Virimo Temperatūros Žymėjimas Fizikoje

Įvadas

Kūnų šilumą ar šaltumą dažnai patiriame savo pojūčiais. Tačiau ar visada galime jais pasikliauti? Šiame straipsnyje nagrinėsime temperatūros sąvoką fizikoje, jos matavimo principus, skirtingas skales ir kitus aspektus, susijusius su virimo temperatūros žymėjimu.

Subjektyvus Temperatūros Pojūtis

Mūsų pojūčiai ne visada patikimai atspindi tikrąją kūno temperatūrą. Pavyzdžiui, atlikime bandymą: įdėkite vieną ranką į šiltą vandenį, o kitą - į šaltą. Po kurio laiko abi rankas įdėkite į kambario temperatūros vandenį. Kairei rankai jis atrodys šaltas, o dešinei - šiltas. Tai iliustruoja, kad mūsų temperatūros suvokimas yra reliatyvus ir priklauso nuo ankstesnės patirties.

Štai dar keli pavyzdžiai:

  1. Karštą dieną ežere, upėje ar jūroje vanduo atrodo vėsesnis, o vėsią dieną - šiltesnis.
  2. Medinis paviršius kambario temperatūroje atrodys šiltesnis už geležinį, nors jų temperatūra yra vienoda.

Šie pavyzdžiai rodo, kad objektyviam temperatūros matavimui reikalingi specialūs prietaisai.

Temperatūros Sąvoka ir Matavimo Prietaisai

Temperatūra (lot. temperatura - normalioji būsena) yra fizinis dydis, apibūdinantis kūno šiluminę būseną. Ji parodo, kiek vidutiniškai juda atomai ar molekulės medžiagoje. Kuo greičiau jie juda, tuo aukštesnė temperatūra. Temperatūrai matuoti naudojami termometrai.

Taip pat skaitykite: Kaip kepti blynus su bananais

Konstruojant termometrus, iškilo problema - ką laikyti temperatūros atskaitos pradžia. Istoriškai buvo pasirinkta tirpstančio ledo temperatūra.

Celsijaus Skalė

Remdamasis dėsningumu, kad kaitinamo skysčio tūris kinta tolygiai, švedų astronomas ir fizikas Andersas Celsijus (A. Celsius, 1701-1744) tarpą tarp ledo tirpimo ir vandens virimo taškų padalijo į 100 lygių dalių.

Iš pradžių termometras buvo įdėtas į tirpstantį ledą, paskui - į verdantį vandenį. Abiem atvejais pažymėta termometrinio skysčio stulpelio viršutinės dalies padėtis. Taigi ledo tirpimo temperatūra yra 0 °C, o vandens virimo - 100 °C.

Žemesnė už 0 °C temperatūra laikoma neigiama ir žymima „-” (minuso) ženklu, o aukštesnė už 0 °C - teigiama, tačiau „+” (pliuso) ženklas paprastai nerašomas.

Medicininiai ir Bimetaliniai Termometrai

Žmogaus kūno temperatūra matuojama medicininiu termometru. Nuo kitų jis iš esmės skiriasi tuo, kad matavimo rezultatus galima matyti ir praėjus ilgesniam laikui. Mat gyvsidabrio vamzdelis prie rezervuaro baigiasi susiaurėjimu, pro kurį negali laisvai sugrįžti į pradinę padėtį matavimo metu pakilęs gyvsidabris. Dėl to, prieš matuojant temperatūrą, termometrą reikia nukrėsti, kad gyvsidabris sutekėtų atgal į rezervuarą.

Taip pat skaitykite: Vištos kepimo patarimai Kamado Bono kepsninei

Kartais naudojamas bimetalinis termometras. Jį padaryti nesunku. Reikia ilgą bimetalinę plokštelę susukti spirale, prie jos galo pritvirtinti rodyklę, o ties rodykle dar įtaisyti skalę. Šildama spiralė plečiasi, vėsdama - traukiasi, taip parodydama temperatūrą. Svarbu, kad termometras būtų pritaikytas šiai temperatūrai matuoti. Reikia vengti termometro kontakto nuo matuojamo kūno.

Šilumos Kiekis ir Fazės Pokyčiai

Šiluma yra energijos forma, kuri perduodama tarp kūnų dėl temperatūrų skirtumo. Šilumos kiekis, reikalingas medžiagos temperatūrai pakeisti, priklauso nuo medžiagos masės, savitosios šiluminės talpos ir temperatūros pokyčio.

Šilumos kiekis apskaičiuojamas pagal formulę:

$Q = cmΔT$

kur:

Taip pat skaitykite: Kaip kepti lašišą keptuvėje

  • $Q$ - šilumos kiekis (J)
  • $c$ - savitoji šiluminė talpa (J/(kg·°C))
  • $m$ - masė (kg)
  • $ΔT$ - temperatūros pokytis (°C)

Medžiagos gali būti trijų agregatinių būsenų: kietos, skystos ir dujinės. Pereinant iš vienos būsenos į kitą, vyksta fazės pokyčiai: lydymasis, virimas, garavimas, kondensacija, kristalizacija. Fazės pokyčių metu temperatūra nekinta, nes visa energija sunaudojama molekulių ryšiams nutraukti arba sukurti.

Šilumos kiekis, reikalingas medžiagai išlydyti arba išgarinti, apskaičiuojamas pagal formules:

  • Lydymasis: $Q = λm$
  • Garavimas: $Q = Lm$

kur:

  • $λ$ - savitoji lydymosi šiluma (J/kg)
  • $L$ - savitoji garavimo šiluma (J/kg)

Šilumos Balanso Lygtis

Šilumos balanso lygtis teigia, kad izoliuotoje sistemoje (kai nevyksta šilumos mainai su aplinka) bendras energijos kiekis išlieka pastovus. Tai reiškia, kad šiltesni kūnai atiduoda šilumą, o šaltesni - gauna.

Šilumos balanso lygtis užrašoma taip:

$Q{atid} + Q{gav} = 0$

kur:

  • $Q_{atid}$ - šilumos kiekis, atiduotas šiltesnių kūnų (neigiamas)
  • $Q_{gav}$ - šilumos kiekis, gautas šaltesnių kūnų (teigiamas)

Pavyzdys: Vandens Virimas ir Garavimas

Apskaičiuokime, kiek šilumos reikia 4 kg vandens, kurio temperatūra 40 °C, užvirinti ir išgarinti.

  1. Šiluma iki virimo:

    • Vandens savitoji šiluminė talpa: $c = 4200 J/(kg·°C)$
    • Pradinė temperatūra: $t_0 = 40 °C$
    • Virimo temperatūra: $t_{vir} = 100 °C$

    Šilumos kiekis, reikalingas pakelti vandens temperatūrą iki virimo:

    $Q1 = mc(t{vir} - t_0) = 4 * 4200 * (100 - 40) = 1008000 J$

  2. Šiluma garinimui:

    • Vandens savitoji garavimo šiluma: $L = 2260000 J/kg$

    Šilumos kiekis, reikalingas paversti skystą vandenį garais:

    $Q_2 = Lm = 2260000 * 4 = 9040000 J$

  3. Visas šilumos kiekis:

    Visas šilumos kiekis, reikalingas užvirinti ir išgarinti vandenį:

    $Q = Q1 + Q2 = 1008000 + 9040000 = 10048000 J ≈ 10.05 MJ$

tags: #virimo #temperatūros #žymėjimas #fizikoje

Populiarūs įrašai: