Теплота (примеры формула)

Что такое теплота Первое начало термодинамики

Это форма движения материи, представляющая собой беспорядочное движение частиц, образующих вещество (молекул, атомов, электронов и т. д.), называется теплотой. Тепловыми явлениями называют явления в области молекулярного движения и взаимодействия частиц, образующих тела, например повышение и понижение температуры тел, изменение их агрегатного состояния (испарение, конденсация, плавление и т. п.) и т. д.

Характерным для тепловых процессов является происходящее при этом изменение внутренней энергии тел преимущественно двух ее видов, связанных с молекулярным строением вещества: кинетической энергии молекулярного движения частиц и потенциальной энергии взаимодействия или взаимной связи этих частиц.

Для того чтобы нарушить связь между атомами или молекулами в веществе, обусловленную действием молекулярных сил, надо совершить работу внешними силами. Эта работа перейдет в потенциальную энергию разобщенных частиц. Поэтому потенциальная энергия взаимодействия наибольшая у частиц в газообразном состоянии вещества и наименьшая — в твердом.

Кроме этих видов энергии, к внутренней энергии тел относятся также: энергия внутри молекулярного взаимодействия (химической связи), энергия движения и взаимодействия составных частей атома (электронов и ядра), энергия электромагнитного излучения, которое испускается или поглощается частицами в глубине тела, и, наконец, внутриядерная энергия.

Изменение внутренней энергии

Изменение внутренней энергии тел может происходить или при совершении работы, или путем передачи ее от тела с более высокой к телам с более низкой температурой. Этот процесс называется теплопередачей или теплообменом, а количество внутренней энергии, переданной при этом между телами, — количеством теплоты.

Количеством теплоты называется та часть внутренней энергии, которая передается между телами без совершения работы.

Количество теплоты измеряется в единицах энергии. В системе СИ — в джоулях. Пользуются также и внесистемной единицей — калорией (кал). Исторически калория (малая) определялась как количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г чистой воды на 1°С. Более правильно такое определение: калория есть изменение внутренней энергии 1 г чистой воды при повышении ее температуры на Г С в пределах от 19,5 до 20,5° С. В свое время Майером и Джоулем была установлена эквивалентность этих единиц: 1 кал эквивалентна 4,18 дж (округленно 4,2 дж).

Заметим, что часто употребляемые термины нагревание и охлаждение означают по существу только направленность изменения внутренней энергии тел и необязательно подразумевают изменение их температуры. В частности, процессы изменения агрегатного состояния вещества (таяние льда, испарение воды и т. п.), требующие нагревания или охлаждения, могут протекать и при неизменной температуре (рис. 2).

Это связано с тем, что температура отражает только один из видов внутренней энергии — кинетическую энергию теплового движения частиц. Процессы же изменения состояния вещества происходят при изменении сил взаимодействия между частицами, в результате чего изменяется их потенциальная энергия (энергия взаимодействия), непосредственно не связанная с температурой.

Пример работы теплоты

Так, например, для перехода тела из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное тело необходимо нагревать, т. е. сообщать ему энергию, которая переходит в потенциальную энергию частиц. Наоборот, при переходе из газообразного состояния в жидкое или из жидкого в твердое тело необходимо охлаждать, т. е. отводить от него энергию, в которую переходит выделяющаяся потенциальная энергия его частиц.

В заключение напомним формулу для вычисления количества теплоты Q, необходимой для нагревания тела массой т из вещества с удельной, теплоемкостью с от начальной температуры t₁ до конечной t₂:

Q= mc(t₂—t₁).

Термодинамикой называется раздел физики, который устанавливает связь между теплотой и другими формами энергии при различных физических и химических процессах. В основе термодинамики лежат два закона или, как их называют, начала термодинамики.

Первое начало термодинамики является, по существу, законом сохранения энергии в приложении к процессам в которых работа совершается за счет теплоты. Оно устанавливает, что количество теплоты ∆Q, полученное какой-либо системой тел, затрачивается на повышение ее внутренней энергии ∆U и на работу ∆А, совершаемую системой против действия внешних сил: 

∆Q = ∆U+∆A.

Статья на тему Теплота