Sa physics, ang konsepto ng "init" ay nauugnay sa paglipat ng thermal energy sa pagitan ng iba't ibang katawan. Dahil sa mga prosesong ito, ang pag-init at paglamig ng mga katawan, pati na rin ang pagbabago sa kanilang mga estado ng pagsasama-sama, ay nangyayari. Isaalang-alang natin nang mas detalyado ang tanong kung ano ang init.
Konsepto ng konsepto
Ano ang init? Ang bawat tao ay maaaring sagutin ang tanong na ito mula sa isang pang-araw-araw na pananaw, ibig sabihin sa ilalim ng konsepto na isinasaalang-alang ang mga sensasyon na mayroon siya kapag tumataas ang temperatura ng kapaligiran. Sa pisika, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nauunawaan bilang proseso ng paglipat ng enerhiya na nauugnay sa isang pagbabago sa intensity ng magulong paggalaw ng mga molekula at atomo na bumubuo sa katawan.
Sa pangkalahatan, masasabi nating kapag mas mataas ang temperatura ng katawan, mas maraming panloob na enerhiya ang nakaimbak dito, at mas maraming init ang maibibigay nito sa iba pang mga bagay.
Init at temperatura
Alam ang sagot sa tanong kung ano ang init, maaaring isipin ng marami na ang konseptong ito ay katulad ng konsepto ng "temperatura", ngunit hindi. Ang init ay kinetic energy, ang temperatura ay isang sukatan nitoenerhiya. Kaya, ang proseso ng paglipat ng init ay nakasalalay sa masa ng sangkap, sa bilang ng mga particle na bumubuo nito, pati na rin sa uri ng mga particle na ito at ang average na bilis ng kanilang paggalaw. Sa turn, nakadepende lang ang temperatura sa huling mga nakalistang parameter.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng init at temperatura ay madaling maunawaan kung magsasagawa ka ng isang simpleng eksperimento: kailangan mong magbuhos ng tubig sa dalawang sisidlan upang ang isang sisidlan ay puno at ang isa ay kalahati lamang ang laman. Ang paglalagay ng parehong sisidlan sa apoy, mapapansin ng isa na ang isa kung saan may mas kaunting tubig ay nagsisimulang kumulo muna. Upang ang pangalawang sisidlan ay kumulo, ito ay mangangailangan ng karagdagang init mula sa apoy. Kapag ang parehong sisidlan ay kumukulo, maaari mong sukatin ang kanilang temperatura, ito ay magiging pareho (100 oC), ngunit higit na init ang kailangan para ang isang buong sisidlan ay kumulo ng tubig dito.
Mga heat unit
Ayon sa kahulugan ng init sa pisika, maaaring hulaan ng isa na ito ay sinusukat sa parehong mga yunit ng enerhiya o trabaho, iyon ay, sa joules (J). Bilang karagdagan sa pangunahing yunit ng init, sa pang-araw-araw na buhay maaari mong marinig ang tungkol sa mga calorie (kcal). Ang konseptong ito ay nauunawaan bilang ang dami ng init na kailangang ilipat sa isang gramo ng tubig upang ang temperatura nito ay tumaas ng 1 kelvin (K). Ang isang calorie ay katumbas ng 4.184 J. Maaari mo ring marinig ang tungkol sa malaki at maliliit na calorie, na 1 kcal at 1 cal, ayon sa pagkakabanggit.
Ang konsepto ng kapasidad ng init
Pag-alam kung ano ang init, isaalang-alang natin ang isang pisikal na dami na direktang nagpapakilala dito - kapasidad ng init. Sa ilalim ng konseptong ito,physics ay nangangahulugan ng dami ng init na dapat ibigay o kunin mula sa isang katawan upang ang temperatura nito ay magbago ng 1 kelvin (K).
Ang kapasidad ng init ng isang partikular na katawan ay nakasalalay sa 2 pangunahing salik:
- sa kemikal na komposisyon at estado ng pagsasama-sama kung saan ipinakita ang katawan;
- ng kanyang misa.
Upang gawing independyente ang katangiang ito sa masa ng isang bagay, sa pisika ng init ay ipinakilala ang isa pang dami - ang tiyak na kapasidad ng init, na tumutukoy sa dami ng init na inililipat o kinuha ng isang partikular na katawan sa bawat 1 kg ng masa nito kapag nagbago ang temperatura ng 1 K.
Upang malinaw na ipakita ang pagkakaiba sa mga tiyak na kapasidad ng init para sa iba't ibang mga sangkap, halimbawa, kumuha ng 1 g ng tubig, 1 g ng bakal at 1 g ng langis ng mirasol at init ang mga ito. Pinakamabilis magbago ang temperatura para sa sample ng bakal, pagkatapos ay para sa pagbaba ng langis, at tatagal para sa tubig.
Tandaan na ang tiyak na kapasidad ng init ay nakadepende hindi lamang sa kemikal na komposisyon ng sangkap, kundi pati na rin sa estado ng pagsasama-sama nito, gayundin sa mga panlabas na pisikal na kondisyon kung saan ito isinasaalang-alang (pare-pareho ang presyon o pare-pareho ang dami).
Ang pangunahing equation ng proseso ng paglipat ng init
Pagkatapos na harapin ang tanong kung ano ang init, dapat bigyan ng isa ang pangunahing pagpapahayag ng matematika na nagpapakilala sa proseso ng paglipat nito para sa ganap na anumang katawan sa anumang estado ng pagsasama-sama. Ang ekspresyong ito ay may anyo: Q=cmΔT, kung saan ang Q ay ang halaga ng inilipat (natanggap) na init, c ay ang tiyak na init ng bagay na pinag-uusapan, m -ang masa nito, ang ΔT ay ang pagbabago sa ganap na temperatura, na tinukoy bilang pagkakaiba sa temperatura ng katawan sa dulo at sa simula ng proseso ng paglipat ng init.
Mahalagang maunawaan na ang formula sa itaas ay palaging magiging wasto kapag, sa panahon ng prosesong isinasaalang-alang, napanatili ng bagay ang estado ng pagsasama-sama, ibig sabihin, ito ay nananatiling likido, solid o gas. Kung hindi, hindi magagamit ang equation.
Pagbabago sa estado ng pagsasama-sama ng bagay
Tulad ng alam mo, mayroong 3 pangunahing pinagsama-samang estado kung saan maaaring maging:
- gas;
- likido;
- solid body.
Upang mangyari ang paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pa, kinakailangan para sa katawan na ipaalam o alisin ang init mula dito. Para sa mga naturang proseso sa pisika, ang mga konsepto ng mga tiyak na init ng pagtunaw (crystallization) at pagkulo (condensation) ay ipinakilala. Ang lahat ng mga dami na ito ay tumutukoy sa dami ng init na kinakailangan upang baguhin ang estado ng pagsasama-sama, na naglalabas o sumisipsip ng 1 kg ng timbang ng katawan. Para sa mga prosesong ito, ang equation ay wasto: Q=Lm, kung saan ang L ay ang tiyak na init ng katumbas na paglipat sa pagitan ng mga estado ng bagay.
Nasa ibaba ang mga pangunahing tampok ng mga proseso ng pagbabago ng estado ng pagsasama-sama:
- Ang mga prosesong ito ay nagaganap sa pare-parehong temperatura, gaya ng pagkulo o pagkatunaw.
- Mababalik ang mga ito. Halimbawa, ang dami ng init na nasisipsip ng isang katawan upang matunaw ay eksaktong katumbas ng dami ng init na ilalabas sa kapaligiran kung ang katawan na ito ay dumaan muli.sa solid state.
Thermal equilibrium
Ito ay isa pang mahalagang isyu na may kaugnayan sa konsepto ng "init" na kailangang isaalang-alang. Kung ang dalawang katawan na may iba't ibang temperatura ay nakipag-ugnay, pagkatapos ng ilang sandali ang temperatura sa buong sistema ay pantay-pantay at magiging pareho. Upang makamit ang thermal equilibrium, ang isang katawan na may mas mataas na temperatura ay dapat magbigay ng init sa system, at ang isang katawan na may mas mababang temperatura ay dapat tanggapin ang init na ito. Ang mga batas ng heat physics na naglalarawan sa prosesong ito ay maaaring ipahayag bilang kumbinasyon ng pangunahing heat transfer equation at ang equation na tumutukoy sa pagbabago sa pinagsama-samang estado ng matter (kung mayroon man).
Isang kapansin-pansing halimbawa ng proseso ng kusang pagtatatag ng thermal equilibrium ay isang mainit na bakal na bar na itinapon sa tubig. Sa kasong ito, ang mainit na bakal ay magbibigay ng init sa tubig hanggang ang temperatura nito ay maging katumbas ng temperatura ng likido.
Mga pangunahing paraan ng paglipat ng init
Lahat ng prosesong alam ng tao na kasama ng pagpapalitan ng thermal energy ay nangyayari sa tatlong magkakaibang paraan:
- Thermal conductivity. Upang maganap ang palitan ng init sa ganitong paraan, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang katawan na may magkaibang temperatura ay kinakailangan. Sa contact zone sa lokal na antas ng molekular, ang kinetic energy ay inililipat mula sa isang mainit na katawan patungo sa isang malamig. Ang bilis ng paglipat ng init na ito ay nakasalalay sa kakayahan ng mga katawan na kasangkot na magsagawa ng init. Ang isang kapansin-pansin na halimbawa ng thermal conductivity ayhinahawakan ng tao ang isang bakal na pamalo.
- Convection. Ang prosesong ito ay nangangailangan ng paggalaw ng bagay, kaya ito ay sinusunod lamang sa mga likido at gas. Ang kakanyahan ng kombeksyon ay ang mga sumusunod: kapag ang mga layer ng gas o likido ay pinainit, bumababa ang kanilang density, kaya malamang na tumaas. Sa kanilang pagtaas sa dami ng likido o gas, inililipat nila ang init. Ang isang halimbawa ng convection ay ang proseso ng pagpapakulo ng tubig sa isang takure.
- Radiation. Ang proseso ng paglipat ng init ay nangyayari dahil sa paglabas ng electromagnetic radiation ng iba't ibang mga frequency ng isang pinainit na katawan. Ang sikat ng araw ay isang pangunahing halimbawa ng radiation.
