Тепло і температура

Теплова енергія передається від одних тіл іншим завдяки різниці температур. Температура – це величина, що показує, якою кількістю тепла володіє те чи інше тіло. Тепло може передаватися шляхом конвекції, випромінювання або теплопровідності. Життя на нашій планеті можлива завдяки тепловому випромінюванню Сонця (див. статтю»Вплив Сонця на Землю»).

теплова енергія

Тепло – це одна з форм енергії. Коли тіло поглинає тепло, його внутрішня енергія збільшується. Внутрішня енергія – це сума кінетичної і потенційної енергії частинок, з яких складається тіло. Кінетична енергія – це енергія руху частинок тіла. Потенційною енергією частинки мають завдяки чинним між ними силам. Коли тіло нагрівається і розширюється, кінетична енергія складових його частинок зростає. При таненні лід отримує теплову енергію від навколишнього його жідкостіТакже зростає їх потенційна енергія. Теплова енергія перелається від теплих тіл до більш холодним до тих пір, поки їх температура не зрівняється. Коли тіло втрачає тепло, його внутрішня енергія зменшується. При таненні лід отримує теплову енергію від навколишнього його рідини (див. рис.). Температура рідини при цьому знижується. Як і інші види енергії, теплова енергія вимірюється і джоулях (Дж). Одиниця виміру енергії названа Джоулем і честь англійського вченого Джеймса Джоуля (1818 – 1889). Джоуль вперше довів, що тепло є одним з видів енергії. Він винайшов апарат, яким вимірював, яка кількість потенційної енергії падаючого тіла потрібно для нагрівання прийшла в рух води. Падаючий вантаж змушує обертатися лопаті всередині судини. Вони приводять в рух знаходиться всередині судини воду, і вона нагрівається. Щоб нагріти 1 кг на 1 градус, потрібно 4200 Дж.

Температура

Температура показує, наскільки гарячим є дане тіло. Якщо однаковим за масою і температурі тілам, що складається з різних речовин, передати одне і те ж кількість енергії, то вони нагріваються до різної температури. Це означає, що різні речовини мають різною питомою теплоємністю. Наприклад, однакову кількість тепла нагріває масло сильніше, ніж воду. Температура вимірюється в градусах Цельсія (° C) або Фаренгейта (° F), або ж за абсолютною шкалою. На шкалі Цельсія точка танення льоду прийнята за 0 °, точка кипіння води – за 100 °. Градус Цельсія – одна сота різниці цих двох температур. В системі Фаренгейта температура танення льоду становить 32 °, а вода кипить при 212 °. Різниця температур – 180 °. Відлік температур за абсолютною шкалою (шкалою Кельвіна) починається від точки абсолютного нуля – мінус 273 ° Цельсія. Температури нижче цієї в природі не буває. У тіла, що має нульову температуру, неможливо відібрати енергію, Один градус Кельвіна (К) дорівнює одному градусу Цельсія (C).

Термометр

Термометр – це прилад для вимірювання температури. В одних використовується властивість рідин розширюватися при нагріванні, а в інших – зміна електричного опору дроту при зміні температури. Усередині таких скляних термометрів укладені ртуть або – для вимірювання дуже низьких температур – спирт.

Конвекція

У рідинах і газах тепло поширюється головним чином шляхом конвекціі.Конвекціонние потоки викидають з жерла вулкана в атмосферу хмари попелу Коли рідина або нагріваються, ближні до джерела тепла шари розширяться, робляться менш щільними і за рахунок цього піднімаються (див. статтю»Тверді тіла, рідини і гази»). Більш холодні і щільні шари опускаються до джерела тепла. Піднімаються потоки нагрітої рідини чи газу називаються конвекційними. Конвекційні потоки підтримують холод всередині холодильника. Холодне повітря з верхньої частини холодильника опускається, а більш теплий піднімається і охолоджується. Всі вітри викликані конверсійними потоками виникаючими через те, що більша частина енергії Сонця потрапляє на Землю поблизу екватора. Коли повітря нагрівається, він розширюється і піднімається, а натомість до екватора спрямовується потік більш холодного і щільного повітря. Так утворюється вітер. Птахи, як і планери, можуть парити в повітрі, оскільки їх підтримують конверсійні потоки піднімається від Землі теплого повітря (див. статтю»Політ»). Конвекційні потоки викидають з жерла вулкана в атмосферу хмари попелу. Пил, викинута в повітря при виверженні вулкана Сент Хелен в 1980 р. впливала на клімат на планеті протягом декількох років.

Теплопровідність

Тверді тіла можуть проводити тепло. Енергія частинок, розташовані ближче до джерела тепла, зростає, вони починають коливатися і передають таким чином частина енергії іншим частинкам. Так тепло поширюється усередині тіла. Метали добре проводять тепло – тому вони швидко нагріваються. Ручки у посуду робляться з дерева або пластмаси, оскільки ці речовини погано проводять тепло. Метали хороші провідники тепла, так як в них є вільно рухаються електрони. Вони легко переносять енергію. Речовини, погано проводять тепло (наприклад, вода, деревина), називають теплоізоляторами. Повітря – хороший теплоізолятор. Шерсть, пінопласт є хорошими теплоізоляторами, тому що в них міститься багато повітря. Теплова енергія передається на поверхню шкіри лисиці завдяки теплопровідності і розсіюється в повітрі шляхом конденсації. Жир і пір’я служать для пінгвіна ізоляторами і допомагають тілу птиці зберегти тепло.

Випромінювання

При тепловому випромінюванні тел енергія поширюється у вигляді так званих інфрачервоних хвиль. Це один з видів електромагнітних хвиль. І випромінювання не пов’язане з рухом частинок речовини, тому тільки таким способом енергія може переноситися у вакуумі, тобто у порожнечі, де ніяких речовин немає. Випромінювання Сонця поширюється зі швидкістю 300 млн. метрів на секунду. До Землі воно доходить приблизно за 8 хвилин. Гарячі предмети, наприклад електричні лампочки або нитки розжарювання також випромінюють тепло. Темні об’єкти поглинають теплове випромінювання, а світлі його відображають і тому погано нагріваються. В Антарктиці сніг відбиває 90 % сонячних променів в атмосферу. Поверхня землі прогрівається слабо, і повітря залишається холодним.

Термоси

Термос – це пристосування, що дозволяє підтримувати температуру рідини незмінною. Термос складається з двох скляних посудин, вставлених один в іншій. Між їх стінками вакуум, тобто повітря там немає. Шар вакууму унеможливлює передачу тепла шляхом конвекції або теплопровідності, а завдяки дуже яскравим стінок судин передача енергії випромінюванням зводиться до мінімуму.

теплове розширення

Майже всі речовини при нагріванні розширюються, так як їх частинки коливаються інтенсивніше і розштовхують одне одного. Гази і більшість рідин розширюються сильніше, ніж тверді тіла, тому що їх молекули володіють більшою енергією, і їм легше розірвати зв’язки, що утримують їх маєте. У жарких променях сцени сталеві струни гітари розширюються, і їх доводиться часто підтягувати. Різні тверді речовини розширюються і різного ступеня. Ця властивість використовується в роботі термостатів – пристроїв, які включаються і вимикаються при змінах температури. Основною частиною термостата є біметалічна стрічка.

ПОДІЛИТИСЯ: