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე) არის მოძრაობენ უფრო მეტი საშუალო კინეტიკური ენერგიით, ვიდრე ქვედა ტემპერატურის მოლეკულები ნივთიერება.
თუ ეს ორი ნივთიერება დაუკავშირდა ერთმანეთს, გასაკვირი არ არის, რომ ენერგია იწყება ნივთიერებებს შორის მიკროსკოპული შეჯახების შედეგად. ნივთიერება, რომელიც თავდაპირველად უფრო მაღალ ტემპერატურაზე იმყოფებოდა, გაცივდება, რადგან სხვა ნივთიერება იზრდება ტემპერატურაზე, სანამ ორივე არ იქნება იგივე ტემპერატურა. მეცნიერები ამ საბოლოო მდგომარეობას უწოდებენთერმული წონასწორობა.
თერმული ენერგია, რომელიც თბილი ობიექტიდან უფრო გრილ ობიექტზე გადადის, ამას მეცნიერები სითბოს უწოდებენ. სითბო არის ენერგიის ფორმა, რომელიც გადადის ორ მასალას შორის, რომლებიც სხვადასხვა ტემპერატურაზეა. სითბო ყოველთვის მიედინება უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე მასალიდან უფრო დაბალი ტემპერატურის მქონე მასალაზე, სანამ თერმული წონასწორობა არ მიიღწევა.
მას შემდეგ, რაც სითბო არის ენერგიის ფორმა, SI სითბოს ერთეული ჯოულია.
განსხვავებები სითბოს და ტემპერატურას შორის
როგორც წინა განმარტებებით ნახეთ, სითბო და ტემპერატურა ნამდვილად განსხვავებული ფიზიკური ზომებია. ეს მხოლოდ რამდენიმე განსხვავებაა:
ისინი იზომება სხვადასხვა ერთეულებში.SI ტემპერატურის ერთეული არის კელვინი, ხოლო SI სითბოს ერთეული ჯოული. კელვინი ითვლება საბაზო ერთეულად, რაც ნიშნავს, რომ იგი არ შეიძლება დაიყოს სხვა ფუნდამენტური ერთეულების კომბინაციაში. ჯული კგ / კმ-ს ტოლფასია2/ წმ2.
ისინი განსხვავდებიან მოლეკულების რაოდენობაზე დამოკიდებულებით.ტემპერატურა არის საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომი თითო მოლეკულაზე, რაც ნიშნავს, რომ არ აქვს მნიშვნელობა რამდენი ნივთიერება გაქვს ტემპერატურაზე საუბრისას. სითბოს ენერგიის რაოდენობა, რომელიც შეიძლება გადავიდეს ნივთიერებებს შორის, ძალიან დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი ნივთიერება გაქვთ.
ისინი სხვადასხვა ტიპის ცვლადები არიან.ტემპერატურა ცნობილია როგორც სახელმწიფო ცვლადი. ეს განსაზღვრავს მდგომარეობას, რომელშიც არის ნივთიერება ან ობიექტი. სითბო, პროცესის ცვლადია. იგი აღწერს პროცესს, რომელიც ხდება - ამ შემთხვევაში, ენერგიის გადაცემა. აზრი არ აქვს სითბოზე საუბარს, როდესაც ყველაფერი წონასწორობაშია.
ისინი განსხვავებულად იზომება.ტემპერატურა იზომება თერმომეტრით, რომელიც, როგორც წესი, მოწყობილობაა, რომელიც იყენებს თერმულ გაფართოებას მასშტაბის კითხვის შესაცვლელად. სითბო იზომება, კალორიმეტრით.
მსგავსება და ურთიერთობა სითბოს და ტემპერატურას შორის.
სითბო და ტემპერატურა სულაც არ არის დაკავშირებული ერთმანეთთან, თუმცა:
ისინი ორივე მნიშვნელოვანი სიდიდეა თერმოდინამიკაში.თერმული ენერგიის შესწავლა ეყრდნობა როგორც ტემპერატურის გაზომვის შესაძლებლობას, ასევე სითბოს გადაცემის თვალყურისდევნების შესაძლებლობას.
სითბოს გადაცემას განაპირობებს ტემპერატურის სხვაობები.როდესაც ორი ობიექტი განსხვავებულ ტემპერატურაზეა, თბური ენერგია თბილიდან გაცივამდე გადავა თერმული წონასწორობის მიღწევამდე. როგორც ასეთი, ეს ტემპერატურული განსხვავებები სითბოს გადაცემის მამოძრავებელია.
ისინი ერთად იზრდება და იკლებს.თუ სისტემას სითბო ემატება, ტემპერატურა იზრდება. თუ სისტემაში სითბო მოიხსნება, ტემპერატურა იკლებს. (ამის ერთი გამონაკლისი ხდება ფაზის გადასვლებით, ამ შემთხვევაში სითბოს ენერგია გამოიყენება ფაზის გადასვლის მიზეზი ტემპერატურის შეცვლის ნაცვლად).
ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია განტოლებით.სითბოს ენერგიაQდაკავშირებულია ტემპერატურის ცვლილებასთანΔTგანტოლების საშუალებით Q = mcΔT სადაცმარის ნივთიერების მასა დაგმისი სპეციფიკური სითბოს ტევადობაა (ეს არის სითბოს ენერგიის ოდენობის საზომი, რომელიც საჭიროა კონკრეტული ნივთიერებისათვის კელვინის ხარისხით ერთეული მასის ასამაღლებლად.)
სითბო, ტემპერატურა და მთლიანი შიდა ენერგია
შინაგანი ენერგია არის მთლიანი შიდა კინეტიკური და პოტენციური ენერგია, ან თერმული ენერგია მასალაში. იდეალური გაზისთვის, რომელშიც მოლეკულებს შორის პოტენციური ენერგია უმნიშვნელოა, შინაგანი ენერგიაემოცემულია ფორმულით E = 3 / 2nRT სადაცნარის გაზის მოლების რაოდენობა და გაზის უნივერსალური მუდმივარ= 8.3145 J / molK.
შინაგანი ენერგიისა და ტემპერატურის ურთიერთმიმართება გვიჩვენებს, რომ გასაკვირი არ არის, რომ ტემპერატურა იზრდება, თერმული ენერგია იზრდება. შინაგანი ენერგია 0 ხდება აბსოლუტურად 0 კელვინიდან.
სითბო შემოდის სურათზე, როდესაც იწყებთ შინაგანი ენერგიის ცვლილებების დათვალიერებას. თერმოდინამიკის პირველი კანონი იძლევა შემდეგ დამოკიდებულებას:
\ დელტა E = Q - W
სადQარის სისტემაში დამატებული სითბო დავარის სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაო. არსებითად, ეს არის ენერგიის დაზოგვის განცხადება. როდესაც სითბოს ენერგიას დაამატებთ, შინაგანი ენერგია იზრდება. თუ სისტემა მუშაობს მის გარშემო, შინაგანი ენერგია იკლებს.
ტემპერატურა, როგორც სითბოს ენერგიის ფუნქცია
როგორც ადრე აღვნიშნეთ, სისტემაში დამატებული სითბური ენერგია, როგორც წესი, იწვევს ტემპერატურის შესაბამის ზრდას, თუ სისტემა არ განიცდის ფაზის ცვლილებას. ამის უფრო კარგად დასათვალიერებლად, გაითვალისწინეთ ყინულის ბლოკი, რომელიც იწყება გაყინვის ქვემოთ, რადგან სითბოს ენერგია ემატება მუდმივი სიჩქარით.
თუ სითბოს ენერგია მუდმივად ემატება ყინულის ბლოკის გაყინვის დროს, განიცდის ფაზის ცვლილებას და ხდება წყალი აგრძელებს დათბობას, სანამ დუღილს არ მიაღწევს, სადაც ის განიცდის ფაზის კიდევ ერთ ცვლილებას და ხდება ორთქლი, ტემპერატურის გრაფიკი vs. სითბო შემდეგნაირად გამოიყურება:
მიუხედავად იმისა, რომ ყინული გაყინვის ქვემოთ არის, სითბოს ენერგიასა და ტემპერატურას შორის ხაზოვანი კავშირია. ეს გასაკვირი არ არის, როგორც ეს უნდა იყოს, Q = mcΔT განტოლების გათვალისწინებით. მას შემდეგ, რაც ყინული მიაღწევს გაყინვის ტემპერატურას, ნებისმიერი დამატებული სითბოს ენერგია უნდა იქნას გამოყენებული, რათა დაეხმაროს მას ფაზის შეცვლას. ტემპერატურა მუდმივი რჩება, მიუხედავად იმისა, რომ სითბო კვლავ ემატება. განტოლება, რომელიც სითბოს ენერგიას მასას უკავშირებს მყარიდან თხევადიდან ფაზის ცვლილების დროს არის შემდეგი:
Q = mL_f
სადლვარის შერწყმის ლატენტური სითბო - მუდმივი, თუ რამდენი ენერგია საჭიროა ერთეულ მასაზე, რომ მყარიდან თხევადი გახდეს ცვლილება.
ასე რომ, სანამ სითბოს რაოდენობა ტოლიამლვდაემატა, ტემპერატურა მუდმივი რჩება.
მას შემდეგ, რაც ყველა ყინული გადნება, ტემპერატურა კვლავ სწორხაზოვნად მატულობს, სანამ დუღილის წერტილს არ მიაღწევს. აქ ისევ ხდება ფაზის ცვლილება, ამჯერად თხევადიდან გაზამდე. განტოლება, რომელიც ეხება სითბოს მასას ამ ფაზის ცვლილების დროს, ძალიან ჰგავს:
სადლვარის აორთქლების ფარული სითბო - მუდმივი, რომელიც უკავშირდება იმას, თუ რამდენი ენერგია საჭიროა ერთ მასაზე, თხევადიდან გაზზე გადასვლის მიზეზი. ასე რომ, ტემპერატურა კიდევ ერთხელ რჩება მუდმივად, სანამ საკმარისი სითბოს ენერგია არ დაემატება. გაითვალისწინეთ, რომ ამჯერად ის უფრო დიდხანს რჩება. ეს იმიტომლვროგორც წესი, უფრო მაღალია, ვიდრელვნივთიერებისათვის.
გრაფიკის ბოლო ნაწილი კვლავ აჩვენებს იგივე ხაზოვან დამოკიდებულებას, როგორც ადრე.