Bütün fiziki obyektlərin tərkibinə daxil olan maddə, ətrafımızdakı dünyanı dərk etmək üçün vacib olan bir sıra istilik xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir. Temperatur, istilik və istilik genişlənməsi kimi bu xüsusiyyətlər enerji ötürülməsi prinsipləri və fizika qanunları ilə idarə olunur.
Temperatur maddədəki hissəciklərin orta kinetik enerjisinin ölçüsüdür, çox vaxt Selsi (°C), Fahrenheit (°F) və ya Kelvin (K) ilə ölçülür. İstilik, əksinə, temperatur fərqinə görə iki cisim və ya sistem arasında enerji ötürülməsi formasıdır. Beynəlxalq Vahidlər Sistemində (SI) istilik vahidi jouldur (J). İstilik ( \(Q\) ), kütlə ( \(m\) ), xüsusi istilik tutumu ( \(c\) ) və temperaturun dəyişməsi ( \(\Delta T\) ) arasındakı əlaqə tənliklə təsvir olunur: \(Q = mc\Delta T\) Xüsusi istilik tutumu maddənin bir kiloqramının temperaturunu bir dərəcə Selsi dəyişmək üçün tələb olunan istilik enerjisinin miqdarının ölçüsüdür.
Materiallar qızdırıldıqda, adətən genişlənir. Bu fenomen istilik genişlənməsi kimi tanınır və bərk cisimlərdə, mayelərdə və qazlarda müşahidə edilə bilər. İstilik genişlənməsi baş verir, çünki temperaturun artması hissəciklərin kinetik enerjisinin artması ilə nəticələnir və onların bir-birindən ayrılmasına səbəb olur. İstilik genişlənməsinin dərəcəsi bərk cisimlər üçün xətti genişlənmə əmsalı ( \(\alpha\) ) ilə təsvir edilə bilər ki, bu da vahid uzunluğa ( \(\Delta L\) \(L\) göstərir. ) temperaturun hər dərəcə dəyişməsi ( \(\Delta T\) ): \(\Delta L = \alpha L \Delta T\) Mayelər və qazlar üçün həcmin genişlənməsi xətti genişlənmədən daha uyğundur və əmsalla təsvir olunur. həcmli genişlənmə.
Faza dəyişiklikləri maddənin bərk, maye və qaz fazaları arasında baş verən çevrilmələrdir və temperaturu dəyişmədən enerjinin udulmasını və ya buraxılmasını əhatə edir. Faza dəyişikliklərinin əsas növlərinə ərimə, donma, buxarlanma, kondensasiya, sublimasiya və çökmə daxildir. Faza dəyişməsi ilə əlaqəli istilik gizli istilik kimi tanınır. Məsələn, 1 kq buzun temperaturu dəyişmədən suya çevrilməsi üçün tələb olunan enerjiyə gizli ərimə istiliyi ( \(L f\) ), temperatur dəyişmədən 1 kq suyu buxara çevirmək üçün tələb olunan enerjiyə deyilir. buxarlanmanın gizli istiliyi ( \(Lv\) ): \(Q = mL_f\) ərimə və ya dondurma üçün, \(Q = mL_v\) buxarlanma və ya kondensasiya üçün.
İstilik enerjisi keçiricilik, konveksiya və radiasiya ilə maddə vasitəsilə ötürülə bilər. Keçirmə bir-biri ilə birbaşa təmasda olan maddələr arasında istilik ötürülməsidir. Materialın istilik keçiriciliyi ( \(k\) ) onun istilik keçirmə qabiliyyətinin ölçüsüdür. Furyenin istilik keçiriciliyi qanunu istilik ötürmə sürəti ( \(Q/t\) ), istilik keçiriciliyi ( \(k\) ), sahə ( \(A\) ), temperatur qradiyenti ( \(\Delta T/L\) arasındakı əlaqəni göstərir. \(\Delta T/L\) ) və materialın qalınlığı ( \(L\) ): \(Q/t = kA(\Delta T/L)\) Konveksiya mayelərin (mayelərin və ya qazların) hərəkəti ilə istiliyin ötürülməsidir. ) temperatur fərqləri nəticəsində yaranır. Bu, mayenin kütləvi hərəkətini əhatə edir. Radiasiya enerjinin elektromaqnit dalğaları vasitəsilə ötürülməsidir və yayılması üçün mühit tələb etmir. Bütün cisimlər istilik şüası yayır və Stefan-Boltzman qanunu ilə təsvir olunduğu kimi buraxılan radiasiyanın miqdarı cismin temperaturunun dördüncü qüvvəsi ilə artır: \(P = \sigma AT^4\) burada \(P\) buraxılan güc, \(\sigma\) Stefan-Boltzman sabiti, \(A\) səth sahəsi və \(T\) Kelvində temperaturdur.
Su xüsusi istilik tutumu və 4°C-yə yaxın davranışı ilə bağlı bəzi unikal xüsusiyyətlərə malikdir. Suyun xüsusi istilik tutumu nəzərəçarpacaq dərəcədə yüksəkdir, yəni onun temperaturunu artırmaq üçün çoxlu istilik enerjisi tələb olunur, bu da onun ekosistemlərdə termal tampon rolunu oynamasına kömək edir. Bundan əlavə, su maksimum sıxlığına 4°C-də çatır; bu temperaturdan aşağı soyuduqca genişlənir. Bu anomal genişlənmə soyuq iqlimlərdə su canlılarının yaşaması üçün çox vacibdir, çünki su obyektlərinin səthində buz əmələ gəlir və aşağıdakı suyu izolyasiya edir.
Maddənin istilik xüsusiyyətləri gündəlik həyatda və sənayedə geniş tətbiqlərə malikdir. Məsələn, körpülərin və dəmir yollarının layihələndirilməsində temperaturun dəyişməsi ilə genişlənmə və büzülməyə imkan verən istilik genişlənməsi nəzərə alınır. Suyun yüksək xüsusi istilik tutumu onu sənaye proseslərində və elektrik stansiyalarında əla soyuducu edir.
Suyun xüsusi istilik tutumunu nümayiş etdirmək üçün aparılan təcrübədə müəyyən miqdarda enerjini ölçülmüş suya ötürmək üçün qızdırıcıdan istifadə edilir. Temperaturun dəyişməsini müşahidə etməklə şagirdlər \(Q = mc\Delta T\) düsturundan istifadə edərək suyun xüsusi istilik tutumunu hesablaya bilərlər.
Başqa bir ümumi nümayiş su ilə bir kolbanın üzərinə bir şar yerləşdirməyi əhatə edir. Su qızdırıldıqda və buxara çevrildikdə, havanı itələyən su buxarı hesabına balon şişir. Bu, suyun qaza çevrildiyi zaman genişlənməsini, maddənin istilik genişlənməsinin görünən təsirini nümayiş etdirir.
Maddənin istilik xassələrini anlamaq nəinki fundamental fizikanı qavramağımızı gücləndirir, həm də müxtəlif praktik problemlər üçün həllər hazırlamaq qabiliyyətimizi zənginləşdirir.
