Lahat ng substance ay may panloob na enerhiya. Ang halaga na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang bilang ng mga pisikal at kemikal na katangian, kung saan ang espesyal na pansin ay dapat bayaran sa init. Ang dami na ito ay isang abstract mathematical value na naglalarawan sa mga puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga molecule ng isang substance. Ang pag-unawa sa mekanismo ng pagpapalitan ng init ay maaaring makatulong sa pagsagot sa tanong kung gaano karaming init ang inilabas sa panahon ng paglamig at pag-init ng mga sangkap, pati na rin ang kanilang pagkasunog.
Kasaysayan ng pagkatuklas ng phenomenon ng init
Sa una, ang kababalaghan ng paglipat ng init ay inilarawan nang napakasimple at malinaw: kung ang temperatura ng isang sangkap ay tumaas, ito ay tumatanggap ng init, at sa kaso ng paglamig, ito ay naglalabas nito sa kapaligiran. Gayunpaman, ang init ay hindi isang mahalagang bahagi ng likido o katawan na isinasaalang-alang, gaya ng naisip tatlong siglo na ang nakalilipas. Naniniwala ang mga tao na ang bagay ay binubuo ng dalawang bahagi: ang sarili nitong mga molekula at init. Ngayon, kakaunting tao ang nakakaalala na ang terminong "temperatura" sa Latin ay nangangahulugang "halo", at, halimbawa, binanggit nila ang tanso bilang "ang temperatura ng lata at tanso."
Noong ika-17 siglo, dalawang hypotheses ang lumitaw namalinaw na maipaliwanag ang kababalaghan ng init at paglipat ng init. Ang una ay iminungkahi noong 1613 ni Galileo. Ang kanyang mga salita ay: "Ang init ay isang hindi pangkaraniwang sangkap na maaaring tumagos sa loob at labas ng anumang katawan." Tinawag ni Galileo ang sangkap na ito na caloric. Nagtalo siya na ang caloric ay hindi maaaring mawala o bumagsak, ngunit may kakayahang lumipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Alinsunod dito, mas maraming caloric sa substance, mas mataas ang temperatura nito.
Ang pangalawang hypothesis ay lumitaw noong 1620, at iminungkahi ng pilosopo na si Bacon. Napansin niya na sa ilalim ng malalakas na hampas ng martilyo, uminit ang bakal. Gumana rin ang prinsipyong ito kapag nagniningas ng apoy sa pamamagitan ng friction, na nagbunsod kay Bacon na isipin ang molekular na katangian ng init. Nagtalo siya na kapag ang isang katawan ay mekanikal na apektado, ang mga molekula nito ay magsisimulang tumibok laban sa isa't isa, nagpapataas ng bilis ng paggalaw at sa gayon ay nagpapataas ng temperatura.
Ang resulta ng pangalawang hypothesis ay ang konklusyon na ang init ay resulta ng mekanikal na pagkilos ng mga molecule ng isang substance sa isa't isa. Sa loob ng mahabang panahon, sinubukan ni Lomonosov na patunayan at eksperimental na patunayan ang teoryang ito.
Ang init ay isang sukatan ng panloob na enerhiya ng materya
Nakarating ang mga modernong siyentipiko sa sumusunod na konklusyon: ang thermal energy ay resulta ng interaksyon ng mga molekula ng substance, ibig sabihin, ang panloob na enerhiya ng katawan. Ang bilis ng paggalaw ng mga particle ay nakasalalay sa temperatura, at ang dami ng init ay direktang proporsyonal sa masa ng sangkap. Kaya, ang isang balde ng tubig ay may mas maraming thermal energy kaysa sa isang punong tasa. Gayunpaman, isang platito ng mainit na likidomaaaring hindi gaanong init kaysa sa malamig na palanggana.
Ang teorya ng caloric, na iminungkahi noong ika-17 siglo ni Galileo, ay pinabulaanan ng mga siyentipiko na sina J. Joule at B. Rumford. Pinatunayan nila na ang thermal energy ay walang anumang masa at nailalarawan lamang ng mekanikal na paggalaw ng mga molekula.
Gaano karaming init ang ilalabas sa panahon ng pagkasunog ng isang substance? Partikular na calorific value
Ngayon, ang pit, langis, karbon, natural gas o kahoy ay pangkalahatan at malawakang ginagamit na pinagkukunan ng enerhiya. Kapag nasunog ang mga sangkap na ito, may ilalabas na partikular na dami ng init, na ginagamit para sa pagpainit, pagsisimula ng mga mekanismo, atbp. Paano makalkula ang halagang ito sa pagsasanay?
Para dito, ipinakilala ang konsepto ng tiyak na init ng pagkasunog. Ang halaga na ito ay nakasalalay sa dami ng init na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng 1 kg ng isang tiyak na sangkap. Ito ay tinutukoy ng titik q at sinusukat sa J / kg. Nasa ibaba ang isang talahanayan ng mga halaga ng q para sa ilan sa mga pinakakaraniwang panggatong.
Kapag gumagawa at nagkalkula ng mga makina, kailangang malaman ng isang engineer kung gaano karaming init ang ilalabas kapag nasunog ang isang tiyak na halaga ng substance. Upang gawin ito, maaari mong gamitin ang mga hindi direktang pagsukat gamit ang formula na Q=qm, kung saan ang Q ay ang init ng pagkasunog ng substance, ang q ay ang tiyak na init ng pagkasunog (table value), at ang m ay ang ibinigay na masa.
Ang pagbuo ng init sa panahon ng combustion ay batay sa phenomenon ng paglabas ng enerhiya sa panahon ng pagbuo ng mga chemical bond. Ang pinakasimpleng halimbawa ay ang pagkasunog ng carbon, na nakapaloobsa anumang uri ng modernong gasolina. Ang carbon ay nasusunog sa presensya ng hangin sa atmospera at pinagsama sa oxygen upang bumuo ng carbon dioxide. Ang pagbuo ng isang chemical bond ay nagpapatuloy sa paglabas ng thermal energy sa kapaligiran, at ang tao ay umangkop na gamitin ang enerhiya na ito para sa kanyang sariling mga layunin.
Sa kasamaang-palad, ang walang pag-iisip na paggastos ng mga mahahalagang mapagkukunan tulad ng langis o pit ay maaaring humantong sa pagkaubos ng mga mapagkukunan para sa paggawa ng mga panggatong na ito. Sa ngayon, lumilitaw na ang mga electrical appliances at maging ang mga bagong modelo ng mga sasakyan, na ang pagpapatakbo nito ay nakabatay sa mga alternatibong pinagkukunan ng enerhiya gaya ng sikat ng araw, tubig o enerhiya ng crust ng lupa.
Heat transfer
Ang kakayahang makipagpalitan ng thermal energy sa loob ng isang katawan o mula sa isang katawan patungo sa isa pa ay tinatawag na heat transfer. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi kusang nangyayari at nangyayari lamang sa isang pagkakaiba sa temperatura. Sa pinakasimpleng kaso, inililipat ang thermal energy mula sa mas mainit na katawan patungo sa hindi gaanong init na katawan hanggang sa maitatag ang equilibrium.
Hindi kailangang makipag-ugnayan ang mga katawan para mangyari ang phenomenon ng heat transfer. Sa anumang kaso, ang pagtatatag ng equilibrium ay maaari ding maganap sa isang maliit na distansya sa pagitan ng mga bagay na isinasaalang-alang, ngunit sa isang mas mabagal na bilis kaysa kapag sila ay nakipag-ugnay.
Ang paglipat ng init ay maaaring hatiin sa tatlong uri:
1. Thermal conductivity.
2. Convection.
3. Maliwanag na pagpapalitan.
Thermal conductivity
Ang phenomenon na ito ay batay sa paglipat ng thermal energy sa pagitan ng mga atom o molekula ng matter. Dahilantransmission - ang magulong paggalaw ng mga molekula at ang kanilang patuloy na banggaan. Dahil dito, ang init ay dumadaan mula sa isang molekula patungo sa isa pa kasama ng kadena.
Ang kababalaghan ng thermal conductivity ay maaaring maobserbahan kapag ang anumang materyal na bakal ay na-calcine, kapag ang pamumula sa ibabaw ay kumakalat nang maayos at unti-unting kumukupas (isang tiyak na halaga ng init ay inilabas sa kapaligiran).
F. Nakakuha si Fourier ng formula para sa daloy ng init, na kinolekta ang lahat ng dami na nakakaapekto sa antas ng thermal conductivity ng isang substance (tingnan ang figure sa ibaba).
Sa formula na ito, ang Q/t ay ang heat flux, ang λ ay ang thermal conductivity coefficient, ang S ay ang cross-sectional area, ang T/X ay ang ratio ng pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga dulo ng katawan na matatagpuan sa isang tiyak na distansya.
Ang Thermal conductivity ay isang tabular na halaga. Ito ay praktikal na kahalagahan kapag ini-insulate ang isang gusali ng tirahan o thermal insulation ng mga kagamitan.
Radiant heat transfer
Isa pang paraan ng paglipat ng init, na batay sa phenomenon ng electromagnetic radiation. Ang pagkakaiba nito mula sa convection at heat conduction ay nakasalalay sa katotohanan na ang paglipat ng enerhiya ay maaari ding mangyari sa vacuum space. Gayunpaman, tulad ng sa unang kaso, kinakailangan ang pagkakaiba sa temperatura.
AngRadiant exchange ay isang halimbawa ng paglipat ng thermal energy mula sa Araw patungo sa ibabaw ng Earth, na pangunahing responsable para sa infrared radiation. Upang matukoy kung gaano karaming init ang umabot sa ibabaw ng lupa, maraming mga istasyon ang itinayo, nasubaybayan ang pagbabago sa indicator na ito.
Convection
Convective na paggalaw ng mga daloy ng hangin ay direktang nauugnay sa phenomenon ng heat transfer. Hindi alintana kung gaano karaming init ang naibigay natin sa isang likido o gas, ang mga molekula ng sangkap ay nagsisimulang gumalaw nang mas mabilis. Dahil dito, ang presyon ng buong sistema ay bumababa, at ang lakas ng tunog, sa kabaligtaran, ay tumataas. Ito ang dahilan ng paggalaw ng mainit na agos ng hangin o iba pang gas pataas.
Ang pinakasimpleng halimbawa ng paggamit ng phenomenon ng convection sa pang-araw-araw na buhay ay matatawag na pagpainit ng silid na may mga baterya. Matatagpuan ang mga ito sa ibaba ng silid para sa isang kadahilanan, ngunit upang ang pinainit na hangin ay may puwang na tumaas, na humahantong sa sirkulasyon ng mga daloy sa paligid ng silid.
Paano masusukat ang init?
Ang init ng pagpainit o paglamig ay kinakalkula sa matematika gamit ang isang espesyal na aparato - isang calorimeter. Ang pag-install ay kinakatawan ng isang malaking heat-insulated na sisidlan na puno ng tubig. Ang isang thermometer ay ibinababa sa likido upang masukat ang paunang temperatura ng daluyan. Pagkatapos ay ibinaba ang isang pinainit na katawan sa tubig upang kalkulahin ang pagbabago sa temperatura ng likido pagkatapos maitatag ang equilibrium.
Sa pamamagitan ng pagtaas o pagbaba ng t, tinutukoy ng kapaligiran kung gaano karaming init ang dapat gastusin sa katawan. Ang calorimeter ay ang pinakasimpleng device na maaaring magrehistro ng mga pagbabago sa temperatura.
Gayundin, gamit ang calorimeter, makalkula mo kung gaano karaming init ang ilalabas sa panahon ng pagkasunogmga sangkap. Upang gawin ito, ang isang "bomba" ay inilalagay sa isang sisidlan na puno ng tubig. Ang "bomba" na ito ay isang saradong sisidlan kung saan matatagpuan ang pansubok na substansiya. Ang mga espesyal na electrodes para sa arson ay konektado dito, at ang silid ay puno ng oxygen. Pagkatapos ng kumpletong pagkasunog ng substance, ang pagbabago sa temperatura ng tubig ay naitala.
Sa kurso ng naturang mga eksperimento, napag-alaman na ang mga pinagmumulan ng thermal energy ay mga kemikal at nuclear na reaksyon. Ang mga reaksyong nuklear ay nagaganap sa malalim na mga layer ng Earth, na bumubuo ng pangunahing reserba ng init para sa buong planeta. Ginagamit din ang mga ito ng mga tao upang makabuo ng enerhiya sa pamamagitan ng nuclear fusion.
Ang mga halimbawa ng mga reaksiyong kemikal ay ang pagkasunog ng mga sangkap at ang pagkasira ng mga polimer sa mga monomer sa sistema ng pagtunaw ng tao. Tinutukoy ng kalidad at dami ng mga chemical bond sa isang molekula kung gaano karaming init ang pinakawalan.
Paano sinusukat ang init?
Ang yunit ng init sa internasyonal na sistema ng SI ay ang joule (J). Gayundin sa pang-araw-araw na buhay ay ginagamit ang mga yunit ng off-system - calories. Ang 1 calorie ay katumbas ng 4.1868 J ayon sa internasyonal na pamantayan at 4.184 J batay sa thermochemistry. Noong nakaraan, mayroong isang btu btu, na bihirang ginagamit ng mga siyentipiko. 1 BTU=1.055 J.
