Všechny látky mají vnitřní energii.Tato hodnota je charakterizována řadou fyzikálních a chemických vlastností, mezi nimiž by měla být věnována zvláštní pozornost teplu. Tato hodnota je abstraktní matematická hodnota, která popisuje síly interakce molekul látky. Pochopení mechanismu výměny tepla může pomoci odpovědět na otázku, kolik tepla bylo uvolněno během chlazení a zahřívání látek, stejně jako jejich spalování.
Zpočátku byl popsán jev přenosu teplavelmi jednoduché a srozumitelné: pokud teplota látky stoupne, přijímá teplo a v případě chlazení ji uvolňuje do životního prostředí. Teplo však není nedílnou součástí dotyčné tekutiny nebo těla, jak se předpokládalo před třemi stoletími. Lidé naivně věřili, že hmota se skládá ze dvou částí: vlastních molekul a tepla. V dnešní době si jen málo lidí pamatuje, že termín „teplota“ v latině znamená „směs“ a například hovořili o bronzu jako „teplota cínu a mědi“.
V 17. století se objevily dvě hypotézy, které mohlyBylo by jasné vysvětlit jev přenosu tepla a tepla. První byl navržen v roce 1613 Galileem. Jeho formulace zněla: „Teplo je neobvyklá látka, která může proniknout a opustit jakékoli tělo.“ Galileo nazval tuto látku výhřevnou hodnotou. Tvrdil, že kalorická nemůže zmizet nebo se zhroutit, ale může se pohybovat pouze z jednoho těla na druhé. Čím více je tedy v látce přítomno, tím vyšší je její teplota.
Druhá hypotéza se objevila v roce 1620 anavrhl její filozof Bacon. Všiml si, že při silných úderech kladiva se železo zahřívá. Tento princip také působil během podpalování ohně třením, které vedlo Bacona k přemýšlení o molekulární povaze tepla. Tvrdil, že s mechanickým působením na tělo začnou jeho molekuly bít proti sobě, zvyšovat rychlost pohybu a tím zvyšovat teplotu.
Výsledkem druhé hypotézy byl závěr, žeteplo je výsledkem vzájemného mechanického působení molekul látky. Lomonosov se dlouhou dobu pokusil tuto teorii ospravedlnit a experimentálně to dokázat.
Moderní vědci dospěli k následujícímu závěru:tepelná energie je výsledkem interakce molekul hmoty, tj. vnitřní energie těla. Rychlost částic závisí na teplotě a velikost tepla je přímo úměrná hmotnosti látky. Kbelík vody má více tepelné energie než naplněný šálek. Podšálek s horkou tekutinou však může mít méně tepla než umyvadlo s chladem.
Teorie kalorie, která byla navržena v 17. stoletíGalileo, popřel vědci J. Joule a B. Rumford. Dokázali, že tepelná energie nemá žádnou hmotu a je charakterizována výhradně mechanickým pohybem molekul.
K dnešnímu dni, univerzální a široceJako zdroje energie se používají rašelina, ropa, uhlí, zemní plyn nebo dřevo. Když jsou tyto látky spáleny, uvolní se určité množství tepla, které se používá k zahřívání, spouštěcím mechanismům atd. Jak lze tuto hodnotu vypočítat v praxi?
Za tímto účelem je představena koncepce měrného tepla.spalování. Tato hodnota závisí na množství tepla, které se uvolní při spálení 1 kg určité látky. Je označeno písmenem q a měří se v J / kg. Níže je tabulka q hodnot pro některá z nejběžnějších paliv.
Inženýr v konstrukci a výpočtu motorůmusíte vědět, kolik tepla se uvolní, když se spálí určité množství látky. K tomu můžeme použít nepřímá měření podle vzorce Q = qm, kde Q je spalné teplo látky, q je měrné spalné teplo (tabelová hodnota) a m je daná hmotnost.
Výroba tepla během spalování je založena najev uvolňování energie při tvorbě chemických vazeb. Nejjednodušším příkladem je spalování uhlíku, které je obsaženo v jakémkoli moderním palivu. Uhlík hoří v přítomnosti atmosférického vzduchu a kombinuje se s kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého. Vytváření chemické vazby probíhá uvolňováním tepelné energie do životního prostředí a člověk je přizpůsoben k použití této energie pro své vlastní účely.
Bohužel, bezmyšlenkové utrácení takových cennýchzdroje jako ropa nebo rašelina mohou brzy vést k vyčerpání zdrojů těžby těchto paliv. Již dnes existují elektrické spotřebiče a dokonce i nové modely automobilů, jejichž práce je založena na alternativních zdrojích energie, jako je sluneční světlo, voda nebo energie zemské kůry.
Schopnost výměny tepelné energie v tělenebo z jednoho těla na druhé se nazývá přenos tepla. Tento jev se nevyskytuje spontánně a vyskytuje se pouze při teplotním rozdílu. V nejjednodušším případě je tepelná energie přenášena z teplejšího tělesa na méně zahřívané těleso, dokud není dosaženo rovnováhy.
Těla se nemusí dotýkat, abydošlo k přenosu tepla. V každém případě může nastávat rovnováha při malé vzdálenosti mezi předmětnými objekty, ale při nižší rychlosti, než když jsou v kontaktu.
Přenos tepla lze rozdělit do tří typů:
1. Tepelná vodivost.
2. Konvekce.
3. Radiační výměna.
Tento jev je založen na přenosu tepelné energie.mezi atomy nebo molekulami látky. Příčinou přenosu je náhodný pohyb molekul a jejich neustálá kolize. V důsledku toho teplo přechází z jedné molekuly na druhou podél řetězce.
Fenomén tepelné vodivosti lze pozorovat nakalcinace jakéhokoli železného materiálu, když se červenání na povrchu postupně šíří a postupně mizí (určité množství tepla se uvolňuje do okolí).
J. Fourier odvodil vzorec pro tepelný tok, který shromažďoval všechny hodnoty, které ovlivňují stupeň tepelné vodivosti látky (viz obrázek níže).
V tomto vzorci Q / t je tepelný tok, λ jekoeficient tepelné vodivosti, S je plocha průřezu, T / X je poměr teplotního rozdílu mezi konci tělesa umístěného v určité vzdálenosti.
Tepelná vodivost je tabulková hodnota. To má praktickou hodnotu při zahřívání domu nebo tepelné izolaci zařízení.
Další metoda přenosu tepla, která je založena nafenomén elektromagnetického záření. Jeho rozdíl od konvekce a tepelné vodivosti spočívá v tom, že k přenosu energie může dojít ve vakuu. Stejně jako v prvním případě je však nutný teplotní rozdíl.
Výměna záření je příkladem přenosu teplaenergie Slunce na povrch Země, za kterou je zodpovědná hlavně infračervené záření. K určení toho, kolik tepla dopadá na zemský povrch, byly postaveny četné stanice, které sledují změnu tohoto ukazatele.
Přímý proud vzduchukvůli jevu přenosu tepla. Bez ohledu na to, kolik tepla jsme hlásili kapalině nebo plynu, molekuly látky se začaly pohybovat rychleji. Z tohoto důvodu se tlak celého systému snižuje a naopak se zvyšuje objem. To je důvod pro pohyb teplých proudů vzduchu nebo jiných plynů nahoru.
Nejjednodušší příklad použití tohoto jevukonvekci v každodenním životě lze nazvat vytápění místnosti pomocí baterií. Jsou umístěny ve spodní části místnosti z nějakého důvodu, ale tak, aby ohřátý vzduch měl místo pro vzestup, což vede k cirkulaci toků kolem místnosti.
Vypočítá se teplo vytápění nebo chlazenímatematicky pomocí speciálního zařízení - kalorimetru. Zařízení představuje velká izolovaná nádoba, která je naplněna vodou. Teploměr se spouští do kapaliny pro měření počáteční teploty média. Poté se zahřáté těleso spouští do vody, aby se vypočítala změna teploty kapaliny po ustavení rovnováhy.
Zvýšením nebo snížením t média určetekolik tepla by mělo být použito k zahřátí těla. Kalorimetr je nejjednodušší zařízení, které dokáže detekovat změny teploty.
K výpočtu můžete také použít kalorimetrkolik tepla se uvolňuje při spalování látek. Za tímto účelem se do nádoby naplněné vodou umístí „bomba“. Tato „bomba“ je uzavřená nádoba, ve které je testovaná látka umístěna. Byly mu přivezeny speciální elektrody pro žhářství a komora byla naplněna kyslíkem. Po úplném spálení látky se zaznamená změna teploty vody.
V průběhu takových experimentů bylo zjištěno, žezdroji tepelné energie jsou chemické a jaderné reakce. Jaderné reakce se vyskytují v hlubokých vrstvách Země a tvoří hlavní rezervu tepla celé planety. Jsou také používány lidmi k výrobě energie během fúze.
Příklady chemických reakcí jsou spalování.látky a rozklad polymerů na monomery v trávicím systému člověka. Kvalita a množství chemických vazeb v molekule určuje, kolik tepla se nakonec uvolní.
Jednotka tepla v mezinárodníSystém SI je joule (J). Také v každodenním životě se používají off-systémové jednotky - kalorie. 1 kalorie se rovná 4.1868 J podle mezinárodního standardu a 4.184 J na základě termochemie. Dříve se setkalo s britskou tepelnou jednotkou BTU, kterou vědci zřídka používají. 1 BTU = 1 055 J.
