Muhtemelen termometrelere ve sıcaklık ölçümüne, sıcak ve soğuk hissetmeye ve suyu kaynatmak için gerekenlere aşinasınızdır. Şimdi, ısı ve sıcaklık konusundaki sezgisel anlayışınızı genişletmenin ve fizikçilerin bunu nasıl yaptığını öğrenmenin zamanı geldi.
Termal fiziğe bu girişte, ısı ve sıcaklığın yanı sıra bu fizik dalının hangi fenomenlere uygulandığını öğreneceksiniz.
Isı ve Sıcaklık Çalışması
Termal fizik, ısı ve sıcaklık. Isı, farklı sıcaklıklardaki iki nesne arasında aktarılan enerji olarak tanımlanır - daha sıcak nesneden daha soğuk nesneye hareket eder.
Sıcaklık bir termal enerji türüdür. Termal enerji, bir nesne içindeki moleküler hareketle ilişkili enerjidir. Herhangi bir nesnenin içinde, moleküller öylece hareketsiz durmazlar; Hareketi gözle göremeseniz bile, hepsi sallanıyor ve birbirine çarpıyor.
Sıcaklık molekül başına ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsüdür. Fahrenheit ve hatta Santigrat derece cinsinden ölçmeye aşina olabilirsiniz, ancak bilim adamlarının tercih ettiği SI birimi Kelvin'dir.
Toplam içsel enerji bir cismin kütlesine, sıcaklığına ve özgül ısı kapasitesi. Özgül ısı kapasitesi, bir birim kütlenin sıcaklığını 1 derece artırmak için ne kadar ısı enerjisi gerektiğinin bir ölçüsüdür. Farklı malzemelerin farklı özgül ısı kapasiteleri vardır ve herhangi bir belirli malzemenin ısı kapasitesi genellikle bir tablodan aranabilir.
Isı Transferi
Isı, bir nesneden diğerine üç temel yolla aktarılabilir. Bunlar:
- İletim
- Konveksiyon
- Radyasyon
İletimde, iki nesne fiziksel temas halindedir ve ısı enerjisi, nesnelerdeki moleküller arasındaki doğrudan çarpışmalarla daha sıcak nesneden daha soğuk nesneye hareket eder.
Konveksiyonda ısı, konveksiyon akımları ile aktarılır. Bu, ocakta su kaynattığınızda olur. Tencerenin altındaki su önce ısınır ve ısındıkça genişler ve yoğunluğu azalır. Daha az yoğun olduğundan, daha soğuk su alçaldıkça ve sonra ısındıkça tavanın üstüne çıkar.
Radyasyonda, ısı enerjisi elektromanyetik radyasyon yoluyla aktarılır. Böylece güneşten enerji elde edersiniz. Bu enerji uzay boşluğunda radyasyon olarak yol alır ve bize ulaştığında Dünya'yı ısıtır.
Faz Değişiklikleri
Malzemelere ısı enerjisi eklendikçe sıcaklıkları artar. denilen belirli noktalarda faz geçişleri, malzeme faz değiştirir. Malzemeler katıdan sıvıya, sıvıdan gaza ve hatta gazdan plazmaya değişebilir.
Bir faz değişiminin meydana geldiği sıcaklıklar, malzemenin kendisine ve basınç koşullarına bağlıdır. Bu, bir faz diyagramı kullanılarak incelenir.
Bir malzemenin fazını değiştirmek için gereken enerji miktarı, o malzemenin gizli ısısına bağlıdır. Bir maddenin gizli ergime ısısı, o maddenin birim kütlesini katıdan sıvıya dönüştürmek için gereken ısı enerjisi miktarıdır. Bir maddenin gizli buharlaşma ısısı, onu sıvıdan gaza dönüştürmek için gereken ısı enerjisi miktarıdır.
Termodinamik
Termal fizik sonunda kinetik teori ve istatistiksel mekanik kullanarak değişen termal sistemleri inceleyen fizik dalı olan termodinamik çalışmasına yol açar.
Termodinamik süreçleri yöneten termodinamiğin üç yasası vardır. Bunlara kısaca termodinamiğin birinci yasası, termodinamiğin ikinci yasası ve termodinamiğin üçüncü yasası denir. Bu yasaları ilk öğrendiğinizde, ideal gaza nasıl uygulanacağını ve ideal gaz yasasını nasıl kullanacağınızı öğreneceksiniz.
Termodinamik, buhar motorlarının, buzdolaplarının, ısı pompalarının ve diğer benzer öğelerin nasıl çalıştığını anlamanıza yardımcı olabilir.