Količina toplote i unutrasnja energija

Transcript

2. TOPLOTA  Da bi promenili temperaturu tela potrebno je telu dovesti neku energiju da bi ga zagrejali ili uzeti energiju od tela da bi ga ohladili.  Energija koju dajemo telu ili uzimamo od njega da bi mu promenili temperaturu zove se toplotna energija ili toplota.  Iznos toplote koje smo doveli telu ili uzeli od njega zove se količina toplote.  Količina toplote se obeležava slovom Q , a osnovna jedinica mere kojom se izražava je džul [J]. U prošlosti se količina toplote izražavala u kalorijama. 1 kalorija je količina toplote koju je potrebno dovesti 1 gramu vode da bi se njena temperatura povećala za 1 K (ili 1°C)
3. KOLIČINA TOPLOTE Od čega sve zavisi koliku količinu toplote treba dovesti telu da bi povećali njegovu temperaturu za neki iznos? To zavisi od:  Mase tela - više tolote je potrebno da zagrejete vodu za kuvanje pasulja, nego za kuvanje kafe  Osobina materijala od kojeg je napravljeno to telo – ako u šolju vrelog čaja stavite kašičicu videćete da se metalna kašičica mnogo brže zagrejala nego keramička šolja. Toplotene osobine materijala se opisuju fizičkom veličinom koja se zove specifični toplotni kapacitet, koja se obeležava slovom c.  Od razlike krajnje i početne temperature – manja količina toplote nam treba da zagrejemo nešto od 10 °C do 20 °C, nego od 10 °C do 80 °C.
4. SPECIFIČNI TOPLOTNI KAPACITET  Specifični toplotni kapacitet je jedna od veličina kojom se opisuju toplotne karakteristike materijala. On se obležava slovom c, a izražava se u ili .  Brojna vrednost specifičnog toplotnog kapaciteta je isti bez obzira koja se od navedenih jedinica koristi.  Specifični toplotni kapacitet je brojno jednak količini toplote koju je potrebno dovesti telu mase 1 kg da bi se njegova temperatura povećala za 1 K (1°C)  Specifični toplotni kapacitet se za različite materijale daje tablično. K kg J  C kg J ° 
5. TOPLOTNA RAZMENA Prelazak toplote sa jednog na drugo telo zove se toplotna razmena ili prenošenje toplote. U spontanim procesima toplata uvek prelazi sa toplijeg na hladnije telo. Toplotna razmena može da se vrši na tri načina: Provođenjem Strujanjem i Zračenjem.
6. AGREGATNA STANJA Još u nižim razredima se uči da se supstanca može nalaziti u tri agregatna stanja:  Čvrstom  Tečnom i  Gasovitom. U srednjoj školi se dodaje i četvrto agregatno stanje – plazma. U kom agregatnom stanju će se nalaziti telo zavisi pre svega od temperature. Temperature na kojima telo menja agregatno stanje su karakteristične za svaki materijal. Za vodu: temperatura topljenja/očvršćavanja – 0°C temperatura isparavanja/kondenzacije 100°C Čvrsto Tečno Gasovito T E M P E R A T U R A Temperatura topljenja/očvršćavanja Temperatura isparavanja/kondenzacije
7. TOPLOTNA RAVNOTEŽA  Razmena toplote između tela se svrši sve dok se temperature tela ne izjednače i tada se kaže da se tela nalaze u stanju toplotne ravnoteže.  Tokom razmene toplote telo niže temperature T1 se zagreva, a telo više temperature T2 se hladi i na kraju ovog procesa oba tela imaju istu temperaturu T.  Tokom razmene toplote, ako nema gubitaka pri prenosu količina toplote koju preda toplije telo je jednaka količini toplote koju primi hladnije telo:
8. BRAUNOVO KRETANJE  Škotski biolog Braun pod mikroskopom je posmatrao polenov prah u kapi vode. Vidio je da se čestice polena kreću u svim pravcima. Takvo haotično kretanje zove se Braunovo kretanje.  Definitivno objašnjenje Braunovog kretanja je dao Albert Anjštaj 1905. godine i na taj način je, osim objašnjenja ove pojave, dokazao postojanje atoma.  Po Ajnštajnu, molekuli vode se tokom svog kratanja sudaraju sa česticama polenovog praha što dovodi do njihovog haotičnog kretanja. Kretanje zrna polena- putanja Albert Ajnštajn
9. UNUTRAŠNJA ENERGIJA  Atomi i molekuli tela nalaze se u neprestanom kretanju (što se videlo u Braunovom eksperimentu) i međusobno deluju. Pošto se atomi i molekuli tela kreću (iako telo kao celina ne mora da se kreće) oni raspolažu nekom kinetičkom energijom, a pošto međusobno deluju onda raspolažu i potencijalnom energijom (koja nije gravitaciona, nego električna).  Zbir kinetičkih i potencijlnih energija svih atoma i molekula koji čine telo predstavlja unutrašnju energiju.  Unutrašnja energija se obeležava slovom U, a jedinaca mere kojom se izražava je džul [J].  U tečnostima i gasovima, koji se jednim imenom zovu fluidi, potencijalna energija delovanja atoma i molekula je zanemarljivo mala, pa je unutrašnja energija jednaka zbiru kinetičkih energija atoma i molekula fluida.
10. UNUTRAŠNJA ENERGIJA I TEMPERATURA  Kada telu dovedemo toplotnu energiju ona prelazi u kinetičku energiju atoma i molekula tela što dovodi do povećanja unutrašnje energije tela.  Usled povećanja kinetičke energije, atomi i molekuli počinju da se kreću brže tj. povećava im se brzina kretanja.  Sa druge strane, dovođenjem toplotne energije telu njegova temperatura se povećava, pa možemo da zaključimo: Temperatura je srazmerna unutrašnjoj energiji tela. T~U  To znači da kada zagrevamo neko telo mi povećavamo brzinu njegovih atoma i molekula, a kada ga hladimo, mi smanjujemo njihovu brzinu
11. APSOLUTNA NULA  Već smo rekli da je apsolutna nula najniža moguća temperatura u prirodi i da iznosi 0 K ili -273,15 °C.  Do ove vrednosti Kelvin je došao računskim putem.  Šta se dešava sa brzinom tela pri njegovom hlađenju?  Pri hlađenju tj.smanjivanju temperature tela brzina njegovih atoma i molekula tela se smanjuje. Što više hladimo telo njegovi atomi i molekuli se sporije kreću. Pri određenoj vrednosti temperature njihova brzina je 0 m/s i oni ne mogu dalje da usporavaju. Ta vrednost temperature predstavlja apsolutnu nulu.