Концептот на топлина игра фундаментална улога во разбирањето на физичкиот свет околу нас. Во оваа лекција, ќе истражиме што е топлина, нејзиното мерење и неговото влијание врз материјата. Количеството на топлина може да се разбере во контекст на неговата дефиниција, мерни единици, специфичен топлински капацитет и неговата примена во пресметувањето на пренос на топлина.
Топлината е форма на енергија која се пренесува помеѓу системи или предмети со различни температури. Овој пренос на енергија се случува од потоплиот објект кон постудениот додека не се постигне топлинска рамнотежа. Преносот на топлина може да се случи на три начини: спроводливост, конвекција и зрачење.
Единицата за топлина во Меѓународниот систем на единици (SI) е џул (J). Историски, топлината се мери во калории (cal), каде што 1 калорија се дефинира како количина на топлина потребна за да се подигне температурата на 1 грам вода за 1°C при атмосферски притисок. Врската помеѓу џули и калории е дадена со: \( 1\, \textrm{кал} = 4.184\, \textrm{Ј} \) Друга вообичаена единица за топлинска енергија во британскиот систем е Британската топлинска единица (BTU). при што 1 BTU е количината на топлина потребна за да се подигне температурата на 1 фунта вода за 1°F.
Специфичен топлински капацитет ( \(c\) ) е својство на супстанција што ја дефинира количината на топлина потребна за промена на температурата на 1 килограм супстанција за 1 Келвин (К) или 1 °C. Се изразува во џули по килограм Келвин ( \(J/(kg\cdot K)\) ). Формулата за пресметување на количината на топлина ( \(Q\) ) со помош на специфичен топлински капацитет е: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) каде што: - \(Q\) е количината на топлина во џули, - \(m\) е масата на супстанцијата во килограми, - \(c\) е специфичен топлински капацитет на супстанцијата и - \(\Delta T\) е промената на температурата во Келвини или °C .
Пресметката на пренос на топлина е од клучно значење во различни научни и инженерски области, вклучувајќи разбирање на временските обрасци, дизајнирање системи за греење и ладење и објаснување на физичките промени на супстанциите. Ајде да истражиме пример за да илустрираме како да ја пресметаме количината на топлина:
Пример: Пресметајте ја количината на топлина потребна за да се подигне температурата на 2 kg вода од 20°C на 50°C. Специфичниот топлински капацитет на водата е \(4184 J/(kg\cdot K)\) .
Ја користиме формулата за количината на топлина: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) Заменувајќи ги дадените вредности: \( Q = 2\, \textrm{килограм} \cdot 4184\, \textrm{Ј/(кг}\cdot \textrm{К)} \cdot (50 - 20)\, \textrm{°C} \) Пресметувањето на вредноста на \(Q\) ќе ни ја даде потребната количина на топлина.
Експериментите се практичен начин да се разбере концептот на топлина и нејзините ефекти врз различни супстанции. Еве два едноставни експерименти кои го илустрираат концептот на пренос на топлина и специфичен топлински капацитет:
Експеримент 1: Мерење на промена на температурата во водата
Овој експеримент вклучува загревање на познато количество вода и мерење на промената на температурата. Со користење на електричен грејач за снабдување со позната количина на енергија на водата, учениците можат да го измерат зголемувањето на температурата и да го пресметаат специфичниот топлински капацитет на водата користејќи ја формулата дадена претходно.
Експеримент 2: Споредување на апсорпција на топлина
Во овој експеримент, еднакви маси на различни супстанции, како што се вода и масло, се ставаат во идентични услови и се загреваат за исто време. Со мерење на промената на температурата на секоја супстанција, учениците можат да ги набљудуваат разликите во апсорпцијата на топлина и да ја поврзат со концептот на специфичен топлински капацитет.
Количината на топлина е критичен аспект за разбирање на преносот на енергија во физичкиот свет. Преку дефиницијата за топлина, мерни единици и специфичен топлински капацитет, можеме да го измериме и пресметаме преносот на топлина во различни процеси и системи. Спроведувањето експерименти дава практичен увид за тоа како топлината влијае на различни супстанции и помага во зајакнувањето на теоретските концепти опфатени во оваа лекција.
