Koncepti i nxehtësisë luan një rol themelor në të kuptuarit e botës fizike që na rrethon. Në këtë mësim, ne do të eksplorojmë se çfarë është nxehtësia, matjen e saj dhe ndikimin e saj në materie. Sasia e nxehtësisë mund të kuptohet në kontekstin e përkufizimit të saj, njësive matëse, kapacitetit specifik të nxehtësisë dhe aplikimit të saj në llogaritjen e transferimit të nxehtësisë.
Nxehtësia është një formë energjie që transferohet midis sistemeve ose objekteve me temperatura të ndryshme. Ky transferim i energjisë ndodh nga objekti më i nxehtë në atë më të ftohtë derisa të arrihet ekuilibri termik. Transferimi i nxehtësisë mund të ndodhë në tre mënyra: përçueshmëri, konvekcion dhe rrezatim.
Njësia e nxehtësisë në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI) është xhaul (J). Historikisht, nxehtësia matej në kalori (cal), ku 1 kalori përcaktohet si sasia e nxehtësisë e nevojshme për të rritur temperaturën e 1 gram uji me 1°C në presionin atmosferik. Marrëdhënia midis xhauleve dhe kalorive jepet nga: \( 1\, \textrm{kal} = 4.184\, \textrm{J} \) Një njësi tjetër e zakonshme e energjisë termike në sistemin britanik është Njësia Termike Britanike (BTU). me 1 BTU që është sasia e nxehtësisë që kërkohet për të rritur temperaturën e 1 paund uji me 1°F.
Kapaciteti specifik i nxehtësisë ( \(c\) ) është një veti e një substance që përcakton sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ndryshuar temperaturën e 1 kilogrami të substancës me 1 Kelvin (K) ose 1°C. Shprehet në xhaul për kilogram Kelvin ( \(J/(kg\cdot K)\) ). Formula për llogaritjen e sasisë së nxehtësisë ( \(Q\) ) duke përdorur kapacitetin specifik të nxehtësisë është: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) ku: - \(Q\) është sasia e nxehtësisë në joules, - \(m\) është masa e substancës në kilogramë, - \(c\) është kapaciteti specifik i nxehtësisë së substancës dhe - \(\Delta T\) është ndryshimi i temperaturës në Kelvin ose °C .
Llogaritja e transferimit të nxehtësisë është thelbësore në fusha të ndryshme shkencore dhe inxhinierike, duke përfshirë kuptimin e modeleve të motit, projektimin e sistemeve të ngrohjes dhe ftohjes dhe shpjegimin e ndryshimeve fizike të substancave. Le të shqyrtojmë një shembull për të ilustruar se si të llogarisim sasinë e nxehtësisë:
Shembull: Llogaritni sasinë e nxehtësisë që nevojitet për të ngritur temperaturën e 2 kg ujë nga 20°C në 50°C. Kapaciteti specifik termik i ujit është \(4184 J/(kg\cdot K)\) .
Ne përdorim formulën për sasinë e nxehtësisë: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) Duke zëvendësuar vlerat e dhëna: \( Q = 2\, \textrm{kg} \cdot 4184\, \textrm{J/(kg}\cdot \textrm{K)} \cdot (50 - 20)\, \textrm{°C} \) Llogaritja e vlerës së \(Q\) do të na japë sasinë e nxehtësisë së kërkuar.
Eksperimentet janë një mënyrë praktike për të kuptuar konceptin e nxehtësisë dhe efektet e saj në substanca të ndryshme. Këtu janë dy eksperimente të thjeshta që ilustrojnë konceptin e transferimit të nxehtësisë dhe kapacitetin specifik të nxehtësisë:
Eksperimenti 1: Matja e ndryshimit të temperaturës në ujë
Ky eksperiment përfshin ngrohjen e një sasie të njohur uji dhe matjen e ndryshimit të temperaturës. Duke përdorur një ngrohës elektrik për të furnizuar ujin me një sasi të njohur energjie, studentët mund të matin rritjen e temperaturës dhe të llogarisin kapacitetin specifik të nxehtësisë së ujit duke përdorur formulën e dhënë më parë.
Eksperimenti 2: Krahasimi i përthithjes së nxehtësisë
Në këtë eksperiment, masa të barabarta të substancave të ndryshme, si uji dhe vaji, vendosen në kushte identike dhe nxehen për të njëjtën kohëzgjatje. Duke matur ndryshimin e temperaturës së secilës substancë, nxënësit mund të vëzhgojnë ndryshimet në përthithjen e nxehtësisë dhe ta lidhin atë me konceptin e kapacitetit specifik të nxehtësisë.
Sasia e nxehtësisë është një aspekt kritik i të kuptuarit të transferimit të energjisë në botën fizike. Nëpërmjet përcaktimit të nxehtësisë, njësive matëse dhe kapacitetit specifik të nxehtësisë, ne mund të përcaktojmë sasinë dhe të llogarisim transferimin e nxehtësisë në procese dhe sisteme të ndryshme. Kryerja e eksperimenteve ofron një pasqyrë praktike se si nxehtësia ndikon në substanca të ndryshme dhe ndihmon në përforcimin e koncepteve teorike të mbuluara në këtë mësim.
