Fizica căldurii

Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

  • Definiți căldura ca transfer de energie.

În capitolul Muncă, energie și resurse energetice, am definit munca ca forță ori distanță și am învățat că lucrarea efectuată asupra unui obiect își schimbă energia cinetică. De asemenea, am văzut în temperatură, teoria cinetică și legile gazelor că temperatura este proporțională cu energia cinetică (medie) a atomilor și moleculelor. Spunem că un sistem termic are o anumită energie internă: energia sa internă este mai mare dacă temperatura este mai mare. Dacă două obiecte la temperaturi diferite sunt aduse în contact unul cu celălalt, energia este transferată de la obiectul mai fierbinte la cel mai rece până când se atinge echilibrul și corpurile ating echilibrul termic (adică sunt la aceeași temperatură). Niciun obiect nu se lucrează, deoarece nici o forță nu acționează la distanță. Transferul de energie este cauzat de diferența de temperatură și încetează odată ce temperaturile sunt egale. Aceste observații conduc la următoarea definiție a căldurii: Căldura este transferul spontan de energie datorită unei diferențe de temperatură.

După cum sa menționat în capitolul Temperatură, teoria cinetică și legile gazelor, căldura este adesea confundată cu temperatura. De exemplu, putem spune că căldura a fost insuportabilă, atunci când vrem să spunem că temperatura a fost ridicată. Căldura este o formă de energie, în timp ce temperatura nu. Concepția greșită apare deoarece suntem sensibili la fluxul de căldură, mai degrabă decât la temperatură.

Datorită faptului că căldura este o formă de energie, ea are unitatea SI de joule (J). Caloria (cal) este o unitate obișnuită de energie, definită ca energia necesară pentru a schimba temperatura de 1,00 g de apă cu 1,00 ° C - în mod specific, între 14,5 ° C și 15,5 ° C, deoarece există o ușoară dependență de temperatură. Poate că cea mai comună unitate de căldură este kilocaloria (kcal), care este energia necesară pentru a modifica temperatura de 1,00 kg de apă cu 1,00ºC. Deoarece masa este cel mai adesea specificată în kilograme, kilocaloria este frecvent utilizată. Caloriile alimentare (având în vedere nota Cal, și uneori numite „calorii mari”) sunt de fapt kilocalorii (1 kilocalorie = 1000 calorii), fapt care nu este ușor de stabilit din etichetarea ambalajului.

mecanic căldurii

Figura 1. În figura (a) băutura răcoritoare și gheața au temperaturi diferite, T1 și T2, și nu se află în echilibru termic. În figura (b), când băutura răcoritoare și gheața sunt lăsate să interacționeze, energia este transferată până când ating aceeași temperatură T ′, obținând echilibrul. Transferul de căldură are loc datorită diferenței de temperatură. De fapt, deoarece băutura răcoritoare și gheața sunt ambele în contact cu aerul înconjurător și cu banca, temperatura de echilibru va fi aceeași pentru ambele.