Z vlastnej skúsenosti viete, že keď hodnota na teplomeri indikuje teplota sa zvyšuje, okolité podmienky sa otepľujú. Keď táto hodnota poklesne, podmienky okolia sa ochladia. Tiež si pravdepodobne uvedomujete, že na presné vyčíslenie tohto javu sa používa niekoľko bežných teplotných stupníc.
Ak zmeny teploty nejakým spôsobom naznačujú zisk alebo stratu teplo v blízkom okolí, existuje nejaký spôsob, ako zachytiť koreláciu? To znamená, že je možné danú zmenu teploty (povedzme v stupňoch Celzia alebo ° C) korelovať s daným ziskom alebo stratou tepla - za predpokladu, že „teplo“ je vôbec vec, ktorú je možné vo fyzike presne zmerať?
Korelácia zmien teploty so ziskami alebo stratami tepla je skutočne možná - v užitočných tepelných jednotkách, ako sú kilojouly (kJ), je možné - pokiaľ doslova viete, s čím máte do činenia.
Teplota a jej stupnice
Teplota je veličina meraná zariadením nazývaným teplomer. Matematicky sa odvodzuje od priemernej kinetickej energie častíc (atómov a molekúl) v systéme, napríklad v uzavretej nádobe alebo miestnosti.
Kinetická energia je energia pohybu. Keď sa drobné čiastočky zipsujú vzduchom, zrazia sa navzájom a pri zrážkach sa uvoľňuje teplo. Čím vyššia je priemerná rýchlosť častíc v systéme, tým viac sa zrazia a tým viac tepla sa uvoľní, čím sa zvýši nameraná teplota.
Jednotkou teploty SI je Kelvin (K). Toto nie je titul, a teda nemá žiadny priradený symbol, na rozdiel od stupňov Celzia a Fahrenheita. Avšak K a ° C majú rovnakú veľkosť v tom zmysle, že zvýšenie o 1 K a zvýšenie o 1 ° C predstavuje rovnakú fyzickú zmenu. Ale váhy sú posunuté tak, že ° C = -273,15 K a minimálna teoretická hodnota K je 0.
Ďalej (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energia, teplo a ich jednotky
Tento pojem nepochybne poznáte kalórie ako jeden z mnohých spôsobov, ako merať, čo jedlo, ktoré konzumujete, dodáva bunkovému aparátu vášho systému. Niektoré zdroje tvrdia, že kalória má jednotky energie; iní hovoria, že to vyžaduje jednotky tepla. V skutočnosti sú obe tvrdenia pravdivé, pretože teplo je jedným z rôznych podtypov „oficiálnej“ - ak je to dosť ťažko dosiahnuteľné - kvantity vo fyzike známej ako energia.
Zatiaľ čo kalória (kal) je základom pre väčšinu verejných rozhovorov v USA o energii poskytovanej potravinami, nejde o jednotku používanú v učebniciach a časopisoch o fyzike. Štandardná medzinárodná (SI) jednotka energie, a teda tepla, je joule (J).
1 kalória = 4,18 J, ale „kalória“, ktorú vidíte na štítkoch s potravinami, je v skutočnosti kilokalória (kcal) alebo 1 000 skutočných kalórií. Teda 1 „kalória“ na nutričné označenie je v skutočnosti 4 180 joulov, čo je 4,18 kJ.
Ako súvisia teplo a teplota?
Videli ste, ako súvisí teplota s teplom. Ako sa však v prvom rade určila veľkosť „jedného stupňa“? Ľudia museli mať spôsob, ako označiť škvrny na teplotnej stupnici medzi „zamrznutými“ a „vyvarenými“ a priradiť čísla k týmto intervalom.
Ak k tomu pridáte dané množstvo tepla (Q) v jouloch do systému alebo odstránením tepla z tohto systému môžete určiť, ako veľmi sa teplota systému zmení (∆T) v stupňoch Celzia, pokiaľ viete hmotnosť systému (často vzorka vody) m v gramoch a jeho merné teplo c, ktorá sa líši od látky k látke:
Q = mc (∆T)
Pre vodu c = 1 kal / (g) (° C) = 4,186 J / (g) (° C).
Príklad: Ak máte 1-litrovú vzorku vody s hmotnosťou 1 000 g, koľko energie v kJ je potrebných na zahriatie vzorky o 1 ° C?
Q = mc (∆T) = (1 000 g) (4,186 J / g ° C) (1 ° C) = 4 186 = 4,186 kJ.
Pripomeňme si, že toto je množstvo energie v jednej „kalórii“ jedla. To je zvláštne, keď si uvedomíte, že povedzme 1 l sladenej sódy má asi 400-násobok tohto množstva, ale telo zaobchádza s „kalóriami“ oveľa inak ako s obyčajným pohárom vody.