Formula dan unit haba, ciri -ciri, bagaimana diukur, contohnya

Dia haba Dalam fizik ia ditakrifkan sebagai Tenaga terma dipindahkan dengan syarat bahawa objek atau bahan yang berada pada suhu yang berbeza diletakkan. Pemindahan tenaga ini dan semua proses yang dikaitkan dengannya, adalah objek kajian termodinamik, cabang fizik penting.

Haba adalah salah satu daripada pelbagai bentuk yang mengamalkan tenaga, dan salah satu yang paling biasa. Itulah sebabnya patut bertanya dari mana asalnya. Jawapannya adalah dalam atom dan molekul yang membentuk perkara itu. Zarah -zarah ini dalam keadaan tidak statik. Kita dapat membayangkan mereka sebagai akaun kecil yang disatukan oleh mata air lembut, mampu menyusut dan meregangkan dengan mudah.

Atom dan molekul bergetar di dalam bahan, yang diterjemahkan ke dalam tenaga dalaman. Sumber: ms. Tippens. Fizik: Konsep dan aplikasi.

Dengan cara ini, zarah mampu bergetar dan tenaga mereka dapat dengan mudah dipindahkan ke zarah lain, dan juga dari satu badan ke badan yang lain.

Jumlah haba yang diserap atau menghasilkan badan, bergantung pada sifat bahan, jisimnya dan perbezaan suhu. Ia dikira seperti ini:

Q = m.C_dan .Δt

Di mana Q Ia adalah jumlah haba yang dipindahkan, m Ia adalah jisim objek, C_dan Ia adalah haba tertentu bahan dan Δt = t_final - T_permulaan, iaitu perbezaan suhu.

Seperti semua bentuk tenaga, haba diukur dalam Joules, Dalam sistem antarabangsa (SI). Unit lain yang sesuai adalah: Ergios Dalam sistem CGS, Btu Dalam sistem British, dan kalori, istilah penggunaan biasa untuk mengetahui kandungan tenaga makanan.

[TOC]

Ciri -ciri haba

Panas api adalah tenaga dalam pemindahan. Sumber: Pixabay

Terdapat beberapa konsep utama yang mesti diambil kira:

-Haba adalah kira -kira Tenaga dalam transit. Objek tidak mempunyai haba, mereka hanya memberikannya atau menyerapnya mengikut keadaan. Apa objek yang dilakukan tenaga dalaman, Di bawah konfigurasi dalamannya.

Tenaga dalaman ini pula terdiri daripada tenaga kinetik yang dikaitkan dengan pergerakan getaran dan tenaga berpotensi, tipikal konfigurasi molekul. Mengikut konfigurasi ini, bahan akan memindahkan haba lebih mudah dan lebih mudah dan ini dapat dilihat dalam haba tertentu C_dan, Nilai yang disebut dalam persamaan untuk mengira q.

-Konsep penting kedua ialah haba sentiasa dipindahkan dari badan terpanas ke yang paling sejuk. Pengalaman menunjukkan bahawa panas kopi panas selalu berlalu ke arah porselin cawan dan pinggan, atau ke logam sudu yang mana ia kacau.

-Jumlah haba yang diberikan atau diserap bergantung kepada jisim badan yang dipersoalkan. Tambahkan jumlah kalori atau joule yang sama ke sampel dengan adunan x tidak panas kepada yang lain yang jisimnya 2x.

Boleh melayani anda: Gelombang elektromagnet: Teori, Jenis, Ciri -ciri Maxwell

Alasannya? Terdapat lebih banyak zarah dalam sampel terbesar, dan masing -masing akan menerima rata -rata hanya separuh daripada tenaga daripada sampel terkecil.

Keseimbangan haba dan pemuliharaan tenaga

Pengalaman memberitahu kita bahawa apabila kita meletakkan dua objek dalam suhu yang berbeza, suhu kedua -duanya akan menjadi masa yang sama. Maka dapat disahkan bahwa objek atau sistem, kerana mereka juga boleh dipanggil, masuk keseimbangan haba.

Sebaliknya, mencerminkan bagaimana untuk meningkatkan tenaga dalaman sistem terpencil, disimpulkan bahawa terdapat dua mekanisme yang mungkin:

i) Panaskannya, iaitu, memindahkan tenaga dari sistem lain.

i) Lakukan beberapa jenis kerja mekanikal kepadanya.

Dengan mengambil kira bahawa tenaga dipelihara:

Sebarang kenaikan tenaga dalaman sistem adalah sama dengan jumlah haba yang ditambah lebih banyak kerja yang dilakukan di atasnya.

Dalam rangka termodinamik, prinsip pemuliharaan ini diketahui Undang -undang termodinamik pertama. Kami mengatakan bahawa sistem mesti diasingkan, jika tidak, entri atau output tenaga lain harus dipertimbangkan dalam keseimbangan.

Bagaimana haba diukur?

Haba diukur mengikut kesan yang dihasilkannya. Oleh itu adalah rasa sentuhan yang cepat memberitahu betapa panas atau sejuk adalah minuman, makanan atau objek apa pun. Oleh kerana memberi atau menyerap haba diterjemahkan ke dalam perubahan suhu, mengukur yang ini mempunyai idea tentang berapa banyak haba yang telah dipindahkan.

Instrumen yang digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer, peranti yang disediakan dengan skala lulus untuk menjalankan bacaan. Yang paling terkenal ialah termometer merkuri, yang terdiri daripada kapilari merkuri halus yang berkembang ketika pemanasan.

Termometer dengan tamat pengajian di Celsius dan Fahrenheit Scales. Sumber: Pixabay.

Kemudian kapilari penuh merkuri dimasukkan ke dalam tiub kaca dengan skala dan berhubung dengan badan yang suhunya harus diukur sehingga mereka mencapai keseimbangan haba dan suhu kedua -duanya adalah sama.

Apa yang diperlukan untuk membuat termometer?

Untuk memulakan, perlu mempunyai beberapa harta termometrik, iaitu, yang berbeza dengan suhu.

Contohnya gas atau cecair seperti merkuri, berkembang apabila pemanasan, walaupun ia juga berfungsi rintangan elektrik, yang memancarkan haba ketika diseberang oleh arus. Pendek kata, sebarang harta termometrik yang mudah diukur boleh digunakan.

Jika suhu t berkadar terus dengan harta termometrik X, Kemudian anda boleh menulis:

t = kx

Di mana k Ia adalah pemalar yang berkadar ditentukan apabila dua suhu yang sesuai ditetapkan dan nilai yang sepadan X. Suhu yang sesuai bermaksud mudah diperoleh di makmal.

Boleh melayani anda: Pukulan parabola serong: ciri, formula, persamaan, contoh

Setelah pasangan telah ditubuhkan (t₁, X₁) dan (t₂, X₂), Selang di antara mereka dibahagikan kepada bahagian yang sama, ini akan menjadi gred.

Skala suhu

Pemilihan suhu yang diperlukan untuk membina skala suhu dibuat dengan kriteria yang mudah diperolehnya di makmal. Salah satu skala yang paling banyak digunakan di seluruh dunia ialah Skala Celsius, yang dicipta oleh saintis Sweden Anders Celsius (1701-1744).

0 skala Celsius adalah suhu di mana air ais dan cecair berada dalam keseimbangan pada 1 atmosfera tekanan, manakala perhentian atas dipilih apabila air cair dan wap air sama -sama dalam keseimbangan dan pada 1 atmosfera tekanan. Selang ini dibahagikan kepada 100 darjah, masing -masing dipanggil Centigrade darjah.

Ini bukan satu -satunya cara untuk membina skala, lebih kurang. Terdapat skala lain yang berbeza, seperti skala fahrenheit, di mana selang telah dipilih dengan nilai lain. Dan terdapat skala kelvin, yang hanya mempunyai perhentian yang lebih rendah: sifar mutlak.

Zero mutlak sepadan dengan suhu di mana setiap pergerakan zarah dalam bahan terhenti sepenuhnya, namun, walaupun sudah cukup dekat, belum ada bahan yang belum disejukkan ke sifar mutlak.

Contoh

Semua pengalaman panas setiap hari, sama ada secara langsung atau tidak langsung. Contohnya, apabila minuman panas diambil, ketika menerima matahari tengah hari, memeriksa suhu motor kereta, di dalam bilik yang penuh dengan orang dan dalam banyak situasi.

Di Bumi, panas diperlukan untuk mengekalkan proses kehidupan, baik yang berasal dari matahari dan yang meninggalkan bahagian dalam planet ini.

Begitu juga, iklim didorong oleh perubahan tenaga haba yang berlaku di atmosfera. Panas matahari tidak mencapai yang sama dengan di mana -mana, latitud khatulistiwa lebih tinggi daripada tiang, jadi udara terpanas dari kawasan tropika naik dan bergerak ke utara dan selatan, untuk mencapai keseimbangan haba yang dibincangkan sebelumnya.

Dengan cara ini, arus udara ditubuhkan pada kelajuan yang berbeza, yang mengangkut awan dan hujan. Sebaliknya, perlanggaran yang mendadak antara bahagian panas dan sejuk, menyebabkan fenomena seperti ribut, tornado dan taufan.

Sebaliknya, pada tahap yang lebih dekat, haba mungkin tidak dialu -alukan sebagai matahari terbenam di pantai. Haba menyebabkan masalah operasi di enjin kereta dan pemproses komputer.

Boleh melayani anda: Undang -undang Watt: Apa, Contoh, Aplikasi

Ia juga menyebabkan elektrik hilang dalam memandu kabel dan bahan -bahan yang dilipat, jadi rawatan haba sangat penting dalam semua bidang kejuruteraan.

Latihan

- Latihan 1

Pada label gula -gula berbunyi yang menyumbang 275 kalori. Berapa banyak tenaga dalam joules bersamaan dengan gula -gula ini?

Penyelesaian

Pada mulanya kalori telah disebut sebagai unit untuk panas. Makanan mengandungi tenaga yang biasanya diukur dalam unit ini, tetapi makan kalori sebenarnya kilokalori.

Kesetaraan adalah seperti berikut: 1 kcal = 4186 j, dan disimpulkan bahawa merawatnya mempunyai:

275 kilocalories x 4186 Joule/Kilocaloria = 1.15 10⁶ J.

- Latihan 2

100 g dipanaskan ke logam sehingga 100 ° C dan meletakkannya dalam kalorimeter dengan 300 g air pada 20 ° C. Suhu yang diperoleh oleh sistem apabila mencapai keseimbangan adalah 21.44 ° C. Diminta untuk menentukan haba tertentu logam, dengan mengandaikan bahawa kalorimeter tidak menyerap haba.

Penyelesaian

Dalam keadaan ini logam memberikan haba, yang akan kita panggil q_Sceding Dan tanda (-) diletakkan sebelum menunjukkan kerugian:

Q_Sceding = m_logam .Ec_logam. Δt

Bagi bahagiannya, air kalorimeter menyerap haba, yang akan dilambangkan sebagai diserap:

Q_diserap = m_air .Ec _air . Δt

Tenaga dipelihara, dari mana ia mengikutinya:

Q_Sceding = Q_diserap

Dari pernyataan anda boleh mengira Δt:

Logam: Δt = t_final - T_permulaan= (21.44 - 100) ºC = -78.56 ºC = -78.56 k.

Air: Δt = t_final - T_permulaan= (21.44 - 20) ºC = 1.44 ºC = 1.44 k.

Penting: 1 ºC adalah saiz yang sama dengan 1 kelvin. Perbezaan antara kedua -dua skala adalah bahawa skala kelvin adalah mutlak (gred kelvin sentiasa positif).

Panas air tertentu pada 20 ºC ialah 4186 J/kg. K dan dengan ini anda sudah dapat mengira haba yang diserap:

Q_diserap = m_air .Ec _air . ΔT = 300 x 10^-3 kg . 4186 J/kg . K . 1.44 k = 1808.35 J.

Untuk membuat kesimpulan, haba logam tertentu dibersihkan:

Ec _logam = Q _diserap /-M _logam . ΔT _logam  = 1808.35 j / -[(100 x 10^-3 kg. (-78.56 k)] = 230.2 j/kg.K

Rujukan

1. Bauer, w. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. McGraw Hill.
2. Cuellar, J.Ke. FISCA II: Pendekatan Kompetensi. McGraw Hill.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fizik: Lihatlah dunia. 6^TA Edisi Singkat. Pembelajaran Cengage.
4. Knight, r.  2017. Fizik untuk saintis dan kejuruteraan: Pendekatan Strategi.  Pearson.
5. Tippens, ms. 2011. Fizik: Konsep dan aplikasi. Edisi ke -7. McGraw Hill