Какво е температура?

Температурата е физическо свойство, характеризиращо средната кинетична енергия на частиците от макроскопска система в термодинамично равновесие. Това е свойство на материята, което количествено определя понятията топло и студено. По-топлите тела имат по-висока температура от по-хладните.

Температурата играе важна роля във всички области на природните науки - физика, геология, химия, атмосферни науки и биология. Много от физичните свойства на веществата, включително твърдата, течната, газообразната или плазмената фаза, плътността, разтворимостта, налягането на парата и електрическата проводимост, зависят от температурата. Температурата също играе важна роля в определянето на скоростта и обхвата на химичните реакции.

Количествено температурата се измерва с термометри. В момента науката и промишлеността се използват три температурни скали. Два от тях са по системата на СИ - скалата на Целзий и Келвин. Скалата на Фаренхайт се използва главно в САЩ.

Когато две тела с различна температура влязат в контакт, топлообменът се осъществява между тях, което кара по-топлото тяло да се охлади, а по-хладното тяло да се загрее. Топлообменът спира, когато телата станат с еднаква температура. Тогава между тях се установява топлинно равновесие.

Температурата е мярка за интензитета на топлинното движение на частиците. Кафявото движение става по-интензивно, когато температурата се повиши. Дифузията също протича по-бързо при по-високи температури. Тези примери показват, че температурата е пряко свързана с хаотичното движение на структурните елементи. Частиците на нагрятите тела имат по-висока кинетична енергия - те се движат по-интензивно. При контакт частиците на тялото с по-висока температура отстъпват част от кинетичната си енергия на частиците на по-хладното тяло. Този процес продължава, докато интензитетът на движението на частиците в двете тела стане равен. Следователно топлинните явления се свързват с хаотичното движение на структурните елементи, поради което това движение се нарича термично.

Поради хаотичния характер на топлинното движение, частиците имат най-различни кинетични енергии. С увеличаването на температурата се увеличава броят на частиците, които имат по-голяма кинетична енергия, т.е. движението на топлината става по-интензивно.

Когато температурата се понижи, интензитетът на топлинното движение намалява. Температурата, при която топлинното движение на частиците се прекратява, се нарича абсолютна нула. Абсолютната нула по скалата на Целзий съответства на температура от -273.16 ° C.

Какво е топлинна енергия?

Енергията е физическо свойство, което характеризира способността на системата да променя състоянието на околната среда или да изпълнява работа. Тя може да бъде приписана на всяка частица, обект или система. Има различни форми на енергия, които често носят името на съответната сила.

Общата кинетична енергия на структурните елементи на дадена система (атоми, молекули, заредени частици) се нарича топлинна енергия. Това е форма на енергия, свързана с движението на структурните елементи, които съставляват системата.

С повишаване на температурата на тялото, кинетичната енергия на структурните елементи се увеличава. С увеличаването на кинетичната енергия топлинната енергия на тялото се увеличава. Следователно топлинната енергия на телата се увеличава с увеличаването на тяхната температура.

Топлинната енергия зависи от телесната маса. Да вземем например чаша вода и езеро със същата температура. При една и съща температура на водата средната кинетична енергия на молекулите е една и съща. Но в езерото количеството на молекулите и съответно топлинната енергия на водата са значително по-големи.

Прехвърлянето на топлинна енергия се случва винаги, когато в система от непрекъсната материя съществува градиент на температурата. Топлинната енергия може да се предава чрез проводимост, конвекция и излъчване. Предава се от частите на тялото (или система) с по-висока температура към частите, където температурата е по-ниска. Процесът продължава, докато температурата в тялото (или системата) се изравни.

Топлинната енергия всъщност е кинетичната енергия на структурните елементи на материята. Топлинната проводимост е съответно пренос на тази кинетична енергия и се случва при хаотичните сблъсъци на частици.

В зависимост от способността си да позволяват лесно движение на топлинната енергия, веществата се разделят на проводници и изолатори. Проводниците (например метали) позволяват лесно движение на топлинната енергия през тях, докато изолаторите (например пластмаса) не го позволяват.

Почти всеки трансфер на енергия е свързан с отделянето на топлинна енергия.

Единицата за измерване на топлинната енергия в системата SI е Joule (J). Друга често използвана единица е калоричността. Топлинната енергия, съответстваща на енергия при температура 1 К е 1380 × 10-23 Дж.

Разлика между температура и топлинна енергия

  1. дефиниция

Температура: Средната кинетична енергия на структурните елементи на системата (атоми, молекули, заредени частици) се нарича температура.

Топлинна енергия: Общата кинетична енергия на структурните елементи на системата се нарича топлинна енергия.

  1. Стойности

Температура: Температурата може да бъде положителна и отрицателна.

Топлинна енергия: топлинната енергия винаги има положителни стойности.

  1. Мерни единици

Температура: Температурата се измерва в Целзий, Келвин и Фаренхайт.

Топлинна енергия: Топлинната енергия се измерва в Joule и Calorie.

  1. Количествена зависимост

Температура: Температурата не зависи от количеството на веществото - тя е свързана със средната кинетична енергия на частиците.

Топлинна енергия: Топлинната енергия зависи от количеството на веществото - тя е свързана с общата кинетична енергия на частиците.

Температура срещу топлинна енергия: Сравнителна диаграма

Обобщение на температурата спрямо топлинната енергия

  • Средната кинетична енергия на структурните елементи на система (атоми, молекули, заредени частици) се нарича температура. Общата кинетична енергия на структурните елементи на дадена система се нарича топлинна енергия. Температурата може да бъде положителна или отрицателна, докато топлинната енергия винаги има положителни стойности. Температурата се измерва в Целзий, Келвин и Фаренхайт. Топлинната енергия се измерва в Joule и Calorie. Температурата не зависи от количеството на веществото - тя е свързана със средната кинетична енергия на частиците. Топлинната енергия зависи от количеството на веществото - тя е свързана с общата кинетична енергия на частиците.

Препратки

  • Халидей, Д. Ресник. Основи на физиката. Учебник. Hoboken: Wiley 2004. Печат.
  • Кухлинг, Х. Физика. Москва: Мир. 1982. Печат.
  • Попов, В. Термодинамика и статистическа физика. София: Университетска преса: св. Климент Охридски. 2009. Печат.
  • Кредит за изображение: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f4/Instrumental_Temperature_Record.png/616px-Instrumental_Temperature_Record.png
  • Кредит за изображение: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/NASA_Earth_radiation_thermal_balance_energy_budget_atmosphere.jpg