Тепло и температура

Тепловая энергия передается от одних тел другим благодаря разнице температур. Температура — это величина, показывающая, каким количеством тепла обладает то или иное тело. Тепло может передаваться путем конвекции, излучения или теплопроводности. Жизнь на нашей планете возможна благодаря тепловому излучению Солнца (см. статью «Воздействие Солнца на Землю«).

Тепловая энергия

Тепло — это одна из форм энергии. Когда тело поглощает тепло, его внутренняя энергия увеличивается. Внутренняя энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергии частиц, из которых со­стоит тело. Кинетическая энергия — это энергия движения частиц тела. Потенциальной  энергией частицы обладают благодаря действующим между ними силам. Когда тело нагревается и расширяется, кинетическая энергия составляющих его частиц растет. При таянии лед получает тепловую энергию от окружающей его жидкостиТакже возрастает их потенциальная энергия. Тепловая энергия перелается от теплых тел к более холодным до тех пор, пока их температура не уравняет­ся. Когда тело теряет тепло, его внутренняя энергия уменьшается. При таянии лед получает тепловую энергию от окружающей его жидкости (см. рис.). Температура жидкости при этом понижается. Как и другие виды энергии, тепловая энергия измеряется и джоулях (Дж). Единица измерения энергии названа джоулем и честь английского ученого Джеймса Джоуля (1818 — 1889). Джоуль впервые доказал, что тепло является одним из видов энергии. Он изобрел аппарат, ко­торым измерял, какое количество потенциальной энергии падающего тела требуется для нагревания пришедшей в движение воды. Падающий груз заставляет вращаться лопасти внутри сосуда. Они приводят в движение находящееся внутри сосуда воду, и она нагревается. Чтобы нагреть 1 кг на 1 градус, требуется 4200 Дж.

Температура

Температура показывает, насколько горячим является данное тело. Если одинаковым по массе и температуре телам, состоящим из разных веществ, передать одно и то же количество энергии, то они нагреваются до разной температуры. Это означает, что различные вещества обладают разной удельной теплоемкостью. Например, одинаковое количество тепла нагревает масло сильнее, чем воду. Температура измеряется в градусах Цельсия (°C) или Фаренгейта (°F), или же по абсолютной шкале. На шкале Цельсия точка таяния льда принята за 0°, точка кипения воды — за 100°. Градус Цельсия — одна сотая разности этих двух тем­ператур. В системе Фаренгейта температура таяния льда составляет 32°, а вода кипит при 212°. Разность температур — 180°. Отсчет температур по абсолютной шкале (шкале Кельвина) начинается от точки абсолютного нуля — минус 273° Цельсия. Температуры ниже этой в природе не бывает. У тела, имеющего нулевую температуру, невоз­можно отобрать энергию, Один градус Кельвина (К) равен одному градусу Цельсия(C).

Термометр

Термометр — это прибор для измерения тем­пературы. В одних используется свойство жидкостей расширяться при нагрева­нии, а в других — изменение электрического сопротивления проволоки при изменении температуры. Внутри таких стеклянных термометров заключены ртуть или — для измерения очень низких температур — спирт.

Конвекция

В жидкостях и газах тепло распространяется главным образом путем конвекции.Конвекционные потоки выбрасывают из жерла вулкана в атмосферу облака пепла  Когда жидкость или нагреваются, ближние к источнику тепла слои расширятся, делаются менее плотными и за счет этого поднимаются (см. статью «Твердые тела, жидкости и газы«). Более холодные и плотные слои опускаются к источнику тепла. Поднимающиеся потоки нагретой жидкости или газа называются конвекционными. Конвекционные потоки поддерживают холод внутри холодильника. Холодный воздух из верхней части холодильника опускается, а более теплый поднимается и охлаждается. Все ветры вызваны конверсионными потоками возникающими из-за того, что большая часть энергии Солнца попадает на Землю вблизи экватора. Когда воздух нагревается, он расширяется и поднимается, а взамен к экватору устремляется поток более холодного и плотного воздуха. Так образуется ветер. Птицы, как и планеры, могут парить в воздухе, поскольку их поддерживают конверсионные потоки поднимающегося от Земли теплого воздуха (см. статью «Полет«). Конвекционные потоки выбрасывают из жерла вулкана в атмосферу облака пепла. Пыль, выброшенная в воздух при извержении вулкана Сент Хелен в 1980 г. влияла на климат на планете в течение нескольких лет.

Теплопроводность 

Твердые тела могут проводить тепло. Энергия частиц, расположенные ближе к источнику тепла, возрастает, они начинают колебаться и передают таким образом часть энергии другим частицам. Так тепло распространяется внутри тела. Металлы хорошо проводят тепло – поэтому они быстро нагреваются. Ручки у посуды делаются из дерева или пластмассы, поскольку эти вещества плохо проводят тепло. Металлы хорошие проводники тепла, так как в них есть свободно движущиеся электроны. Они легко переносят энергию. Вещества, плохо проводящие тепло (например, вода, древесина), называют теплоизоляторами. Воздух – хороший теплоизолятор. Шерсть, пенопласт являются хорошими теплоизоляторами, потому что в них содержится много воздуха. Тепловая энергия передается на поверхность кожи лисицы благодаря теплопроводности и рассеивается в воздухе путем конденсации. Жир и перья служат для пингвина изоляторами и помогают телу птицы сохранить тепло.

Излучение

При тепловом излучении тел энергия распространяется в виде так называемых инфракрасных волн. Это один из видов электромагнитных волн. И излучение не связано с движением частиц вещества, по­этому только таким способом энергия может пере­носиться в вакууме, т.е. в пустоте, где никаких веществ нет. Излучение Солнца распространяется со скоростью 300 млн. метров в секунду. До Земли оно доходит примерно за 8 минут. Горячие предметы, например электрические лампочки или нити накаливания также излучают тепло. Темные объекты поглощают тепловое излучение, а светлые его отражают и потому плохо нагреваются. В Антарктике снег отражает 90% солнечных лучей в атмосферу. Поверхность земли прогревается слабо, и воздух остаётся холодным.

Термосы

Термос — это приспособление, позволяющее поддерживать температуру жидкости неизменной. Термос состоит из двух стеклянных сосудов, вставленных один в другой. Между их стенками вакуум, т.е. воздуха там нет. Слой ва­куума делает невозможным передачу тепла путем конвекции или теплопро­водности, а благо­даря очень ярким стенкам сосудов передача энергии излучением сводится к минимуму.

Тепловое расширение

Почти все вещества при нагревании расширяются, так как их частицы колеблют­ся интенсивнее и расталкивают друг друга. Газы и большинство жидкостей расширяются   сильнее, чем твердые тела, потому что их молекулы обладают большей энергией, и им легче разорвать связи, удерживающие их имеете. В жарких лучах сцены стальные струны гитары расширяются, и их приходится часто подтягивать. Разные твердые вещества расширяются и разной степени. Это свойство используется в работе термостатов — устройств, которые включаются и выключаются при изменени­ях температуры. Основной частью термоста­та является биметаллическая лента.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.