Co znamená písmeno Q ve fyzice?

Vnitřní energie tělesa závisí na jeho teplotě a vnějších podmínkách – objemu atd. Zůstanou-li vnější podmínky nezměněny, tj. objem a další parametry jsou konstantní, pak vnitřní energie tělesa závisí pouze na jeho teplotě.

Vnitřní energii tělesa můžete změnit nejen zahřátím v plameni nebo provedením mechanické práce (aniž byste změnili polohu tělesa, např. práce tření), ale také tím, že jej přivedete do kontaktu s jiným tělesem. těleso, které má teplotu odlišnou od teploty tohoto tělesa, tedy přenosem tepla.

Množství vnitřní energie, kterou tělo získá nebo ztratí během přenosu tepla, se nazývá „množství tepla“. Množství tepla se obvykle označuje písmenem „Q“. Pokud se vnitřní energie tělesa během procesu přenosu tepla zvýší, pak je teplu přiřazeno znaménko plus a říká se, že těleso dostalo teplo „Q“. Když se vnitřní energie během procesu přenosu tepla sníží, teplo je považováno za záporné a říká se, že množství tepla “Q” bylo odstraněno (nebo odstraněno) z těla.

Množství tepla lze měřit ve stejných jednotkách, ve kterých se měří mechanická energie. V SI je to “1”. joule. Existuje další jednotka měření tepla – kalorie. Kalorie je množství tepla potřebné k ohřevu `1` g vody o `1^@ “C”`.

Vztah mezi těmito jednotkami stanovil Joule: `1` cal `= 4,18` J. To znamená, že díky práci `4,18` kJ se teplota `1` kilogramu vody zvýší o `1` stupeň.

Množství tepla potřebné k zahřátí těla o `1^@ “C”` se nazývá tepelná kapacita těla. Tepelná kapacita tělesa je označena písmenem „C“. Pokud je tělu poskytnuto malé množství tepla „Delta Q“ a tělesná teplota se změní na „Delta t“ stupňů, pak

Zkušenosti ukazují, že při běžných teplotách `(200-500 sf”K”)` je tepelná kapacita většiny pevných látek a kapalin téměř nezávislá na teplotě. Pro většinu výpočtů budeme předpokládat, že tepelná kapacita látky je konstantní hodnota.

Kromě tepelné kapacity tělesa `C` se zavádí i měrná tepelná kapacita `c` – tepelná kapacita jednotkové hmotnosti látky. Právě tato veličina je obvykle uváděna v referenčních knihách fyzikálních veličin. Měrné teplo `c` souvisí s tepelnou kapacitou tělesa `C` a hmotností `m` tělesa poměrem:

Uvedené vzorce nám umožňují vypočítat, kolik tepla `Q` musí být přeneseno do tělesa o hmotnosti `m`, aby se jeho teplota zvýšila z hodnoty `t_1` na hodnotu `t_2`:

Je-li těleso obklopeno skořápkou, která špatně vede teplo, pak teplota tělesa, pokud je ponechána svému osudu, zůstane prakticky konstantní po dlouhou dobu. Takové ideální skořápky samozřejmě v přírodě neexistují, ale je možné vytvořit skořápky, které se jim svými vlastnostmi blíží.

Příklady zahrnují obložení vesmírných lodí a Dewarovy baňky používané ve fyzice a technologii. Dewarova baňka je skleněný nebo kovový válec s dvojitými zrcadlovými stěnami, mezi nimiž vzniká vysoké vakuum. Skleněná baňka domácí termosky je také Dewarova baňka.

Plášť je izolační kalorimetr – přístroj, který umožňuje měřit množství tepla. Kalorimetr je velká tenkostěnná sklenice, položená na kousky korku uvnitř další velké sklenice tak, aby mezi stěnami zůstala vrstva vzduchu, a nahoře uzavřená tepelně izolačním víčkem.

Pokud se dvě nebo více těles s různou teplotou přivedou do tepelného kontaktu v kalorimetru a počkají, po nějaké době se uvnitř kalorimetru ustaví tepelná rovnováha. Během přechodu do tepelné rovnováhy některá tělesa odevzdají teplo (celkové množství tepla `Q_(sf”podlaha”)`, jiná přijmou teplo (celkové množství tepla `Q_(sf”podlaha”)`). A jelikož si kalorimetr a tělesa v něm obsažená nevyměňují teplo s okolním prostorem, ale pouze mezi sebou, můžeme sepsat vztah, tzv. rovnice tepelné bilance:

V řadě tepelných procesů může být teplo absorbováno nebo uvolněno tělem, aniž by se změnila jeho teplota. K takovým tepelným procesům dochází, když se mění skupenství látky – tání, krystalizace, vypařování, kondenzace a var. Pojďme stručně probrat hlavní charakteristiky těchto procesů.

Tání – proces přeměny krystalické pevné látky na kapalinu. Proces tavení probíhá při konstantní teplotě, přičemž dochází k absorpci tepla.

Měrné teplo tání “lambda” se rovná množství tepla potřebného k roztavení “1” kg krystalické látky odebrané při jejím bodu tání. Množství tepla `Q_(sf”pl”)`, které je potřeba k přeměně pevného tělesa o hmotnosti `m` při teplotě tání na kapalný stav, se rovná

Protože bod tání zůstává konstantní, množství tepla předávaného tělu zvyšuje potenciální energii interakce mezi molekulami a krystalová mřížka je zničena.

Proces krystalizace – Toto je obrácený proces tavení. Během krystalizace se kapalina mění v pevnou látku a uvolňuje se množství tepla, rovněž určené vzorcem (1.5).

Odpařování je proces přeměny kapaliny na páru. K odpařování dochází z otevřeného povrchu kapaliny. Během procesu odpařování opouštějí kapalinu nejrychlejší molekuly, tj. molekuly, které mohou překonat přitažlivé síly vyvíjené molekulami kapaliny. V důsledku toho, pokud je kapalina tepelně izolována, ochlazuje se během procesu odpařování.

Měrné skupenské teplo vypařování “L” se rovná množství tepla potřebného k přeměně “1” kg kapaliny na páru. Množství tepla `Q_(sf”isp”)`, které je potřeba k přeměně kapaliny o hmotnosti `m` do stavu páry, se rovná

Kondenzace – proces obrácený k procesu odpařování. Když dojde ke kondenzaci, pára se změní na kapalinu. Tím vzniká teplo. Množství tepla uvolněného při kondenzaci páry je určeno vzorcem (1.6).

Vařící – proces, při kterém se tlak nasycených par kapaliny rovná atmosférickému tlaku, takže k odpařování nedochází pouze z povrchu, ale v celém objemu (v kapalině jsou vždy vzduchové bubliny, při varu tlak par v nich dosáhne atmosférického tlaku a bubliny stoupají nahoru).

Sublimace (sublimace) – proces přechodu látky z pevného skupenství přímo do plynného skupenství. Právě díky sublimaci cítíme některé pevné látky, jako je naftalín a kafr. Ze stejného důvodu vysychá mokré prádlo pověšené v mrazu. Opačný proces se nazývá desublimace. Příkladem desublimace jsou „vzory“ na oknech, které se tvoří z vodní páry ve vzduchu a krystalizují na povrchu skla.