Energia wewnętrzna ciała może się zmieniać pod wpływem działania sił zewnętrznych. Aby scharakteryzować zmianę energii wewnętrznej podczas wymiany ciepła, wprowadzono wielkość zwaną ilością ciepła i oznaczoną przez Q.
W systemie międzynarodowym jednostką ilości ciepła, pracy i energii jest dżul: = = = 1 J.
W praktyce czasami stosuje się pozasystemową jednostkę ilości ciepła - kalorię. 1 kal. = 4,2 J.
Należy zauważyć, że określenie „ilość ciepła” jest niefortunne. Wprowadzono ją w czasach, gdy wierzono, że ciała zawierają jakąś nieważką, nieuchwytną ciecz – kaloryczną. Proces wymiany ciepła rzekomo polega na tym, że kaloryczny, przelewając się z jednego ciała do drugiego, niesie ze sobą pewną ilość ciepła. Teraz, znając podstawy molekularno-kinetycznej teorii budowy materii, rozumiemy, że w ciałach nie ma kaloryczności, inny jest mechanizm zmiany energii wewnętrznej ciała. Siła tradycji jest jednak wielka i nadal używamy tego terminu, wprowadzonego na podstawie błędnych wyobrażeń o naturze ciepła. Jednocześnie, rozumiejąc naturę wymiany ciepła, nie należy całkowicie ignorować nieporozumień na ten temat. Wręcz przeciwnie, rysując analogię między przepływem ciepła a przepływem hipotetycznej cieczy kalorycznej, ilością ciepła i ilością kalorii, można, rozwiązując niektóre klasy problemów, zwizualizować zachodzące procesy i prawidłowo rozwiązywać problemy. W końcu poprawne równania opisujące procesy wymiany ciepła uzyskano kiedyś na podstawie błędnych wyobrażeń o kaloryczności jako nośniku ciepła.
Rozważmy bardziej szczegółowo procesy, które mogą wystąpić w wyniku wymiany ciepła.
Wlej trochę wody do probówki i zamknij ją korkiem. Zawieś probówkę na pręcie zamocowanym na statywie i umieść pod nią otwarty płomień. Z płomienia probówka otrzymuje pewną ilość ciepła, a temperatura cieczy w niej wzrasta. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia wewnętrzna cieczy. Następuje intensywny proces jego odparowania. Rozszerzające się opary cieczy wykonują pracę mechaniczną, aby wypchnąć korek z tuby.
Przeprowadźmy kolejny eksperyment z modelem armaty wykonanej z kawałka mosiężnej rurki, która jest zamontowana na wózku. Z jednej strony tuba jest szczelnie zamknięta ebonitowym korkiem, przez który przechodzi szpilka. Przewody są przylutowane do kołka i rurki, zakończone zaciskami, które można zasilić z sieci oświetleniowej. Model pistoletu jest więc rodzajem bojlera elektrycznego.
Wlej trochę wody do lufy armaty i zamknij rurkę gumowym korkiem. Podłącz pistolet do źródła zasilania. Prąd elektryczny przepływający przez wodę podgrzewa ją. Woda wrze, co prowadzi do jej intensywnego odparowania. Ciśnienie pary wodnej wzrasta iw końcu wykonują pracę polegającą na wypchnięciu korka z lufy pistoletu.
Pistolet na skutek odrzutu cofa się w kierunku przeciwnym do wystrzelenia korka.
Oba doświadczenia łączą następujące okoliczności. W procesie ogrzewania cieczy na różne sposoby wzrosła temperatura cieczy i odpowiednio jej energia wewnętrzna. Aby płyn intensywnie się gotował i odparowywał, konieczne było dalsze jego podgrzewanie.
Pary cieczy dzięki swojej energii wewnętrznej wykonały pracę mechaniczną.
Badamy zależność ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała od jego masy, zmian temperatury oraz rodzaju substancji. Aby zbadać te zależności, użyjemy wody i oleju. (Do pomiaru temperatury w eksperymencie używany jest termometr elektryczny składający się z termopary połączonej z galwanometrem lustrzanym. Jedno złącze termopary zanurza się w naczyniu z zimną wodą, aby zapewnić stałą temperaturę. Drugie złącze termopary mierzy temperaturę badanej cieczy).
Doświadczenie składa się z trzech serii. W pierwszej serii, dla stałej masy określonej cieczy (w naszym przypadku wody), badana jest zależność ilości ciepła potrzebnego do jej ogrzania od zmian temperatury. Ilość ciepła odbieranego przez płyn z grzałki (kuchenki elektrycznej) będzie oceniana na podstawie czasu nagrzewania, przy założeniu, że istnieje między nimi wprost proporcjonalna zależność. Aby wynik eksperymentu odpowiadał temu założeniu, konieczne jest zapewnienie stałego przepływu ciepła z kuchenki elektrycznej do ogrzewanego ciała. W tym celu piec elektryczny został wcześniej podłączony do sieci, aby na początku eksperymentu temperatura jego powierzchni przestała się zmieniać. Aby uzyskać bardziej równomierne ogrzewanie cieczy podczas eksperymentu, będziemy ją mieszać za pomocą samej termopary. Będziemy rejestrować odczyty termometru w regularnych odstępach czasu, aż plamka świetlna dotrze do krawędzi skali.
Podsumujmy: istnieje wprost proporcjonalna zależność między ilością ciepła potrzebną do ogrzania ciała a zmianą jego temperatury.
W drugiej serii doświadczeń porównamy ilość ciepła potrzebną do ogrzania tych samych cieczy o różnej masie, gdy ich temperatura zmieni się o tę samą wartość.
Dla wygody porównania uzyskanych wartości, do drugiego eksperymentu przyjmiemy masę wody dwa razy mniejszą niż w pierwszym eksperymencie.
Ponownie będziemy rejestrować odczyty termometru w regularnych odstępach czasu.
Porównując wyniki pierwszego i drugiego eksperymentu, możemy wyciągnąć następujące wnioski.
W trzeciej serii doświadczeń porównamy ilości ciepła potrzebne do ogrzania równych mas różnych cieczy, gdy ich temperatura zmieni się o tę samą wartość.
Podgrzejemy olej na kuchence elektrycznej, której masa jest równa masie wody w pierwszym doświadczeniu. Będziemy rejestrować odczyty termometru w regularnych odstępach czasu.
Wynik eksperymentu potwierdza wniosek, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała jest wprost proporcjonalna do zmiany jego temperatury, a ponadto wskazuje na zależność tej ilości ciepła od rodzaju substancji.
Ponieważ w doświadczeniu użyto oleju, którego gęstość jest mniejsza od gęstości wody, a do podgrzania oleju do określonej temperatury potrzeba było mniejszej ilości ciepła niż do podgrzania wody, można przyjąć, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od jego gęstości.
Aby sprawdzić to założenie, będziemy jednocześnie podgrzewać identyczne masy wody, parafiny i miedzi na grzejniku o stałej mocy.
Po tym samym czasie temperatura miedzi jest około 10 razy wyższa, a parafiny około 2 razy wyższa niż temperatura wody.
Ale miedź ma większą, a parafina mniejszą gęstość niż woda.
Doświadczenie pokazuje, że wielkością charakteryzującą szybkość zmian temperatury substancji, z których zbudowane są ciała biorące udział w wymianie ciepła, nie jest gęstość. Ta wielkość nazywa się pojemnością cieplną właściwą substancji i jest oznaczona literą c.
Do porównania pojemności cieplnej właściwej różnych substancji służy specjalne urządzenie. Urządzenie składa się ze stojaków, w których zamocowana jest cienka płytka parafinowa oraz pręt z przechodzącymi przez nią prętami. Aluminiowe, stalowe i mosiężne cylindry o równej masie są zamocowane na końcach prętów.
Podgrzewamy cylindry do tej samej temperatury, zanurzając je w naczyniu z wodą stojącym na gorącej kuchence elektrycznej. Naprawmy gorące cylindry na stojakach i zwolnijmy je z elementów złącznych. Cylindry jednocześnie dotykają płytki parafinowej i topiąc parafinę, zaczynają się w niej zanurzać. Różna okazuje się głębokość zanurzenia cylindrów o tej samej masie w płytce parafinowej, gdy ich temperatura zmienia się o tę samą wartość.
Doświadczenie pokazuje, że właściwe pojemności cieplne aluminium, stali i mosiądzu są różne.
Po przeprowadzeniu odpowiednich doświadczeń z topnieniem ciał stałych, parowaniem cieczy i spalaniem paliwa otrzymujemy następujące zależności ilościowe.
Aby otrzymać jednostki wielkości, należy je wyrazić z odpowiednich wzorów iw otrzymane wyrażenia wstawić jednostki ciepła - 1 J, masy - 1 kg oraz ciepła właściwego - i 1 K.
Otrzymujemy jednostki: ciepło właściwe – 1 J/kg K, inne ciepło właściwe: 1 J/kg.
Jak już wiemy, energia wewnętrzna ciała może zmieniać się zarówno podczas wykonywania pracy, jak i poprzez wymianę ciepła (bez wykonywania pracy). Główna różnica między pracą a ilością ciepła polega na tym, że praca determinuje proces przemiany energii wewnętrznej układu, któremu towarzyszy przemiana energii z jednego rodzaju na inny.
W przypadku, gdy zmiana energii wewnętrznej przebiega za pomocą przenoszenie ciepła, przeniesienie energii z jednego ciała do drugiego odbywa się z powodu przewodność cieplna, promieniowanie lub konwekcja.
Energia, którą ciało traci lub zyskuje podczas wymiany ciepła, nazywa się ilość ciepła.
Obliczając ilość ciepła, musisz wiedzieć, jakie ilości na to wpływają.
Z dwóch identycznych palników podgrzejemy dwa naczynia. W jednym naczyniu 1 kg wody, w drugim - 2 kg. Temperatura wody w obu naczyniach jest początkowo taka sama. Widzimy, że w tym samym czasie woda w jednym z naczyń nagrzewa się szybciej, chociaż oba naczynia otrzymują taką samą ilość ciepła.
Wnioskujemy więc: im większa masa danego ciała, tym większą ilość ciepła należy wydać, aby obniżyć lub zwiększyć jego temperaturę o tę samą liczbę stopni.
Gdy ciało ochładza się, oddaje sąsiednim obiektom, im większa ilość ciepła, tym większa jego masa.
Wszyscy wiemy, że jeśli musimy podgrzać pełny czajnik wody do temperatury 50°C, poświęcimy na tę czynność mniej czasu niż na podgrzanie czajnika z taką samą objętością wody, ale tylko do 100°C. W przypadku pierwszym woda otrzyma mniej ciepła niż w przypadku drugim.
Zatem ilość ciepła potrzebna do ogrzewania jest bezpośrednio zależna od ile stopni organizm może się rozgrzać. Możemy stwierdzić: ilość ciepła zależy bezpośrednio od różnicy temperatur ciała.
Ale czy można określić ilość ciepła potrzebną nie do podgrzania wody, ale do innej substancji, na przykład oleju, ołowiu lub żelaza.
Napełnij jedno naczynie wodą, a drugie olejem roślinnym. Masy wody i oleju są równe. Oba naczynia będą równomiernie ogrzewane na tych samych palnikach. Rozpocznijmy doświadczenie przy równych temperaturach początkowych oleju roślinnego i wody. Pięć minut później, mierząc temperaturę podgrzanego oleju i wody, zauważymy, że temperatura oleju jest znacznie wyższa niż temperatura wody, chociaż oba płyny otrzymały taką samą ilość ciepła.
Oczywistym wnioskiem jest: Podczas ogrzewania równych mas oleju i wody w tej samej temperaturze potrzebne są różne ilości ciepła.
I od razu wyciągamy kolejny wniosek: ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy bezpośrednio od substancji, z której składa się samo ciało (rodzaj substancji).
Zatem ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała (lub wydzielana podczas ochładzania) zależy bezpośrednio od masy danego ciała, zmienności jego temperatury oraz rodzaju substancji.
Ilość ciepła jest oznaczona symbolem Q. Podobnie jak inne różne rodzaje energii, ilość ciepła jest mierzona w dżulach (J) lub w kilodżulach (kJ).
1 kJ = 1000 J
Jednak historia pokazuje, że naukowcy zaczęli mierzyć ilość ciepła na długo przed pojawieniem się w fizyce takiego pojęcia jak energia. W tym czasie opracowano specjalną jednostkę do pomiaru ilości ciepła - kalorię (cal) lub kilokalorię (kcal). Słowo ma łacińskie korzenie, calorus - ciepło.
1 kcal = 1000 kcal
Kaloria to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 g wody o 1°C
1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Czy masz jakieś pytania? Nie wiesz, jak odrobić pracę domową?
Aby uzyskać pomoc od nauczyciela -.
Pierwsza lekcja jest darmowa!
blog.site, z pełnym lub częściowym kopiowaniem materiału, wymagany jest link do źródła.
Na tej lekcji nauczymy się obliczać ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnienia go, gdy ostygnie. Aby to zrobić, podsumujemy wiedzę zdobytą na poprzednich lekcjach.
Ponadto nauczymy się, jak za pomocą wzoru na ilość ciepła wyrazić pozostałe wielkości z tego wzoru i obliczyć je, znając inne wielkości. Rozważony zostanie również przykład problemu z rozwiązaniem do obliczania ilości ciepła.
Ta lekcja jest poświęcona obliczaniu ilości ciepła, gdy ciało jest ogrzewane lub uwalniane przez nie, gdy jest schładzane.
Bardzo ważna jest umiejętność obliczenia wymaganej ilości ciepła. Może to być konieczne na przykład przy obliczaniu ilości ciepła, które należy przekazać wodzie, aby ogrzać pomieszczenie.
Ryż. 1. Ilość ciepła, jaką należy dostarczyć wodzie, aby ogrzać pomieszczenie
Lub obliczyć ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w różnych silnikach:
Ryż. 2. Ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w silniku
Wiedza ta jest również potrzebna np. do określenia ilości ciepła, które Słońce uwalnia i uderza w Ziemię:
Ryż. 3. Ilość ciepła wydzielanego przez Słońce i padającego na Ziemię
Aby obliczyć ilość ciepła, musisz wiedzieć trzy rzeczy (ryc. 4):
- masa ciała (którą zwykle można zmierzyć za pomocą wagi);
- różnica temperatur, o jaką należy ogrzać lub schłodzić ciało (zwykle mierzona termometrem);
- ciepło właściwe ciała (które można określić z tabeli).
Ryż. 4. Co musisz wiedzieć, aby ustalić
Wzór na obliczenie ilości ciepła jest następujący:
Ta formuła zawiera następujące ilości:
Ilość ciepła mierzona w dżulach (J);
Ciepło właściwe substancji, mierzone w;
- różnica temperatur mierzona w stopniach Celsjusza ().
Rozważ problem obliczania ilości ciepła.
Zadanie
Miedziane szkło o masie gramów zawiera wodę o objętości jednego litra w temperaturze . Ile ciepła należy przekazać szklance wody, aby jej temperatura była równa ?
Ryż. 5. Ilustracja stanu problemu
Najpierw piszemy krótki warunek ( Dany) i przelicz wszystkie wielkości na układ międzynarodowy (SI).
|
Dany: |
SI |
|
|
Znajdować: |
Rozwiązanie:
Najpierw określ, jakich innych wielkości potrzebujemy, aby rozwiązać ten problem. Zgodnie z tabelą ciepła właściwego (Tabela 1) znajdujemy (ciepło właściwe miedzi, ponieważ z założenia szkło jest miedzią), (ciepło właściwe wody, ponieważ z warunku w szkle jest woda). Ponadto wiemy, że aby obliczyć ilość ciepła, potrzebujemy masy wody. Warunkowo otrzymujemy tylko objętość. Dlatego bierzemy gęstość wody z tabeli: (Tabela 2).
Patka. 1. Ciepło właściwe niektórych substancji,
Patka. 2. Gęstości niektórych cieczy
Teraz mamy wszystko, czego potrzebujemy, aby rozwiązać ten problem.
Należy pamiętać, że całkowita ilość ciepła będzie się składać z sumy ilości ciepła potrzebnego do podgrzania miedzianego szkła i ilości ciepła potrzebnego do podgrzania w nim wody:
Najpierw obliczamy ilość ciepła potrzebną do ogrzania szkła miedzianego:
Przed obliczeniem ilości ciepła potrzebnego do podgrzania wody obliczamy masę wody za pomocą wzoru znanego nam z klasy 7:
Teraz możemy obliczyć:
Następnie możemy obliczyć:
Przypomnij sobie, co to znaczy: kilodżule. Przedrostek „kilo” oznacza, to znaczy.
Odpowiedź:.
Dla wygody rozwiązywania problemów znajdowania ilości ciepła (tzw. problemów bezpośrednich) i wielkości związanych z tym pojęciem można skorzystać z poniższej tabeli.
|
Pożądana wartość |
Przeznaczenie |
Jednostki |
Podstawowa formuła |
Wzór na ilość |
|
Ilość ciepła |
Na następnej lekcji przeprowadzimy prace laboratoryjne, których celem jest nauczenie się doświadczalnego wyznaczania ciepła właściwego ciała stałego. Listaliteratura:
Praca domowa |
Co szybciej nagrzewa się na kuchence – czajnik czy wiadro wody? Odpowiedź jest oczywista – czajnik. W takim razie drugie pytanie brzmi: dlaczego?
Odpowiedź jest nie mniej oczywista - ponieważ masa wody w czajniku jest mniejsza. Świetnie. A teraz możesz zrobić najbardziej realne fizyczne doświadczenie samemu w domu. Aby to zrobić, będziesz potrzebować dwóch identycznych małych rondli, równej ilości wody i oleju roślinnego, na przykład pół litra i pieca. Postaw garnki z olejem i wodą na tym samym ogniu. A teraz tylko patrz, co szybciej się nagrzeje. Jeśli jest termometr do płynów, można go użyć, jeśli nie, wystarczy od czasu do czasu spróbować temperatury palcem, tylko uważaj, żeby się nie poparzyć. W każdym razie wkrótce przekonasz się, że olej nagrzewa się znacznie szybciej niż woda. I jeszcze jedno pytanie, które również można zrealizować w formie doświadczenia. Co szybciej się gotuje - ciepła woda czy zimna? Znowu wszystko jest oczywiste – ciepły skończy się jako pierwszy. Po co te wszystkie dziwne pytania i eksperymenty? W celu określenia wielkości fizycznej zwanej „ilością ciepła”.
Ilość ciepła
Ilość ciepła to energia, którą organizm traci lub zyskuje podczas wymiany ciepła. To wynika z nazwy. Podczas chłodzenia ciało straci pewną ilość ciepła, a po podgrzaniu pochłonie. I odpowiedzi na nasze pytania pokazały nam od czego zależy ilość ciepła? Po pierwsze, im większa masa ciała, tym większa ilość ciepła musi zostać wydana, aby zmienić jego temperaturę o jeden stopień. Po drugie, ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od substancji, z której się ono składa, to znaczy od rodzaju substancji. Po trzecie, różnica temperatury ciała przed i po wymianie ciepła jest również ważna dla naszych obliczeń. Na podstawie powyższego możemy określić ilość ciepła według wzoru:
Q=cm(t_2-t_1) ,
gdzie Q to ilość ciepła,
m - masa ciała,
(t_2-t_1) - różnica między początkową i końcową temperaturą ciała,
c - ciepło właściwe substancji, można znaleźć w odpowiednich tabelach.
Korzystając z tego wzoru, możesz obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania dowolnego ciała lub które to ciało uwolni, gdy się ochłodzi.
Ilość ciepła jest mierzona w dżulach (1 J), jak każda inna forma energii. Jednak ta wartość została wprowadzona nie tak dawno temu, a ludzie zaczęli mierzyć ilość ciepła znacznie wcześniej. I użyli jednostki, która jest szeroko stosowana w naszych czasach - kalorii (1 cal). 1 kaloria to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza. Kierując się tymi danymi, miłośnicy liczenia kalorii w jedzeniu mogą dla ciekawości obliczyć, ile litrów wody można zagotować energią, którą zużywają z jedzeniem w ciągu dnia.
WYMIANA CIEPŁA.
1. Przenikanie ciepła.
Wymiana ciepła lub przenoszenie ciepła to proces przenoszenia energii wewnętrznej jednego ciała do drugiego bez wykonywania pracy.
Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła.
1) Przewodność cieplna jest wymianą ciepła między ciałami w bezpośrednim kontakcie.
2) Konwekcja jest przenoszeniem ciepła, w którym ciepło jest przenoszone przez przepływ gazu lub cieczy.
3) Promieniowanie jest przenoszenie ciepła za pomocą promieniowania elektromagnetycznego.
2. Ilość ciepła.
Ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej ciała podczas wymiany ciepła. Oznaczone literą Q.
Jednostka miary ilości ciepła = 1 J.
Ilość ciepła otrzymanego przez jedno ciało od innego ciała w wyniku wymiany ciepła może zostać zużyta na podwyższenie temperatury (zwiększenie energii kinetycznej cząsteczek) lub na zmianę stanu skupienia (zwiększenie energii potencjalnej).
3. Ciepło właściwe substancji.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała o masie m od temperatury T 1 do temperatury T 2 jest proporcjonalna do masy ciała m i różnicy temperatur (T 2 - T 1), tj.
Q = cm(T 2 - T 1 ) = zMΔ T,
Z nazywa się pojemnością cieplną właściwą substancji ogrzanego ciała.
Ciepło właściwe substancji jest równe ilości ciepła, które należy przekazać 1 kg substancji, aby ogrzać ją o 1 K.
Jednostka ciepła właściwego =.
Wartości pojemności cieplnej różnych substancji można znaleźć w tabelach fizycznych.
Dokładnie taka sama ilość ciepła Q zostanie uwolniona, gdy ciało ochłodzi się o ΔT.
4. Ciepło właściwe parowania.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do przekształcenia cieczy w parę jest proporcjonalna do masy cieczy, tj.
Q = lm,
gdzie jest współczynnikiem proporcjonalności Ł nazywamy ciepłem właściwym parowania.
Ciepło właściwe parowania jest równe ilości ciepła potrzebnej do przekształcenia 1 kg cieczy w punkcie wrzenia w parę.
Jednostka miary ciepła właściwego parowania.
W procesie odwrotnym, skraplaniu pary, uwalniane jest ciepło w takiej samej ilości, jaka została wydana na odparowanie.
5. Ciepło właściwe topnienia.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do przemiany ciała stałego w ciecz jest proporcjonalna do masy ciała, tj.
Q = λ M,
gdzie współczynnik proporcjonalności λ nazywany jest ciepłem właściwym topnienia.
Ciepło właściwe topnienia jest równe ilości ciepła potrzebnej do przekształcenia ciała stałego o masie 1 kg w ciecz w temperaturze topnienia.
Jednostka miary ciepła właściwego topnienia.
W procesie odwrotnym, krystalizacji cieczy, ciepło jest uwalniane w takiej samej ilości, jaka została zużyta na topienie.
6. Ciepło właściwe spalania.
Z doświadczenia wynika, że ilość ciepła uwalnianego podczas całkowitego spalania paliwa jest proporcjonalna do masy paliwa, tj.
Q = QM,
Gdzie współczynnik proporcjonalności q nazywa się ciepłem właściwym spalania.
Ciepło właściwe spalania jest równe ilości ciepła wydzielanego podczas całkowitego spalania 1 kg paliwa.
Jednostka miary ciepła właściwego spalania.
7. Równanie bilansu cieplnego.
W wymianie ciepła biorą udział dwa lub więcej ciał. Niektóre ciała oddają ciepło, inne je odbierają. Wymiana ciepła zachodzi do momentu wyrównania się temperatur ciał. Zgodnie z zasadą zachowania energii ilość oddanego ciepła jest równa ilości otrzymanego ciepła. Na tej podstawie pisane jest równanie bilansu cieplnego.
Rozważ przykład.
Ciało o masie m 1 , którego pojemność cieplna wynosi c 1 , ma temperaturę T 1 , a ciało o masie m 2 , którego pojemność cieplna wynosi c 2 , ma temperaturę T 2 . Co więcej, T1 jest większe niż T2. Te ciała są w kontakcie. Doświadczenie pokazuje, że zimne ciało (m2) zaczyna się nagrzewać, a gorące ciało (m1) zaczyna się ochładzać. Sugeruje to, że część energii wewnętrznej gorącego ciała jest przenoszona na zimne, a temperatury wyrównują się. Oznaczmy końcową temperaturę całkowitą przez θ.
Ilość ciepła przenoszona z ciała gorącego do zimnego
Q przeniesiony. = C 1 M 1 (T 1 – θ )
Ilość ciepła odebrana przez ciało zimne od ciała gorącego
Q otrzymane. = C 2 M 2 (θ – T 2 )
Zgodnie z prawem zachowania energii Q przeniesiony. = Q otrzymane., tj.
C 1 M 1 (T 1 – θ )= C 2 M 2 (θ – T 2 )
Otwórzmy nawiasy i wyraźmy wartość całkowitej temperatury stanu ustalonego θ.
Wartość temperatury θ w tym przypadku otrzymamy w kelwinach.
Ponieważ jednak w wyrażeniach na Q minął. i otrzymano Q. jeśli istnieje różnica między dwiema temperaturami i jest taka sama zarówno w kelwinach, jak i stopniach Celsjusza, wówczas obliczenia można przeprowadzić w stopniach Celsjusza. Następnie
W tym przypadku wartość temperatury θ otrzymamy w stopniach Celsjusza.
Wyrównanie temperatur w wyniku przewodzenia ciepła można wyjaśnić na podstawie molekularnej teorii kinetyki jako wymianę energii kinetycznej między cząsteczkami podczas zderzenia w procesie termicznego ruchu chaotycznego.
Przykład ten można zilustrować wykresem.