Содержание
Что такое теплота
Теплота – форма энергии, образующейся при движении молекул в горячем теле. Но это не то же самое, что температура. Температура служит мерой степени нагрева тела, в то время как теплота – это суммарное количество молекулярной энергии в теле. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся его атомы и молекулы.
Измерение температуры
Для точного измерения температуры используются термометры. Принцип действия простейших термометров основан на свойстве жидкостей расширяться при нагревании. Жидкость, обычно ртуть или окрашенный спирт, поднимается вверх внутри тонкой трубки со шкалой.
Температура замерзания воды
По шкале Цельсия температура замерзания воды равна 0 градусов, а температура кипения воды — 100 градусов. По шкале Фаренгейта точки замерзания и кипения воды равны, соответственно, 32 градуса и 212 градусов.
Абсолютный нуль
Началом другой температурной шкалы — абсолютной, или шкалы Кельвина, является самая низкая возможная температура, абсолютный нуль, который соответствует – 273°С. Абсолютный нуль — это 0°К (Кельвина). Один градус Кельвина равен одному градусу Цельсия. Поэтому 0 градусов по Цельсию соответствует 273°К, а 100°С – это 373°К.
Тепловые воздействия
При нагреве жидкости в термометре проявляется только одно из возможных воздействий теплоты — расширение вещества. Теплота может вызывать и химические изменения, примером которых служит процесс горения, начинающийся при нагреве. Теплота может также расплавить твердое тело или превратить жидкость в газ. Эти изменения называются физическими, потому что в отличие от химических легко может быть осуществлен обратный процесс.
Каким способом передается теплота
При расширении жидкостей и газов образуются потоки нагретого вещества. При нагревании газ расширяется и становится менее плотным. Теплый газ выталкивается вверх ненагретым газом, который его окружает. При этом создается поток нагретого газа – конвекционный ток. Конвекционные токи в атмосфере переносят тепло из жарких районов в холодные, образуя ветер и бризы. В домах эти токи несут тепло от нагревателей и каминов внутрь комнаты и из дома.
В твердых телах теплота передается благодаря теплопроводности. При этом процессе колеблющиеся атомы и молекулы сталкиваются друг с другом, что ускоряет их движение. Энергия колеблющихся молекул распространяется по всему телу. Если опустить конец металлической кочерги в печь, то ручка в результате теплопроводности вскоре тоже нагреется.
В пустом пространстве теплота может передаваться излучением, как электромагнитные волны. Таким образом попадает на Землю теплота от Солнца.
Теплые лучи, называемые инфракрасными, аналогичны красным лучам света, но имеют несколько большую длину волны. Загорая, человек ощущает тепло, потому что на него падают инфракрасные лучи Солнца.
Как обеспечить тепло в доме
Четверть всего утекающего из домов тепла уходит через крышу, еще четверть — через стены. На окна приходится около одной пятой потерь тепла, на полы и двери — остальные потери. Отсюда вывод: для сбережения тепла необходимо изолировать крыши и стены, делать двойные стекла в окнах, настилать на пол толстые ковры и предотвращать любые сквозняки.
Теплота: сверхтекучие жидкости и сверхпроводники
При очень низких температурах наблюдаются странные явления. Гелий, являющийся газом при нормальных температурах, при -270°С превращается в жидкость. За свои необычные свойства жидкий гелий назван сверхтекучей жидкостью. Он может течь вверх! Если в жидкий гелий опустить пустую чашку, он будет обтекать ее снизу по бокам и втекать внутрь.
Пленка Роллина также покрывает внутреннюю часть контейнера
Если эту чашку потом поставить на стол, жидкий гелий будет вытекать из нее через верх и по стенкам стекать на стол. Некоторые вещества, такие как ртуть, становятся сверхпроводниками при температурах, близких к абсолютному нулю. Это значит, что, если через ртуть пропустить электрический ток, он будет идти вечно. С помощью сверхпроводников можно сделать очень сильные электромагниты, необходимые в медицине для некоторых научных экспериментов.