Iš patirties žinote, kad kai termometro vertė rodo temperatūra padidėja, aplinkos sąlygos tampa šiltesnės. Kai ši vertė sumažėja, aplinkos sąlygos tampa vėsesnės. Taip pat tikriausiai žinote, kad norint tiksliai įvertinti šį reiškinį yra naudojamos kelios įprastos temperatūros skalės.
Jei temperatūros pokyčiai tam tikru būdu rodo padidėjimą ar praradimą šilumos ar yra koks nors būdas užfiksuoti koreliaciją? Tai yra, ar duotas temperatūros pokytis (tarkime, Celsijaus laipsniais arba ° C) gali būti susijęs su tam tikru šilumos prieaugiu ar nuostoliu - darant prielaidą, kad „šiluma“ yra net dalykas, kurį galima tiksliai išmatuoti fizikoje?
Iš tiesų, koreguoti temperatūros pokyčius su šilumos prieaugiu ar nuostoliais, naudingais šilumos vienetais, tokiais kaip kilodžauliai (kJ), įmanoma, jei tik pažodžiui žinote, su kuo turite reikalų.
Temperatūra ir jos skalės
Temperatūra yra dydis, matuojamas prietaisu, vadinamu termometru. Jis matematiškai gaunamas iš vidutinės dalelių (atomų ir molekulių) kinetinės energijos sistemoje, tokioje kaip uždaras indas ar patalpa.
Kinetinė energija yra judesio energija. Kai mažos dalelės prasisuka per orą, jos susiduria viena su kita, o susidūrimai išskiria šilumą. Kuo greitesnis vidutinis sistemos dalelių greitis, tuo labiau jos susidurs ir daugiau šilumos išsiskirs, pakeliant išmatuotą temperatūrą.
SI temperatūros vienetas yra Kelvinas (K). Tai nėra laipsnis ir todėl neturi jokio susieto simbolio, skirtingai nei Celsijaus ir Farenheito laipsnių atveju. Tačiau K ir ° C yra vienodo dydžio ta prasme, kad 1 K padidėjimas ir 1 ° C padidėjimas reiškia tą patį fizinį pokytį. Bet svarstyklės yra pasislinkusios taip, kad ° C = -273,15 K, o minimali teorinė K vertė yra 0.
Be to, (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energija, šiluma ir jų vienetai
Jūs, be abejo, esate susipažinę su terminu kalorijų Tai yra vienas iš daugelio būdų įvertinti, kokį maistą jūs patiekiate į jūsų sistemos ląstelių mechanizmus. Kai kurie šaltiniai teigia, kad kalorijos turi energijos vienetų; kiti sako, kad tam reikia šilumos vienetų. Tiesą sakant, abu teiginiai yra teisingi, nes šiluma yra vienas iš įvairių „oficialaus“ kiekio fizikoje, jei tai gana sunku suvokti, vadinamų energija.
Nors kalorijos (cal) yra pagrindas daugiausiai viešų pokalbių JAV apie maisto teikiamą energiją, tai nėra vienetas, naudojamas fizikos vadovėliuose ir žurnaluose. Standartinis tarptautinis (SI) energijos, taigi ir šilumos, vienetas yra džaulė (J).
1 kalorija = 4,18 J, tačiau „kalorija“, kurią matote maisto produktų etiketėse, iš tikrųjų yra kilokalorija (kcal) arba 1 000 tikrųjų kalorijų. Taigi 1 „kalorija“ kiekvienam maistingumo ženklinimui iš tikrųjų yra 4180 džaulių arba 4,18 kJ.
Kaip susiję šiluma ir temperatūra?
Jūs matėte, kaip temperatūra susijusi su šiluma. Bet kaip pirmiausia buvo nustatytas „vieno laipsnio“ dydis? Žmonės turėjo turėti būdą pažymėti taškus temperatūros skalėje tarp „sustingusių“ ir „išvirusių“ ir priskirti numerius šiems intervalams.
Kaip atsitinka, jei pridedate tam tikrą šilumos kiekį (Klausimas) džauliais į sistemą arba pašalinti šilumą iš tos sistemos, galite nustatyti, kiek pasikeis sistemos temperatūra (∆T) pagal Celsijų, jei žinote sistemos masę (dažnai vandens mėginį) m gramais ir jo savitoji šiluma c, kuris skiriasi priklausomai nuo medžiagos:
Q = mc (∆T)
Vandeniui c = 1 cal / (g) (° C) = 4,186 J / (g) (° C).
Pavyzdys: Jei turite 1 litro vandens mėginį, kurio masė yra 1000 g, kiek energijos (kJ) reikia, kad mėginys sušiltų 1 ° C?
Q = mc (∆T) = (1 000 g) (4,186 J / g ° C) (1 ° C) = 4 186 = 4,186 kJ.
Prisiminkime, kad tai yra energijos kiekis vienoje maisto „kalorijoje“. Tai keista, turint omenyje, kad, tarkime, 1 L saldintos sodos kiekis yra maždaug 400 kartų didesnis už šį kiekį, tačiau organizmas „kalorijas“ tvarko gerokai kitaip nei paprastą indelį vandens.