» » » » » » Temperatura și căldura

Temperatura și căldura

postat în: Termodinamica | 0

Sportivi snowshoer pe Muntele Hood din Oregon (Figura 1.1 Acești sportivi snowshoer de pe Muntele Hood din Oregon se bucură de fluxul de căldură și de lumina cauzată de temperatură înaltă. Toate cele trei mecanisme de transfer de căldură sunt relevante pentru această imagine. Căldura care se degajă din foc transformă zăpada solidă în apă lichidă și vapori (credit: modificarea lucrării „Mt. Hood Territory”/Flickr))

Introducere

Căldura și temperatura sunt concepte importante pentru fiecare dintre noi, în fiecare zi. Modul în care ne îmbracăm dimineața depinde de faptul dacă ziua este caldă sau rece, iar majoritatea a ceea ce facem necesită energie care în cele din urmă vine de la Soare. Studiul căldurii și temperaturii face parte dintr-o arie de fizică cunoscută sub numele de termodinamică. Legile termodinamicii guvernează fluxul de energie în univers. Ele sunt studiate în toate domeniile științei și ingineriei, de la chimie la biologie până la știința mediului.

Nu este întotdeauna ușor să distingem între căldură și temperatură. Căldura este fluxul de energie de la un obiect la altul. Acest flux de energie este cauzat de o diferență de temperatură. Transferul de căldură poate schimba temperatura, la fel ca lucrul mecanic, un alt tip de transfer de energie care este esențial pentru termodinamică. Aceste transferuri afectează totul, de la comportamentul atomilor și al moleculelor până la îmbrăcat în funcție de vremea de pe Pământ, și la ciclurile de viață ale stelelor.

Căldura e familiară tuturor. Putem simți căldura care intră în corpul nostru de la soarele de vară sau de la cafea sau ceaiul fierbinte după o plimbare de iarnă. Putem, de asemenea, să simțim căldura părăsind corpul nostru, simțind frigul nocturn sau efectul de răcire a transpirației după exerciții fizice.

Temperatura

Conceptul de temperatură a evoluat de la conceptele comune de fierbinte și rece. Definiția științifică a temperaturii explică mai mult decât simțurile noastre de cald și rece. Multe cantități fizice sunt definite numai în ceea ce privește modul în care acestea sunt observate sau măsurate, adică ele sunt definite în mod operațional. Temperatura este definită din punct de vedere operațional ca fiind cantitatea măsurată cu ajutorul unui termometru. Teoria cinetică a gazelor ne spune că temperatura este proporțională cu energia cinetică medie a translațiilor, fapt care oferă o definiție mai fizică. Diferențele în temperatură mențin transferul de căldură în univers. Transferul de căldură este mișcarea energiei dintr-un loc sau dintr-un material în altul, ca urmare a unei diferențe de temperatură.

Echilibrul termic

Un concept important referitor la temperatură este echilibrul termic. Două obiecte sunt în echilibru termic dacă sunt în contact strâns, ceea ce permite ransferul de energie de la unul la celălalt, dar nu se transferă energie netă între ele. Chiar și atunci când nu sunt în contact, ele se află în echilibru termic dacă, atunci când sunt puse în contact, între ele nu se transferă energie netă. Dacă două obiecte rămân în contact pentru o lungă perioadă de timp, ele ajung de obicei la echilibru termic. Cu alte cuvinte, două obiecte în echilibru termic nu schimbă energie.

Experimental, dacă obiectul A este în echilibru cu obiectul B și obiectul B este în echilibru cu obiectul C, atunci (după cum probabil ați ghicit deja) obiectul A este în echilibru cu obiectul C. Această afirmație de tranzitivitate se numește legea zerot a termodinamicii. (Numărul „zero” a fost sugerat de fizicianul britanic Ralph Fowler în anii 1930. Prima, a doua și a treia lege a termodinamicii fuseseră deja numite și numărate în acel moment. Legea zero este rareori menționată, dar trebuie discutată înaintea celorlalte, astfel încât Fowler i-a alocat un număr mai mic.) Luați în considerare cazul în care A este un termometru. Legea zero ne spune că dacă A citește o anumită temperatură când este în echilibru cu B, și este apoi pus în contact cu C, nu va schimba energia cu C; prin urmare, citirea temperaturii va rămâne aceeași (Figura 1.2). Cu alte cuvinte, dacă două obiecte sunt în echilibru termic, ele au aceeași temperatură.

Echilibru termic(Figura 1.2 Dacă termometrul A este în echilibru termic cu obiectul B și B este în echilibru termic cu C, atunci A este în echilibru termic cu C. Deci, citirea lui A rămâne aceeași atunci când A este deplasat pentru a intra în contact cu C.)

Un termometru măsoară temperatura sa proprie. Prin noțiunile de echilibru termic și prin legea zero a termodinamicii se poate spune că un termometru măsoară temperatura altcuiva, și astfel să aibă sens faptul că două obiecte sunt la aceeași temperatură.

Ca și în cazul impulsului liniar și coliziunilor din mecanică, un sistem constă dintr-unul sau mai multe obiecte – dar în termodinamică, avem nevoie de un sistem care să fie macroscopic, adică să fie format dintr-un număr mare (de ex., 1023) de molecule. Într-un astfel de caz, putem spune că un sistem este în echilibru termic cu el însuși dacă toate părțile lui sunt la aceeași temperatură.

(Sursa: Traducere din cartea ”University Physics”, care se poate descărca gratuit în limba engleză la https://openstax.org/details/books/university-physics-volume-2)

Summary
Review Date
Reviewed Item
Temperatura și căldura
Author Rating
51star1star1star1star1star

Lasă un răspuns

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

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.