Mint tudják, a különböző mechanikai folyamatok során a mechanikai energia megváltozik W meh. A mechanikai energia változásának mértéke a rendszerre ható erők munkája:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
A hőátadás során megváltozik a test belső energiája. A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mértéke az hőmennyiség.
A hőmennyiség a belső energia változásának mértéke, amelyet a test kap (vagy ad el) a hőátadás során.
Így mind a munka, mind a hőmennyiség jellemzi az energia változását, de nem azonos az energiával. Nem magát a rendszer állapotát jellemzik, hanem meghatározzák az energia átmenet folyamatát egyik formából a másikba (egyik testből a másikba), amikor az állapot megváltozik, és lényegében a folyamat természetétől függ.
A fő különbség a munka és a hőmennyiség között az, hogy a munka jellemzi a rendszer belső energiájának változásának folyamatát, amelyet az energia egyik fajtából a másikba (mechanikusból belsővé) történő átalakulása kísér. A hőmennyiség jellemzi a belső energia egyik testről a másikra történő átvitelének folyamatát (a melegebbről a kevésbé fűtöttre), amelyet nem kísérnek energiaátalakítások.
A tapasztalat azt mutatja, hogy a tömeggel rendelkező test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség m hőfok T 1 hőmérsékletre T 2 képlettel számítjuk ki
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)
ahol c - fajlagos hő anyagok;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
A fajhő SI mértékegysége a joule per kilogramm-Kelvin (J/(kg K)).
Fajlagos hő c számszerűen egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű testre át kell adni ahhoz, hogy azt 1 K-vel felmelegítse.
Hőkapacitás test C T számszerűen egyenlő a testhőmérséklet 1 K-val történő megváltoztatásához szükséges hőmennyiséggel:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
Egy test hőkapacitásának SI mértékegysége a joule per Kelvin (J/K).
Ahhoz, hogy a folyadékot állandó hőmérsékleten gőzzé alakítsuk, a szükséges hőmennyiség a következő
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
ahol L - fajlagos hő párologtatás. A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel.
Ahhoz, hogy egy kristályos testet tömeggel olvasztson meg m az olvadáspontnál szükséges, hogy a szervezet jelentse a hőmennyiséget
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
ahol λ - fajlagos olvadási hő. Egy test kristályosodása során ugyanannyi hő szabadul fel.
A tüzelőanyag tömegének teljes elégetése során felszabaduló hőmennyiség m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
ahol q- fajlagos égéshő.
A párolgási, olvadási és égéshő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).
Irodalom
Aksenovich L. A. Fizika in Gimnázium: Elmélet. Feladatok. Tesztek: Proc. ellátást nyújtó intézmények részére általános. környezetek, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.
« Fizika – 10. évfolyam
Milyen folyamatokban megy végbe az anyag aggregált átalakulása?
Hogyan változhat az összesítés állapota anyagok?
Bármely test belső energiáját megváltoztathatja munkavégzéssel, fűtéssel vagy éppen ellenkezőleg, hűtéssel.
Így a fém kovácsolásakor munkavégzés és felmelegítés történik, miközben a fémet égő lángon lehet hevíteni.
Továbbá, ha a dugattyú rögzített (13.5. ábra), akkor a gáz térfogata nem változik melegítéskor, és nem történik munka. De a gáz hőmérséklete, és ezáltal belső energiája is nő.
A belső energia növekedhet és csökkenhet, így a hőmennyiség lehet pozitív vagy negatív.
Az energia egyik testből a másikba munkavégzés nélkül történő átvitelének folyamatát nevezzük hőcsere.
A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mennyiségi mértékét ún hőmennyiség.
A hőátadás molekuláris képe.
A testek közötti határvonalon zajló hőcsere során a hideg test lassan mozgó molekulái kölcsönhatásba lépnek a forró testek gyorsan mozgó molekuláival. Ennek eredményeként a molekulák kinetikai energiái egymáshoz igazodnak, és a hideg test molekuláinak sebessége nő, míg a forró testé csökken.
A hőcsere során nem történik energia átalakulás egyik formából a másikba, egy forróbb test belső energiájának egy része átkerül egy kevésbé fűtött testre.
A hőmennyiség és a hőkapacitás.
Már tudja, hogy egy m tömegű test t 1 hőmérsékletről t 2 hőmérsékletre való felmelegítéséhez hőmennyiséget kell átadni neki:
Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13,5)
Amikor a test lehűl, a végső hőmérséklete t 2 kisebbnek bizonyul, mint a kezdeti hőmérséklet t 1, és a test által leadott hőmennyiség negatív.
A (13.5) képlet c együtthatóját nevezzük fajlagos hőkapacitás anyagokat.
Fajlagos hő- ez az érték számszerűen megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű anyag kap vagy ad le, ha hőmérséklete 1 K-vel változik.
A gázok fajlagos hőkapacitása a hőátadás folyamatától függ. Ha egy gázt állandó nyomáson melegít, az kitágul és működik. Ahhoz, hogy egy gázt állandó nyomáson 1 °C-kal hevítsünk, több hőt kell átadnia, mint állandó térfogaton, amikor a gáz csak felmelegszik.
A folyadékok és a szilárd anyagok melegítéskor kissé kitágulnak. Fajlagos hőkapacitásuk állandó térfogaton és állandó nyomáson alig különbözik.
Fajlagos párolgási hő.
Ahhoz, hogy egy folyadékot gőzzé alakítsunk a forrási folyamat során, bizonyos mennyiségű hőt kell átadni rá. A folyadék hőmérséklete nem változik, amikor forr. A folyadék gőzzé alakulása állandó hőmérsékleten nem vezet a molekulák kinetikus energiájának növekedéséhez, hanem kölcsönhatásuk potenciális energiájának növekedésével jár. Végül is a gázmolekulák közötti átlagos távolság sokkal nagyobb, mint a folyadékmolekulák között.
Az 1 kg folyadék állandó hőmérsékletű gőzzé alakításához szükséges hőmennyiséggel számszerűen megegyező értéket ún. fajlagos párolgási hő.
A folyadékpárolgás folyamata bármely hőmérsékleten végbemegy, miközben a leggyorsabb molekulák elhagyják a folyadékot, és a párolgás során lehűl. A párolgási fajhő megegyezik a fajlagos párolgási hővel.
Ezt az értéket r betűvel jelöljük, és joule per kilogrammban (J / kg) fejezzük ki.
A víz fajpárolgási hője nagyon magas: r H20 = 2,256 10 6 J/kg 100 °C hőmérsékleten. Más folyadékokban, például alkoholban, éterben, higanyban, kerozinban a párolgási hő 3-10-szer kisebb, mint a vízé.
Az m tömegű folyadék gőzzé alakításához annyi hőre van szükség, mint:
Q p \u003d rm. (13,6)
A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel:
Q k \u003d -rm. (13,7)
Fajlagos olvadási hő.
Amikor egy kristályos test megolvad, a hozzá szállított összes hő a molekulák kölcsönhatásának potenciális energiáját növeli. A molekulák kinetikus energiája nem változik, mivel az olvadás állandó hőmérsékleten megy végbe.
Az átalakuláshoz szükséges hőmennyiséggel számszerűen megegyező érték kristályos anyag olvadáspontján 1 kg tömegű folyadékká alakul, ún fajlagos olvadási hőés λ betűvel jelöljük.
Egy 1 kg tömegű anyag kristályosodása során pontosan annyi hő szabadul fel, mint amennyi az olvadáskor elnyelődik.
A jég olvadáshője meglehetősen magas: 3,34 10 5 J/kg.
„Ha a jégnek nem lenne nagy olvadási hője, akkor tavasszal a jég teljes tömegének néhány perc vagy másodperc alatt el kellene olvadnia, mivel a levegőből folyamatosan adódik át a hő a jégnek. Ennek súlyos következményei lennének; mert még a jelenlegi helyzetben is nagy árvizek és nagy vízözönek keletkeznek a nagy jég- vagy hótömegek olvadásából." R. Fekete, 18. század
Egy m tömegű kristálytest megolvasztásához annyi hőre van szükség, mint:
Qpl \u003d λm. (13,8)
A test kristályosodása során felszabaduló hőmennyiség egyenlő:
Q cr = -λm (13,9)
Hőmérleg egyenlete.
Tekintsük a hőcserét egy több, kezdetben eltérő hőmérsékletű testből álló rendszeren belül, például egy edényben lévő víz és egy vízbe engedett forró vasgolyó közötti hőcsere. Az energiamegmaradás törvénye szerint az egyik test által leadott hőmennyiség számszerűen megegyezik a másik test által leadott hőmennyiséggel.
Az adott hőmennyiség negatívnak, a kapott hőmennyiség pozitívnak minősül. Ezért a Q1 + Q2 teljes hőmennyiség = 0.
Ha egy elszigetelt rendszerben több test között hőcsere történik, akkor
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
A (13.10) egyenletet nevezzük hőmérleg egyenlet.
Itt Q 1 Q 2, Q 3 - a testek által kapott vagy leadott hő mennyisége. Ezeket a hőmennyiségeket a (13.5) vagy a (13.6) - (13.9) képletekkel fejezzük ki, ha a hőátadás során az anyag különböző fázisú átalakulásai (olvadás, kristályosodás, párolgás, kondenzáció) következnek be.
Mi melegszik fel gyorsabban a tűzhelyen - egy vízforraló vagy egy vödör víz? A válasz nyilvánvaló - egy vízforraló. Akkor a második kérdés az, hogy miért?
A válasz nem kevésbé nyilvánvaló - mert a vízforralóban kisebb a víz tömege. Kiváló. És most otthon szerezheti meg a legvalódibb fizikai élményt. Ehhez két egyforma kis serpenyőre, azonos mennyiségű vízre és növényi olajra, például fél literre és egy tűzhelyre lesz szüksége. Helyezzen egy edényt olajjal és vízzel ugyanarra a tűzre. És most figyeld, mi fog gyorsabban felmelegedni. Ha van folyadékok hőmérője, akkor használhatja, ha nincs, akkor csak időnként próbálja ki az ujjával a hőmérsékletet, csak vigyázzon, nehogy megégesse magát. Mindenesetre hamarosan látni fogja, hogy az olaj jelentősen felmelegszik. gyorsabb, mint a víz. És még egy kérdés, ami tapasztalat formájában is megvalósítható. Melyik forr gyorsabban - hideg vagy meleg víz? Ismét minden nyilvánvaló – a meleg lesz az első, aki befejezi. Miért ezek a furcsa kérdések és kísérletek? Annak érdekében, hogy meghatározzuk fizikai mennyiség, az úgynevezett "hőmennyiség".
A hőmennyiség
A hőmennyiség az az energia, amelyet a test a hőátadás során elveszít vagy nyer. Ez egyértelmű a névből. Lehűléskor a test bizonyos mennyiségű hőt veszít, felmelegítve pedig elnyeli. A kérdéseinkre adott válaszok pedig megmutatták nekünk mitől függ a hőmennyiség? Először is, minél nagyobb a test tömege, annál nagyobb hőmennyiséget kell felhasználni a hőmérséklet egy fokkal történő megváltoztatásához. Másodszor, a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség attól függ, hogy milyen anyagból áll, vagyis az anyag fajtájától. Harmadszor pedig a testhőmérséklet hőátadás előtti és utáni különbsége is fontos számításainkhoz. A fentiek alapján megtehetjük határozza meg a hőmennyiséget a következő képlettel:
Q=cm(t_2-t_1) ,
ahol Q a hőmennyiség,
m - testtömeg,
(t_2-t_1) - a kezdeti és a végső testhőmérséklet közötti különbség,
c - az anyag fajlagos hőkapacitása, megtalálható a vonatkozó táblázatokból.
Ezzel a képlettel kiszámíthatja azt a hőmennyiséget, amely bármely test felmelegítéséhez szükséges, vagy amelyet ez a test hűtésekor felszabadít.
A hőmennyiséget joule-ban (1 J) mérik, mint minden más energiafajtát. Ezt az értéket azonban nem olyan régen vezették be, és az emberek sokkal korábban kezdték el mérni a hőmennyiséget. És egy olyan egységet használtak, amelyet korunkban széles körben használnak - egy kalóriát (1 cal). 1 kalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 gramm víz hőmérsékletét 1 Celsius-fokkal megemelje. Ezektől az adatoktól vezérelve az elfogyasztott ételekben lévő kalóriák számolásának szerelmesei az érdeklődés kedvéért ki tudják számítani, hány liter vizet lehet felforralni azzal az energiával, amelyet a nap folyamán étellel fogyasztanak.
A termodinamikai rendszer belső energiája kétféleképpen változtatható:
- elköteleződve rendszer munka,
- termikus kölcsönhatás révén.
A hő átadása a testnek nincs összefüggésben a testen végzett makroszkopikus munkavégzéssel. Ebben az esetben a belső energia változását az okozza, hogy a test egyes, magasabb hőmérsékletű molekulái a test egyes alacsonyabb hőmérsékletű molekuláin dolgoznak. Ebben az esetben a termikus kölcsönhatás a hővezetés miatt valósul meg. Az energiaátvitel sugárzás segítségével is lehetséges. A mikroszkopikus folyamatok rendszerét (amely nem az egész testre, hanem az egyes molekulákra vonatkozik) hőátadásnak nevezzük. A hőátadás eredményeként egyik testből a másikba átvitt energia mennyiségét az egyik testről a másikra átvitt hőmennyiség határozza meg.
Meghatározás
melegség Az az energia, amelyet a test a környező testekkel (környezettel) való hőcsere során kap (vagy ad el). A hőt általában Q betűvel jelöljük.
Ez a termodinamika egyik alapmennyisége. A hő szerepel a termodinamika első és második törvényének matematikai kifejezéseiben. A hőről azt mondják, hogy energia molekulamozgás formájában.
Hőt lehet közölni a rendszerrel (testtel), vagy el lehet venni onnan. Úgy gondolják, hogy ha hőt adnak át a rendszernek, akkor az pozitív.
A hő kiszámításának képlete a hőmérséklet változásával
Az elemi hőmennyiséget jelöljük. Vegyük észre, hogy az a hőelem, amelyet a rendszer kis állapotváltozással kap (ad ki), nem teljes különbség. Ennek az az oka, hogy a hő a rendszer állapotváltozási folyamatának függvénye.
A rendszernek jelentett elemi hőmennyiség és a hőmérséklet változása T-ről T + dT-re a következő:
ahol C a test hőkapacitása. Ha a vizsgált test homogén, akkor a hőmennyiség (1) képlete a következőképpen ábrázolható:
ahol a test fajhője, m a test tömege, a moláris hőkapacitás, – moláris tömeg anyag, az anyag móljainak száma.
Ha a test homogén, és a hőkapacitást a hőmérséklettől függetlennek tekintjük, akkor az a hőmennyiség (), amelyet a test kap, ha hőmérséklete egy értékkel emelkedik, a következőképpen számítható ki:
ahol t 2, t 1 testhőmérséklet melegítés előtt és után. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a különbség () kiszámításakor a hőmérsékletek Celsius-fokban és kelvinben egyaránt helyettesíthetők.
A fázisátalakulások során fellépő hőmennyiség képlete
Az anyag egyik fázisából a másikba való átmenet egy bizonyos mennyiségű hő elnyelésével vagy felszabadulásával jár, amit a fázisátalakulás hőjének nevezünk.
Tehát egy anyagelemet átvinni az állapotból szilárd test a folyadékban tájékoztatni kell a hőmennyiségről () egyenlő:
ahol a fajlagos olvadási hő, dm a testtömeg elem. Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy a test hőmérsékletének meg kell egyeznie a kérdéses anyag olvadáspontjával. A kristályosodás során a (4)-nek megfelelő hő szabadul fel.
A folyadék gőzzé alakításához szükséges hőmennyiség (párolgáshő) a következőképpen érhető el:
ahol r a fajlagos párolgáshő. Amikor a gőz lecsapódik, hő szabadul fel. A párolgáshő egyenlő az egyenlő tömegű anyagok kondenzációs hőjével.
Egységek a hőmennyiség mérésére
Az SI rendszerben a hőmennyiség mérésének alapegysége: [Q]=J
Rendszeren kívüli hőegység, amely gyakran megtalálható a műszaki számításokban. [Q] = kalória (kalória). 1 cal = 4,1868 J.
Példák problémamegoldásra
Példa
Gyakorlat. Mekkora térfogatú vizet kell összekeverni, hogy 200 liter vizet kapjunk t=40C hőmérsékleten, ha egy víztömeg hőmérséklete t 1 =10C, a második tömege t 2 =60C?
Megoldás. A hőmérleg egyenletét a következő formában írjuk fel:
ahol Q=cmt - a víz összekeverése után előállított hőmennyiség; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - a t 1 hőmérsékletű és m 1 tömegű víz egy részének hőmennyisége; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - a t 2 hőmérsékletű és m 2 tömegű víz egy részének hőmennyisége.
Az (1.1) egyenletből következik:
A hideg (V 1) és a forró (V 2) vízrészek egyetlen térfogatban (V) történő kombinálásakor elfogadhatjuk, hogy:
Tehát egy egyenletrendszert kapunk:
Megoldva a következőket kapjuk:
Cikkünk középpontjában a hőmennyiség áll. Megvizsgáljuk a belső energia fogalmát, amely átalakul, ha ez az érték megváltozik. Néhány példát mutatunk be a számítások emberi tevékenységben való alkalmazására is.
Hő
Bármilyen szóval anyanyelv minden embernek megvannak a maga egyesületei. Meg vannak határozva személyes tapasztalatés irracionális érzések. Mit jelent általában a "meleg" szó? Puha takaró, télen működő központi fűtés akkumulátor, az első napfény tavasz, macska. Vagy anyai tekintet, egy barát vigasztaló szava, időszerű odafigyelés.
A fizikusok ez alatt egy nagyon specifikus kifejezést értenek. És nagyon fontos, különösen ennek az összetett, de lenyűgöző tudománynak egyes szakaszaiban.
Termodinamika
Nem érdemes a hőmennyiséget a legegyszerűbb folyamatoktól elkülönítve figyelembe venni, amelyeken az energiamegmaradás törvénye alapul - semmi sem lesz világos. Ezért először is emlékeztetjük olvasóinkat.
A termodinamika minden dolgot vagy tárgyat nagyon sok elemi rész - atomok, ionok, molekulák - kombinációjának tekint. Egyenletei leírják a rendszer egészének kollektív állapotában és az egész részeként bekövetkező bármilyen változást a makroparaméterek megváltoztatásakor. Utóbbi alatt a hőmérsékletet (T-vel jelöljük), a nyomást (P), az összetevők koncentrációját (általában C-t) értjük.
Belső energia
A belső energia meglehetősen bonyolult kifejezés, amelynek jelentését meg kell érteni, mielőtt a hőmennyiségről beszélnénk. Azt az energiát jelöli, amely az objektum makróparamétereinek értékének növekedésével vagy csökkenésével változik, és nem függ a referenciarendszertől. A teljes energia része. Egybeesik vele olyan körülmények között, amikor a vizsgált dolog tömegközéppontja nyugalomban van (azaz nincs kinetikai komponens).
Ha valaki úgy érzi, hogy valamilyen tárgy (mondjuk egy kerékpár) felmelegedett vagy lehűlt, ez azt mutatja, hogy a rendszert alkotó összes molekula és atom belső energiája megváltozott. A hőmérséklet állandósága azonban nem jelenti ennek a mutatónak a megőrzését.
Munka és melegség
Bármely termodinamikai rendszer belső energiája kétféleképpen alakítható át:
- azáltal, hogy munkát végez rajta;
- a környezettel való hőcsere során.
A folyamat képlete így néz ki:
dU=Q-A, ahol U belső energia, Q hő, A munka.
Ne tévessze meg az olvasót a kifejezés egyszerűsége. A permutáció azt mutatja, hogy Q=dU+A, de az entrópia (S) bevezetése a képletet dQ=dSxT alakba hozza.
Mivel ebben az esetben az egyenlet differenciálegyenlet alakját veszi fel, az első kifejezés ugyanezt követeli meg. Továbbá a vizsgált objektumban ható erőktől és a számítás alatt álló paramétertől függően a szükséges arányt levezetjük.
Vegyünk egy fémgolyót a termodinamikai rendszer példájaként. Ha nyomást gyakorolsz rá, feldobod, mély kútba dobod, akkor ez azt jelenti, hogy dolgozol rajta. Külsőleg mindezek az ártalmatlan cselekedetek nem okoznak kárt a labdában, de a belső energiája megváltozik, bár nagyon enyhén.
A második módszer a hőátadás. Most elérkeztünk fő cél a cikkből: a hőmennyiség leírása. Ez egy termodinamikai rendszer belső energiájának olyan változása, amely a hőátadás során következik be (lásd a fenti képletet). Joule-ban vagy kalóriában mérik. Nyilvánvaló, hogy ha a labdát egy öngyújtó fölé tartjuk, a napon, vagy egyszerűen csak meleg kézben tartjuk, akkor felmelegszik. És akkor a hőmérséklet változtatásával meg lehet találni azt a hőmennyiséget, amelyet egyidejűleg közöltek vele.
Miért a gáz a legjobb példa a belső energia változására, és miért nem szeretik a diákok emiatt a fizikát
Fentebb egy fémgolyó termodinamikai paramétereinek változásait írtuk le. Speciális eszközök nélkül nem nagyon észrevehetőek, az olvasónak marad szó a tárggyal végbemenő folyamatokról. Egy másik dolog, ha a rendszer gáz. Nyomd rá - látható lesz, melegítsd fel - emelkedik a nyomás, engedd le a föld alá - és ez könnyen javítható. Ezért a tankönyvekben a gázt leggyakrabban vizuális termodinamikai rendszernek tekintik.
De sajnos bent modern oktatás nem sok figyelmet fordítanak a valódi kísérletekre. tudós, aki ír Eszközkészlet Tökéletesen érti, mi forog kockán. Úgy tűnik számára, hogy a gázmolekulák példájával minden termodinamikai paraméter megfelelően demonstrálható lesz. De egy diák számára, aki csak felfedezi ezt a világot, unalmas egy elméleti dugattyús, ideális lombikról hallani. Ha az iskolának valódi kutatólaboratóriumai lennének, és azokban lekötött órákat dolgoznának, minden más lenne. Egyelőre sajnos csak papíron vannak a kísérletek. És a legvalószínűbb, hogy ez az oka annak, hogy az emberek a fizika eme ágát pusztán elméletinek, az élettől távol állónak és szükségtelennek tekintik.
Ezért úgy döntöttünk, hogy a fentebb már említett kerékpárt hozzuk példaként. Az ember megnyomja a pedálokat – dolgozik rajtuk. Amellett, hogy a nyomatékot kommunikálja a teljes mechanizmussal (ami miatt a kerékpár a térben mozog), megváltozik azoknak az anyagoknak a belső energiája, amelyekből a karok készülnek. A kerékpáros megnyomja a fogantyúkat, hogy forduljon, és ismét elvégzi a munkát.
A külső bevonat (műanyag vagy fém) belső energiája megnő. Az ember egy tisztásra megy a ragyogó nap alatt - a kerékpár felmelegszik, hőmennyisége megváltozik. Megáll pihenni egy öreg tölgyfa árnyékában, és a rendszer lehűl, kalóriát vagy joule-t pazarolva. Növeli a sebességet – fokozza az energiacserét. A hőmennyiség számítása azonban mindezen esetekben nagyon kicsi, észrevehetetlen értéket mutat. Ezért úgy tűnik, hogy a termodinamikai fizika megnyilvánulásai in való élet nem.
Számítások alkalmazása a hőmennyiség változására
Valószínűleg az olvasó azt fogja mondani, hogy mindez nagyon informatív, de miért kínoznak minket ennyire az iskolában ezekkel a képletekkel. És most példákat adunk, hogy az emberi tevékenység mely területein van rájuk közvetlenül szükség, és hogyan vonatkozik ez bárkire a mindennapi életében.
Először is nézz körül, és számold meg: hány fémtárgy vesz körül? Valószínűleg több mint tíz. Mielőtt azonban gemkapocs, kocsi, gyűrű vagy pendrive válna belőle, minden fém megolvasztódik. Minden üzemnek, amely mondjuk vasércet dolgoz fel, meg kell értenie, hogy mennyi tüzelőanyagra van szükség a költségek optimalizálása érdekében. Ennek kiszámításakor pedig ismerni kell a fémtartalmú alapanyagok hőkapacitását és azt a hőmennyiséget, amit át kell adni ahhoz, hogy minden technológiai folyamat végbemenjen. Mivel az egységnyi üzemanyag által felszabaduló energiát joule-ban vagy kalóriában számítják ki, a képletekre közvetlenül szükség van.
Vagy egy másik példa: a legtöbb szupermarketnek van egy részlege fagyasztott árukkal – hal, hús, gyümölcs. Ha az állati húsból vagy tenger gyümölcseiből származó nyersanyagokat félkész termékké alakítják, tudniuk kell, hogy a hűtő- és fagyasztóegységek mennyi villamos energiát használnak fel a késztermék tonnájára vagy egységére vetítve. Ehhez ki kell számítani, hogy egy kilogramm eper vagy tintahal mennyi hőt veszít egy Celsius-fokkal lehűtve. És a végén ez megmutatja, hogy egy bizonyos kapacitású fagyasztó mennyi áramot fog elkölteni.
Repülőgépek, hajók, vonatok
Fentebb példákat mutattunk be viszonylag mozdulatlan, statikus tárgyakra, amelyek tájékozódnak, vagy éppen ellenkezőleg, bizonyos mennyiségű hőt vonnak el tőlük. A folyamatosan változó hőmérsékleti körülmények között működés közben mozgó objektumok esetében a hőmennyiség számítása más okból is fontos.
Van olyan, hogy "fémfáradtság". Tartalmazza a maximálisan megengedett terheléseket is bizonyos hőmérséklet-változási sebesség mellett. Képzeljen el egy repülőgépet, amely a nedves trópusokról felszáll a fagyos felső légkörbe. A mérnököknek keményen kell dolgozniuk, hogy ne essen szét a hőmérséklet változásakor megjelenő fémrepedések miatt. Olyan ötvözet-összetételt keresnek, amely elviseli a valódi terhelést, és nagy biztonsági résszel rendelkezik. És annak érdekében, hogy ne keressen vakon, abban a reményben, hogy véletlenül belebotlik a kívánt összetételbe, sok számítást kell végeznie, beleértve azokat is, amelyek a hőmennyiség változásait is tartalmazzák.
