Температура, тепло и давление.

Давление, температура и тепло — это количества, используемые в повседневной жизни, особенно в метеорологии. Однако их физическое определение сложнее, чем кажется. Это результат долгой эволюции.

Энергия Вселенной.

Энергия Вселенной.

Вселенная состоит из материи. Мы состоим из материи. Это вещество состоит из атомов, молекул и энергии.

Эта энергия ответственна за движение молекул, которые двигаются, или натыкаются друг на друга, или вибрируют взад-вперёд. Это движение атомов и молекул создало энергию, которая называется тепловой. Она присутствует в каждой материи.

Даже крутое тело в космосе имеет некоторое количество тепла из-за этого движения.

Температура на самом деле является средней мерой тепла или тепловой энергии. Поскольку это среднее измерение, оно не зависит от частиц или атома. Кружка с кипящей водой и ведро с кипящей водой имеют такую же температуру.

Понятие «Тепловая энергия» или «тепло».

Тепло — это форма энергии, которая помогает производить работу. Тепловая энергия бывает трёх видов: излучение, проводимость и конвекция.

Тепло — это в основном транзитная клиника. Энергия в пути означает, что если вы берете какую-либо систему (на которой сосредоточено исследование), то наблюдаете энергию (только из-за разницы температур), которая пересекает границу системы, является энергией в пути, и эта энергия в пути называется теплом.

Тепло — это энергия в форме кинетической энергии молекул жидкостей, таких как воздух и вода. Она также находится в металлических электрических нагревателях и в электромагнитных излучениях горящего угля, дерева или нефти. Она исходит от солнечной термоядерной активности и от топлива, как уран.

Тепло — это форма энергии, которая может передаваться из одной системы в другую в результате разницы температуры. Тепло — причина, а температура — следствие.

Подобно тому, как разность потенциалов или разность напряжений управляет электрическим током, разность давлений управляет потоком жидкости, разность температур или градиент температуры управляют тепловым потоком.

Однако термин «тепло» и связанные с ним фразы, такие как тепловой поток, добавление тепла, отвод тепла, потеря тепла, накопление тепла, скрытое тепло, тепло тела, источник тепла, теплоотвод, широко используются сегодня. Попытка заменить тепло в этих фразах имеет лишь ограниченный успех.

Для обычных людей, а также для учёных и инженеров эти слова стали настолько распространёнными, что это не создаёт большой путаницы. Например, под тепловым потоком понимается передача тепловой энергии за счёт разности температур, а не поток жидкости, подобной веществу, называемый теплом.

Температура является мерой тепла или холода. Каждое вещество имеет температуру.

Молекулы находятся в постоянном движении. Они движутся быстрее, при высоких температурах и медленнее при низких температурах. Теоретически молекулы перестают двигаться при минимально возможной температуре. Эта температура считается абсолютным нулём. Это около -273° С.

Количество тепла в предмете находится в прямой зависимости от количества молекулярного движения. Нагревание может происходить только при абсолютном нуле, при более высоких температурах происходит молекулярное движение. Количество движения молекулы соответствует количеству тепла.

Добавление тепла вызывает повышение температуры.

Тепло часто путают с температурой. Измерение температуры — это измерение тепловой интенсивности. Это не прямое измерение теплоёмкости.

Энтальпия не зависит от температуры. Содержание тепла зависит от типа материала, объёма материала и количества тепла, добавляемого или удаляемого из материала. Например, чашка кофе с t=90° С содержит меньше тепла, чем 1 литр кофе c той же температурой. Чаша с t=90° С также может содержать меньше тепла, чем галлон (3,785 л) при низких температурах с t=80° C.

Понятие «Тепло»

Определение температуры.

Температура определяется как средняя кинетическая энергия всех молекул вместе, то есть средняя энергия всех частиц в объекте. Как среднее измерение, температура вещества не зависит от его размера (количества частиц) и типа. Она определяет, насколько горячий или холодный объект, в градусах. Она также измеряет скорость атомов и молекул вещества.

Это может быть измерено в различных градусах: Кельвина, Цельсия и Фаренгейта. Термометр используется для измерения температуры объекта.

Температура — это не энергия. Она описывает, насколько горячо (или холодно) тело. Микроскопически, чем больше поступательная кинетическая энергия молекул, тем больше температура, поэтому температура связана с энергией.

Температура — это потенциал, который вызывает тепловой поток. Как правило, вы чувствуете это в повседневной жизни, как летом, когда жарко, потому что температура тела (37° C) и температура окружающей среды находятся в диапазоне между 40–45° C. Эта разница температур вызывает передачу тепла от окружающей среды к телу. Точно так же можете увидеть зимой.

Другой способ определения температуры — это измерение линии, проведённой на листовой бумаге формата А4, где бумага — это тело, линия — это тепло, а измерение по шкале — это температура.

Температура — это человеческое ощущение, которое можем ощущать руками и лицами или измерить с помощью термометра с ртутью или спиртом.

Температура в физике.

Температура в физике.

Температура тела — это степень тепла или холода тела» или «Средняя кинетическая энергия атомов или молекул». Когда мы прикасаемся к телу, мы чувствуем его горячим или холодным. Температура тела говорит нам, насколько горячо или холодно тело.

Когда две системы находятся в тепловом равновесии, мы говорим, что они имеют одинаковую температуру. И наоборот, температура является тем свойством системы, которое равно свойству другой системы, когда две системы находятся в тепловом равновесии.

Например, предположим, что системы представляют собой два газа, которые изначально имеют разные температуры, давление и объёмы. После того, как поместим их в контакт и подождём достаточно долгое время, чтобы они достигли теплового равновесия, их давления, как правило, не будут равны, равно как и их объёмы.

Их температуры всегда будут равны в тепловом равновесии. Только благодаря этому аргументу, основанному на тепловом равновесии, понятие температуры может быть введено в термодинамику.

Пламя свечи горячее и считается, что имеет высокую температуру. Лёд холодный и, как говорят, при низкой температуре. Наше осязание — это простой способ узнать, насколько горячо или холодно тело. Однако этот температурный датчик является приближенным и ненадёжным. Более того, не всегда безопасно касаться горячего тела. Нужен надёжный и практичный метод определения относительного тепла и холода тел.

Чтобы понять понятие температуры, полезно понимать термины, термический контакт и тепловое равновесие. Для хранения льда летом люди оборачивают его тканью или хранят в деревянном ящике или в термосе. Таким образом, они избегают термического контакта льда с его горячим окружением, иначе лёд скоро растает.

Точно так же, когда помещаете чашку горячего чая или воды в комнату, она постепенно охлаждается. Прекращает охлаждение при достижении комнатной температуры. Таким образом, температура определяет направление потока тепла. Тепло течёт от горячего тела к холодному, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Что происходит, когда прикасаемся к горячему телу? Возьмите два тела с разными температурами. Приведите их в контакт друг с другом. Температура горячего тела падает. Оно теряет энергию. Эта энергия поступает в холодное тело при низкой температуре.

Холодное тело набирает энергию, а его температура повышается. Передача энергии продолжается до тех пор, пока оба тела не будут иметь одинаковую температуру. Форма энергии, которая передаётся от горячего тела к холодному телу, называется теплом.

Таким образом, тепло — это энергия, которая передаётся от одного тела к другому в тепловом контакте друг с другом в результате разницы температур между ними. Поэтому тепло называется энергией в пути. Как только тепло проникает в тело, оно становится его внутренней энергией и больше не существует при тепловой энергии.

Температура и тепло. История.

Вплоть до 19 века исследователи, изучавшие точную природу тепла, считали, что влияние тепла на температуру тела было связано с невидимым веществом, известным как калория.

«Калорийная теория тепла» гласит, что тела при высоких температурах содержат больше калорий, чем тела при низких температурах. Кроме того, это объясняет, что тела при низких температурах теряли калорийную массу при контакте с телами с высокими температурами.

И хотя теория калорийности действительно удовлетворила некоторое любопытство в отношении теплопередачи, она была оспорена в исследованиях, проведённых в конце 1700-х годов британским физиком американского происхождения Бенджамином Томпсоном и британским химиком сэром Хамфри Дэви, который предложил понятие, что «тепло, как работа, есть форма энергии в пути».

В середине 1800-х годов британский физик Джеймс Прескотт Джоуль представил убедительные доказательства того, что «тепло было формой энергии в пути и, что оно способно вызывать те же изменения в теле, что и работа».

Температура и тепло. Последствия.

Температура и тепло.

Температура определяет такие ощущения, как тепло и холод, и степень, в которой они встречаются в веществе.

Хотя, конечно, было бы легче, если бы мы могли сравнивать температуру исключительно на основе прикосновения. Но это не даёт точной оценки абсолютной величины температуры.

Когда к веществу добавляется тепло, оно не только повышает температуру, но также вызывает изменение физических свойств. Эти изменения можно измерить, что позволяет исследователям сравнивать различные формы энергии и их реакции с различными типами веществ.

Каковы основные источники тепловой энергии?

  • Солнце — самый большой источник тепла. Тепло Солнца достигает Земли в виде излучений. Солнечные излучения сохраняют окружающую среду Земли в тепле при подходящей температуре для выживания.
  • Мы сохраняем наше тело тёплым и живым благодаря теплу, выделяемому из пищи во время её метаболизма в клетках организма.
  • Тепло также производится путём сжигания ископаемого топлива (дрова, уголь, нефть, газ и т.д.). Мы готовим еду и обогреваем наши комнаты теплом, получаемым при сжигании древесины, природного газа и т.д. Тепло, выделяемое при сжигании угля, нефти и т.д., используется для производства электроэнергии на тепловых электростанциях.
  • Электричество также используется для производства тепла.
  • Тепло получается в результате ядерных реакций, таких как деление и синтез.
  • Газ биомассы также является источником тепла.

Тепло — это форма энергии, которая течёт между системой и её средой из-за разницы температур между ними. Следовательно, тепло называется энергией в переходном процессе. Как только тепло проникает в тело, оно становится его внутренней энергией и больше не существует как тепловая энергия.

Распространено наблюдение, что, если вы поместите горячий предмет (например, чашку чая) или холодный предмет (например, стакан ледяной воды) в среду с комнатной температурой, объект будет стремиться к тепловому равновесию с окружающей средой. То есть чашка горячего чая становится холоднее, а вода со льдом становится теплее, температура каждого приближается к температуре помещения.

Кажется, очевидным, что такие подходы к тепловому равновесию должны включать некоторый обмен энергией между системой и её средой.

Тепло является важной формой энергии. Это необходимо для нашего выживания. Нам это нужно, чтобы готовить пищу и поддерживать температуру тела. Тепло также необходимо в различных производственных процессах. Как защитить себя от высоких и низких температур, необходимо знать, как проходит тепло.

Заблуждения о тепле.

Тепло похоже на работу в том, что оба представляют собой средство для передачи энергии. Ни тепло, ни работа не являются неотъемлемым свойством системы; то есть не можем сказать, что система «содержит» определённое количество тепла или работы. Вместо этого мы говорим, что может передавать определённое количество энергии в виде тепла или работать при определённых условиях.

Некоторая путаница относительно точного значения теплоты является результатом популярного использования этого термина. Часто тепло используется, когда на самом деле подразумевается температура или внутренняя энергия. Когда мы слышим о высокой температуре по отношению к погоде или, когда в инструкциях по приготовлению пищи указывается «высокая температура при 300 градусах», обсуждается именно температура.

Также слышим ссылки на «тепло генерируемое» тормозными накладками автомобиля или быстрым растиранием ладоней. В этом случае, как мы увидим, обычно подразумевается внутренняя энергия. Ключ к правильному использованию исходит из определения тепла. Если потереть руки, то увеличим внутреннюю энергию и повысим температуру. Избыточная энергия затем передаётся в окружающую среду в виде тепла, потому что руки имеют более высокую температуру, чем окружающая среда.

Разница между теплом и температурой.

Разница между теплом и температурой.

Тепло и температура связаны друг с другом, но это разные понятия. Тепло — это полная энергия молекулярного движения в веществе, а температура — это мера средней энергии молекулярного движения в веществе. Температура не зависит от размера или типа объекта.

Другой простой ответ: тепло — это экстенсивное свойство, а температура — интенсивное свойство. «Экстенсив» зависит от количества вещества, которое имеете, а «Интенсив» нет.

Таким образом, количество тепла в 2 л воды при 80° C вдвое превышает количество тепла в 1 л воды при 80° C. Но температура обоих составляет 80° С.

Тепло — это энергия, которую регулярно получаем от Солнца и путём сжигания горючих предметов, таких как дерево, масло и т.д. Это известно. Температура — это творение учёных и изобретателей, созданное для измерения кванта тепла. Многие люди сознательно или неосознанно смешивают эти два понятия.

Хотя тепло и температура связаны друг с другом, это разные понятия. Тепло — это энергия, а температура — это не энергия, а мера её. Соотношение: тепловая энергия пропорциональна температуре (обратите внимание), выраженной в градусах.

Тепло — это точечная функция. Температура — это функция пути. В то время как скрытое тепло увеличивается, температура остаётся неизменной при изменении состояния от твёрдого к жидкому или от жидкого к газу.

Тепло измеряется в калориях и джоулях. Температура измеряется в градусах Цельсия, Фаренгейта, Кельвина и Ранкина. Другие измеримые физические свойства включают скорость, массу и плотность.

В повседневной жизни часто называем разумные и скрытые формы внутренней энергии теплом и говорим о теплоте тела. Но в термодинамике эти формы энергий обычно называют тепловой энергией.

Тепло и температура — тесно связанная тема, и разница между ними может быть немного запутанной. Основным отличием является то, что тепло имеет дело с тепловой энергией, тогда как температура больше касается молекулярной кинетической энергии. Тепло — это передача тепловой энергии, тогда как температура — это свойство, которое демонстрирует объект.

Тепло описывает передачу тепловой энергии между молекулами внутри системы и измеряется в джоулях. Тепло измеряет, как энергия движется или течёт. Объект может нагреваться или терять тепло, но у него не может быть тепла. Тепло — это мера изменений, а не свойство объекта или системы. Поэтому оно классифицируется как переменная процесса.

Сравнительная таблица теплоты и температуры.

ОСНОВА ДЛЯ СРАВНЕНИЯТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ (ТЕПЛО)ТЕМПЕРАТУРА
СмыслТепло — это количество энергии в теле.Температура является мерой интенсивности тепла.
МераОбщая кинетическая и потенциальная энергия, содержащаяся в молекулах объекта.Средняя кинетическая энергия молекул в веществе.
СвойствоПотоки от более горячего объекта к более холодному объекту.Поднимается при нагревании и падает при охлаждении.
Рабочая способностьДаНет
Единица измеренияДжоульКельвин
УстройствоКалориметрТермометр
ОбозначениеQT

Второй закон термодинамики.

Второй закон термодинамики — сложная тема, которая требует глубокого изучения в области термодинамики, чтобы по-настоящему понять. Однако для целей данной статьи необходимо понять только один небольшой аспект, а именно тот факт, что тепло всегда будет самопроизвольно течь от более горячих веществ к более холодным. Это простое утверждение объясняет, почему кубик льда не образуется снаружи в жаркий день или почему он тает при падении в миску с тёплой водой.

Представьте, что вышеупомянутый кубик льда упал в миску с тёплой водой: лёд должен получать тепло (тепловую энергию) от воды в миске. Добавление тепловой энергии приводит к увеличению кинетической энергии молекулы льда и, следовательно, к повышению температуры. Температура фактически является мерой средней кинетической энергии молекул. Кроме того, лёд будет продолжать получать тепловую энергию, заставляя его молекулы двигаться быстрее и в конечном итоге разрушать их межмолекулярные связи или таять.

Передача тепла или тепловой энергии обычно изменяет температуру вещества, но не всегда! Например, в тот момент, когда лёд в чаше превращается в воду, эти молекулы воды будут иметь ту же температуру, что и во время льда. В этом случае, вместо того, чтобы тепловая энергия работала над увеличением кинетической энергии, она работает над разрывом межмолекулярных связей, вызывая изменение состояния.

С течением времени температура недавно растаявшего льда будет расти, пока внутри чаши не достигнет равновесия, что означает постоянную температуру на всём протяжении.

Какова внутренняя энергия тела?

Тепло — это энергия в пути. Она постоянно течёт от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой температурой. В этом процессе тепло будет повышать температуру последнего и понижать температуру первого, учитывая, что объёмы соответствующих веществ остаются постоянными.

Если нет другой формы передачи энергии (работы), тепло не будет течь от более низкой к более высокой температуре.

Внутренняя энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергии, связанных с атомами, молекулами и частицами тела.

Внутренняя энергия тела зависит от многих факторов, таких как масса тела, кинетическая энергия, потенциальная энергия молекул и т.д. Кинетическая энергия атома или молекулы обусловлена его движением, которое зависит от температуры. Потенциальная энергия атомов или молекул является запасённой энергией благодаря межмолекулярным силам.

Давление.

Давление.

Давление текучей среды может быть определено как сила, которая действует на единицу площади. Когда на стенку действует сила давления с каждой стороны, суммарное усилие, которое она испытывает на единицу площади, представляет собой перепад давления с обеих сторон.

Поэтому для измерения абсолютного давления внутри жидкости необходимо произвести вакуум на одной стороне. Это принцип работы барометра, использующего деформацию пустой воздушной капсулы под действием атмосферного давления.

В первых измерениях использовался столбец ртути в U-образной трубке. Трубка изначально заполнялась ртутью в наклонном положении.

Первый ртутный барометр такого типа был изготовлен Э.Торичелли в 1643 году для воспроизведения и объяснения явления, наблюдаемого в фонтанах Флоренции.

Таким образом, на уровне моря наше тело сжимается столбом воздуха в атмосфере, эквивалентным столбу в 10 м воды. Во время погружения с аквалангом каждый метр спуска увеличивает давление, испытываемое дайвером. И наоборот, восхождение уменьшает его.

Значительное давление на нашу кожу не влияет на нас, а наоборот, потому что внутри лёгких действует равная и противоположная сила. А векторная сумма сил давления направлена вверх. Это не что иное, как сила Архимеда, равная весу вытесненного воздуха. Эта сила уменьшает нас примерно на 1/800 нашего веса (отношение плотности воздуха к человеческому телу).

Часть жидкости в состоянии покоя остаётся в равновесии между весом и силой Архимеда в результате действия сил давления, действующих на поверхность.

Таким образом, давление определяется в любой точке жидкости независимо от ориентации поверхности, на которой проявляется сила давления. Давление, вызванное весом столба жидкости, называется гидростатическим.

В потоке есть динамическое давление, вызванное ускорением жидкости. Вот так в глубине вихрей появляется впадина. Этот эффект можно понимать, как баланс между силой давления и центробежной силой, направленной к наружной части вихря. В сердце вихря давление должно быть ниже его периферийного значения, чтобы компенсировать эту центробежную силу.

Заключение.

Мы заметили, что, когда нагреваете что-то, его температура повышается. Часто думаем, что тепло и температура — это одно и то же. Однако, это не так. Тепло и температура связаны друг с другом, но это разные понятия.

Тепло — это полная энергия молекулярного движения в веществе, а температура — это мера средней энергии молекулярного движения в веществе. Тепловая энергия зависит от скорости частиц, количества частиц (размера или массы) и типа частиц в объекте.

Температура не зависит от размера или типа объекта. Например, температура маленького стакана воды может быть такой же, как и температура большого стакана с водой. Бак с водой имеет больше тепла, потому что в нём больше воды и, следовательно, больше общей тепловой энергии.

Это тепло, которое будет увеличивать или уменьшать температуру. Если мы добавим тепло, температура станет выше. Если убрать тепло, температура станет ниже. Более высокие температуры означают, что молекулы движутся, вибрируют и вращаются с большей энергией.

Если возьмём два объекта, которые имеют одинаковую температуру, и приведём их в контакт, между ними не будет переноса энергии, потому что средние энергии частиц в каждом объекте одинаковы. Но если температура одного объекта выше, чем у другого, будет происходить передача энергии от более горячего к более холодному объекту, пока оба объекта не достигнут одинаковой температуры.

Выделение избыточного тепла в системе может вызвать проблемы. Как правило, вещества расширяются при нагревании. Принцип теплового расширения: увеличение линейных размеры, а не объёма. Удаление тепла вещества приводит к сокращению линейных размеров и объёма. Это принцип жидкости в стеклянном термометре.

Теплота и температура. (ссылка на видео)

Температура — это не энергия, а мера её. Тепло — это энергия. Желаем успехов!

Автор: Королёв Сергей

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *