Am avut un profesor de știință excelent pentru clasa a IX-a „Știința integrată”. Numele ei este Kathy și lucrul care mi-a rămas cel mai mult din clasa ei (în afară de Photosynthesis Song) este unitatea noastră pe căldură.

Transferul de căldură este șocant de simplu; există câteva ecuații și constante care guvernează schimbul de energie termică. Este incredibil de util să ai o bună înțelegere a transferului de căldură în viața ta de zi cu zi. Iată câțiva termeni cheie:

Spuneți că doriți să știți câtă energie necesită congelatorului pentru a face un cub de gheață. Q, cantitatea de energie, este necunoscutul nostru. Presupunem că masa apei noastre este de 100 ml, iar temperatura sa actuală este de 23 ° C (dorim să o reducem la 0). Deoarece capacitatea de căldură specifică a apei este de 1 calorie pe gram, acest lucru face ca matematica să fie cu adevărat ușoară. Q = (100gr) X (1cal/gr) (23 °) = 230cal.

Am observat că mulți oameni au probleme în a înțelege faptul că apa lichidă nu poate (niciodată, în condiții atmosferice standard) să devină mai fierbinte decât punctul de fierbere de 100 ° C. Să presupunem că aveți o oală cu apă care fierbe pe aragaz la 100 ° C. Dacă porniți căldura până la capăt, apa nu se va încălzi, pur și simplu se va evapora mai repede.

Un exemplu din viața reală: Unii prieteni de-ai mei locuiesc într-un apartament cu calorifere de modă veche pentru căldură. Ei erau îngrijorați de faptul că hârtia sau alte obiecte inflamabile plasate lângă radiator ar putea arde din cauza căldurii sale - aceasta pare a fi o măsură de siguranță sensibilă la incendiu. Dar, deoarece radiatoarele folosesc apă încălzită și/sau abur pentru a distribui căldura, nu se poate încălzi niciodată suficient pentru a provoca un incendiu. Nu ezitați să vă păstrați cărțile pe calorifer, dar nu încercați acest lucru cu nicio altă formă de dispozitiv de încălzire! Contraintuitiv, radiatoarele nu folosesc radiații pentru a transfera căldura. În schimb, căldura este transferată de la apa fierbinte la conductele metalice prin conductă care la rândul său încălzește aerul prin convecție.

Imaginați-vă că aveți un recipient plin cu abur fierbinte și un termometru. Puneți recipientul în congelator și verificați temperatura în fiecare minut sau cam așa ceva. Dacă ar fi să trasezi timpul și temperatura pe un grafic, ai primi ceva de genul acesta:

proiectelor

Când linia este plană, sistemul suferă o schimbare de fază. În timp ce schimbarea fazei este în desfășurare, temperatura nu se schimbă deoarece toată energia este utilizată în schimbarea fazei. Odată ce schimbarea fazei este completă, temperatura va continua să se schimbe până la următoarea fază. Sistemul ajunge la echilibru atunci când materialele din interiorul containerului sunt la aceeași temperatură cu mediul din afara containerului.

Te-ai întrebat vreodată cum măsoară oamenii de știință cantitatea de calorii din alimentele tale? Amintiți-vă că procesul prin care corpul vostru transformă alimentele în energie nu este atât de diferit de modul în care un foc transformă combustibilul în căldură. Oamenii de știință plasează un eșantion de alimente, de exemplu 100 de grame de unt, într-o mașină numită calorimetru bombă. În condiții ideale, cu conținut ridicat de oxigen, proba a ars rapid. Încălzește o masă de apă cunoscută și se măsoară schimbarea temperaturii. Rezolvați doar pentru Q și aveți informațiile nutriționale! Desigur, odată ce cunoașteți energia termică conținută în masele cunoscute de ingrediente obișnuite, cum ar fi uleiul sau făina, le puteți adăuga împreună pentru a găsi câte calorii sunt în cipul de tortilla. Probabil mai ușor decât să dai foc.

Înțelegerea legilor fizice de bază care guvernează schimbul de energie este importantă în viața de zi cu zi. Dacă înțelegeți transferul de căldură și schimbările de fază, puteți înțelege mai bine consumul de energie din sarcini precum gătitul sau prepararea cafelei. Amintiți-vă că caloriile sau juliile (unități de energie) pot fi convertite în wați pe secundă/minut/oră (unități de lucru). Îmi imaginez că va deveni din ce în ce mai important pe măsură ce topirea gheții (o schimbare de fază dacă a existat vreodată) continuă să afecteze habitabilitatea planetei noastre. Luați ceva timp pentru a vă gândi la știința claselor a IX-a!

În cazul în care acest perete de text a fost prea mult pentru dvs., iată câteva videoclipuri pentru a vă ajuta să înțelegeți.

Inimitabilul Bill Nye (episodul de 30 de minute):

Lecție de chimie: căldură și capacitate specifică de căldură (nu chiar atât de distractiv, dar simplu și informativ). Prezentare de 12 minute.

Doc Physics- Căldură latentă de fuziune și vaporizare (9min)