Топлина е ... Колку топлина ќе биде ослободена за време на согорувањето?

Сите супстанции имаат внатрешна енергија. Оваа вредност се карактеризира со голем број физички и хемиски својства, меѓу кои посебно внимание треба да се посвети на топлина. Оваа вредност е апстрактна математичка вредност која ги опишува силите на интеракција на молекулите на материјата. Разбирањето на механизмот за размена на топлина може да помогне да се одговори на прашањето колку е ослободена топлина за време на ладењето и загревањето на супстанциите, како и нивното согорување.

Историја на откривањето на феноменот на топлина

Првично, феноменот на пренос на топлина беше опишан многу едноставно и разбирливо: ако температурата на супстанцијата расте, таа добива топлина, а во случај на ладење ја ослободува во околината. Сепак, топлината не е составен дел на течноста или телото за кое станува збор, како што мислат три века. Луѓе наивно верувале дека супстанцијата се состои од два дела: свои молекули и топлина. Сега многу малку луѓе се сеќаваат дека терминот "температура" на латински значи "смеса", и, на пример, тие зборувале за бронза како "температура на калај и бакар".

Во 17 век се појавија две хипотези кои би можеле да го објаснат феноменот на пренос на топлина и топлина. Првиот предложен во 1613 од Галилео. Неговата формулација звучела вака: "Топлината е необична супстанција која може да навлезе во секое тело и да излезе од него". Галилео ја нарече оваа супстанца топлина. Тој тврди дека топлината не може да исчезне или да биде уништена, туку само да се премести од едно тело во друго. Соодветно на тоа, колку повеќе топлина во супстанцијата, толку е поголема неговата температура.

Втората хипотеза се појавила во 1620 година, и го предложил филозофот Бекон. Тој забележа дека под силни удари на чекан, железото се загревало. Овој принцип, исто така, постапил кога пожарот бил разгорен од триење, што доведе Бекон кон идејата за молекуларната природа на топлина. Тој тврди дека кога механичкото дејство на телото на неговите молекули започнува да се бори едни против други, ја зголемува брзината на движење и со тоа ја зголемува температурата.

Резултатот од втората хипотеза беше заклучокот дека топлината е резултат на механичкото дејство на молекулите на материјата едни со други. Ломоносов се обидуваше да ја докаже оваа теорија во текот на подолг временски период.

Топлината е мерка на внатрешната енергија на супстанцијата

Модерните научници дојдоа до следниов заклучок: топлинската енергија е резултат на интеракцијата на молекулите на материјата, односно внатрешната енергија на телото. Брзината на честичките зависи од температурата, а големината на топлината е директно пропорционална со масата на супстанцијата. Значи, кофата на вода има повеќе топлинска енергија отколку исполнета чаша. Сепак, чинија со топла течност може да има помала топлина од базенот со ладна.

Теоријата на топлина, предложена во 17 век од Галилео, била побиена од научниците Ј. Џуле и Б. Румфорд. Тие докажаа дека топлинската енергија не поседува никаква маса и се карактеризира исклучиво со механичкото движење на молекулите.

Колку топлина ќе се ослободи кога ќе се изгоре супстанцијата? Специфична топлина на согорување

До денес, универзални и широко користени енергетски извори се тресет, нафта, јаглен, природен гас или дрво. Кога ги согорувате овие супстанции, се ослободува одредена количина на топлина, која се користи за греење, механизми за активирање итн. Како оваа вредност може да се пресмета во пракса?

За таа цел, се воведува концептот на специфична топлина на согорување. Оваа вредност зависи од количината на топлина што се ослободува кога ќе се запали 1 кг одредена супстанција. Се означува со буквата q и се мери во J / kg. Подолу е прикажана табела со q вредности за некои од најчестите горива.

Инженерите во изградбата и пресметката на моторите треба да знаат колку ќе се ослободи топлина кога ќе изгорат одредена количина на материи. За ова, индиректните мерења може да се направат со користење на формулата Q = qm, каде што Q е топлината на согорувањето на супстанцијата, q е специфичната топлина на согорување (табеларна вредност), а m е одредената маса.

Формирањето на топлина при согорување се заснова на феноменот на ослободување на енергија за време на формирањето на хемиски врски. Најпростиот пример е согорувањето на јаглерод, кој е содржан во секаков вид на модерно гориво. Јаглеродот гори во присуство на атмосферски воздух и се комбинира со кислород, формирајќи јаглероден диоксид. Формирањето на хемиска врска продолжува со ослободување на топлинска енергија во околината, и оваа енергија е адаптирана да се користи за свои цели.

За жал, непромисленото трошење на вакви вредни ресурси како нафта или тресет, наскоро може да доведе до исцрпување на изворите на екстракција на овие горива. Веќе денес има електрични апарати, па дури и нови модели на автомобили, чија работа е базирана на такви алтернативни извори на енергија како што се сончевата светлина, водата или енергијата на земјената кора.

Пренос на топлина

Способноста за размена на топлинска енергија во телото или од едно тело во друго се нарекува пренос на топлина. Овој феномен не се јавува спонтано и се јавува само со температурна разлика. Во наједноставниот случај, топлинската енергија се пренесува од повеќе загреано тело до помалку загреани додека не се воспостави рамнотежа.

Телата не треба да го допираат феноменот на пренос на топлина. Во секој случај, воспоставувањето на рамнотежа може да се случи и на мала растојание помеѓу предметите за кои станува збор, но со побавна стапка отколку кога се во контакт.

Пренос на топлина може да се подели на три вида:

1. Термичка спроводливост.

2. Конвекција.

3. Размена на зрачење.

Термичка спроводливост

Овој феномен е базиран на трансфер на топлинска енергија помеѓу атомите или молекулите на материјата. Причината за трансферот е хаотичното движење на молекулите и нивниот постојан судир. Поради ова, топлината се пренесува од една молекула во друга долж синџирот.

Внимавајте на феноменот на топлинска спроводливост може да биде на палење на кој било железен материјал, кога црвенилото на површината постепено се шири и постепено се намалува (одредена количина топлина се ослободува во околината).

J. Fourier добил формула за топлински флукс, која ги собрала сите количини кои влијаат на степенот на топлинска спроводливост на супстанцијата (види ја сликата подолу).

Во оваа формула, Q / t е топлински флукс, λ е коефициент на топлинска спроводливост, S е пресечна област, а T / X е односот на температурната разлика помеѓу краевите на телото лоцирани на одредено растојание.

Термичка спроводливост е табеларна вредност. Од практично значење е за изолација на станбена зграда или на топлинска изолација на опремата.

Радијален пренос на топлина

Друг начин на пренос на топлина, кој се базира на феноменот на електромагнетното зрачење. Нејзината разлика од конвекцијата и топлинската спроводливост лежи во фактот дека трансферот на енергија може да се случи во вакуумскиот простор. Сепак, како и во првиот случај, температурна разлика е неопходна.

Радијантната размена е пример за пренос на топлинска енергија на Сонцето на површината на Земјата, за која е задолжено главно инфрацрвено зрачење. За да се утврди колку топлина стигнува до површината на Земјата, биле изградени бројни станици кои ја следат промената на овој индикатор.

Конвекција

Конвекционото движење на протокот на воздух е директно поврзано со феноменот на пренос на топлина. Без оглед на тоа колку топлина ги пријавуваме во течности или гас, молекулите на материјата почнуваат да се движат побрзо. Поради тоа, притисокот на целиот систем се намалува, а волуменот, напротив, се зголемува. Ова е причината за движењето на топол воздух или други гасови нагоре.

Наједноставниот пример за користење на феноменот на конвекција во секојдневниот живот може да се нарече загревање на просторијата со помош на батерии. Тие се наоѓаат на дното од собата со причина, но за загреаниот воздух да се издигне таму каде што води кон проток на проток низ собата.

Како може да се измери количината на топлина?

Топлината на греење или ладење се пресметува математички со помош на посебен инструмент - калориметар. Инсталацијата е претставена со голем термички изолиран сад кој се полни со вода. Термометарот се спушта во течноста за да се измери почетната температура на медиумот. Потоа загреаното тело се спушта во водата за да се пресмета промената на температурата на течноста по воспоставувањето на рамнотежа.

Со зголемување или намалување на т на медиумот, се одредува колку топлина треба да се троши на телото. Калориметар е наједноставниот уред кој може да сними промена на температурата.

Исто така, користејќи калориметар, можете да пресметате колку топлина се ослободува кога супстанциите се изгорени. За ова, "бомба" се става во сад исполнет со вода. Оваа "бомба" е затворен сад во кој се наоѓа супстанцијата за испитување. На него се додаваат специјални електроди за подметнување пожар, а комората е полна со кислород. По целосно согорување на супстанцијата, се забележува промена во температурата на водата.

За време на ваквите експерименти беше утврдено дека изворите на топлинска енергија се хемиски и нуклеарни реакции. Нуклеарните реакции се случуваат во длабоките слоеви на Земјата, формирајќи ја главната резерва на топлина на целата планета. Тие исто така се користат од човекот за да генерираат енергија за време на термонуклеарна фузија.

Примери за хемиски реакции се согорувањето на супстанциите и поделбата на полимери со мономери во човечкиот дигестивен систем. Квалитетот и количеството на хемиски врски во молекулата одредува колку топлина се ослободува на крајот.

Која е мерката на топлина?

Единицата за мерење на топлина во меѓународниот систем SI е joule (J). Исто така, не-системските единици - калории - се користат во секојдневниот живот. 1 калорија е еднаква на 4.1868 J во согласност со меѓународниот стандард и 4.184 J врз основа на термохемијата. Претходно, постоеше британска термичка единица BTU, која ретко се користи од страна на научниците. 1 BTU = 1.055 J.