Ne e dimë se materia përbëhet nga grimca të vogla të quajtura atome dhe molekula. Molekulat mund të ekzistojnë lirisht në natyrë dhe të zotërojnë të gjitha vetitë e materies. Molekulat janë në lëvizje dhe gjithashtu kanë forcën e tërheqjes mes tyre. Për shkak të lëvizjes molekulat kanë energji kinetike dhe për shkak të forcës së tërheqjes, ato kanë energji potenciale. Kur një substancë nxehet (ose kur një substancë thith nxehtësinë), molekulat fillojnë të vibrojnë më shpejt, kështu që energjia kinetike rritet. Kur substanca ftohet, lëvizja e molekulave ngadalësohet dhe kështu energjia kinetike zvogëlohet. Energjia totale kinetike e molekulave të substancës quhet energji e brendshme kinetike e saj dhe energjia totale potenciale e molekulave quhet energji e brendshme potenciale e saj. Shuma e energjisë së brendshme kinetike dhe energjisë së brendshme potenciale quhet energjia totale e brendshme ose energjia termike e substancës. Ajo matet në njësi xhaul.
Në këtë mësim do të mësojmë:
Kur dy trupa në temperatura të ndryshme mbahen në kontakt, nxehtësia rrjedh nga një trup në temperaturë të lartë në trupin në temperaturë të ulët . Energjia mesatare kinetike e substancës është një masë e temperaturës së trupit. Kur ka një rritje të energjisë mesatare kinetike të molekulave të një substance, temperatura e saj rritet, dhe nëse ka një rënie të energjisë mesatare kinetike të molekulave të një substance, temperatura e saj zvogëlohet.
Mbajeni një tigan në flakë. Tava shpejt nxehet, sepse nxehtësia kalon nga flaka në tigan. Tani hiqeni tiganin nga zjarri. Gradualisht tigani do të ftohet sepse nxehtësia kalon nga tigani në mjedisin përreth. Në të dyja rastet, nxehtësia rrjedh nga një objekt më i nxehtë në një objekt më të ftohtë.
Eksperimenti 1: Le të themi se kemi dy objekte. Objekti A me temperaturë 100 o C dhe objekti B me temperaturë 10 o C. Mbani të dy objektet në kontakt me njëri-tjetrin.
Rezultati: Nxehtësia do të kalojë nga objekti A në B derisa temperatura të jetë e njëjtë në të dy objektet. Supozoni se objekti A bie në 50 o C dhe temperatura e objektit të ftohtë B rritet në 50 o C. Kjo gjendje njihet si Ekuilibri termik. Në gjendjen e ekuilibrit termik, energjia termike ende transferohet midis këtyre dy objekteve, por rrjedha neto e energjisë termike është zero.
Eksperimenti 2: Ngrohni ujin në një tigan të vogël. Pas pesë minutash përpiquni të mbani dorezën e tiganit për ta hequr nga flaka. Çfarë mendoni se do të ndodhë me duart tuaja? Do të hiqni menjëherë dorën nga doreza e çelikut.
Dora juaj do të ndjejë nxehtësinë e tiganit. Arsyeja është se një pjesë e energjisë së nxehtësisë transferohet nga tigani në dorën tuaj. Nxehtësia kalon nga një objekt i nxehtë në një objekt të ftohtë nëse ka kontakt mes tyre. Në fizikë, themi se transferimi i nxehtësisë kërkon një medium. Përçueshmëria termike është lëvizja e nxehtësisë nga një objekt në tjetrin që ka temperaturë të ndryshme kur ato prekin njëri-tjetrin. Në trupat e ngurtë, përgjithësisht, nxehtësia transferohet nga procesi i përcjelljes.
Shembuj:
Përçuesit dhe izoluesit
A e përcjellin lehtë nxehtësinë të gjitha substancat? Duhet të keni vënë re se tava metalike për gatim ka një dorezë plastike ose druri. Mund të ngrini një tigan të nxehtë duke e mbajtur nga doreza pa u lënduar. Arsyeja është se objekte të ndryshme përcjellin sasi të ndryshme të energjisë termike për shkak të natyrës së materialit nga i cili janë bërë.
Eksperimenti 3:
Ngrohni ujin në një tigan të vogël ose një gotë. Mblidhni disa artikuj të tillë si një lugë çeliku, peshore plastike, laps dhe ndarës. Zhytni një fund të secilit prej këtyre artikujve në ujë të nxehtë. Prisni disa minuta dhe më pas nxirrni këto artikuj një nga një duke prekur skajin e zhytur. Shkruani vëzhgimin tuaj në një tabelë:
Neni | I bërë prej | A nxehet skaji tjetër Y/J? |
Lugë çeliku | Metal | Y |
Ndarëse | Metal | Y |
Shkalla | Plastike | N |
Laps | Druri | N |
Materiali që lejon nxehtësinë të kalojë lehtësisht përmes tyre janë përçues të nxehtësisë. Për shembull, hekuri, çeliku, alumini, bakri. Materialet që nuk lejojnë që nxehtësia të kalojë lehtë përmes tyre janë përçues të dobët të nxehtësisë si plastika dhe druri. Përçuesit e dobët njihen si izolues.
Uji dhe ajri janë përcjellës të dobët të nxehtësisë. Atëherë, si ndodh transferimi i nxehtësisë në këto substanca? Le ta zbulojmë!
Eksperimenti 4: Vendoseni dorën pak mbi zjarr. Bej kujdes. Mbajini duart në një distancë të sigurt nga flaka që të mos digjen.
Rezultati: Do të ndjeni nxehtësinë e zjarrit. Deri më tani kemi mësuar se transferimi i nxehtësisë ndërmjet objekteve kur ato janë në kontakt me njëri-tjetrin, atëherë çfarë i bën duart tona të ndjejnë ngrohtësinë e zjarrit pa e prekur atë? Arsyeja: Molekulat e lëngjeve (të lëngshme dhe të gazeve) posedojnë energji kinetike dhe siç e dimë energjia kinetike e gazit varet nga energjia e nxehtësisë ose temperatura. Molekulat e gazit që janë në kontakt me zjarrin thithin energjinë e nxehtësisë nga zjarri, si rezultat, energjia kinetike e molekulave të gazit rritet, prandaj ato ngrihen lart dhe godasin dorën tuaj. Duart thithin energjinë e nxehtësisë nga këto molekula dhe ju ndiheni të nxehtë.
Le të shohim tani se si ndodh transferimi i nxehtësisë në rastin e lëngut:
Eksperimenti 5: Merrni një gotë, mbusheni me ujë dhe vendoseni mbi flakë.
Rezultati: Kur uji nxehet, uji pranë flakës nxehet. Uji i nxehtë ngrihet lart ndërsa molekulat e ujit bëhen më pak të dendura pasi thithin energjinë e nxehtësisë. Uji i ftohtë nga anët lëviz poshtë drejt burimit të nxehtësisë. Ky ujë gjithashtu nxehet dhe ngrihet dhe uji nga anët lëviz poshtë. Ky proces vazhdon derisa i gjithë uji të nxehet.
Kjo mënyrë e transferimit të nxehtësisë për shkak të lëvizjes së madhe të lëngjeve njihet si konvekcion.
Shembuj:
Kur dalim në diell, ndihemi të ngrohtë. Si na arrin nxehtësia nga dielli? Ai nuk mund të arrijë tek ne me anë të përcjelljes ose konvekcionit pasi nuk ka asnjë mjet të tillë si ajri në shumicën e pjesëve të hapësirës midis tokës dhe diellit. Nga dielli nxehtësia na vjen nga një proces tjetër i njohur si rrezatim . Transferimi i nxehtësisë nga rrezatimi nuk kërkon asnjë mjet. Mund të ndodhë pavarësisht nëse një medium është i pranishëm apo jo.
Çdo objekt rrezaton nxehtësi. Trupi ynë gjithashtu i jep nxehtësi mjedisit dhe merr nxehtësi prej tij me anë të rrezatimit. Kur kjo nxehtësi bie mbi ndonjë objekt, një pjesë e saj reflektohet, një pjesë thithet dhe një pjesë mund të transmetohet. Temperatura e objektit rritet për shkak të pjesës së absorbuar të nxehtësisë.
Eksperimenti 6: Merrni dy enë metalike identike, njëra në të zezë dhe tjetra në të bardhë. Hidhni një sasi të barabartë uji në secilën prej tyre dhe lërini në diell të mesditës për rreth një orë.
Rezultati: Matni temperaturën e ujit në të dy kontejnerët. Temperatura e ujit në enën e zezë është më e madhe se në enën me ngjyrë të bardhë. Objektet e zeza janë absorbues të mirë të rrezatimeve ndërsa objektet e bardha janë absorbues të keq ose reflektues të mirë të rrezatimeve.
Shembuj: