» » » » » » Căldura

Căldura

postat în: Concepte fizice | 0

Soarele (Soarele și Pământul formează un exemplu continuu al unui proces de încălzire. Unele dintre radiațiile termice ale Soarelui lovesc și încălzesc Pământul. Comparativ cu Soarele, Pământul are o temperatură mult mai scăzută și astfel trimite radiații termice mult mai puțin înapoi la Soare. Căldura acestui proces poate fi cuantificată prin cantitatea netă și direcția (Soarele spre Pământ), a energiei pe care a transferat-o într-o anumită perioadă de timp.)

Căldura este cantitatea de energie care trece de la un obiect mai cald la unul mai rece. În general, căldura provine din multe modificări la scară microscopică ale obiectelor și poate fi definită ca fiind cantitatea de energie transferată, excluzând atât lucrul macroscopic, cât și transferul unei părți materiale a obiectului în sine. Transferul de energie sub formă de căldură poate apărea prin contact sau printr-un perete comun care este impermeabil la materie, între sursă și corpul de destinație, ca în conducție; sau prin radiații între corpuri la distanță; sau prin intermediul unui corp fluid fluid intermediar, ca în circulația convectivă; sau printr-o combinație a acestora. În termodinamică, căldura este deseori opusă lucrului mecanic: căldura se aplică particulelor individuale (cum ar fi atomi sau molecule), lucrul mecanic se aplică obiectelor (sau unui sistem ca întreg). Căldura implică mișcarea stochastică (sau aleatorie) distribuită în mod egal între toate gradele de libertate, în timp ce lucrul mecanic este direcțional, limitat la unul sau mai multe grade specifice de libertate.

Conceptul de căldură a fost important din preistorie. Cele mai vechi noțiuni au legat căldura de mitologiile inițiale. Căldura, ca „foc”, a fost unul dintre elementele clasice antice. Noțiunea timpurie de căldură ca un fluid care intră în materie sa dezvoltat ca teorie calorică respectabilă până când a devenit depășită de teoria mecanică a căldurii din 1798 a lui Thompson.

Fizicianul James Clerk Maxwell, în cartea sa clasică Teoria căldurii din 1871, a fost unul dintre mulți alții care au început să se bazeze pe teoria căldurii care are de a face cu materia în mișcare. Aceasta a fost aceeași idee prezentată de Benjamin Thompson în 1798, care a spus că nu a făcut decât să urmeze lucrările multora altora. Una dintre cărțile recomandate de Maxwell a fost Căldura ca mod de mișcare, de John Tyndall. Maxwell a subliniat patru prevederi pentru definirea căldurii:

  • Este ceva ce poate fi transferat de la un corp la altul, conform celei de-a doua legi a termodinamicii.
  • Este o cantitate măsurabilă și poate fi tratată matematic.
  • Nu poate fi tratată ca o substanță materială, deoarece poate fi transformată în ceva care nu este o substanță materială, de exemplu, un lucru mecanic.
  • Căldura este una dintre formele de energie.

Din idei empirice bazate pe căldură, și din alte observații empirice, noțiunile de energie internă și de entropie pot fi derivate, astfel încât să conducă la recunoașterea primei și celei de-a doua legi a termodinamicii.

Deoarece căldura (ca și lucrul mecanic) reprezintă o cantitate de energie transferată între două corpuri prin anumite procese, niciun corp ”nu are” o anumită cantitate de căldură (la fel cum un corp în sine nu are „lucru mecanic”); în schimb, un corp are într-adevăr proprietăți (funcții de stare), cum ar fi temperatura și energia internă. Astfel, energia schimbată sub formă de căldură în timpul unui proces dat schimbă energia (internă) a fiecărui corp cu valori egale și opuse. Semnul cantității de căldură poate indica direcția transferului, de exemplu de la sistemul A la sistemul B; semnul minus indică faptul că energia curge în direcția opusă.

Deși căldura curge spontan de la un corp fierbinte la unul mai rece, este posibil să se construiască o pompă de căldură sau un sistem de răcire care să funcționeze pentru a crește diferența de temperatură între două sisteme. În schimb, un motor termic reduce o diferență de temperatură existentă pentru a lucra pe un alt sistem.

Căldura este o consecință a mișcării microscopice a particulelor (energia cinetică a atomilor și moleculelor). Atunci când căldura este transferată între două obiecte sau sisteme, energia obiectului sau a particulelor sistemului crește. În timp ce acest lucru are loc, aranjamentul dintre particule devine din ce în ce mai dezordonat. Cu alte cuvinte, căldura este legată de conceptul de entropie.

Din punct de vedere istoric, au fost utilizate numeroase unități energetice pentru măsurarea căldurii. Unitatea bazată pe standarde din Sistemul Internațional de Unități (SI) este Joule (J). Căldura este măsurată prin efectul acesteia asupra stărilor corpurilor în interacțiune, de exemplu, prin cantitatea de gheață topită sau prin schimbarea temperaturii. Cuantificarea căldurii prin schimbarea temperaturii unui corp se numește calorimetrie și este utilizată pe scară largă în practică. În calorimetrie, căldura sensibilă este definită în raport cu o anumită variabilă de stare aleasă a sistemului, cum ar fi presiunea sau volumul. Căldura sensibilă determină o schimbare a temperaturii sistemului, lăsând neschimbată variabila de stare aleasă. Transferul de căldură care are loc la o temperatură constantă a sistemului, dar schimbă variabila de stare, este numită căldură latentă în raport cu variabila. Pentru modificările infinitezimale, transferul total de căldură total este atunci suma căldurii latente și sensibile.

Acest text este disponibil sub licența Creative Commons cu atribuire și distribuire în condiții identice

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *