Тепло и температура

Тепло и температура — важные понятия в изучении физики. Они помогают нам понять поведение частиц в различных материалах. Эти понятия не ограничиваются наукой; они являются частью нашей повседневной жизни. Мы испытываем их, когда включаем обогреватель, кипятим воду или выпиваем холодный напиток в жаркий день.

Что такое температура?

Температура — это мера того, насколько что-то горячее или холодное. Она говорит нам об уровне тепловой энергии в объекте или веществе. Проще говоря, температура — это способ измерения количества тепла в чем-либо. Температура измеряется в единицах, называемых градусами. Наиболее распространенные шкалы для измерения температуры — Цельсия (°C), Фаренгейта (°F) и Кельвина (K).

Термометр — это устройство для измерения температуры. Когда вы пользуетесь термометром для проверки наличия у вас температуры, вы измеряете собственную температуру тела. Более высокая температура на термометре обычно указывает на то, что вы больны.

Единицы температуры

Три основных единицы измерения температуры:

• Цельсия (°C): Эта шкала используется по всему миру, особенно в научной работе. На этой шкале вода замерзает при 0 градусах и кипит при 100 градусах.
• Фаренгейта (°F): Эта шкала используется в основном в Соединенных Штатах. В Фаренгейтах вода замерзает при 32 градусах и кипит при 212 градусах.
• Кельвина (K): Эта шкала используется преимущественно в научных исследованиях. Она начинается с абсолютного нуля, теоретической точки, при которой прекращается все молекулярное движение. На этой шкале вода замерзает при 273,15 K и кипит при 373,15 K.

Преобразование единиц температуры

Мы можем преобразовать температуру между этими единицами с помощью следующих формул:

// Цельсия в Фаренгейты
F = (C * 9/5) + 32

// Фаренгейты в Цельсия
C = (F - 32) * 5/9

// Цельсия в Кельвины
K = C + 273.15

// Кельвины в Цельсия
C = K - 273.15

Что такое тепло?

Тепло — это форма энергии. Когда мы говорим, что что-то "горячее", мы говорим о его температуре. Но когда мы говорим, что оно имеет "тепло", мы говорим о содержащейся в нем энергии. Тепло — это энергия, которая перемещается от одного объекта к другому из-за разницы в температуре. Этот поток тепла может происходить тремя различными способами: через теплопроводность, конвекцию и излучение.

Способы увеличения тепла

Теплопроводность

Теплопроводность — это передача тепла через прямой контакт. Когда вы прикасаетесь к металлической ложке, находящейся в горячем супе, вы испытываете теплопроводность. Тепло от супа передается через ложку вашей руке.

Конвекция

Конвекция — это передача тепла с помощью движения жидкостей или газов. Поэтому горячий воздух поднимается, а холодный опускается. Этот тип передачи тепла можно наблюдать при кипячении воды. Вода на дне сосуда нагревается, становится менее плотной и поднимается, в то время как более холодная вода опускается вниз. Это создает круговое движение, называемое конвекционным током.

Излучение

Излучение — это передача тепла через электромагнитные волны. Мы ощущаем излучение, когда стоим на солнце и чувствуем его тепло. Излучение не требует среды для происходя излучения; тепло может перемещаться через пустое пространство.

Связь между теплом и температурой

Тепло и температура связаны, но не одинаковы. Температура — это мера тепловой энергии в объекте, в то время как тепло — это общая энергия молекулярного движения в объекте. Вот некоторые ключевые различия:

• Температура — это мера того, насколько быстро молекулы вещества перемещаются. Она не зависит от размера или типа объекта.
• Тепло — это мера того, сколько энергии передано из-за разницы в температуре. Оно зависит от количества и типа вещества.

Например, небольшой стакан воды может быть при той же температуре, что и большой бассейн. Однако бассейн содержит гораздо больше тепла, потому что в нем больше объема воды. Несмотря на то, что отдельные молекулы воды движутся с одинаковой скоростью (температура), их в бассейне так много, что он содержит гораздо больше тепловой энергии.

Почему мы чувствуем горячо или холодно?

Наше чувство прикосновения помогает нам ощущать горячие или холодные предметы. Когда мы прикасаемся к чему-то, наша кожа обнаруживает поток тепла от нашего тела к предмету или наоборот. Если тепло течет от нашего тела к предмету, мы чувствуем холод. Если тепло течет в наше тело, мы чувствуем жару.

Наука о тепле и температуре в повседневной жизни

Приготовление пищи

Когда мы готовим пищу, мы применяем к ней тепло, чтобы сделать её вкуснее и легче для переваривания. Различные методы готовки используют разные типы передачи тепла:

• Гриль использует излучение.
• Жарка использует теплопроводность для передачи тепла от горячей сковороды к пище.
• Кипячение происходит из-за конвекционных токов в воде.

Понимание того, как работает тепло, может помочь нам лучше готовить.

Сезон

Погодные паттерны влияют на движение тепла по планете. Солнце нагревает поверхность Земли, вызывая движение воздуха и воды. Эта передача тепла приводит в движение ветры и океанические течения. Она также вызывает погодные условия, такие как дождь и снег.

Утепление

Мы сохраняем свои дома теплыми зимой и прохладными летом, используя материалы, которые не пропускают тепло. Изоляционные материалы, такие как пена, стекловолокно и шерсть, замедляют передачу тепла. Это означает, что зимой меньше теплого воздуха уходит и летом меньше прохладного воздуха уходит.

Охлаждающие системы

Кондиционеры, холодильники и морозильники используют процесс, называемый холодильным циклом. Они удаляют тепло из одного места и переносят его в другое. Именно поэтому задняя часть холодильника кажется теплой: она освобождает тепло, которое было удалено изнутри.

Заключение

Тепло и температура — два разных, но связанных понятия, которые играют важную роль в нашем мире. Понимание этих понятий помогает нам понять, как работает природа, и как решить практические проблемы в нашей повседневной жизни. По мере того, как мы продолжаем изучать физику, мы узнаем больше о том, как движется и меняется энергия, и как мы можем контролировать эти процессы для улучшения нашей жизни.

Комментарии