Pravdepodobne poznáte teplomery, meranie teploty, pocit tepla a chladu a to, čo je potrebné na prevarenie vody. Teraz je čas rozšíriť svoje intuitívne chápanie tepla a teploty a naučiť sa, ako to robia fyzici.
V tomto úvode do tepelnej fyziky sa dozviete, čo sú teplo a teplota a aké javy sa toto odvetvie fyziky týka.
Štúdium tepla a teploty
Tepelná fyzika je štúdium teplo a teplota. Teplo je definované ako energia, ktorá sa prenáša medzi dvoma objektmi s rôznymi teplotami - pohybom od teplejšieho objektu k chladnejšiemu objektu.
Zahrejte je druh tepelnej energie. Tepelná energia je energia spojená s molekulárnym pohybom v objekte. Vo vnútri žiadneho predmetu molekuly jednoducho nezostávajú stáť; aj keď pohyb nevidíte viditeľne, všetci sa okolo seba vrtia a poskakujú.
Teplota je miera priemernej kinetickej energie na molekulu. Možno by ste boli oboznámení s jeho meraním v stupňoch Fahrenheita alebo dokonca v stupňoch Celzia, ale jednotka SI, ktorú vedci uprednostňujú, je Kelvin.
Celkom vnútorná energia
predmet má, závisí od jeho hmotnosti, teploty a Špecifická tepelná kapacita. Merná tepelná kapacita je mierou množstva tepelnej energie potrebnej na zvýšenie teploty jednotkovej hmoty o 1 stupeň. Rôzne materiály majú rôzne špecifické tepelné kapacity a tepelnú kapacitu ktoréhokoľvek konkrétneho materiálu možno zvyčajne vyhľadať v tabuľke.Prenos tepla
Teplo sa môže prenášať z jedného objektu na druhý tromi primárnymi spôsobmi. Sú to:
- Vedenie
- Konvekcia
- Žiarenie
Pri vedení sú dva objekty vo fyzickom kontakte a tepelná energia sa presúva z teplejšieho objektu do chladnejšieho objektu priamymi zrážkami medzi molekulami v objektoch.
Pri konvekcii sa teplo prenáša konvekčnými prúdmi. To sa stane, keď varíte vodu na sporáku. Voda na dne panvice sa najskôr zahreje a pri zohrievaní sa rozširuje a stáva sa menej hustou. Pretože je menej hustý, stúpa po hornú časť panvice, keď chladnejšia voda klesá a potom sa ohrieva.
V žiarení sa tepelná energia prenáša prostredníctvom elektromagnetického žiarenia. Takto získavate energiu zo slnka. Táto energia cestuje cez vákuum vesmíru ako žiarenie, ktoré potom zahreje Zem, keď sa k nám dostane.
Fázové zmeny
Keď sa do materiálov dodáva tepelná energia, zvyšuje sa ich teplota. V určitých bodoch tzv fázové prechody, fáza mení materiál. Materiály sa môžu meniť z tuhej látky na kvapalinu a z kvapaliny na plyn, ba dokonca z plynu na plazmu.
Teploty, pri ktorých dochádza k fázovej zmene, závisia od samotného materiálu a podmienok tlaku. Toto sa študuje pomocou fázového diagramu.
Množstvo energie potrebnej na zmenu fázy materiálu závisí od latentného tepla tohto materiálu. Latentné teplo fúzie materiálu je množstvo tepelnej energie potrebnej na zmenu jednotkovej hmotnosti tejto látky z tuhej na kvapalnú. Latentné teplo odparovania materiálu je množstvo tepelnej energie potrebnej na jeho zmenu z kvapaliny na plyn.
Termodynamika
Tepelná fyzika nakoniec vedie k štúdiu termodynamiky, čo je odvetvie fyziky, ktoré študuje meniace sa tepelné systémy pomocou kinetickej teórie a štatistickej mechaniky.
Existujú tri zákony termodynamiky, ktoré riadia termodynamické procesy. Nazývajú sa zjednodušene prvý zákon termodynamiky, druhý zákon termodynamiky a tretí zákon termodynamiky. Keď sa prvýkrát dozviete o týchto zákonoch, zvyčajne sa dozviete, ako sa vzťahujú na ideálny plyn, a využijete zákon o ideálnom plyne.
Termodynamika vám môže pomôcť pochopiť, ako fungujú parné stroje, chladničky, tepelné čerpadlá a ďalšie podobné položky.
