Alle stowwe het interne energie. Hierdie waarde word gekenmerk deur 'n aantal fisiese en chemiese eienskappe, waaronder spesiale aandag aan hitte gegee moet word. Hierdie hoeveelheid is 'n abstrakte wiskundige waarde wat die kragte van interaksie tussen die molekules van 'n stof beskryf. Om die meganisme van hitte-uitruiling te verstaan, kan help om die vraag te beantwoord oor hoeveel hitte vrygestel is tydens afkoeling en verhitting van stowwe, sowel as hul verbranding.
Geskiedenis van die ontdekking van die verskynsel van hitte
Aanvanklik is die verskynsel van hitte-oordrag baie eenvoudig en duidelik beskryf: as die temperatuur van 'n stof styg, ontvang dit hitte, en in die geval van verkoeling stel dit dit in die omgewing vry. Hitte is egter nie 'n integrale deel van die vloeistof of liggaam wat oorweeg word nie, soos drie eeue gelede gedink is. Mense het naïef geglo dat materie uit twee dele bestaan: sy eie molekules en hitte. Nou onthou min mense dat die term "temperatuur" in Latyn "mengsel" beteken, en hulle het byvoorbeeld gepraat van brons as "die temperatuur van tin en koper."
In die 17de eeu het twee hipoteses verskyn datkan die verskynsel van hitte en hitte-oordrag duidelik verduidelik. Die eerste is in 1613 deur Galileo voorgestel. Sy bewoording was: "Hitte is 'n ongewone stof wat in en uit enige liggaam kan dring." Galileo het hierdie stof kalorieë genoem. Hy het aangevoer dat kalorie nie kan verdwyn of ineenstort nie, maar slegs in staat is om van een liggaam na 'n ander oor te gaan. Gevolglik, hoe meer kalorie in die stof is, hoe hoër is die temperatuur daarvan.
Die tweede hipotese het in 1620 verskyn en is deur die filosoof Bacon voorgestel. Hy het opgemerk dat die yster onder die sterk houe van die hamer warm geword het. Hierdie beginsel het ook gegeld wanneer 'n vuur deur wrywing aangesteek is, wat Bacon laat dink het oor die molekulêre aard van hitte. Hy het aangevoer dat wanneer 'n liggaam meganies aangetas word, sy molekules teen mekaar begin klop, die spoed van beweging verhoog en sodoende die temperatuur verhoog.
Die resultaat van die tweede hipotese was die gevolgtrekking dat hitte die gevolg is van die meganiese werking van die molekules van 'n stof met mekaar. Lomonosov het vir 'n lang tydperk probeer om hierdie teorie te staaf en eksperimenteel te bewys.
Hitte is 'n maatstaf van die interne energie van materie
Moderne wetenskaplikes het tot die volgende gevolgtrekking gekom: termiese energie is die resultaat van die interaksie van stofmolekules, dit wil sê die interne energie van die liggaam. Die spoed van beweging van deeltjies hang af van temperatuur, en die hoeveelheid hitte is direk eweredig aan die massa van die stof. Dus, 'n emmer water het meer termiese energie as 'n gevulde beker. Maar 'n piering warm vloeistofhet dalk minder warmte as 'n koue wasbak.
Die teorie van kalorie, wat in die 17de eeu deur Galileo voorgestel is, is deur wetenskaplikes J. Joule en B. Rumford weerlê. Hulle het bewys dat termiese energie geen massa het nie en uitsluitlik deur die meganiese beweging van molekules gekenmerk word.
Hoeveel hitte sal vrygestel word tydens die verbranding van 'n stof? Spesifieke kaloriewaarde
Vandag is turf, olie, steenkool, aardgas of hout universele en wyd gebruikte energiebronne. Wanneer hierdie stowwe verbrand word, word 'n sekere hoeveelheid hitte vrygestel, wat gebruik word vir verhitting, aansitmeganismes, ens. Hoe kan hierdie waarde in die praktyk bereken word?
Hiervoor word die konsep van spesifieke hitte van verbranding bekendgestel. Hierdie waarde hang af van die hoeveelheid hitte wat vrygestel word tydens die verbranding van 1 kg van 'n sekere stof. Dit word aangedui met die letter q en word gemeet in J / kg. Hieronder is 'n tabel van q-waardes vir sommige van die mees algemene brandstowwe.
Wanneer 'n ingenieur enjins bou en bereken, moet 'n ingenieur weet hoeveel hitte vrygestel sal word wanneer 'n sekere hoeveelheid stof verbrand word. Om dit te doen, kan jy indirekte metings gebruik deur die formule Q=qm te gebruik, waar Q die verbrandingswarmte van die stof is, q die spesifieke verbrandingshitte (tabelwaarde) is, en m die gegewe massa is.
Die vorming van hitte tydens verbranding is gebaseer op die verskynsel van energievrystelling tydens die vorming van chemiese bindings. Die eenvoudigste voorbeeld is die verbranding van koolstof, wat vervat isin enige tipe moderne brandstof. Koolstof brand in die teenwoordigheid van atmosferiese lug en kombineer met suurstof om koolstofdioksied te vorm. Die vorming van 'n chemiese binding gaan voort met die vrystelling van termiese energie in die omgewing, en die mens het aangepas om hierdie energie vir sy eie doeleindes te gebruik.
Ongelukkig kan die onnadenkende besteding van sulke waardevolle hulpbronne soos olie of turf binnekort lei tot die uitputting van bronne vir die vervaardiging van hierdie brandstof. Reeds vandag verskyn elektriese toestelle en selfs nuwe modelle van motors, waarvan die werking gebaseer is op alternatiewe energiebronne soos sonlig, water of die energie van die aardkors.
Hitteoordrag
Die vermoë om termiese energie binne 'n liggaam of van een liggaam na 'n ander uit te ruil, word hitte-oordrag genoem. Hierdie verskynsel kom nie spontaan voor nie en vind slegs met 'n temperatuurverskil plaas. In die eenvoudigste geval word termiese energie van 'n warmer liggaam na 'n minder verhitte liggaam oorgedra totdat ekwilibrium gevestig is.
Liggame hoef nie in kontak te wees vir die verskynsel van hitte-oordrag om te voorkom nie. Die vestiging van ewewig kan in elk geval ook plaasvind op 'n klein afstand tussen die voorwerpe wat oorweeg word, maar teen 'n stadiger spoed as wanneer hulle in aanraking kom.
Hitte-oordrag kan in drie tipes verdeel word:
1. Termiese geleidingsvermoë.
2. Konveksie.
3. Stralende ruil.
Termiese geleiding
Hierdie verskynsel is gebaseer op die oordrag van termiese energie tussen atome of materiemolekules. Oorsaaktransmissie - die chaotiese beweging van molekules en hul konstante botsing. As gevolg hiervan gaan hitte van een molekule na 'n ander langs die ketting.
Die verskynsel van termiese geleidingsvermoë kan waargeneem word wanneer enige ystermateriaal gekalsineer word, wanneer die rooiheid op die oppervlak glad versprei en geleidelik vervaag ('n sekere hoeveelheid hitte word in die omgewing vrygestel).
F. Fourier het 'n formule vir hittevloei afgelei, wat al die hoeveelhede versamel het wat die mate van termiese geleidingsvermoë van 'n stof beïnvloed (sien figuur hieronder).
In hierdie formule is Q/t die hittevloed, λ is die termiese geleidingskoëffisiënt, S is die deursnee-area, T/X is die verhouding van die temperatuurverskil tussen die punte van die liggaam geleë by 'n sekere afstand.
Termiese geleidingsvermoë is 'n tabelwaarde. Dit is van praktiese belang wanneer 'n residensiële gebou of termiese isolasie van toerusting isoleer.
Stralende hitte-oordrag
Nog 'n manier van hitte-oordrag, wat gebaseer is op die verskynsel van elektromagnetiese straling. Die verskil daarvan met konveksie en hittegeleiding lê daarin dat energie-oordrag ook in vakuumruimte kan plaasvind. Soos in die eerste geval word 'n temperatuurverskil egter vereis.
Stralingsuitruiling is 'n voorbeeld van die oordrag van termiese energie vanaf die Son na die Aarde se oppervlak, wat hoofsaaklik verantwoordelik is vir infrarooi straling. Om te bepaal hoeveel hitte die aarde se oppervlak bereik, is talle stasies gebou, watmonitor die verandering in hierdie aanwyser.
Konveksie
Konvektiewe beweging van lugvloei hou direk verband met die verskynsel van hitte-oordrag. Ongeag hoeveel hitte ons aan 'n vloeistof of gas oorgedra het, begin die molekules van die stof vinniger beweeg. As gevolg hiervan neem die druk van die hele stelsel af, en die volume, inteendeel, neem toe. Dit is die rede vir die beweging van warm lugstrome of ander gasse opwaarts.
Die eenvoudigste voorbeeld van die gebruik van die verskynsel van konveksie in die alledaagse lewe kan genoem word om 'n kamer met batterye te verhit. Hulle is geleë aan die onderkant van die kamer vir 'n rede, maar sodat die verhitte lug ruimte het om op te styg, wat lei tot die sirkulasie van vloei rondom die kamer.
Hoe kan hitte gemeet word?
Die hitte van verhitting of verkoeling word wiskundig bereken met behulp van 'n spesiale toestel - 'n kalorimeter. Die installasie word voorgestel deur 'n groot hitte-geïsoleerde houer gevul met water.’n Termometer word in die vloeistof laat sak om die aanvanklike temperatuur van die medium te meet. Dan word 'n verhitte liggaam in die water laat sak om die verandering in temperatuur van die vloeistof te bereken nadat ekwilibrium gevestig is.
Deur t te verhoog of te verminder, bepaal die omgewing hoeveel hitte om die liggaam te verhit moet spandeer word. Die kalorimeter is die eenvoudigste toestel wat temperatuurveranderinge kan registreer.
Jy kan ook, met behulp van 'n kalorimeter, bereken hoeveel hitte tydens verbranding vrygestel sal wordstowwe. Om dit te doen, word 'n "bom" in 'n houer gevul met water geplaas. Hierdie "bom" is 'n geslote houer waarin die toetsstof geleë is. Spesiale elektrodes vir brandstigting is daaraan gekoppel, en die kamer is gevul met suurstof. Na die volledige verbranding van die stof word 'n verandering in die temperatuur van die water aangeteken.
In die loop van sulke eksperimente is vasgestel dat die bronne van termiese energie chemiese en kernreaksies is. Kernreaksies vind in die diep lae van die Aarde plaas, wat die hoofreserwe van hitte vir die hele planeet vorm. Hulle word ook deur mense gebruik om energie op te wek deur kernfusie.
Voorbeelde van chemiese reaksies is die verbranding van stowwe en die afbreek van polimere in monomere in die menslike spysverteringstelsel. Die kwaliteit en hoeveelheid chemiese bindings in 'n molekule bepaal hoeveel hitte uiteindelik vrygestel word.
Hoe word hitte gemeet?
Die eenheid van hitte in die internasionale SI-stelsel is die joule (J). Ook in die alledaagse lewe word buite-stelsel eenhede gebruik - kalorieë. 1 kalorie is gelyk aan 4,1868 J volgens die internasionale standaard en 4,184 J gebaseer op termochemie. Voorheen was daar 'n btu btu, wat selde deur wetenskaplikes gebruik word. 1 BTU=1,055 J.
