Jūs no savas pieredzes zināt, ka tad, kad vērtība uz termometra norāda temperatūra palielinās, apkārtējie apstākļi kļūst siltāki. Kad šī vērtība samazinās, apkārtējie apstākļi kļūst vēsāki. Jūs, iespējams, arī zināt, ka, lai precīzi noteiktu šo parādību, tiek izmantotas vairākas kopējas temperatūras skalas.
Ja temperatūras izmaiņas kaut kādā veidā norāda uz pieaugumu vai zudumu karstums tuvumā, vai ir kāds veids, kā uztvert korelāciju? Tas ir, vai noteiktās temperatūras izmaiņas (teiksim, grādos pēc Celsija vai ° C) var korelēt ar doto siltuma pieaugumu vai zudumu - pieņemot, ka "siltums" ir pat lieta, ko var precīzi izmērīt fizikā?
Patiešām, ir iespējams korelēt temperatūras izmaiņas ar siltuma ieguvumiem vai zudumiem noderīgās siltuma vienībās, piemēram, kilodžoulos (kJ), ja vien jūs burtiski zināt, ar ko jums ir darīšana.
Temperatūra un tās svari
Temperatūra ir lielums, ko mēra ar ierīci, ko sauc par termometru. To matemātiski iegūst no daļiņu (atomu un molekulu) vidējās kinētiskās enerģijas sistēmā, piemēram, slēgtā traukā vai telpā.
Kinētiskā enerģija ir kustības enerģija. Kad sīkas daļiņas rāpjas pa gaisu, tās saduras viena ar otru, un sadursmes izdala siltumu. Jo ātrāks ir daļiņu vidējais ātrums sistēmā, jo vairāk tās sadursies un jo vairāk izdalīsies siltums, paaugstinot izmērīto temperatūru.
SI temperatūras vienība ir Kelvins (K). Tas nav grāds, un līdz ar to tam nav saistīta simbola, atšķirībā no gadījumiem ar Celsija un Fārenheita grādiem. Tomēr K un ° C ir tāds pats lielums tādā nozīmē, ka 1 K pieaugums un 1 ° C pieaugums nozīmē tās pašas fiziskās izmaiņas. Bet svari ir nobīdīti tā, ka ° C = -273,15 K, un minimālā K teorētiskā vērtība ir 0.
Turklāt (9/5) ° C + 32 = ° F.
Enerģija, siltums un to vienības
Jūs, bez šaubām, esat pazīstams ar šo terminu kaloriju kā viens no daudzajiem veidiem, kā izmērīt, kādu ēdienu jūs piegādājat jūsu sistēmas šūnu mašīnām. Daži avoti apgalvo, ka kalorijām ir enerģijas vienības; citi saka, ka tas prasa siltuma vienības. Faktiski abi apgalvojumi ir patiesi, jo siltums ir viens no dažādiem "oficiālā" daudzuma apakštipiem - ja diezgan grūti to noteikt - fizikā, kas pazīstams kā enerģija.
Lai gan kalorijas (cal) ir pamatā lielākajai daļai sabiedrisko sarunu ASV par pārtikas nodrošināto enerģiju, šī nav vienība, ko izmanto fizikas mācību grāmatās un žurnālos. Standarta starptautiskā (SI) enerģijas un līdz ar to arī siltuma vienība ir džouls (J).
1 kalorija = 4,18 J, bet pārtikas produktu etiķetēs redzamā "kalorija" faktiski ir kilokalorija (kcal) vai 1000 patiesās kalorijas. Tādējādi 1 "kalorija" uz uztura marķējuma faktiski ir 4180 džouli jeb 4,18 kJ.
Kā karstums un temperatūra ir saistīti?
Jūs esat redzējis, kā temperatūra ir saistīta ar siltumu. Bet kā vispār tika noteikts "vienas pakāpes" lielums? Cilvēkiem bija jābūt paņēmienam, kā temperatūras skalā atzīmēt plankumus starp “sasalušiem” un “vārītiem” un piešķirt numurus šiem intervāliem.
Kā tas notiek, ja pievienojat noteiktu siltuma daudzumu (J) džoulos uz sistēmu vai noņemt siltumu no šīs sistēmas, jūs varat noteikt, cik daudz mainīsies sistēmas temperatūra (∆T) pēc Celsija, ja vien jūs zināt sistēmas masu (bieži ūdens paraugu) m gramos un tā īpatnējais siltums c, kas atšķiras atkarībā no vielas:
Q = mc (∆T)
Ūdenim c = 1 cal / (g) (° C) = 4,186 J / (g) (° C).
Piemērs: Ja jums ir 1 litra ūdens paraugs, kura masa ir 1000 g, cik daudz enerģijas kJ ir nepieciešams, lai paraugu sasildītu par 1 ° C?
Q = mc (∆T) = (1 000 g) (4,186 J / g ° C) (1 ° C) = 4 186 = 4,186 kJ.
Atgādināsim, ka tas ir enerģijas daudzums vienā pārtikas “kalorijā”. Tas ir dīvaini, ja ņem vērā, ka, teiksim, 1 L saldinātas soda ir apmēram 400 reizes lielāka par šo daudzumu, bet organisms ar “kalorijām” rīkojas daudz savādāk nekā vienkārša burka ar ūdeni.