Мы знаем, что материя состоит из крошечных частиц, называемых атомами и молекулами. Молекулы могут свободно существовать в природе и обладать всеми свойствами материи. Молекулы находятся в движении, а также обладают силой притяжения между собой. Из-за движения молекулы обладают кинетической энергией, а из-за силы притяжения - потенциальной. Когда вещество нагревается (или когда вещество поглощает тепло), молекулы начинают вибрировать быстрее, поэтому кинетическая энергия увеличивается. Когда вещество охлаждается, движение молекул замедляется, и, следовательно, кинетическая энергия уменьшается. Полная кинетическая энергия молекул вещества называется его внутренней кинетической энергией, а полная потенциальная энергия молекул называется его внутренней потенциальной энергией. Сумма внутренней кинетической энергии и внутренней потенциальной энергии называется полной внутренней энергией или тепловой энергией вещества. Он измеряется в джоулях.
В этом уроке мы узнаем:
Когда два тела при разных температурах находятся в контакте, тепло течет от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой . Средняя кинетическая энергия вещества является мерой температуры тела. Когда происходит повышение средней кинетической энергии молекул вещества, его температура увеличивается, а если происходит падение средней кинетической энергии молекул вещества, его температура понижается.
Держите сковороду на огне. Сковорода быстро нагревается, потому что тепло переходит от пламени к сковороде. Теперь снимите сковороду с огня. Постепенно сковорода остынет, потому что тепло передается от сковороды к окружающей среде. В обоих случаях тепло течет от более горячего объекта к более холодному.
Эксперимент 1. Допустим, у нас есть два объекта. Объект A имеет температуру 100 o C, а объект B - 10 o C. Поддерживайте контакт обоих объектов друг с другом.
Результат: тепло будет передаваться от объекта A к объекту B, пока температура в обоих объектах не станет одинаковой. Предположим, что объект A опускается до 50 o C, а температура холодного объекта B поднимается до 50 o C. Это состояние известно как тепловое равновесие. В состоянии теплового равновесия тепловая энергия все еще передается между этими двумя объектами, но чистый поток тепловой энергии равен нулю.
Эксперимент 2: Нагрейте воду в небольшой кастрюле. Через пять минут попробуйте взять сковородку за ручку, чтобы снять ее с огня. Как вы думаете, что будет с вашими руками? Вы немедленно уберете руку со стальной ручки. 
Ваша рука почувствует жар сковороды. Причина в том, что часть тепловой энергии передается от сковороды к вашей руке. Тепло передается от горячего объекта к холодному, если между ними есть контакт. В физике мы говорим, что для передачи тепла требуется среда. Теплопроводность - это движение тепла от одного объекта к другому, имеющему разную температуру, когда они соприкасаются друг с другом. В твердых телах, как правило, тепло передается за счет теплопроводности.
Примеры:
Проводники и изоляторы
Все ли вещества легко проводят тепло? Вы, должно быть, заметили, что металлическая сковорода для приготовления пищи имеет пластиковую или деревянную ручку. Вы можете поднять горячую сковороду, удерживая ее за ручку, и не пораниться. Причина в том, что разные объекты проводят разное количество тепловой энергии из-за характера материала, из которого они сделаны.
Эксперимент 3:
Нагрейте воду в небольшой кастрюле или стакане. Возьмите несколько предметов, например стальную ложку, пластиковые весы, карандаш и разделитель. Окуните один конец каждого из этих предметов в горячую воду. Подождите несколько минут, а затем вытащите эти предметы по одному, касаясь окунутым концом. Введите свое наблюдение в таблицу:
| Статья | Сделано из | Другой конец нагревается Да / Нет? |
| Стальная ложка | Металл | Y |
| Делитель | Металл | Y |
| Шкала | Пластик | N |
| Карандаш | Древесина | N |
Материалы, которые позволяют теплу легко проходить через них, являются проводниками тепла. Например, железо, сталь, алюминий, медь. Материалы, которые не позволяют теплу легко проходить через них, являются плохими проводниками тепла, такими как пластик и дерево. Плохие проводники известны как изоляторы.
Вода и воздух плохо проводят тепло. Тогда как же происходит передача тепла в этих веществах? Давайте узнаем!
Эксперимент 4: Положите руку немного выше огня. Будь осторожен. Держите руки на безопасном расстоянии от огня, чтобы они не обгорели.
Результат: Вы почувствуете жар огня. До сих пор мы узнали, что передача тепла между объектами, когда они находятся в контакте друг с другом, тогда что заставляет наши руки чувствовать тепло огня, не касаясь его? Причина: молекулы жидкостей (жидкости и газов) обладают кинетической энергией, и, как мы знаем, кинетическая энергия газа зависит от тепловой энергии или температуры. Молекулы газа, которые соприкасаются с огнем, поглощают тепловую энергию от огня, в результате кинетическая энергия молекул газа увеличивается, поэтому они поднимаются вверх и попадают в вашу руку. Руки поглощают тепловую энергию этих молекул, и вам становится жарко.
Давайте теперь посмотрим, как происходит теплопередача в случае жидкости:
Эксперимент 5. Возьмите химический стакан, наполните его водой и поместите над пламенем.
Результат: Когда вода нагревается, вода рядом с пламенем становится горячей. Горячая вода поднимается вверх по мере того, как молекулы воды становятся менее плотными, поскольку они поглощают тепловую энергию. Холодная вода с боков стекает вниз к источнику тепла. Эта вода тоже нагревается и поднимается, а вода с боков стекает вниз. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся вода не нагреется.
Этот режим теплопередачи из-за массового движения жидкости известен как конвекция.
Примеры:
Когда мы выходим на солнце, нам становится тепло. Как до нас доходит солнечное тепло? Он не может достичь нас посредством теплопроводности или конвекции, поскольку в большинстве частей пространства между Землей и Солнцем нет такой среды, как воздух. От солнца тепло приходит к нам в результате другого процесса, известного как излучение . Передача тепла излучением не требует какой-либо среды. Это может происходить независимо от того, присутствует среда или нет.
Каждый объект излучает тепло. Наше тело тоже отдает тепло окружающей среде и получает тепло от нее за счет излучения. Когда это тепло падает на какой-либо объект, его часть отражается, часть поглощается, а часть может передаваться. Температура объекта увеличивается за счет поглощенной части тепла.
Эксперимент 6: возьмите два одинаковых металлических контейнера, один черный, а другой белый. Налейте в каждый равное количество воды и оставьте на полуденном солнце примерно на час.
Результат: Измерьте температуру воды в обоих контейнерах. Температура воды в черной емкости больше, чем в емкости белого цвета. Черные объекты являются хорошими поглотителями излучения, а белые - плохими поглотителями или хорошими отражателями излучения.
Примеры:
