Toplota ... Koliko toplote se sprosti med izgorevanjem?

Vse snovi imajo notranjo energijo. Za to vrednost so značilne številne fizikalne in kemične lastnosti, med katerimi je treba posebno pozornost nameniti toploti. Ta vrednost je abstraktna matematična vrednost, ki opisuje sile interakcije molekul snovi. Razumevanje mehanizma izmenjave toplote lahko pomaga odgovoriti na vprašanje količina toplote

Zgodovina odkritja toplote

Na začetku je bil fenomen prenosa toplote opisan zelo enostavno in razumljivo: če se temperatura snovi dvigne, dobi toploto in v primeru hlajenja sprosti v okolje. Vendar toplota ni sestavni del obravnavane tekočine ali telesa, kot je mislil pred tremi stoletji. Ljudje naivno verjamejo, da je snov sestavljena iz dveh delov: lastnih molekul in toplote. Zdaj malo ljudi se spominja, da izraz "temperatura" v latinščini pomeni "zmes", in na primer, govorili o bronah kot "temperatura kositra in bakra".

V 17. stoletju so se pojavile dve hipotezi, ki bi lahko pojasnili pojav toplote in toplote. Prvi, ki ga je leta 1613 predlagal Galileo. Njegova formulacija je bila: "Toplota je nenavadna snov, ki lahko prodre v katero koli telo in izide iz nje." Galileo je to toploto snov imenoval. Trdil je, da toplota ne more izginiti ali uničiti, temveč se lahko premika le z enega telesa v drugega. V skladu s tem je več toplote v snovi, večja je njegova temperatura.

Druga hipoteza se je pojavila leta 1620, to je predlagal tudi filozof Bacon. Opazil je, da se je z močnimi udarci kladiva železo segrelo. To načelo je veljalo tudi, ko je bil ogenj vžgan zaradi trenja, ki je Bacona pripeljal do zamisli o molekularni vrsti toplote. Trdil je, da se, ko se mehansko delovanje na telesu molekul začne boj proti drugemu, poveča hitrost gibanja in s tem dvigne temperaturo.

Rezultat druge hipoteze je bil sklep, da je toplota rezultat mehanskega delovanja molekul snovi snovi med seboj. Lomonosov je to težavo dokazal že dolgo časa.

Toplota je merilo notranje energije snovi

Sodobni znanstveniki so prišli do naslednjega zaključka: toplotna energija je rezultat interakcije molekul snovi, notranja energija telo. Hitrost delcev je odvisna od temperature in toplotna vrednost je neposredno sorazmerna z maso snovi. Torej, vedro vode ima več toplotne energije kot napolnjena skodelica. Toda krožnik z vročo tekočino ima lahko manj toplote kot bazena s hladno.

Teorijo vročine, ki jo je v 17. stoletju predlagal Galileo, so zavrnili znanstveniki J. Joule in B. Rumford. Dokazali so, da toplotna energija nima nobene mase in je značilna izključno z mehanskim gibanjem molekul.

Koliko toplote se sprosti, ko se snov pere? Specifična toplota zgorevanja

Do danes so univerzalni in široko porabljeni viri energije šota, nafta, premog, zemeljski plin ali les. Pri gorenju teh snovi se sprosti določena količina toplote, ki se uporablja za ogrevanje, sprožilne mehanizme itd. Kako se ta vrednost lahko izračuna v praksi?

V ta namen uvajamo pojem specifična toplota zgorevanja. Ta vrednost je odvisna od količine toplote, ki se sprošča, ko se zažge 1 kg določene snovi. Označuje ga z črko q in se meri v J / kg. Spodaj je tabela vrednosti q za nekatera najpogostejša goriva.

Engineer gradnjo in izračun motorji vedeti količino toplote se sprosti pri izgorevanju določeno količino snovi. Za to lahko uporabimo posredne meritve z enačbo Q = qm, kjer je Q - je kalorična vrednost snovi, q - specifična toplota zgorevanja (tabela vrednosti) in m - dani masi.

Oblikovanje toplote med zgorevanjem temelji na pojavu sproščanja energije med nastajanjem kemičnih vezi. Najenostavnejši primer je zgorevanje ogljika, ki ga vsebuje katerakoli vrsta sodobnega goriva. Ogljik v olju v prisotnosti atmosferskega zraka in združuje s kisikom, ki tvori ogljikov dioksid. Oblikovanje kemične vezi poteka s sproščanjem toplotne energije v okolje, in ta energija je bila prilagojena za uporabo v svoje namene.

Na žalost, nepremišljeni izdatki takšnih dragocenih virov, kot so nafta ali šota, lahko hitro povzročijo izčrpavanje virov pridobivanja teh goriv. Že danes obstajajo električni aparati in celo novi modeli avtomobilov, katerih delo temelji na takšnih alternativnih virih energije, kot so sončna svetloba, voda ali energija zemeljske skorje.

Prenos toplote

Imenuje se zmožnost izmenjave toplotne energije znotraj telesa ali iz enega telesa v drugega prenos toplote. To je pojav se ne pojavi spontano in se pojavlja le pri temperaturni razliki. V najpreprostejšem primeru se toplotna energija prenese iz bolj segretega telesa na manj segreto, dokler se ne vzpostavi ravnotežje.

Telesa se ne dotikajo pojavov prenosa toplote. V vsakem primeru se lahko vzpostavi ravnovesje in na majhni razdalji med zadevnimi predmeti, toda počasneje, kot če so v stiku.

Prenos toplote lahko razdelimo na tri vrste:

1. Toplotna prevodnost.

2. Konvekcija.

3. Izmenjava sevanja.

Toplotna prevodnost

Ta pojav temelji na prenosu toplotne energije med atomi ali molekulami snovi. Razlog za prenos je kaotično gibanje molekul in njihov konstanten trk. Zaradi tega se toplota prenese iz ene molekule v drugo vzdolž verige.

Glej prevod toplote fenomen lahko prišlo do vžiga koli železa materiala ko eritem površina razširja enakomerno in počasi stanjša (določena količina toplote se sprosti v okolje).

J. Fourier je dobil formulo za toplotni tok, ki je zbrala vse količine, ki vplivajo na stopnjo toplotne prevodnosti snovi (glej spodnjo sliko).

V tej formuli je Q / t toplotni tok, lambda- je koeficient toplotne prevodnosti, S je prečni prerez, T / X je razmerje med temperaturno razliko med koncema telesa, ki se nahaja na določeni razdalji.

Termična prevodnost je tabularna vrednost. To je praktično pomembno pri izolaciji stanovanjske hiše ali toplotne izolacije opreme.

Radantni prenos toplote

Drug način prenosa toplote, ki temelji na pojavu elektromagnetnega sevanja. Njena razlika med konvekcijo in toplotno prevodnostjo je v tem, da lahko pride do prenosa energije v vakuumskem prostoru. Vendar, kot v prvem primeru, je potrebna temperaturna razlika.

Radiant izmenjava je primer prenosa sončne toplotne energije na površino Zemlje, za katero je odgovoren predvsem infrardeče sevanje. Da bi ugotovili, koliko toplote pride do zemeljske površine, so bile zgrajene številne postaje, ki spremljajo spremembo tega indikatorja.

Konvekcija

Konvekcijsko gibanje zračnih tokov je neposredno povezano s pojavom prenosa toplote. Ne glede na to, koliko toplote smo poročali tekočinam ali plinom, se molekule snovi začnejo hitreje premikati. Zaradi tega se pritisk celotnega sistema zmanjšuje in se volumen poveča. To je vzrok premikanja toplega zraka ali drugih plinov navzgor.

Najenostavnejši primer uporabe fenomena konvekcije v vsakdanjem življenju lahko imenujemo ogrevanje prostora s pomočjo baterij. Zaradi razloga se nahajajo na spodnjem delu prostora, a grelni zrak dvigne, kjer vodi do kroženja tokov skozi sobo.

Kako lahko merite količino toplote?

Vročina ogrevanja ali hlajenja se matematično izračuna s pomočjo posebnega instrumenta - kalorimetra. Namestitev predstavlja velika termično izolirana posoda, ki je napolnjena z vodo. Termometer se spusti v tekočino, da izmeri začetno temperaturo medija. Nato se ogrevani organ spusti v vodo, da izračuna temperaturno spremembo tekočine po vzpostavitvi ravnovesja.

S povečanjem ali zmanjševanjem t medija se določi, koliko energije za ogrevanje telesa je treba porabiti. Kalorimeter je najpreprostejša naprava, ki lahko zabeleži temperaturno spremembo.

Tudi s pomočjo kalorimetra lahko izračunate, koliko toplote se sprosti, ko se snovi spali. Za to je "bomba" nameščena v posodo, napolnjeno z vodo. Ta "bomba" je zaprta posoda, v kateri se nahaja preskusna snov. Posebne elektrode za plamen se doda nanj, komora pa napolni s kisikom. Po popolnem zgorevanju snovi se zabeleži sprememba temperature vode.

Med takimi eksperimenti je bilo ugotovljeno, da so viri toplotne energije kemične in jedrske reakcije. Jedrske reakcije se pojavljajo v globokih plasteh Zemlje, ki tvorijo glavno toplotno rezervo celotnega planeta. Uporabljajo jih tudi za ustvarjanje energije med termonuklearno fuzijo.

Primeri kemičnih reakcij so sežiganje snovi in ​​delitev polimerov na monomere v človeškem prebavnem sistemu. Kakovost in količina kemičnih vezi v molekuli določata, koliko toplote se sprošča na koncu.

Kakšno mero toplote?

Enota za merjenje toplote v mednarodnem sistemu SI je joule (J). Tudi v vsakdanjem življenju se uporabljajo ne-sistemske enote - kalorije. 1 kalorij je 4,1868 J po mednarodnem standardu in 4,184 J na osnovi termokemije. Pred tem je obstajala britanska toplotna enota BTU, ki jo znanstveniki redko uporabljajo. 1 BTU = 1.055 J.