Capitolul 14: 1-4

  • Acasă
  • Informații despre curs
    • Proceduri
    • Texte obligatorii
    • Lucrări de laborator/Exerciții
    • Întrebări frecvente
    • Examene standard
  • Ajutorul studentului
    • Acest site
    • Ghid pentru părinți
    • Ghidul Studentului

  • Programă
    • Programare chat
  • Acasă
  • Informații despre curs
    • Proceduri
    • Texte obligatorii
    • Experimente
    • Întrebări frecvente
    • Examene standard
  • Ajutorul studentului
    • Acest site
    • Ghid pentru părinți
    • Ghidul Studentului
  • Programă
    • Programare chat

Introducere

Dans l'hypothèse se que nous examinons, la chaleur est la force vive qui result des mouvements insensibles des molecular d'un corps; ea este suma produselor din masa fiecărei molecule de către roata roții.

energie

În ipoteza pe care o examinăm, căldura este vis viva care rezultă din mișcarea neobservabilă a moleculelor unui corp; este suma produselor din masa fiecărei molecule înmulțită cu pătratul vitezei sale.

- Laplace și Lavoisier, Joint Memoire on Heat, 1780

Contur

Transfer de căldură

Energia poate fi transferată dintr-o bucată discretă de materie în alta. Am văzut deja cum se întâmplă acest lucru atunci când câteva particule se ciocnesc și energia cinetică și impulsul particulelor se schimbă.

Căldura este un mod de a urmări mișcarea generală a energiei atunci când sunt implicate o mulțime de particule. Deoarece nu mai observăm particule individuale, trebuie să folosim metode statistice, care descriu tendințele pentru comportamentul general al grupului de molecule sub-studiu, dar care nu pot descrie cu exactitate mișcarea particulelor individuale. Această tehnică puternică are câteva consecințe interesante, așa cum vom vedea în capitolul următor.

Definiții ale termenilor

Trebuie să fim foarte clari cu privire la definițiile noastre ale termenilor căldură, energie și temperatură.

Căldură este o cantitate de energie care curge de la o substanță la alta. Este rezultatul energiei eliberate în timpul coliziunilor dintre particule. Unitatea de căldură este caloria, care este de obicei definită ca cantitatea de căldură necesară pentru a crește 1 gram de apă pură 1 grad Centigrad (de la 14,5 C la 15,5 C) la 1 atmosferă de presiune.

O altă unitate de căldură care este adesea utilizată este British Thermal Unit sau BTU. Aceasta este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui kilogram de apă cu 1 grad Fahrenheit, de la 63 ° F la 64 ° F. Un BTU este de aproximativ 250 de calorii, sau 1/4 dintr-o kilocalorie. Când un dispozitiv de încălzire (cum ar fi un arzător de butan) este evaluat la 3000 BTU, numărul este într-adevăr o rată - 3000 BTUs de ieșire pe oră.

Energie am definit deja în două feluri energia cinetică și energia potențială. Deoarece energia termică se bazează pe energia de coliziune, aceasta este direct legată de energia cinetică și poate fi convertită în această formă de energie mecanică. O calorie de energie termică poate ajunge până la 4.186 Jouli de lucru mecanic (așa cum este determinat de James Joule).

Temperatura este o măsurare a energiei cinetice medii a particulelor (atomi și/sau molecule) dintr-o substanță. Pentru a determina această energie, trebuie să luăm în considerare toate tipurile de energie cinetică. O moleculă de gaz, de exemplu, poate avea mișcare de translație, deplasându-se dintr-o parte în alta a unui container; poate avea și mișcare de rotație pe măsură ce rotește cap la cap și poate avea și mișcare de vibrație. Moleculele din solide nu au în general mișcare de translație sau de rotație, dar posedă mișcare de vibrație, astfel încât chiar și solidele generează o anumită căldură.

Putem echivala energia internă a unui gaz cu energia termică a acestuia adăugând energia cinetică medie a tuturor particulelor. Vă amintiți că expresia energiei cinetice a unei singure particule este de 1/2 m * v 2. Avem nevoie v, viteza medie a tuturor particulelor: v ¯ = ∑ 1 n v 1 + v 2 + v 3. + v n n Acest lucru ne permite să determinăm energia cinetică totală prin înmulțirea KE medie cu numărul de particule din gaz:

U = N * (½ m * v 2)

Dar pentru un gaz ideal, U = nkT = 3 2 nRT (în funcție de măsurarea particulelor din molecule sau moli).

Exemplu: care este viteza medie a unui atom de heliu într-un balon de helum la temperatura camerei? Să presupunem că masa unui atom de heliu este de 6,65 * 10 -27 kg.

Căldura specifică

Cantitatea de căldură pe care un obiect trebuie să o absoarbă sau să o piardă pentru a schimba temperatura depinde de compoziția obiectului. Așa cum obiectele rezistă schimbării de direcție și viteză (prima lege a lui Newton) și putem măsura această rezistență în funcție de masă și viteză, tot așa obiecte rezistă schimbărilor de temperatură. O schimbare de temperatură de 1 grad Centigrad necesită o cantitate diferită de căldură pentru 1 gram de apă, 1 gram de cupru și 1 gram de lemn. Capacitatea unui obiect de a absorbi și emite căldură se numește a sa căldura specifică. Este legată de schimbarea căldurii, masa obiectului și schimbarea temperaturii prin formulă

Deoarece m = masa în kg și T este temperatura în grade C, căldura specifică c trebuie să aibă unități care fac ca Q să iasă în calorii sau Jouli. În graficul de mai jos, c este în J/kg * C:

Aluminiu 900 J/kg * C
Conduce 130
Lemn 1700

Exersați cu conceptele

Puncte de discuție

  • O oală cu apă clocotește pe o sobă cu gaz și apoi creșteți căldura. Ce se întâmplă?
  • Ce se întâmplă cu munca făcută pe un borcan cu suc de portocale când este agitat viguros?