Tüm maddelerin iç enerjisi vardır.Bu değer, ısıya özel dikkat gösterilmesi gereken bir dizi fiziksel ve kimyasal özellik ile karakterize edilir. Bu değer, bir maddenin molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerini tanımlayan soyut bir matematiksel değerdir. Isı değişim mekanizmasının anlaşılması, maddelerin soğutulması ve ısıtılmasının yanı sıra yanmaları sırasında ne kadar ısı açığa çıktığı sorusuna cevap vermeye yardımcı olabilir.
Isı olgusunun keşfinin tarihi
Başlangıçta, ısı transferi olgusu tanımlandıçok basit ve anlaşılır: Bir maddenin sıcaklığı yükseldiğinde ısı alır ve soğutulursa ortama salar. Ancak, üç yüzyıl önce düşünüldüğü gibi ısı, söz konusu sıvının veya vücudun ayrılmaz bir parçası değildir. İnsanlar saf bir şekilde maddenin iki bölümden oluştuğuna inanıyorlardı: kendi molekülleri ve ısı. Şimdi, çok az insan Latince'de "sıcaklık" teriminin "karışım" anlamına geldiğini ve örneğin bronzdan "kalay ve bakırın sıcaklığı" olarak konuşulduğunu hatırlıyor.
17. yüzyılda, yapabilecek iki hipotez ortaya çıktı.ısı ve ısı transferi olgusunu net bir şekilde açıklayabilir. İlki 1613'te Galileo tarafından önerildi. Formülasyonu şöyleydi: "Isı, herhangi bir vücuda girip çıkabilen sıra dışı bir maddedir." Galileo bu maddeye kalorik dedi. Kalorinin yok olamayacağını veya parçalanamayacağını, ancak yalnızca bir vücuttan diğerine geçebileceğini savundu. Buna göre, bir maddede ne kadar kalori varsa, sıcaklığı da o kadar yüksek olur.
İkinci hipotez 1620'de ortaya çıktı vefilozof Bacon tarafından önerildi. Çekiçin güçlü darbeleri altında demirin ısındığını fark etti. Bu ilke, aynı zamanda, Bacon'u ısının moleküler doğası fikrine götüren sürtünme ile ateş yakarken de işe yaradı. Vücuda mekanik olarak etki ederken, moleküllerinin birbirine çarpmaya başladığını, hareket hızını artırdığını ve böylece sıcaklığı yükselttiğini savundu.
İkinci hipotez şu sonuca varmıştır:ısı, bir maddenin moleküllerinin birbirleriyle mekanik etkisinin sonucudur. Uzun bir süre boyunca, Lomonosov bu teoriyi kanıtlamaya ve deneysel olarak kanıtlamaya çalıştı.
Isı, bir 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. Böylece, bir kova su dolu bir kaptan daha fazla ısı enerjisine sahiptir. Bununla birlikte, bir fincan sıcak sıvı, bir kase soğuk olana göre daha az sıcaklığa sahip olabilir.
17. yüzyılda önerilen kalori teorisiGalileo, bilim adamları J. Joule ve B. Rumford tarafından yalanlandı. Termal enerjinin herhangi bir kütlesi olmadığını ve yalnızca moleküllerin mekanik hareketi ile karakterize edildiğini kanıtladılar.
Bir maddenin yanması sırasında ne kadar ısı açığa çıkar? Özgül yanma ısısı
Bugün evrensel ve yaygınkullanılan enerji kaynakları turba, petrol, kömür, doğalgaz veya odundur. Bu maddeler yandığında belli bir miktar ısı açığa çıkar, bu da ısıtma, çalıştırma mekanizmaları vb. İçin kullanılır. Pratikte bu değer nasıl hesaplanabilir?
Bunun için özgül ısı kavramı tanıtıldıyanma. Bu değer, belirli bir maddenin 1 kg yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına bağlıdır. Q harfi ile belirtilir ve J / kg cinsinden ölçülür. Aşağıda en yaygın yakıtlardan bazıları için q değerleri tablosu bulunmaktadır.
Motorların tasarımı ve hesaplanmasında mühendisbelli miktarda bir maddenin yanması sırasında ne kadar ısı açığa çıkacağını bilmek gerekir. Bunu yapmak için, Q = qm formülüne göre dolaylı ölçümleri kullanabilirsiniz; burada Q, maddenin yanma ısısı, q, yanmanın özgül ısısı (tablo değeri) ve m, belirtilen kütledir.
Yanma ısısı üretimine dayanırkimyasal bağların oluşumu sırasında enerji salınımı olgusu. En basit örnek, herhangi bir modern yakıtta bulunan karbonun yanmasıdır. Karbon, atmosferik havanın varlığında yanar ve oksijenle birleşerek karbondioksit oluşturur. Kimyasal bir bağ oluşumu, termal enerjinin çevreye salınmasıyla devam eder ve kişi bu enerjiyi kendi amaçları için kullanmaya adapte olmuştur.
Ne yazık ki, bu kadar değerli olanın düşüncesiz israfıPetrol veya turba gibi kaynaklar, yakında bu yakıtların çıkarılma kaynaklarını tüketebilir. Zaten bugün, çalışmaları güneş ışığı, su veya yer kabuğunun enerjisi gibi alternatif enerji kaynaklarına dayanan elektrikli aletler ve hatta yeni araba modelleri ortaya çıkıyor.
Isı transferi
Vücut içinde ısı enerjisi alışverişi yapabilme yeteneğiveya bir vücuttan diğerine ısı transferi denir. Bu fenomen kendiliğinden oluşmaz ve sadece bir sıcaklık farkıyla ortaya çıkar. En basit durumda, ısı enerjisi denge sağlanana kadar daha ısıtılmış bir gövdeden daha az ısıtılmış bir gövdeye aktarılır.
Cesetlerin temas halinde olması gerekmez.ısı transferi olgusu meydana geldi. Her durumda, denge kurulması söz konusu nesneler arasında küçük bir mesafede, ancak dokunduklarından daha düşük bir hızda gerçekleşebilir.
Isı transferi üç türe ayrılabilir:
1. Termal iletkenlik.
2. Konveksiyon.
3. Radyant değişim.
Termal iletkenlik
Bu fenomen, termal enerji transferine dayanmaktadır.bir maddenin atomları veya molekülleri arasında. Transferin nedeni moleküllerin kaotik hareketi ve sürekli çarpışmalarıdır. Bundan dolayı ısı, zincir boyunca bir molekülden diğerine aktarılır.
Termal iletkenlik olgusu şu şekilde gözlemlenebilir:yüzeydeki kızarıklık düzgün bir şekilde yayıldığında ve yavaş yavaş kaybolduğunda (ortama belirli bir miktar ısı salınır) herhangi bir demir malzemenin kalsinasyonu.
J. Fourier, bir maddenin ısıl iletkenlik derecesini etkileyen tüm miktarları toplayan ısı akışı için bir formül türetmiştir (aşağıdaki şekle bakınız).
Bu formülde, Q / t ısı akısıdır, λ -ısıl iletkenlik katsayısı, S kesit alanı, T / X ise belli bir mesafede bulunan gövdenin uçları arasındaki sıcaklık farkının oranıdır.
Termal iletkenlik, tablo şeklinde bir değerdir. Bir konut binasının veya ekipmanının ısı yalıtımı için pratik öneme sahiptir.
Radyant ısı transferi
Dayanan başka bir ısı transfer yöntemielektromanyetik radyasyon olgusu. Konveksiyon ve ısı iletiminden farkı, enerji transferinin vakum uzayında da gerçekleşebilmesidir. Bununla birlikte, ilk durumda olduğu gibi, bir sıcaklık farkı gereklidir.
Radyant değişim, ısı transferinin bir örneğidirGüneşin enerjisini Dünya'nın yüzeyine, esas olarak kızılötesi radyasyondan sorumludur. Dünya yüzeyine ne kadar ısı geldiğini belirlemek için, bu göstergedeki değişikliği izleyen çok sayıda istasyon inşa edildi.
Konveksiyon
Hava akışlarının doğrudan konveksiyonuısı transferi olgusu ile ilişkili. Bir sıvıya veya gaza ne kadar ısı vermiş olursak olalım, 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 hareketinin nedeni budur.
Fenomeni kullanmanın en basit örneğigünlük yaşamda konveksiyon, pil kullanarak bir odayı ısıtmak olarak adlandırılabilir. Bir nedenden ötürü odanın dibinde bulunurlar, ancak ısıtılmış havanın yükselmesi için oda vardır, bu da oda boyunca akış sirkülasyonuna yol açar.
Isı miktarını nasıl ölçebilirsiniz?
Isıtma veya soğutma ısısı hesaplanırmatematiksel olarak özel bir cihaz kullanarak - bir kalorimetre. Kurulum, suyla dolu büyük, yalıtılmış bir kap ile temsil edilmektedir. Ortamın başlangıç sıcaklığını ölçmek için sıvıya bir termometre indirilir. Ardından, denge sağlandıktan sonra sıvının sıcaklığındaki değişikliği hesaplamak için ısıtılmış bir cisim suya indirilir.
Çevreyi artırarak veya azaltarak, belirleyinvücudu ısıtmak için ne kadar ısı harcanması gerektiği. Bir kalorimetre, sıcaklık değişikliklerini kaydedebilen en basit cihazdır.
Ayrıca, bir kalorimetre kullanarak hesaplayabilirsiniz.maddelerin yanması sırasında ne kadar ısı açığa çıkacaktır. Bunun için içi su dolu bir kaba “bomba” yerleştirilir. Bu "bomba", test maddesinin bulunduğu kapalı bir kaptır. Ona kundakçılık için özel elektrotlar bağlanır ve oda oksijenle doldurulur. Maddenin tamamen yanmasından sonra, su sıcaklığındaki değişiklik kaydedilir.
Bu tür deneyler sırasında,termal enerji kaynakları kimyasal ve nükleer reaksiyonlardır. Nükleer reaksiyonlar, Dünya'nın derin katmanlarında meydana gelir ve tüm gezegen için ana ısı kaynağını oluşturur. Ayrıca insanlar tarafından termonükleer füzyon sırasında enerji üretmek için kullanılırlar.
Kimyasal reaksiyon örnekleri yanmadırmaddeler ve insan sindirim sistemindeki polimerlerin monomerlere ayrışması. Bir moleküldeki kimyasal bağların kalitesi ve miktarı, nihayetinde ne kadar ısı açığa çıkacağını belirler.
Isı nasıl ölçülür?
Uluslararası ısı ölçü birimiSI sistemi joule (J) 'dir. Ayrıca günlük yaşamda, sistemik olmayan birimler kullanılır - kalori. 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 İngiliz termal ünitesi BTU vardı. 1 BTU = 1.055 J.
