Šilumos energijos apibrėžimas ir pavyzdžiai

Dauguma žmonių žodį „šiluma“ vartoja apibūdinti tai, kas jaučia šilumą, tačiau moksle termodinaminės lygtys, visų pirma, šiluma yra apibrėžiamos kaip energijos srautas tarp dviejų sistemų, naudojant kinetinė energija. Tai gali būti energijos perkėlimas iš šilto objekto į vėsesnį objektą. Paprasčiau tariant, šilumos energija, dar vadinama šilumine energija arba tiesiog šiluma, perduodama iš vienos vietos į kitą dalelėmis, besisukančiomis viena kitai. Visoje materijoje yra šilumos energijos, ir kuo daugiau šilumos energijos, tuo karštesnis daiktas ar plotas bus.

Skirtumas tarp šilumos ir temperatūra yra subtilus, bet labai svarbus. Šiluma reiškia energijos perdavimą tarp sistemų (ar kūnų), tuo tarpu temperatūra nustatoma pagal energiją, esančią išskirtinėje sistemoje (arba kūne). Kitaip tariant, šiluma yra energija, o temperatūra yra energijos matas. Pridėjus šilumos padidės kūno temperatūra, o pašalinus šilumą - sumažės temperatūra, taigi temperatūros pokyčiai atsiranda dėl šilumos, arba, priešingai, šilumos trūkumo.

Galite išmatuoti kambario temperatūrą, pastatydami termometrą kambaryje ir išmatuodami aplinkos oro temperatūrą. Į kambarį galite pridėti šilumos, įjungdami kosminį šildytuvą. Į patalpą įpilant šilumos, temperatūra pakyla.

Dalelės turi daugiau energijos aukštesnėje temperatūroje, ir kadangi ši energija perduodama iš vienos sistemos į kitą, greitai judančios dalelės susidurs su lėčiau judančiomis dalelėmis. Kai jie susiduria, greitesnė dalelė dalį savo energijos perduos lėtesnei dalelei, o procesas tęsis tol, kol visos dalelės veiks tokiu pat greičiu. Tai vadinama šilumine pusiausvyra.

SI vienetas šiluma yra energijos forma, vadinama džouliu (J). Šiluma dažnai matuojama ir kalorijomis (cal), kurios apibrėžimas yra „šilumos kiekis, reikalingas vieno gramo vandens temperatūrai pakelti nuo 14,5 laipsnių Celsijaus iki 15,5 laipsnio. CelsijausŠiluma taip pat kartais matuojama "britiškais šilumos vienetais" arba Btu.

Fizikinėse lygtyse perduodamos šilumos kiekis paprastai žymimas simboliu Q. Šilumos perdavimas gali būti nurodytas teigiamu arba neigiamu skaičiumi. Į aplinką išsiskirianti šiluma užrašoma kaip neigiamas kiekis (Q <0). Kai šiluma sugeriama iš aplinkos, ji užrašoma kaip teigiama vertė (Q> 0).

Yra trys pagrindiniai šilumos perdavimo būdai: konvekcija, laidumas ir radiacija. Daugelis namų yra šildomi konvekcijos būdu, kuris šilumos energiją perduoda per dujas ar skysčius. Namuose, kai oras įkaista, dalelės įgauna šilumos energiją, leidžiančią greičiau judėti, sušildydamos aušintuvo daleles. Kadangi karštas oras yra mažiau tankus nei šaltas, jis pakils. Kai vėsesnis oras patenka, jis gali būti įtrauktas į mūsų šildymo sistemas, kurios vėl leis greitesnėms dalelėms pašildyti orą. Tai laikoma žiedine oro srove ir vadinama konvekcine srove. Šios srovės apskrieja ir šildo mūsų namus.

Laidumo procesas yra šilumos energijos perdavimas iš vienos kietos į kitą, iš esmės, du liečiantys dalykai. Mes galime pamatyti to pavyzdį galima pamatyti kepant ant viryklės. Kai mes dedame vėsią keptuvę ant karšto degiklio, šilumos energija perduodama iš degiklio į skardą, kuri savo ruožtu įkaista.

Radiacija yra procesas, kurio metu šiluma juda tose vietose, kur nėra molekulių, ir iš tikrųjų tai yra elektromagnetinės energijos forma. Bet kuris daiktas, kurio šiluma gali būti juntama be tiesioginio ryšio, spinduliuoja energiją. Tai galite pamatyti saulės kaitroje, karščio jausme, kylančiame už laužo, esančio už kelių pėdų, ir net faktas, kad kambariuose, kuriuose pilna žmonių, bus šilčiau, nei tuščiuose kambariuose, nes kiekvieno žmogaus kūnas spinduliuoja šiluma.