Teplo je ... Kolik tepla se uvolní během spalování?

Všechny látky mají vnitřní energii. Tato hodnota je charakterizována řadou fyzikálních a chemických vlastností, mezi kterými je třeba věnovat zvláštní pozornost teplu. Tato hodnota je abstraktní matematickou hodnotou, která popisuje síly interakce molekul hmoty. Pochopení mechanismu výměny tepla může pomoci odpovědět na tuto otázku množství tepla

Historie objevu fenoménu tepla

Zpočátku byl fenomén přenosu tepla popsán velmi jednoduše a srozumitelně: pokud teplota látky stoupá, získává teplo a v případě chlazení je uvolňuje do životního prostředí. Teplo však není integrální součástí tekutiny nebo těla, o kterém se mluví, jak se myslelo před třemi stoletími. Lidé naivně věřili, že látka sestává ze dvou částí: vlastní molekuly a teplo. Nyní málo lidí pamatuje na to, že termín "teplota" v latině znamená "směs", a například mluvili o bronzu jako o "teplotě cínu a mědi".

V 17. století se objevily dvě hypotézy, které by mohly vysvětlit fenomén přenosu tepla a tepla. První navrhl v roce 1613 Galileo. Jeho formulace byla: "Teplo je neobvyklá substance, která může proniknout do jakéhokoliv těla a vyjít z něj." Galileo označil tuto látku za teplo. Tvrdil, že teplo nemůže zmizet nebo být zničeno, ale pouze schopné se pohybovat z jednoho těla na druhé. Proto, čím více tepla v látce, tím vyšší je její teplota.

Druhá hypotéza se objevila v roce 1620 a filozof Bacon to navrhl. Všiml si, že za silných úderů kladiva se železo zahřály. Tento princip byl použit i tehdy, když oheň zapálil třením, což vedlo Bacona k myšlence molekulární povahy tepla. Argumentoval tím, že když mechanické působení na tělo molekul začne bojovat proti sobě navzájem, zvyšuje rychlost pohybu a tím zvyšuje teplotu.

Výsledkem druhé hypotézy bylo závěr, že teplo je výsledkem mechanického působení molekul hmoty mezi sebou. Lomonosov se snažil tuto teorii prokázat po dlouhou dobu.

Teplo je měřítkem vnitřní energie látky

Moderní vědci dospěli k následujícím závěrům: tepelná energie je výsledek interakce molekul hmoty, vnitřní energie tělo. Rychlost částic závisí na teplotě a tepelná hodnota je přímo úměrná hmotnosti látky. Takže kbelík s vodou má více tepelné energie než plný pohár. Talíř s horkou kapalinou však může mít méně tepla než nádrž s chladnou.

Teorie tepla navržené v 17. století Galileem byla vyvrácena vědci J. Joulem a B. Rumforgem. Dokázali, že tepelná energie nemá žádnou hmotu a je charakterizována výlučně mechanickým pohybem molekul.

Kolik tepla se uvolní při spálení látky? Specifické spalné teplo

K dnešnímu dni jsou univerzální a široce využívané zdroje energie rašelina, ropa, uhlí, zemní plyn nebo dřevo. Při spalování těchto látek se uvolňuje určité množství tepla, které se používá pro vytápění, spouštěcí mechanismy atd. Jak lze tuto hodnotu vypočítat v praxi?

Za tímto účelem představujeme tento pojem specifické spalné teplo. Tato hodnota závisí na množství tepla, které se uvolní při spálení 1 kg určité látky. Označuje se písmenem q a měří se v J / kg. Níže je tabulka hodnot q pro některé z nejběžnějších paliv.

Inženýři při konstrukci a výpočtu motorů potřebují vědět, kolik tepla bude uvolněno, když dojde k popálení určitého množství hmoty. Za tímto účelem mohou být nepřímé měření provedeny pomocí vzorce Q = qm, kde Q je spalné teplo látky, q je specifické spalné teplo (tabulková hodnota) a m je specifikovaná hmotnost.

Vytvoření tepla při spalování je založen na jevu uvolňování energie během vytváření chemických vazeb. Nejjednodušším příkladem je spalování uhlíku, které je obsaženo v jakémkoli typu moderního paliva. Uhlík hoří v přítomnosti atmosférického vzduchu a kombinuje se s kyslíkem a vytváří oxid uhličitý. Tvorba chemické vazby probíhá s uvolněním tepelné energie do životního prostředí a tato energie byla přizpůsobena k použití pro své vlastní účely.

Naneštěstí bezohledné výdaje takových hodnotných zdrojů, jako je ropa nebo rašelina, mohou brzy vést k vyčerpání zdrojů těžby těchto paliv. Již dnes existují elektrická zařízení a dokonce i nové modely automobilů, jejichž práce je založena na alternativních zdrojích energie, jako je sluneční světlo, voda nebo energie zemské kůry.

Přenos tepla

Schopnost vyměňovat tepelnou energii uvnitř těla nebo od jednoho těla k druhému je volána přenos tepla. To je fenomén se nevyskytuje spontánně a vzniká pouze při teplotním rozdílu. V nejjednodušším případě se tepelná energie přenáší z ohřívaného tělesa na méně ohřátý, dokud nedojde k rovnováze.

Těla se nemusí dotýkat jevu přenosu tepla. V každém případě může dojít k vytvoření rovnováhy a v malé vzdálenosti mezi předmětnými předměty, ale s pomalejší rychlostí, než když jsou v kontaktu.

Přenos tepla lze rozdělit na tři typy:

1. Tepelná vodivost.

2. Konvekce.

3. Radiační výměna.

Tepelná vodivost

Tento jev je založen na přenosu tepelné energie mezi atomy nebo molekuly hmoty. Důvodem přenosu je chaotický pohyb molekul a jejich stálé kolize. Díky tomu přenáší teplo z jedné molekuly na druhou podél řetězce.

Dbejte na to, že fenomén tepelné vodivosti může být při zapálení jakéhokoli železného materiálu, když se začervenal povrch na povrchu hladce a postupně se zatahuje (do životního prostředí se uvolňuje určité množství tepla).

J. Fourier získal vzorec pro tepelný tok, který shromáždil všechna množství, která ovlivňují stupeň tepelné vodivosti látky (viz obrázek níže).

V tomto vzorci je Q / t tepelný tok, lambda - je koeficient tepelné vodivosti, S je plocha průřezu, T / X je poměr teplotního rozdílu mezi konce tělesa umístěnými v určité vzdálenosti.

Tepelná vodivost je tabulková hodnota. Má praktický význam při izolaci obytného domu nebo tepelné izolaci zařízení.

Sálavý přenos tepla

Další způsob přenosu tepla, který je založen na fenoménu elektromagnetického záření. Jeho rozdíl od konvekce a tepelné vodivosti spočívá ve skutečnosti, že přenos energie se může vyskytnout ve vakuovém prostoru. Avšak stejně jako v prvním případě je třeba teplotní rozdíl.

Radiantní výměna je příkladem přenosu sluneční tepelné energie na povrch Země, pro který je odpovědné především infračervené záření. Chcete-li zjistit, kolik tepla se dostává na zemský povrch, byly postaveny četné stanice, které monitorují změnu tohoto indikátoru.

Konvekce

Konvekční pohyb proudění vzduchu přímo souvisí s jevem přenosu tepla. Bez ohledu na to, kolik tepla jsme hlásili k tekutinám nebo plynu, molekuly hmoty se začínají pohybovat rychleji. Z tohoto důvodu se tlak celého systému snižuje a objem se naopak zvyšuje. Toto je příčina pohybu proudů horkého vzduchu nebo jiných plynů nahoru.

Nejjednodušší příklad využití konvekce v každodenním životě lze nazvat vyhřívání místnosti pomocí baterií. Jsou umístěny v dolní části místnosti z důvodu, ale pro ohřátý vzduch stoupá, kde vede k cirkulaci toků v místnosti.

Jak můžete měřit množství tepla?

Teplo vytápění nebo chlazení se vypočítává matematicky pomocí speciálního přístroje - kalorimetru. Zařízení je představováno velkou tepelně izolovanou nádobou, která je naplněna vodou. Teploměr se spustí do kapaliny, aby se změřila počáteční teplota média. Potom se ohřáté těleso spustí do vody, aby se vypočítala změna teploty kapaliny po stanovení rovnováhy.

Zvýšením nebo snížením t média se určuje, kolik tepla by mělo být vytápěno. Kalorimeter je nejjednodušší zařízení, které zaznamenává změnu teploty.

Také pomocí kalorimetru můžete vypočítat, kolik tepla se uvolní při spalování látek. Za tímto účelem je "bomba" umístěna do nádoby naplněné vodou. Tato "bomba" je uzavřená nádoba, ve které je testovaná látka umístěna. K tomu jsou přidány speciální elektrody pro žhářství a komora je naplněna kyslíkem. Po úplném spálení látky se zaznamenává změna teploty vody.

Během těchto experimentů bylo zjištěno, že zdroji tepelné energie jsou chemické a jaderné reakce. Jaderné reakce se vyskytují v hlubokých vrstvách Země, tvořící hlavní tepelnou rezervu celé planety. Používají je také k vytváření energie během termonukleární fúze.

Příklady chemických reakcí jsou spalování látek a rozdělení polymerů na monomery v lidském zažívacím systému. Kvalita a množství chemických vazeb v molekule určuje, kolik tepla je uvolněno na konci.

Jaká je míra tepla?

Jednotka měření tepla v mezinárodním systému SI je joule (J). Také ne-systémové jednotky - kalorie - se používají v každodenním životě. 1 kalorie je 4,1868 J podle mezinárodního standardu a 4,184 J na základě termochemie. Dříve existovala britská tepelná jednotka BTU, kterou vědci zřídka používají. 1 BTU = 1,055 J.