Kaj je toplota? Kako poteka prenos toplote? Kakšni so učinki na materijo pri prenosu toplote iz enega telesa v drugega? Tukaj je tisto, kar morate vedeti:
Opredelitev prenosa toplote
Prenos toplote je postopek, s katerim se notranja energija iz ene snovi prenaša v drugo snov. Termodinamika je študija prenosa toplote in sprememb, ki izhajajo iz nje. Razumevanje prenosa toplote je ključno za analizo a termodinamični proces, kot so tisti, ki se nahajajo v toplotnih motorjih in toplotnih črpalkah.
Oblike prenosa toplote
V skladu s kinetično teorijo notranja energija snovi nastane pri gibanju posameznih atomov ali molekul. Toplotna energija je oblika energije, ki to energijo prenaša iz enega telesa ali sistema v drugega. Ta prenos toplote lahko poteka na več načinov:
- Izvajanje je, ko toplota teče skozi segreto trdno snov skozi a toplotni tok premikanje skozi material. Ko segrejete element gorilnika peči ali kovinske palice, je mogoče opaziti prevodnost, ki sega od rdeče vroče do bele vroče.
- Konvekcija je, ko segreti delci prenašajo toploto na drugo snov, kot je kuhanje nečesa v vreli vodi.
- Sevanje je, ko se toplota prenaša z elektromagnetnimi valovi, na primer s sonca. Sevanje lahko prenaša toploto skozi prazen prostor, medtem ko druga dva načina za prenos zahtevata določeno obliko stika z vsebino.
Da bi dve snovi vplivali drug na drugega, morata biti v toplotni stik drug z drugim. Če pustite pečico odprto, ko je vklopljena in stojite nekaj metrov pred njo, ste v toplotnem stiku s pečico in lahko čutite toploto, ki jo prenaša na vas (s konvekcijo skozi zrak).
Običajno seveda ne čutite toplote iz pečice, ko ste nekaj metrov stran, in to zato, ker ima pečica toplotna izolacija da zadrži toploto v njej in s tem prepreči toplotni stik z zunanjo stranjo pečice. To seveda ni popolno, tako da, če stojite v bližini, občutite nekaj toplote iz pečice.
Toplotno ravnotežje je, ko dva predmeta, ki sta v toplotnem stiku, ne preneseta več toplote med njimi.
Učinki prenosa toplote
Osnovni učinek prenosa toplote je, da delci ene snovi trčijo v delce druge snovi. Bolj energijska snov bo običajno izgubila notranjo energijo (t.j. "ohladila"), medtem ko bo manj energijska snov pridobila notranjo energijo (to je "segrevanje").
Najbolj blaten učinek tega v našem vsakodnevnem življenju je fazni prehod, kjer se snov spremeni iz ene stanje materije drugemu, takemu kot taljenje ledu od trdne do tekočine, saj absorbira toploto. Voda vsebuje več notranje energije (tj. molekule vode se gibljejo hitreje) kot v ledu.
Poleg tega gre skozi številne snovi skozi katero koli toplotno raztezanje ali termično krčenje ko pridobivajo in izgubljajo notranjo energijo. Voda (in druge tekočine) se ob zamrzovanju pogosto razširijo, kar je odkril vsak, ki je pijačo s pokrovko v zamrzovalnik predolgo odkril.
Kapaciteta toplote
The toplotna zmogljivost predmeta pomaga določiti, kako se temperatura predmeta odziva na absorpcijo ali oddajo toplote. Toplotna zmogljivost je definirana kot sprememba toplote, deljena s spremembo temperature.
Zakoni termodinamike
Prenos toplote vodi nekaj osnovnih načel, ki so postala znana kot zakoni termodinamike, ki opredeljujejo, kako se prenos toplote nanaša na delo, ki ga sistem opravi, in določajo nekatere omejitve glede tega, kaj lahko sistem doseže.
Uredil Anne Marie Helmenstine, dr.