In fisika word die konsep van "hitte" geassosieer met die oordrag van termiese energie tussen verskillende liggame. As gevolg van hierdie prosesse vind verhitting en afkoeling van liggame plaas, sowel as 'n verandering in hul toestande van aggregasie. Kom ons kyk in meer besonderhede na die vraag wat hitte is.
Konsepkonsep
Wat is hitte? Elke persoon kan hierdie vraag vanuit 'n alledaagse oogpunt beantwoord, wat onder die konsep onder oorweging beteken die sensasies wat hy het wanneer die omgewingstemperatuur styg. In fisika word hierdie verskynsel verstaan as die proses van energie-oordrag wat verband hou met 'n verandering in die intensiteit van die chaotiese beweging van molekules en atome wat die liggaam vorm.
Oor die algemeen kan ons sê hoe hoër die liggaamstemperatuur, hoe meer interne energie word daarin gestoor, en hoe meer hitte kan dit aan ander voorwerpe gee.
Hitte en temperatuur
Om die antwoord te ken op die vraag wat hitte is, mag baie dink dat hierdie konsep soortgelyk is aan die konsep van "temperatuur", maar dit is nie. Hitte is kinetiese energie, temperatuur is 'n maatstaf hiervanenergie. Dus, die proses van hitte-oordrag hang af van die massa van die stof, die aantal deeltjies waaruit dit bestaan, sowel as die tipe van hierdie deeltjies en die gemiddelde spoed van hul beweging. Op sy beurt hang die temperatuur net af van die laaste van die gelyste parameters.
Die verskil tussen hitte en temperatuur is maklik om te verstaan as jy 'n eenvoudige eksperiment uitvoer: jy moet water in twee bakkies gooi sodat een houer vol is en die ander net halfvol. As jy albei houers op die vuur sit, kan jy sien dat die een waarin daar minder water is, eerste begin kook. Om die tweede houer te laat kook, sal dit nog hitte van die vuur nodig hê. Wanneer albei houertjies kook, kan jy hul temperatuur meet, dit sal dieselfde wees (100 oC), maar meer hitte was nodig vir 'n vol houer om water daarin te kook.
Verhittingseenhede
Volgens die definisie van hitte in fisika, kan 'n mens raai dat dit in dieselfde eenhede as energie of werk gemeet word, dit wil sê in joules (J). Benewens die hoofeenheid van hitte, kan jy in die alledaagse lewe dikwels van kalorieë (kcal) hoor. Hierdie konsep word verstaan as die hoeveelheid hitte wat na een gram water oorgedra moet word sodat die temperatuur daarvan met 1 kelvin (K) styg. Een kalorie is gelyk aan 4,184 J. Jy kan ook hoor van groot en klein kalorieë, wat onderskeidelik 1 kcal en 1 cal is.
Die konsep van hittekapasiteit
Om te weet wat hitte is, kom ons kyk na 'n fisiese hoeveelheid wat dit direk kenmerk - hittekapasiteit. Onder hierdie konsep,fisika beteken die hoeveelheid hitte wat aan 'n liggaam gegee of geneem moet word sodat sy temperatuur met 1 kelvin (K) kan verander.
Die hittekapasiteit van 'n spesifieke liggaam hang af van 2 hooffaktore:
- oor die chemiese samestelling en toestand van aggregasie waarin die liggaam aangebied word;
- van sy mis.
Om hierdie eienskap onafhanklik van die massa van 'n voorwerp te maak, is 'n ander hoeveelheid in die fisika van hitte ingebring - die spesifieke hittekapasiteit, wat die hoeveelheid hitte bepaal wat deur 'n gegewe liggaam oorgedra of ingeneem word per 1 kg van sy massa wanneer die temperatuur met 1 K verander.
Om die verskil in spesifieke hittekapasiteite vir verskillende stowwe duidelik te wys, neem byvoorbeeld 1 g water, 1 g yster en 1 g sonneblomolie en verhit dit. Die temperatuur sal die vinnigste verander vir die ystermonster, dan vir die oliedruppel, en hou vir die water.
Let daarop dat die spesifieke hittekapasiteit nie net afhang van die chemiese samestelling van die stof nie, maar ook van die toestand van aggregasie daarvan, sowel as van die eksterne fisiese toestande waaronder dit oorweeg word (konstante druk of konstante volume).
Die hoofvergelyking van die hitte-oordragproses
Nadat jy die vraag oor wat hitte is behandel, moet jy die belangrikste wiskundige uitdrukking gee wat die proses van die oordrag daarvan kenmerk vir absoluut enige liggame in enige toestand van aggregasie. Hierdie uitdrukking het die vorm: Q=cmΔT, waar Q die hoeveelheid oorgedra (ontvang) hitte is, c die spesifieke hitte van die betrokke voorwerp is, m -sy massa, ΔT is die verandering in absolute temperatuur, wat gedefinieer word as die verskil in liggaamstemperature aan die einde en aan die begin van die hitte-oordragproses.
Dit is belangrik om te verstaan dat die bogenoemde formule altyd geldig sal wees wanneer, tydens die proses wat oorweeg word, die voorwerp sy toestand van aggregasie behou, dit wil sê dit bly 'n vloeistof, vaste stof of gas. Andersins kan die vergelyking nie gebruik word nie.
Verandering in die toestand van samevoeging van materie
Soos jy weet, is daar 3 hoof-aggregaattoestande waarin materie kan wees:
- gas;
- vloeistof;
- solid body.
Om 'n oorgang van een toestand na 'n ander te laat plaasvind, is dit nodig dat die liggaam dit inlig of hitte daarvan wegneem. Vir sulke prosesse in fisika is die konsepte van spesifieke hitte van smelt (kristallisasie) en kook (kondensasie) bekendgestel. Al hierdie hoeveelhede bepaal die hoeveelheid hitte wat nodig is om die toestand van aggregasie te verander, wat 1 kg liggaamsgewig vrystel of absorbeer. Vir hierdie prosesse is die vergelyking geldig: Q=Lm, waar L die spesifieke hitte van die ooreenstemmende oorgang tussen die toestande van materie is.
Hieronder is die hoofkenmerke van die prosesse om die toestand van aggregasie te verander:
- Hierdie prosesse vind plaas by 'n konstante temperatuur, soos kook of smelt.
- Hulle is omkeerbaar. Byvoorbeeld, die hoeveelheid hitte wat 'n gegewe liggaam geabsorbeer het om te smelt, sal presies gelyk wees aan die hoeveelheid hitte wat in die omgewing vrygestel sal word as hierdie liggaam weer verbygaantot 'n vaste toestand.
Termiese ewewig
Dit is nog 'n belangrike kwessie wat verband hou met die konsep van "warmte" wat oorweeg moet word. As twee liggame met verskillende temperature in aanraking gebring word, sal die temperatuur in die hele stelsel na 'n rukkie gelyk word en dieselfde word. Om termiese ewewig te bereik, moet 'n liggaam met 'n hoër temperatuur hitte aan die sisteem afgee, en 'n liggaam met 'n laer temperatuur moet hierdie hitte aanvaar. Die wette van hittefisika wat hierdie proses beskryf, kan uitgedruk word as 'n kombinasie van die hoof hitte-oordragvergelyking en die vergelyking wat die verandering in die totale toestand van materie (indien enige) bepaal.
'n Treffende voorbeeld van die proses van spontane vestiging van termiese ewewig is 'n rooiwarm ysterstaaf wat in die water gegooi word. In hierdie geval sal die warm yster hitte aan die water afgee totdat sy temperatuur gelyk is aan die temperatuur van die vloeistof.
Basiese metodes van hitte-oordrag
Alle prosesse wat aan die mens bekend is wat gepaard gaan met die uitruil van termiese energie vind op drie verskillende maniere plaas:
- Termiese geleidingsvermoë. Om hitte-uitruiling op hierdie manier te laat plaasvind, is kontak tussen twee liggame met verskillende temperature nodig. In die kontaksone op die plaaslike molekulêre vlak word kinetiese energie van 'n warm liggaam na 'n koue een oorgedra. Die tempo van hierdie hitte-oordrag hang af van die vermoë van die betrokke liggame om hitte te gelei. 'n Treffende voorbeeld van termiese geleidingsvermoë ismens raak aan 'n metaalstaaf.
- Konveksie. Hierdie proses vereis die beweging van materie, dus word dit slegs in vloeistowwe en gasse waargeneem. Die kern van konveksie is soos volg: wanneer gas- of vloeistoflae verhit word, neem hul digtheid af, sodat hulle geneig is om op te styg. Tydens hul styging in die volume vloeistof of gas dra hulle hitte oor. 'n Voorbeeld van konveksie is die proses van kookwater in 'n ketel.
- Bestraling. Hierdie proses van hitte-oordrag vind plaas as gevolg van die uitstraling van elektromagnetiese straling van verskillende frekwensies deur 'n verhitte liggaam. Sonlig is 'n uitstekende voorbeeld van bestraling.
