วิธีการแปลงเซลเซียสเป็นกิโลจูล

คุณรู้จากประสบการณ์ว่าเมื่อค่าบนเทอร์โมมิเตอร์บ่งบอกว่า อุณหภูมิ เพิ่มขึ้น สภาพแวดล้อมจะอุ่นขึ้น เมื่อค่านี้ลดลง สภาพแวดล้อมจะเย็นลง คุณน่าจะทราบด้วยว่ามีเครื่องวัดอุณหภูมิทั่วไปหลายเครื่องที่ใช้เพื่อวัดปริมาณปรากฏการณ์นี้ได้อย่างแม่นยำ

หากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในทางใดทางหนึ่งแสดงว่ามีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของ ความร้อน ในบริเวณใกล้เคียงมีวิธีใดบ้างที่จะจับความสัมพันธ์? นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่กำหนด (เช่น ในหน่วยองศาเซลเซียสหรือ°C) สามารถสัมพันธ์กับการเพิ่มหรือการสูญเสียความร้อนที่กำหนด โดยถือว่า "ความร้อน" เป็นสิ่งที่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำในวิชาฟิสิกส์หรือไม่

อันที่จริง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสัมพันธ์กับการเพิ่มหรือการสูญเสียความร้อน ในหน่วยความร้อนที่เป็นประโยชน์ เช่น กิโลจูล (kJ) นั้นเป็นไปได้ ตราบใดที่คุณรู้อย่างแท้จริงว่าคุณกำลังเผชิญกับอะไร

อุณหภูมิคือปริมาณที่วัดโดยอุปกรณ์ที่เรียกว่าเทอร์โมมิเตอร์ ได้มาจากพลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาค (อะตอมและโมเลกุล) ในทางคณิตศาสตร์ในระบบ เช่น ภาชนะปิดหรือห้อง

พลังงานจลน์คือพลังงานของการเคลื่อนไหว เมื่ออนุภาคเล็ก ๆ ลอยผ่านอากาศ พวกมันจะชนกัน และการชนกันจะปล่อยความร้อนออกมา ยิ่งความเร็วเฉลี่ยของอนุภาคในระบบเร็วเท่าไร อนุภาคก็จะยิ่งชนกันมากขึ้นเท่านั้น และความร้อนก็จะยิ่งถูกปลดปล่อยออกมา ทำให้อุณหภูมิที่วัดได้สูงขึ้น

หน่วย SI ของอุณหภูมิคือ เคลวิน (เค). นี่ไม่ใช่องศาและด้วยเหตุนี้จึงไม่มีสัญลักษณ์ที่เกี่ยวข้อง ต่างจากกรณีที่มีองศาเซลเซียสและฟาเรนไฮต์ อย่างไรก็ตาม K และ °C มีขนาดเท่ากันในแง่ที่ว่าการเพิ่มขึ้น 1 K และการเพิ่มขึ้น 1 °C แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เหมือนกัน แต่สเกลนั้นถูกชดเชยโดยที่ °C = -273.15 K และค่าทางทฤษฎีขั้นต่ำของ K คือ 0

นอกจากนี้ (9/5)°C + 32 = °F

คุณไม่ต้องสงสัยเลยคุ้นเคยกับคำว่า แคลอรี่ เป็นหนึ่งในหลายวิธีในการวัดว่าอาหารที่คุณกินส่งไปยังเครื่องจักรเซลลูลาร์ของระบบของคุณอย่างไร บางแหล่งอ้างว่าแคลอรี่มีหน่วยของพลังงาน บางคนบอกว่าต้องใช้หน่วยความร้อน อันที่จริง การยืนยันทั้งสองเป็นความจริง เนื่องจากความร้อนเป็นหนึ่งในประเภทย่อยต่างๆ ของ "ทางการ" - ถ้าค่อนข้างเข้าใจยาก - ปริมาณในฟิสิกส์ที่เรียกว่าพลังงาน

แม้ว่าแคลอรี (แคลอรี) เป็นพื้นฐานสำหรับการสนทนาสาธารณะส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับพลังงานที่ได้จากอาหาร แต่นี่ไม่ใช่หน่วยที่ใช้ในตำราเรียนฟิสิกส์และวารสาร หน่วยพลังงานมาตรฐานสากล (SI) ดังนั้นความร้อนคือ heat จูล (จ).

1 แคลอรี = 4.18 J แต่ "แคลอรี" ที่คุณเห็นบนฉลากอาหารเป็นกิโลแคลอรี (kcal) หรือ 1,000 แคลอรีจริง ดังนั้น 1 "แคลอรี" ต่อการติดฉลากโภชนาการจึงเท่ากับ 4,180 จูล หรือ 4.18 กิโลจูล

คุณได้เห็นแล้วว่าอุณหภูมิสัมพันธ์กับความร้อนอย่างไร แต่ขนาดของ "หนึ่งองศา" ถูกกำหนดอย่างไรในตอนแรก? ผู้คนต้องมีวิธีการทำเครื่องหมายจุดบนมาตราส่วนอุณหภูมิระหว่าง "แช่แข็ง" และ "ต้ม" และกำหนดตัวเลขให้กับช่วงเวลาเหล่านี้

เมื่อมันเกิดขึ้นถ้าคุณเพิ่มความร้อนในปริมาณที่กำหนด (คิว) เป็นจูลต่อระบบหรือขจัดความร้อนออกจากระบบนั้น คุณสามารถกำหนดได้ว่าอุณหภูมิของระบบจะเปลี่ยนไปเท่าใด (∆T) ในหน่วยเซลเซียส ตราบเท่าที่คุณรู้มวลของระบบ (มักเป็นตัวอย่างน้ำ) ม หน่วยเป็นกรัมและ ความร้อนจำเพาะ cซึ่งแตกต่างกันไปในแต่ละสาร:

Q =mc(∆T)

สำหรับน้ำ c = 1 cal/(g)(°C) = 4.186 J/(g)(°C)

ตัวอย่าง: หากคุณมีตัวอย่างน้ำ 1 ลิตรซึ่งมีมวล 1,000 กรัม จำเป็นต้องใช้พลังงานในหน่วย kJ เท่าใดในการทำให้ตัวอย่างอุ่นขึ้น 1 °C?

Q =mc(∆T) = (1,000 ก.)(4.186 J/g °C )(1 °C) = 4,186 = 4.186 kJ

จำไว้ว่านี่คือปริมาณพลังงานใน "แคลอรี" เดียวของอาหาร เป็นเรื่องแปลกเมื่อคุณพิจารณาว่า สมมติว่าโซดาหวาน 1 ลิตรมีประมาณ 400 เท่าของปริมาณนี้ แต่ร่างกายจัดการกับ "แคลอรี" ต่างจากขวดน้ำธรรมดามาก