Bütün maddelerin iç enerjisi vardır. Bu değer, aralarında ısıya özel dikkat gösterilmesi gereken bir dizi fiziksel ve kimyasal özellik ile karakterize edilir. Bu miktar, bir maddenin molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerini tanımlayan soyut bir matematiksel değerdir. Isı değişimi mekanizmasını anlamak, maddelerin yanması kadar soğutulması ve ısıtılması sırasında ne kadar ısı açığa çıktığı sorusunun yanıtlanmasına yardımcı olabilir.
Isı olgusunun keşfinin tarihi
Başlangıçta, ısı transferi olgusu çok basit ve net bir şekilde anlatılmıştı: Bir maddenin sıcaklığı yükselirse ısı alır ve soğuma durumunda ise çevreye verir. Ancak ısı, üç yüzyıl önce düşünüldüğü gibi, söz konusu sıvının veya cismin ayrılmaz bir parçası değildir. İnsanlar saf bir şekilde maddenin iki kısımdan oluştuğuna inanıyorlardı: kendi molekülleri ve ısısı. Şimdi, çok az insan Latince'deki "sıcaklık" teriminin "karışım" anlamına geldiğini hatırlıyor ve örneğin bronzdan "kalay ve bakırın sıcaklığı" olarak söz ettiler.
17. yüzyılda, iki hipotez ortaya çıktı:ısı ve ısı transferi olgusunu açıkça açıklayabilir. İlki 1613'te Galileo tarafından önerildi. İfadesi şuydu: "Isı, herhangi bir cismin içine ve dışına nüfuz edebilen alışılmadık bir maddedir." Galileo bu maddeye kalorik adını verdi. Kaloriğin yok olamayacağını veya çökemeyeceğini, ancak yalnızca bir vücuttan diğerine geçebileceğini savundu. Buna göre, maddede ne kadar kalori varsa, sıcaklığı da o kadar yüksek olur.
İkinci hipotez 1620'de ortaya çıktı ve filozof Bacon tarafından önerildi. Çekicin güçlü darbeleri altında demirin ısındığını fark etti. Bu ilke, Bacon'un ısının moleküler doğası hakkında düşünmesine yol açan, sürtünmeyle ateş yakıldığında da işe yaradı. Bir vücut mekanik olarak etkilendiğinde, moleküllerinin birbirine çarpmaya başladığını, hareket hızını artırdığını ve böylece sıcaklığı yükselttiğini savundu.
İkinci hipotezin sonucu, ısının bir maddenin moleküllerinin birbirleriyle mekanik hareketinin sonucu olduğu sonucuydu. Uzun bir süre boyunca Lomonosov bu teoriyi kanıtlamaya ve deneysel olarak kanıtlamaya çalıştı.
Isı, maddenin iç enerjisinin bir ölçüsüdür
Modern bilim adamları şu sonuca varmışlardır: termal enerji, madde moleküllerinin, yani vücudun iç enerjisinin etkileşiminin sonucudur. Parçacıkların hareket hızı sıcaklığa bağlıdır ve ısı miktarı maddenin kütlesi ile doğru orantılıdır. Bu nedenle, bir kova su, doldurulmuş bir bardağa göre daha fazla termal enerjiye sahiptir. Ancak, bir fincan sıcak sıvısoğuk bir havzadan daha az ısıya sahip olabilir.
17. yüzyılda Galileo tarafından önerilen kalori teorisi, bilim adamları J. Joule ve B. Rumford tarafından reddedildi. Termal enerjinin herhangi bir kütlesi olmadığını ve yalnızca moleküllerin mekanik hareketi ile karakterize olduğunu kanıtladılar.
Bir maddenin yanması sırasında ne kadar ısı açığa çıkar? Spesifik kalorifik değer
Günümüzde turba, petrol, kömür, doğal gaz veya odun evrenseldir ve yaygın olarak kullanılan enerji kaynaklarıdır. Bu maddeler yakıldığında, ısıtma, çalıştırma mekanizmaları vb. için kullanılan belirli bir miktar ısı açığa çıkar. Bu değer pratikte nasıl hesaplanabilir?
Bunun için yanmanın özgül ısısı kavramı tanıtılır. Bu değer, 1 kg belirli bir maddenin yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına bağlıdır. Q harfi ile gösterilir ve J / kg olarak ölçülür. Aşağıda en yaygın yakıtlardan bazıları için bir q değerleri tablosu bulunmaktadır.
Motorları inşa ederken ve hesaplarken, bir mühendisin belirli bir miktarda madde yandığında ne kadar ısı açığa çıkacağını bilmesi gerekir. Bunu yapmak için, Q=qm formülünü kullanarak dolaylı ölçümleri kullanabilirsiniz, burada Q maddenin yanma ısısıdır, q yanmanın özgül ısısıdır (tablo değeri) ve m verilen kütledir.
Yanma sırasında ısı oluşumu, kimyasal bağların oluşumu sırasında enerji salınımı olgusuna dayanır. En basit örnek, içerdiği karbonun yanmasıdır.her türlü modern yakıtta. Karbon, atmosferik havanın varlığında yanar ve oksijenle birleşerek karbondioksiti oluşturur. Kimyasal bir bağın oluşumu termal enerjinin çevreye salınmasıyla ilerler ve insan bu enerjiyi kendi amaçları için kullanmaya adapte olmuştur.
Ne yazık ki, petrol veya turba gibi değerli kaynakların düşüncesizce harcanması, yakında bu yakıtların üretimi için kaynakların tükenmesine yol açabilir. Daha bugün, çalışması güneş ışığı, su veya yer kabuğunun enerjisi gibi alternatif enerji kaynaklarına dayanan elektrikli ev aletleri ve hatta yeni araba modelleri ortaya çıkıyor.
Isı transferi
Bir cisim içinde veya bir cisimden diğerine termal enerji alışverişi yapma yeteneğine ısı transferi denir. Bu fenomen kendiliğinden oluşmaz ve yalnızca bir sıcaklık farkı ile oluşur. En basit durumda, termal enerji, denge kurulana kadar daha sıcak bir vücuttan daha az ısıtılmış bir cisme aktarılır.
Isı transferi olgusunun gerçekleşmesi için cisimlerin temas halinde olması gerekmez. Her halükarda, dengenin kurulması, incelenen nesneler arasında küçük bir mesafede, ancak temas kurduklarından daha yavaş bir hızda da gerçekleşebilir.
Isı transferi üç türe ayrılabilir:
1. Termal iletkenlik.
2. Konveksiyon.
3. Işıltılı değişim.
Termal iletkenlik
Bu fenomen, maddenin atomları veya molekülleri arasındaki termal enerji transferine dayanır. Sebeb olmakiletim - moleküllerin kaotik hareketi ve sürekli çarpışmaları. Bu nedenle ısı zincir boyunca bir molekülden diğerine geçer.
Isı iletkenlik olgusu, herhangi bir demir malzeme kalsine edildiğinde, yüzeydeki kızarıklık düzgün bir şekilde yayıldığında ve yavaş yavaş solduğunda (ortama belirli bir miktarda ısı salındığında) gözlemlenebilir.
F. Fourier, bir maddenin termal iletkenlik derecesini etkileyen tüm miktarları toplayan bir ısı akışı formülü elde etti (aşağıdaki şekle bakın).
Bu formülde Q/t ısı akısı, λ termal iletkenlik katsayısı, S kesit alanı, T/X belli bir mesafe.
Termal iletkenlik tablo şeklinde bir değerdir. Bir konut binasını yalıtırken veya ekipmanın ısı yalıtımını yaparken pratik bir öneme sahiptir.
Radyant ısı transferi
Elektromanyetik radyasyon fenomenine dayanan başka bir ısı transferi yolu. Konveksiyon ve ısı iletiminden farkı, enerji transferinin boşlukta da gerçekleşebilmesi gerçeğinde yatmaktadır. Ancak ilk durumda olduğu gibi bir sıcaklık farkı gereklidir.
Radyan değişimi, esas olarak kızılötesi radyasyondan sorumlu olan termal enerjinin Güneş'ten Dünya yüzeyine transferine bir örnektir. Dünya yüzeyine ne kadar ısı ulaştığını belirlemek için çok sayıda istasyon inşa edilmiştir.bu göstergedeki değişikliği izleyin.
Konveksiyon
Hava akışlarının konvektif hareketi, ısı transferi olgusuyla doğrudan ilişkilidir. Bir sıvıya veya gaza ne kadar ısı verirsek verelim, maddenin molekülleri daha hızlı hareket etmeye başlar. Bu nedenle, tüm sistemin basıncı azalır ve aksine hacim artar. Sıcak hava akımlarının veya diğer gazların yukarı doğru hareket etmesinin nedeni budur.
Konveksiyon olgusunu günlük hayatta kullanmanın en basit örneği bir odayı pillerle ısıtmak olarak adlandırılabilir. Bir nedenden dolayı odanın alt kısmında bulunurlar, ancak ısıtılan havanın yükselmesi için oda vardır, bu da odanın etrafındaki akışların dolaşımına yol açar.
Isı nasıl ölçülebilir?
Isıtma veya soğutmanın ısısı, özel bir cihaz - bir kalorimetre kullanılarak matematiksel olarak hesaplanır. Kurulum, suyla dolu büyük bir ısı yalıtımlı kap ile temsil edilir. Ortamın başlangıç sıcaklığını ölçmek için sıvının içine bir termometre indirilir. Ardından, denge kurulduktan sonra sıvının sıcaklığındaki değişimi hesaplamak için ısıtılmış bir cisim suya indirilir.
t'yi artırarak veya az altarak, çevre vücudu ısıtmak için ne kadar ısı harcanması gerektiğini belirler. Kalorimetre, sıcaklık değişikliklerini kaydedebilen en basit cihazdır.
Ayrıca bir kalorimetre kullanarak yanma sırasında ne kadar ısı açığa çıkacağını hesaplayabilirsiniz.maddeler. Bunu yapmak için, suyla dolu bir kaba bir “bomba” yerleştirilir. Bu "bomba", test maddesinin bulunduğu kapalı bir kaptır. Kundakçılık için özel elektrotlar ona bağlanır ve oda oksijenle doldurulur. Maddenin tamamen yanmasından sonra suyun sıcaklığındaki değişiklik kaydedilir.
Bu tür deneyler sırasında, termal enerji kaynaklarının kimyasal ve nükleer reaksiyonlar olduğu tespit edildi. Nükleer reaksiyonlar, Dünya'nın derin katmanlarında gerçekleşir ve tüm gezegen için ana ısı rezervini oluşturur. Ayrıca insanlar tarafından nükleer füzyon yoluyla enerji üretmek için kullanılırlar.
Kimyasal reaksiyon örnekleri, insan sindirim sisteminde maddelerin yanması ve polimerlerin monomerlere parçalanmasıdır. Bir moleküldeki kimyasal bağların kalitesi ve miktarı, sonuçta ne kadar ısı açığa çıkacağını belirler.
Isı nasıl ölçülür?
Uluslararası SI sisteminde ısı birimi joule'dür (J). Ayrıca günlük yaşamda sistem dışı birimler kullanılır - kaloriler. 1 kalori, uluslararası standarda göre 4.1868 J'ye ve termokimyaya göre 4.184 J'ye eşittir. Daha önce bilim adamları tarafından nadiren kullanılan bir btu btu vardı. 1 BTU=1.055 J.
