Kaikilla aineilla on sisäistä energiaa.Arvolle on ominaista useita fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joista lämmölle on kiinnitettävä erityistä huomiota. Tämä arvo on abstrakti matemaattinen arvo, joka kuvaa aineen molekyylien vuorovaikutusvoimia. Lämmönvaihtomekanismin ymmärtäminen voi auttaa vastaamaan kysymykseen siitä, kuinka paljon lämpöä vapautui aineiden jäähdyttämisen ja kuumentamisen sekä niiden palamisen aikana.
Aluksi kuvattiin lämmönsiirron ilmiöhyvin yksinkertainen ja ymmärrettävä: jos aineen lämpötila nousee, se saa lämpöä ja jäähdytettynä vapauttaa sen ympäristöön. Lämpö ei kuitenkaan ole olennainen osa kyseistä nestettä tai kehoa, kuten ajateltiin kolme vuosisataa sitten. Ihmiset uskoivat naiivisti, että aine koostuu kahdesta osasta: sen omista molekyyleistä ja lämmöstä. Nyt harvat ihmiset muistavat, että termi "lämpötila" latinaksi tarkoittaa "seosta", ja esimerkiksi pronssista puhuttiin "tinan ja kuparin lämpötilaksi".
1600-luvulla ilmestyi kaksi hypoteesia, jotka voisivatselittäisi selvästi lämmön ja lämmönsiirron ilmiön. Ensimmäisen ehdotti Galileo vuonna 1613. Sen muotoilu oli seuraava: "Lämpö on epätavallinen aine, joka voi tunkeutua mihin tahansa kehoon." Galileo kutsui tätä ainetta kaloriksi. Hän väitti, että kalorihappo ei voi kadota tai romahtaa, vaan se kykenee vain siirtymään kehosta toiseen. Vastaavasti mitä kaloripitoisempi aine on, sitä korkeampi sen lämpötila on.
Toinen hypoteesi ilmestyi vuonna 1620, jasen ehdotti filosofi Bacon. Hän huomasi, että vasaran voimakkaiden iskujen alla rauta lämpenee. Tämä periaate toimi myös sytyttäessä tulta kitkalla, mikä johti Baconin ajatukseen lämmön molekyyliluonteesta. Hän väitti, että kun mekaanisesti kehoon vaikuttavat, sen molekyylit alkavat lyödä toisiaan vastaan, lisäävät liikkeen nopeutta ja nostavat siten lämpötilaa.
Toinen hypoteesi johti siihen johtopäätökseenlämpö on seurausta aineen molekyylien mekaanisesta vaikutuksesta toisiinsa. Pitkän ajanjakson ajan Lomonosov yritti perustella ja kokeellisesti todistaa tämän teorian.
Nykyaikaiset tutkijat ovat tulleet seuraavaan johtopäätökseen:lämpöenergia on seurausta aineen molekyylien, eli kehon sisäisen energian, vuorovaikutuksesta. Hiukkasten liikkumisnopeus riippuu lämpötilasta, ja lämmön määrä on suoraan verrannollinen aineen massaan. Näin ollen ämpäri vettä on enemmän lämpöenergiaa kuin täytetty kuppi. Kuuma neste kulhossa voi kuitenkin olla vähemmän lämpöä kuin kulhossa kylmää.
1700-luvulla ehdotettu kaloriteoriaTutkijat J.Joule ja B.Rumford. He osoittivat, että lämpöenergialla ei ole mitään massaa, ja sille on ominaista yksinomaan molekyylien mekaaninen liike.
Nykyään yleismaailmallinen ja laajastikäytettävät energialähteet ovat turve, öljy, hiili, maakaasu tai puu. Kun nämä aineet poltetaan, vapautuu tietty määrä lämpöä, jota käytetään lämmitykseen, käynnistysmekanismeihin jne. Kuinka tämä arvo voidaan laskea käytännössä?
Tätä varten otetaan käyttöön erityislämmön käsitepalaminen. Tämä arvo riippuu lämmön määrästä, joka vapautuu palattaessa 1 kg tiettyä ainetta. Se on merkitty kirjaimella q, ja se mitataan yksikköinä J / kg. Alla on taulukko q-arvoista joillekin yleisimmille polttoaineille.
Insinööri moottoreiden rakentamisessa ja laskennassaon tarpeen tietää, kuinka paljon lämpöä vapautuu tietyn määrän aineen palamisen aikana. Tätä varten voit käyttää epäsuoria mittauksia kaavan Q = qm mukaisesti, jossa Q on aineen palamislämpö, q on ominaispoltolämpö (taulukon arvo) ja m on määritelty massa.
Lämmöntuotanto palamisen aikana perustuuenergian vapautumisen ilmiö kemiallisten sidosten muodostumisen aikana. Yksinkertaisin esimerkki on hiilen palaminen, jota esiintyy kaikissa nykyaikaisissa polttoaineissa. Hiili palaa ilmakehän ilman läsnä ollessa ja yhdistyy hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia. Kemiallisen sidoksen muodostuminen etenee lämpöenergian vapautuessa ympäristöön, ja henkilö on sopeutunut käyttämään tätä energiaa omiin tarkoituksiinsa.
Valitettavasti ajattelematon tuhlaaminen niin arvokastaluonnonvarat, kuten öljy tai turve, voivat pian kuluttaa näiden polttoaineiden uuttolähteitä. Jo tänään on olemassa sähkölaitteita ja jopa uusia automalleja, joiden työ perustuu vaihtoehtoisiin energialähteisiin, kuten auringonvaloon, veteen tai maankuoren energiaan.
Kyky vaihtaa lämpöenergiaa kehossatai kehosta toiseen kutsutaan lämmönsiirroksi. Tätä ilmiötä ei tapahdu spontaanisti ja se tapahtuu vain, kun lämpötilaero on olemassa. Yksinkertaisimmassa tapauksessa lämpöenergia siirretään lämpimämmästä kappaleesta vähemmän lämmitettyyn, kunnes tasapaino saavutetaan.
Elinten ei tarvitse olla yhteydessä toisiinsatapahtui lämmönsiirtoilmiö. Joka tapauksessa tasapainon muodostuminen voi tapahtua myös pienellä etäisyydellä tarkasteltavien kohteiden välillä, mutta pienemmällä nopeudella kuin kun ne koskettavat.
Lämmönsiirto voidaan jakaa kolmeen tyyppiin:
1. Lämmönjohtavuus.
2. Konvektio.
3. Säteilevä vaihto.
Tämä ilmiö perustuu lämpöenergian siirtoonaineen atomien tai molekyylien välillä. Siirtymisen syy on molekyylien kaoottinen liike ja niiden jatkuva törmäys. Tästä johtuen lämpö kulkee ketjusta molekyylistä toiseen.
Lämmönjohtavuuden ilmiö voidaan havaitaminkä tahansa rautamateriaalin hehkutus, kun pinnan punoitus leviää tasaisesti ja häviää vähitellen (tietty määrä lämpöä vapautuu ympäristöön).
J. Fourier johti lämpövuo-kaavan, joka keräsi kaikki aineen lämmönjohtavuusasteeseen vaikuttavat määrät (katso alla oleva kuva).
Tässä kaavassa Q / t on lämpövuo, λ -lämmönjohtavuuskerroin, S on poikkileikkauspinta-ala, T / X on lämpötilaeron suhde kehon päiden välillä, jotka sijaitsevat tietyllä etäisyydellä.
Lämmönjohtavuus on taulukon arvo. Sillä on käytännön merkitystä eristettäessä asuinrakennusta tai eristyslaitteita.
Toinen lämmönsiirtomenetelmä, joka perustuusähkömagneettisen säteilyn ilmiö. Sen ero konvektioon ja lämmönjohtamiseen on, että energiansiirto voi tapahtua myös tyhjötilassa. Kuten ensimmäisessä tapauksessa, lämpötilaeron on kuitenkin oltava.
Säteilynvaihto on esimerkki lämmön siirtymisestäaurinkoenergiaa maan pinnalle, joka on pääasiassa vastuussa infrapunasäteilystä. Sen määrittämiseksi, kuinka paljon lämpöä tulee maan pintaan, rakennettiin useita asemia, jotka seuraavat tämän indikaattorin muutosta.
Ilmavirran suora konvektioliittyy lämmönsiirtoilmiöön. Riippumatta siitä, kuinka paljon lämpöä olemme antaneet nesteelle tai kaasulle, aineen molekyylit alkavat liikkua nopeammin. Tämän vuoksi koko järjestelmän paine laskee, kun taas tilavuus päinvastoin kasvaa. Tämä on syy lämpimän ilmavirran tai muiden kaasujen liikkumiseen ylöspäin.
Yksinkertaisin esimerkki ilmiön käytöstäkonvektiota jokapäiväisessä elämässä voidaan kutsua huoneen lämmittämiseksi paristoilla. Ne sijaitsevat huoneen alaosassa syystä, mutta niin, että lämmitetyllä ilmalla on tilaa nousta, mikä johtaa virtausten kiertämiseen koko huoneessa.
Lämmitys- tai jäähdytyslämpö lasketaanmatemaattisesti käyttämällä erityistä laitetta - kalorimetriä. Asennusta edustaa suuri eristetty astia, joka on täytetty vedellä. Lämpömittari lasketaan nesteeseen väliaineen alkulämpötilan mittaamiseksi. Sitten lämmitetty kappale lasketaan veteen nesteen lämpötilan muutoksen laskemiseksi tasapainon saavuttamisen jälkeen.
Lisäämällä tai pienentämällä ympäristön t määritetään sekuinka paljon lämpöä tulisi käyttää kehon lämmittämiseen. Kalorimetri on yksinkertaisin laite, joka voi rekisteröidä lämpötilan muutokset.
Voit myös laskea kalorimetrin avullakuinka paljon lämpöä vapautuu aineiden palamisen aikana. Tätä varten "pommi" asetetaan astiaan, joka on täynnä vettä. Tämä "pommi" on suljettu astia, jossa testiaine sijaitsee. Tähän on kytketty erityiset elektrodit tuhopolttoa varten ja kammio on täytetty hapella. Aineen täydellinen palamisen jälkeen veden lämpötilan muutos kirjataan.
Tällaisten kokeiden aikana havaittiin, ettälämpöenergian lähteet ovat kemiallisia ja ydinreaktioita. Ydinreaktiot tapahtuvat maapallon syvissä kerroksissa muodostaen tärkeimmän lämmöntuotannon koko planeetalle. Ihmiset käyttävät niitä myös energian saamiseksi lämpöydinfuusion aikana.
Esimerkkejä kemiallisista reaktioista ovat palaminenja polymeerien hajoaminen monomeereiksi ihmisen ruoansulatuskanavassa. Kemiallisten sidosten laatu ja määrä molekyylissä määrää, kuinka paljon lämpöä lopulta vapautuu.
Lämmön mittayksikkö kansainvälisestiSI-järjestelmä on joule (J). Myös jokapäiväisessä elämässä käytetään ei-systeemisiä yksiköitä - kaloreita. 1 kalori on 4,1868 J kansainvälisen standardin mukaan ja 4,184 J lämpökemian perusteella. Aiemmin siellä oli brittiläinen lämpöyksikkö BTU, jota tutkijat käyttävät jo harvoin. 1 BTU = 1,055 J.
