Обзор тепла

Физика > Обзор тепла

Тепло – измеримая форма энергии, способная перемещаться из одного объекта в другой. Не относится к разряду веществ.

Задача обучения

• Разобраться в трех режимах теплопередачи.

Основные пункты

• Тепло – важный момент, затрагивающий все аспекты человеческого существования. Принципы установил Джеймс Максвелл.
• Количество теплопередачи можно измерить калориметрией.
• Есть три режима теплопередачи: проводимость, конвекция и излучение.

Термины

• Калориметрия – наука об измерении тепла, впитываемом или освобождающемся в процессе химической реакции или перемены состояния.
• Теплопередача – передача тепловой энергии при помощи проводимости, конвекции или излучения.

Тепло и теплообмен

Энергия способна принимать разные формы и тепло выступает одной из интереснейших. Оно часто скрывается, так как возникает только при транзите и транспортируется различными методами. Теплопередача присутствует в каждом аспекте нашего существования и помогает разобраться в принципах работы Вселенной. Именно поэтому в ясную ночь мы ощущаем прохладу, а земное ядро все еще не остыло.

(а) – Освежающая прохлада в ясную ночь возникает из-за ветра и радиационного теплообмена в холодном космическом пространстве. (b) – Споры о возрасте нашей планеты велись очень долго, но сейчас мы знаем, что отметка закрепилась на 4.5 миллиардах лет. Главный интерес в дебатах уделялся расплавленному внутреннему пространству. Но, если Земля такая древняя, то ее центр уже давно должен был остыть. Ответ на загадку дала радиоактивность, обнаруженная в горных породах. Именно этот энергетический источник поддерживает внутреннее плавление планеты, хотя тепло и передается на поверхность

Определение

В 1871 году Джеймс Максвелл вывел Теорию теплоты, где затронул идею, что между теплом и движущейся материей есть связь. Впервые об этом еще в 1798 году заговорил Бенджамин Томпсон. Но именно Максвелл создал 4 условия для выявления теплоты:

• Это можно перенести из одного объекта в другой.
• Это измеримая величина, поэтому поддается математическим расчетам.
• Не рассматривается как вещество, потому что его можно трансформировать в что-то (в механическую работу).
• Это одна из энергетических форм.

Количественное определение тепла

Количество передаваемого тепла можно вычислить при помощи расчетов с другими величинами. Прямой замер возможен с калориметрией и это главная эмпирическая основа идеи теплового количества. Переданное тепло вычисляют, отследив перемены в свойствах объекта, вроде роста температуры, объема или изменение состояния. Косвенные оценки строятся на законе сохранения энергии (в некоторых случаях – первый закон термодинамики).

Способы теплопередачи

С теплопередачей связано очень много процессов, поэтому сложно даже представить ситуацию, когда она вообще не осуществляется. Существует три способа теплопередачи:

• Физический контакт (вещество стабильно в макроскопическом масштабе – есть тепловое перемещение атомов и молекул при любом температурном показателе, превышающем абсолютный ноль). Примером проводимости послужит передача тепла от печи к кастрюле.
• Конвекция – транспортировка макроскопическим перемещением жидкости.
• Транспортировка при помощи излучения. Это излучение или поглощение микроволн, инфракрасного излучения, видимого света или любой другой формы электромагнитных лучей.

---