Back to the topics list

uhamisho wa joto

Tunajua kwamba jambo linajumuisha chembe ndogo zinazoitwa atomi na molekuli. Molekuli zinaweza kuwepo kwa uhuru katika asili na kumiliki mali yote ya jambo. Molekuli ziko kwenye mwendo na pia zina nguvu ya mvuto miongoni mwao. Kwa sababu ya molekuli za mwendo zina nishati ya kinetic na kwa sababu ya nguvu ya mvuto, zina uwezo wa nishati. Wakati dutu inapokanzwa (au wakati dutu inachukua joto) molekuli huanza kutetemeka kwa kasi zaidi ili nishati ya kinetiki iongezeke. Dutu hii inapopozwa mwendo wa molekuli hupungua na hivyo nishati ya kinetiki hupungua. Jumla ya nishati ya kinetic ya molekuli za dutu hii inaitwa nishati yake ya ndani ya kinetic na jumla ya nishati ya molekuli inaitwa nishati yake ya ndani. Jumla ya nishati ya kinetiki ya ndani na nishati inayoweza kutokea ndani inaitwa jumla ya nishati ya ndani au nishati ya joto ya dutu hii. Inapimwa katika joule ya kitengo.

Katika somo hili, tutajifunza:

• Aina tatu za uhamisho wa joto - Conduction, Convection, Radiation
• Makondakta na Vihami
• Kunyonya joto kwa rangi tofauti

Uhamisho wa joto

Wakati miili miwili iliyo na joto tofauti inapogusana, joto hutiririka kutoka kwa mwili kwa joto la juu hadi kwa mwili kwa joto la chini . Wastani wa nishati ya kinetic ya dutu ni kipimo cha joto la mwili. Wakati kuna ongezeko la wastani wa nishati ya kinetic ya molekuli ya dutu, joto lake huongezeka, na ikiwa kuna kuanguka kwa nishati ya wastani ya kinetic ya molekuli ya dutu, joto lake hupungua.

Weka sufuria ya kukaanga kwenye moto. Kaanga hivi karibuni huwa moto, kwa sababu joto hupita kutoka kwa moto hadi kwenye sufuria. Sasa ondoa sufuria kutoka kwa moto. Hatua kwa hatua sufuria itapungua kwa sababu joto huhamishwa kutoka kwenye sufuria hadi kwenye mazingira. Katika visa vyote viwili, joto hutiririka kutoka kwa kitu moto hadi kitu baridi zaidi.

Uendeshaji

Jaribio la 1: Hebu tuseme tuna vitu viwili. Kitu A chenye joto la 100 ^o C na kitu B chenye joto la 10 ^o C. Weka vitu vyote viwili katika kugusana.

Matokeo: Joto litahamishwa kutoka kwa kitu A hadi B hadi halijoto iwe sawa katika vitu vyote viwili. Tuseme kitu A kinashuka hadi 50 ^o C na joto la kitu baridi B kupanda hadi 50 ^o C. Hali hii inajulikana kama Thermal Equilibrium. Katika hali ya Msawazo wa Joto, nishati ya joto bado huhamishwa kati ya vitu hivi viwili lakini mtiririko wavu wa nishati ya joto ni sifuri.

Jaribio la 2: Chemsha maji kwenye sufuria ndogo. Baada ya dakika tano jaribu kushikilia kushughulikia sufuria ili kuiondoa kwenye moto. Unafikiri nini kitatokea kwa mikono yako? Mara moja utachukua mkono wako kutoka kwa kushughulikia chuma.

Mkono wako utahisi joto la sufuria. Sababu ni baadhi ya nishati ya joto huhamishwa kutoka kwenye sufuria hadi kwa mkono wako. Uhamisho wa joto kutoka kwa kitu cha moto hadi kitu baridi ikiwa kuna mawasiliano kati yao. Katika fizikia, tunasema kwamba uhamisho wa joto unahitaji kati. Uendeshaji wa joto ni mwendo wa joto kutoka kwa kitu kimoja hadi kingine ambacho kina joto tofauti wakati wanagusana. Katika yabisi, kwa ujumla, joto huhamishwa na mchakato wa upitishaji.

Mifano:

• Kupasha joto misuli yako ya nyuma na pedi ya joto.
• Ikiwa wewe ni baridi na mtu anakushikilia; joto linaendeshwa kutoka kwa mwili wao hadi kwako na unahisi joto.
• Joto kutoka kwa kioevu cha moto hufanya kikombe kiwe moto.

Makondakta na Vihami

Je, vitu vyote huendesha joto kwa urahisi? Lazima umeona kwamba sufuria ya chuma ya kupikia ina kushughulikia plastiki au mbao. Unaweza kuinua sufuria ya moto kwa kushikilia kutoka kwa kushughulikia bila kuumiza. Sababu ni vitu tofauti hufanya kiasi tofauti cha nishati ya joto kutokana na asili ya nyenzo ambazo zinafanywa.

Jaribio la 3:

Chemsha maji kwenye sufuria ndogo au sufuria. Kusanya baadhi ya vipengee kama vile kijiko cha chuma, mizani ya plastiki, penseli na kigawanyaji. Chovya ncha moja ya kila moja ya vifungu hivi katika maji ya moto. Subiri kwa dakika chache kisha utoe nakala hizi moja baada ya nyingine ukigusa ncha iliyochovywa. Ingiza uchunguzi wako katika jedwali:

Nyenzo zinazoruhusu joto kupita kwa urahisi ni kondakta wa joto. Kwa mfano, chuma, chuma, alumini, shaba. Nyenzo ambazo haziruhusu joto kupita kwa urahisi ni vikondakta duni vya joto kama vile plastiki na kuni. Kondakta duni hujulikana kama vihami.

Maji na hewa ni makondakta duni wa joto. Kisha, uhamisho wa joto unafanyikaje katika vitu hivi? Hebu tujue!

Convection

Jaribio la 4: Weka mkono wako juu ya moto kidogo. Kuwa mwangalifu. Weka mikono yako kwa umbali salama kutoka kwa moto ili isiungue.

Matokeo: Utasikia joto la moto. Hadi sasa tulijifunza kwamba uhamisho wa joto kati ya vitu wakati wanawasiliana na kila mmoja, basi ni nini kinachosababisha mikono yetu kuhisi joto la moto bila kuigusa? Sababu: Molekuli za maji(kioevu na gesi) humiliki nishati ya kinetiki na kama tunavyojua nishati ya kinetiki ya gesi inategemea nishati ya joto au halijoto. Molekuli za gesi zinazogusana na moto huchukua nishati ya joto kutoka kwa moto, kwa sababu hiyo, nishati ya kinetic ya molekuli za gesi huongezeka kwa hivyo huinuka na kugonga mkono wako. Mikono huchukua nishati ya joto kutoka kwa molekuli hizi na unahisi joto.

Hebu sasa tuone jinsi uhamisho wa joto hutokea katika kesi ya kioevu:

Jaribio la 5: Chukua kopo na ujaze na maji na uweke juu ya moto.

Matokeo: Maji yanapopashwa moto, maji karibu na mwali huwa moto. Maji ya moto huinuka kadri molekuli za maji zinavyopungua kadri zinavyochukua nishati ya joto. Maji baridi kutoka kando yanashuka kuelekea chanzo cha joto. Maji haya pia hupata moto na kuongezeka na maji kutoka pande husogea chini. Utaratibu huu unaendelea hadi maji yote yapate joto.

Njia hii ya uhamishaji joto kutokana na mwendo mwingi wa viowevu inajulikana kama convection.

Mifano:

• Upepo wa bahari na nchi kavu katika maeneo ya pwani.
• Puto ya hewa ya moto. Hita ndani ya puto ya hewa moto hupasha joto hewa, na kusababisha hewa kusogea juu. Hii husababisha puto kupanda kwa sababu hewa moto hunasa ndani. Rubani anapotaka kushuka, mtu huyo ataachilia baadhi ya hewa moto.
• Wanyama wenye damu ya joto hutumia convection ili kudhibiti joto la mwili. Moyo wa mwanadamu ni pampu na mzunguko wa damu katika mwili wa binadamu ni mfano wa convection ya kulazimishwa. Joto linalotokana na seli za mwili huhamishiwa kwenye hewa au maji ambayo yanapita juu ya ngozi.
• Mchakato wa kupoeza hewa katika viyoyozi hutumia kanuni yenyewe ya upitishaji.

Mionzi

Tunapotoka kwenye jua, tunahisi joto. Je, joto kutoka kwa jua hutufikiaje? Haiwezi kutufikia kwa kupitisha au kupitisha kwani hakuna njia kama vile hewa katika sehemu nyingi za nafasi kati ya dunia na jua. Kutoka jua joto huja kwetu kwa mchakato mwingine unaojulikana kama mionzi . Uhamisho wa joto kwa mionzi hauhitaji kati yoyote. Inaweza kufanyika ikiwa kati iko au la.

Kila kitu hutoa joto. Mwili wetu pia hutoa joto kwa mazingira na hupokea joto kutoka kwayo kwa mionzi. Wakati joto hili linaanguka kwenye kitu fulani, sehemu yake inaonekana, sehemu inafyonzwa na sehemu inaweza kupitishwa. Joto la kitu huongezeka kutokana na sehemu ya kufyonzwa ya joto.

Jaribio la 6: Chukua vyombo viwili vya chuma vinavyofanana, kimoja cheusi na kingine cheupe. Mimina kiasi sawa cha maji kwa kila mmoja na uwaache kwenye jua la mchana kwa muda wa saa moja.

Matokeo: Pima joto la maji katika vyombo vyote viwili. Joto la maji kwenye chombo cheusi ni zaidi ya kwenye chombo chenye rangi nyeupe. Vitu vyeusi ni vifyonzaji vyema vya mionzi ilhali vitu vyeupe ni vifyonzaji vibaya au viakisi vyema vya mionzi.

Mifano:

• Tunapoketi mbele ya heater ya chumba, tunapata joto kwa mchakato huu.
• Chombo cha moto kinachowekwa mbali na mwali hupoa huku kikihamisha joto kwenye mazingira kwa kutumia miale.
• Tanuri za microwave ni za haraka na bora sana kwa sababu hupitisha nishati ya joto moja kwa moja kwenye molekuli zilizo ndani ya chakula. Microwaves hupasha joto chakula kama vile jua hupasha joto uso wako-kwa mionzi.