Du vet av erfaring at når verdien på et termometer indikerer temperatur øker, omgivelsesforholdene blir varmere. Når denne verdien synker, blir omgivelsesforholdene kjøligere. Du er sannsynligvis også klar over at det er flere vanlige temperaturskalaer i bruk for å kvantifisere dette fenomenet nøyaktig.
Hvis endringer i temperatur på en eller annen måte indikerer en gevinst eller tap av varme i nærheten, er det noen måte å fange sammenhengen på? Det vil si, kan en gitt temperaturendring (for eksempel i grader Celsius eller ° C) være korrelert med en gitt gevinst eller tap av varme - forutsatt at "varme" til og med er en ting som kan måles nøyaktig i fysikken?
Faktisk er det mulig å korrigere temperaturendringer med gevinst eller tap av varme, i nyttige varmeenheter som kilojoules (kJ) - så lenge du bokstavelig talt vet hva du har å gjøre med.
Temperatur og dens skalaer
Temperatur er en størrelse målt av en enhet som kalles termometer. Det er matematisk avledet fra den gjennomsnittlige kinetiske energien til partikler (atomer og molekyler) i et system, for eksempel en lukket beholder eller et rom.
Kinetisk energi er bevegelsesenergi. Når små partikler glir gjennom luften, kolliderer de med hverandre, og kollisjonene frigjør varme. Jo raskere gjennomsnittshastigheten til partiklene i systemet, jo mer vil de kollidere og jo mer varme frigjøres, noe som øker den målte temperaturen.
SI-enheten er temperaturen Kelvin (K). Dette er ikke en grad og har derfor ikke noe tilknyttet symbol, i motsetning til tilfellet med grader Celsius og Fahrenheit. Imidlertid har K og ° C samme størrelse i den forstand at en økning på 1 K og en økning på 1 ° C representerer den samme fysiske endringen. Men skalaene er forskjøvet slik at ° C = -273,15 K, og den minste teoretiske verdien av K er 0.
I tillegg (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energi, varme og deres enheter
Du er utvilsomt kjent med begrepet kalori som en av de mange måtene å måle hva maten du spiser leverer til systemets mobilmaskiner. Noen kilder hevder at kalorien har enheter av energi; andre sier at det tar varmeenheter. Faktisk er begge påstandene sanne, ettersom varme er en av forskjellige undertyper av den "offisielle" - om ikke vanskelig å fastslå - mengden i fysikk kjent som energi.
Selv om kalorien (cal) er grunnlaget for de fleste offentlige samtaler i USA om energien som leveres av matvarer, er dette ikke enheten som brukes i fysikklærbøker og tidsskrifter. Standard internasjonal (SI) enhet av energi, og derfor av varme, er joule (J).
1 kalori = 4,18 J, men "kalorien" du ser på matetiketter er faktisk en kilokalori (kcal) eller 1000 ekte kalorier. Dermed er 1 "kalori" per ernæringsmerking faktisk 4,180 joule, eller 4,18 kJ.
Hvordan er varme og temperatur relatert?
Du har sett hvordan temperaturen er relatert til varme. Men hvordan ble størrelsen på "en grad" bestemt i utgangspunktet? Folk måtte ha en måte å merke flekkene på temperaturskalaen mellom "frossen" og "kokt bort" og tildele tall til disse intervallene.
Når det skjer, hvis du tilfører en gitt mengde varme (Q) i joule til et system, eller fjern varme fra det systemet, kan du bestemme hvor mye systemets temperatur vil endres (∆T) i Celsius så lenge du kjenner til systemets masse (ofte en prøve av vann) m i gram og dens spesifikk varme c, som varierer fra stoff til stoff:
Q = mc (∆T)
For vann, c = 1 cal / (g) (° C) = 4,166 J / (g) (° C).
Eksempel: Hvis du har en 1-liters vannprøve, som har en masse på 1000 g, hvor mye energi i kJ trengs for å varme prøven med 1 ° C?
Q = mc (∆T) = (1.000 g) (4.186 J / g ° C) (1 ° C) = 4.186 = 4.186 kJ.
Husk at dette er mengden energi i en enkelt "kalori" mat. Dette er rart når du tenker på at for eksempel 1 L søtet brus har omtrent 400 ganger denne mengden, men kroppen håndterer "kalorier" langt annerledes enn en enkel krukke med vann.