Căldura este ... Câtă cantitate de căldură va fi eliberată în timpul arderii?

Toate substanțele au energie internă. Această valoare se caracterizează printr-o serie de proprietăți fizice și chimice, printre care se acordă o atenție deosebită căldurii. Această valoare este o valoare matematică abstractă care descrie forțele interacțiunii moleculelor de materie. Înțelegerea mecanismului schimbului de căldură poate ajuta la răspunsul la întrebare cantitatea de căldură

Istoria descoperirii fenomenului de căldură

Inițial, fenomenul transferului de căldură a fost descris foarte simplu și de înțeles: dacă temperatura substanței crește, primește căldură și în caz de răcire o eliberează în mediul înconjurător. Cu toate acestea, căldura nu este o parte integrantă a fluidului sau a corpului în cauză, așa cum sa gândit acum trei secole. Oamenii naiv au crezut că substanța constă din două părți: propriile molecule și căldură. Acum puțini oameni își amintesc că termenul "temperatură" în limba latină înseamnă "amestec", și, de exemplu, au vorbit despre bronz ca "temperatura de staniu și de cupru".

În secolul al XVII-lea au apărut două ipoteze care ar putea explica fenomenul de transfer de căldură și căldură. Primul propus în 1613 de către Galileo. Formularea lor a fost: „Căldura - este o substanță neobișnuită, care poate pătrunde în oricare din corp și din ele.“ Galileo a numit această substanță căldură. El a susținut că căldura nu poate să dispară sau să fie distrusă, ci doar să se poată deplasa de la un corp la altul. În consecință, cu cât mai multă căldură în substanță, cu atât temperatura este mai mare.

Cea de-a doua ipoteză a apărut în 1620, iar filosoful Bacon a sugerat-o. Observă că, sub lovituri puternice de ciocan, fierul se încălzea. Acest principiu a fost aplicat și atunci când focul a fost aprins prin frecare, ceea ce la determinat pe Bacon să se gândească la natura moleculară a căldurii. El a argumentat că atunci când o acțiune mecanică asupra corpului moleculelor sale începe să se lupte unul cu celălalt, crește viteza mișcării și, astfel, ridică temperatura.

Rezultatul celei de-a doua ipoteze a fost concluzia că căldura este rezultatul acțiunii mecanice a moleculelor de materie între ele. Lomonosov a încercat să dovedească această teorie într-o perioadă lungă de timp.

Căldura este o măsură a energiei interne a unei substanțe

Oamenii de știință moderni au ajuns la următoarea concluzie: energia termică este rezultatul interacțiunii moleculelor de materie, energia internă corp. Viteza particulelor depinde de temperatură, iar valoarea căldurii este direct proporțională cu masa substanței. Deci, o găleată de apă are mai multă energie termică decât o ceașcă plină. Cu toate acestea, o farfurie cu un lichid fierbinte poate avea mai puțin căldură decât un bazin cu unul rece.

Teoria căldurii, propusă în secolul 17 de către Galileo, a fost respinsă de oamenii de știință J. Joule și B. Rumford. Ei au demonstrat că energia termică nu posedă nici o masă și este caracterizată exclusiv de mișcarea mecanică a moleculelor.

Câtă cantitate de căldură va fi eliberată când substanța este arsă? Căldură specifică de ardere

Până în prezent, sursele de energie universale și utilizate pe scară largă sunt turba, petrolul, cărbunele, gazele naturale sau lemnul. Arderea acestor substanțe este alocată o anumită cantitate de căldură este utilizată pentru încălzire, începe mecanisme și altele asemenea. D. Cum se poate calcula această valoare, în practică?

Pentru a face acest lucru, introducem noțiunea căldură specifică de ardere. Această valoare depinde de cantitatea de căldură eliberată atunci când se arde 1 kg de substanță. Este marcat cu litera q și este măsurat în J / kg. Mai jos este un tabel cu valorile q pentru unii dintre cei mai comuni combustibili.

Inginerii în construcția și calculul motoarelor trebuie să știe câtă cantitate de căldură va fi eliberată atunci când o anumită cantitate de materie arde. Pentru aceasta, măsurătorile indirecte pot fi efectuate folosind formula Q = qm, unde Q este căldura de ardere a substanței, q este căldura specifică de ardere (valoarea tabelară) și m este masa specificată.

Formarea căldurii în timpul arderii se bazează pe fenomenul de eliberare a energiei în timpul formării legăturilor chimice. Cel mai simplu exemplu este arderea de carbon, care este conținută în orice tip de combustibil modern. Carbonul arde în prezența aerului atmosferic și se combină cu oxigen, formând dioxid de carbon. Formarea legăturilor chimice are loc cu degajare de energie termică în mediul înconjurător, precum și energia persoanei adaptată să folosească pentru propriile lor scopuri.

Din păcate, cheltuielile neconsiderate ale unor astfel de resurse valoroase, cum ar fi petrolul sau turba, pot duce în curând la epuizarea surselor de extracție a acestor combustibili. Deja astăzi există aparate electrice și chiar modele noi de autovehicule, ale căror activități se bazează pe surse alternative de energie, cum ar fi lumina soarelui, apa sau energia crustei pământului.

Transferul de căldură

Se numește abilitatea de a schimba energia termică în interiorul unui corp sau de la un corp la altul transferul de căldură. Asta este fenomenul nu apare spontan și apare doar la o diferență de temperatură. In cel mai simplu caz, energia termică este transferată de la un mai încălzit la un corp mai puțin încălzit până până la stabilirea echilibrului.

Organele nu trebuie să atingă fenomenul de transfer de căldură. În orice caz, stabilirea echilibrului poate avea loc și la o mică distanță între obiectele în cauză, dar cu o rată mai mică decât atunci când acestea sunt în contact.

Transferul de căldură poate fi împărțit în trei tipuri:

1. Conductivitate termică.

2. Convecție.

3. Schimbul de radiații.

Conductivitate termică

Acest fenomen se bazează pe transferul de energie termică între atomi sau molecule ale materiei. Motivul transferului este mișcarea haotică a moleculelor și coliziunea lor constantă. Datorită acestui fapt, transferul de căldură de la o moleculă la alta de-a lungul unui lanț.

Observați că fenomenul de conductivitate termică poate fi la aprinderea oricărui material de fier, atunci când roșeața de pe suprafață se extinde ușor și se amorsează treptat (o anumită cantitate de căldură este eliberată în mediu).

J. Fourier a derivat o formulă pentru fluxul de căldură, care a colectat toate cantitățile care afectează gradul de conductivitate termică a substanței (a se vedea figura de mai jos).

În această formulă, Q / t este fluxul de căldură, lambda - este coeficientul de conductivitate termică, S este aria secțiunii transversale, T / X este raportul dintre diferența de temperatură dintre capetele corpului situate la o anumită distanță.

Conductivitatea termică este o valoare tabelară. Este de o importanță practică în izolarea unei case rezidențiale sau izolarea termică a echipamentului.

Radiați transferul de căldură

O altă modalitate de transfer de căldură, care se bazează pe fenomenul de radiații electromagnetice. Diferența sa față de convecție și conductivitatea termică constă în faptul că transferul de energie poate apărea în spațiul vid. Cu toate acestea, ca și în primul caz, este necesară o diferență de temperatură.

Schimbul radiant este un exemplu al transferului energiei termale solare către suprafața Pământului, pentru care răspunde în principal radiația infraroșie. Pentru a determina cât de multă căldură ajunge pe suprafața pământului, au fost construite numeroase stații care monitorizează modificarea acestui indicator.

convectie

Mutarea circulației fluxurilor de aer este direct legată de fenomenul transferului de căldură. Indiferent de cât de multă căldură am raportat la lichide sau gaze, moleculele de materie încep să se miște mai repede. Din acest motiv, presiunea întregului sistem scade, iar volumul, dimpotrivă, crește. Aceasta este cauza mișcării curenților de aer cald sau a altor gaze în sus.

Cel mai simplu exemplu de utilizare a fenomenului de convecție în viața de zi cu zi poate fi numit încălzirea camerei cu ajutorul bateriilor. Acestea sunt situate în partea de jos a camerei pentru un motiv, dar pentru aerul încălzit să crească unde duce la circulația fluxurilor prin cameră.

Cum poți măsura cantitatea de căldură?

Căldura de încălzire sau răcire se calculează matematic cu ajutorul unui instrument special - un calorimetru. Instalația este reprezentată de un vas mare izolat termic, care este umplut cu apă. Un termometru este coborât în ​​lichid pentru a măsura temperatura inițială a mediului. Apoi, corpul încălzit este coborât în ​​apă pentru a calcula schimbarea temperaturii lichidului după stabilirea echilibrului.

Prin creșterea sau scăderea tului mediului se determină cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea corpului. Un calorimetru este cel mai simplu dispozitiv care poate înregistra o schimbare de temperatură.

De asemenea, folosind un calorimetru, puteți calcula cantitatea de căldură care va fi eliberată atunci când substanțele sunt arse. Pentru aceasta, o "bombă" este plasată într-un vas umplut cu apă. Această "bomba" este un vas închis în care se află substanța de testat. Sunt adăugați electrozi speciali pentru incendiere și camera este umplută cu oxigen. După arderea completă a substanței, se înregistrează o modificare a temperaturii apei.

În timpul acestor experimente sa stabilit că sursele de energie termică sunt reacții chimice și nucleare. Reacțiile nucleare apar în straturile adânci ale Pământului, formând rezerva principală de căldură a întregii planete. Ele sunt de asemenea folosite de om pentru a genera energie în timpul fuziunii termonucleare.

Exemple de reacții chimice sunt arderea substanțelor și împărțirea polimerilor la monomeri în sistemul digestiv uman. Calitatea și cantitatea de legături chimice dintr-o moleculă determină cât de multă căldură este eliberată în cele din urmă.

Care este măsura căldurii?

Unitatea de măsură a căldurii în sistemul internațional SI este joule (J). De asemenea, unitățile non-sistem - calorii - sunt folosite în viața de zi cu zi. 1 calorie este 4.1868 J în conformitate cu standardul internațional și 4.184 J bazat pe termochimie. Anterior, a existat o unitate britanică termică BTU, care este rar utilizată de oamenii de știință. 1 BTU = 1,055 J.