Ορισμός και Παραδείγματα Ενέργειας Θερμότητας

Οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν τη λέξη θερμότητα για να περιγράψουν κάτι που αισθάνεται ζεστό, ωστόσο στην επιστήμη, τις θερμοδυναμικές εξισώσεις, συγκεκριμένα, η θερμότητα ορίζεται ως η ροή ενέργειας μεταξύ δύο συστημάτων μέσω κινητική ενέργεια. Αυτό μπορεί να πάρει τη μορφή μεταφοράς ενέργειας από ένα θερμό αντικείμενο σε ένα ψυχρότερο αντικείμενο. Πιο απλά, η ενέργεια θερμότητας, που ονομάζεται επίσης θερμική ενέργεια ή απλώς θερμότητα, μεταφέρεται από τη μια θέση στην άλλη από τα σωματίδια που αναπηδούν μεταξύ τους. Όλη η ύλη περιέχει θερμική ενέργεια και όσο περισσότερη θερμική ενέργεια υπάρχει, τόσο θερμότερο θα είναι το στοιχείο ή η περιοχή.

Η διάκριση μεταξύ θερμότητας και θερμοκρασία είναι λεπτή αλλά πολύ σημαντική. Η θερμότητα αναφέρεται στη μεταφορά ενέργειας μεταξύ συστημάτων (ή σωμάτων), ενώ η θερμοκρασία καθορίζεται από την ενέργεια που περιέχεται σε ένα μοναδικό σύστημα (ή σώμα). Με άλλα λόγια, η θερμότητα είναι ενέργεια, ενώ η θερμοκρασία είναι μέτρο ενέργειας. Η προσθήκη θερμότητας θα αυξήσει τη θερμοκρασία ενός σώματος, ενώ η αφαίρεση της θερμότητας θα μειώσει τη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα οι μεταβολές της θερμοκρασίας να είναι αποτέλεσμα της παρουσίας θερμότητας ή αντιστρόφως της έλλειψης θερμότητας.

Μπορείτε να μετρήσετε τη θερμοκρασία ενός δωματίου τοποθετώντας ένα θερμόμετρο στο δωμάτιο και μετρήνοντας τη θερμοκρασία του αέρα του περιβάλλοντος. Μπορείτε να προσθέσετε θερμότητα σε ένα δωμάτιο ενεργοποιώντας ένα θερμαντήρα χώρου. Καθώς η θερμότητα προστίθεται στο δωμάτιο, η θερμοκρασία αυξάνεται.

Τα σωματίδια έχουν περισσότερη ενέργεια σε υψηλότερες θερμοκρασίες και καθώς αυτή η ενέργεια μεταφέρεται από το ένα σύστημα στο άλλο, τα ταχέως κινούμενα σωματίδια θα συγκρουστούν με αργότερα κινούμενα σωματίδια. Καθώς συγκρούονται, το ταχύτερο σωματίδιο θα μεταφέρει μέρος της ενέργειας του στο πιο αργό σωματίδιο και η διαδικασία θα συνεχιστεί μέχρις ότου όλα τα σωματίδια λειτουργούν με τον ίδιο ρυθμό. Αυτό ονομάζεται θερμική ισορροπία.

ο Μονάδα SI για τη θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας που ονομάζεται joule (J). Η θερμότητα μετράται συχνά και στις θερμίδες (cal), η οποία ορίζεται ως "η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας ενός gram νερού από 14,5 βαθμούς Κελσίου σε 15,5 μοίρες Κελσίου"Η θερμότητα μετράται μερικές φορές και σε" βρετανικές θερμικές μονάδες "ή σε Btu.

Στις φυσικές εξισώσεις, η ποσότητα της μεταφερόμενης θερμότητας συνήθως συμβολίζεται με το σύμβολο Q. Η μεταφορά θερμότητας μπορεί να υποδεικνύεται είτε με θετικό είτε με αρνητικό αριθμό. Η θερμότητα που απελευθερώνεται στο περιβάλλον γράφεται ως αρνητική ποσότητα (Q <0). Όταν η θερμότητα απορροφάται από το περιβάλλον, γράφεται ως θετική τιμή (Q> 0).

Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι μεταφοράς θερμότητας: η μεταφορά, η αγωγιμότητα και η ακτινοβολία. Πολλά σπίτια θερμαίνονται μέσω της διαδικασίας μεταφοράς, η οποία μεταφέρει θερμότητα μέσω αερίων ή υγρών. Στο σπίτι, καθώς θερμαίνεται ο αέρας, τα σωματίδια αποκτούν θερμική ενέργεια, επιτρέποντάς τους να κινούνται ταχύτερα, θερμαίνοντας τα πιο ψυχρά σωματίδια. Δεδομένου ότι ο θερμός αέρας είναι λιγότερο πυκνός από τον κρύο αέρα, θα αυξηθεί. Καθώς ο πιο ψυχρός αέρας πέφτει, μπορεί να τραβηχτεί στα συστήματα θέρμανσης που θα επιτρέψουν και πάλι στα ταχύτερα σωματίδια να θερμαίνουν τον αέρα. Αυτό θεωρείται μια κυκλική ροή αέρα και ονομάζεται ρεύμα μεταφοράς. Αυτά τα ρεύματα κυκλώνουν και θερμαίνουν τα σπίτια μας.

Η διαδικασία αγωγιμότητας είναι η μεταφορά θερμικής ενέργειας από ένα στερεό σε άλλο, βασικά δύο πράγματα που αγγίζουν. Μπορούμε να δούμε ένα παράδειγμα αυτού που μπορεί να δει κανείς όταν μαγειρεύουμε στη σόμπα. Όταν τοποθετούμε τη δροσερή πανοραμική λήψη πάνω στον καυτό καυστήρα, η ενέργεια θερμότητας μεταφέρεται από τον καυστήρα στο ταψί, το οποίο στη συνέχεια θερμαίνεται.

Η ακτινοβολία είναι μια διαδικασία στην οποία η θερμότητα κινείται μέσα από μέρη όπου δεν υπάρχουν μόρια και είναι στην πραγματικότητα μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Κάθε στοιχείο του οποίου η θερμότητα μπορεί να γίνει αισθητή χωρίς άμεση σύνδεση, εκπέμπει ενέργεια. Μπορείτε να δείτε αυτό στη ζέστη του ήλιου, την αίσθηση της θερμότητας που έρχεται από μια πυρκαγιά που απέχει αρκετά μέτρα μακριά, ακόμα και σε το γεγονός ότι τα δωμάτια γεμάτα από ανθρώπους φυσικά θα είναι πιο ζεστά από τα κενά δωμάτια επειδή το σώμα του ατόμου ακτινοβολεί θερμότητα.