Термодинамичка температура, апсолутна нула; повеќе

Топлината има детонирачки ефект, го зголемува протокот на крв, има аналгетски ефект и, во случај на хронично, неактивно воспаление, честопати е антиинфламаторно. Мускулниот тонус се намалува со топлина и долгорочен студ. Термотерапија е примена на различни загревања кај пациентот. Но, што точно значи „топлина“? Како се загрева телото, како се пренесува топлината?

температура

Температурата е физичка величина од која може да се дадат изјави за следниве својства на супстанциите:

Термичка рамнотежа - Ако две тела имаат иста температура, нема размена на топлина помеѓу нив. Ако температурите се разликуваат, топлината тече од потоплото кон постуденото тело додека не се воспостави рамнотежа.)

Мерење на средната кинетичка енергија во гасовите
Карактеристики на супстанциите зависни од температурата - примери: термичка експанзија на супстанции, густина, електричен отпор

Основната единица (единица Si) на температурата е дадена во Келвин [K]. Сепак, ° C е исто така честа појава во европските земји. Ова одговара на 1 ° С = 274,15 К..

Кога е создадена Целзиусовата скала, астрономот Андерс Целзиус дефинирал фиксни точки. Тој рече дека на 0 ° C е точка на вриење на чиста вода и на 100 ° C е точка на топење на чист мраз. Свртувањето на точките на замрзнување и вриење беше утврдено само по неговата смрт и дава основа за денешните мерења на температурата.

Апсолутна нула

Според дефиницијата, апсолутната нула е најниската температура што сè уште може да се измери и е нула Келвин (= -273,15 ° C). Теоријата е дека колку побавно се движат честичките во неа, толку е поладен гасот. При апсолутна нула, движењето на честичките е нула. Значи, не може да се постигнат негативни температури на апсолутната скала на температурата (Келвинова скала).

Термички равенки на состојбата за гасовите

Со идеални гасови постои пропорционалност помеѓу притисокот и температурата. Следните закони ги опишуваат односите помеѓу две величини, додека другите вклучени количини остануваат постојани:

Закон на Бојл-Мариоте

Ако притисокот се зголеми на идеален гас, волуменот на гасот се намалува со постојана температура и количина на супстанција, или притисокот е обратно пропорционален на волуменот:

Закон на Гејл-Лусак

Волуменот на идеални гасови е пропорционален на температурата, под услов количината на супстанцијата и притисокот да бидат константни.

Закон за амонтони

Кога идеален гас се загрева, притисокот се зголемува; кога се лади, притисокот се намалува.

Коефициент на термичка експанзија

Различни супстанции различно се шират кога температурата се зголемува. Одговорен ефект е термичката експанзија. Ова не се одвива секогаш подеднакво и се дели на:

Линеарен коефициент на топлинска експанзија

Ова укажува на промена на должината со која се менува ткаенината во однос на нејзината вкупна должина.

α	Коефициент на линеарна експанзија [10 -6/K] на 20 ° C
Л.	Должина [m]
ΔL	Промена во должина [m]
ΔT	Промена на температурата [K]

Коефициент на проширување специфичен за волумен/коефициент на кубна експанзија

Тоа укажува на промена на волуменот на телото во споредба со вкупниот волумен кога се загрева со еден Келвин.

γ	Коефициент на кубна експанзија [10 -3/K] на 20 ° C
V0	Волумен пред загревање [m³]
δV	Промена на јачината на звукот [м³]
δT	Промена на температурата [K]

Мерење на температурата

Поради зависноста од температурата на различните својства на материјалот, овие зависни променливи може да се користат за мерење на температурата:

Течен термометар

Течност - обично жива или алкохол во боја - е во тенка цевка со прицврстена скала. Температурата може да се мери преку експанзија и намалување на волуменот кога течноста се загрева или лади. Водата не е соодветна поради таканаречената аномалија на вода.

Термометар за гас

Во тенка цевка, слична на онаа на течен термометар, има пад на жива што затвора простор во кој се наоѓа гас. Овој гас се шири кога се загрева или неговиот волумен се намалува кога се лади.

Биметален термометар

Проширувањето кога се загрева варира од супстанца до супстанција. Спирална биметална лента, која се состои од два различни метали, е прикачена на покажувачот. Кога се загреваат, двата метали се шират поинаку, предизвикувајќи покажувачот да се одврати.)

Електронски термометар/термометар за отпор

Зависноста од температурата на електричните отпори, особено со полупроводнички материјали, е многу голема. Се применува следново: Отпорноста на NTC термисторот се намалува со зголемувањето на температурата. Со намалување на отпорноста, протокот на струја се зголемува, што дава мерка за промена на температурата.

Термички мастила

Таканаречените термички бои ја менуваат својата боја или емитуваат светлина со одредени температурни промени.

топлина

Зголемувањето на температурата предизвикува зголемување на кинетичката енергија на нејзините најмали честички. Затоплување значи додавање енергија, ладење значи отстранување енергија.
Топлината е посебна форма на енергија. Според законот за зачувување на енергијата, внатрешната енергија може да се добие само преку конверзија од други видови на енергија. На пример, од механичка, електрична, хемиска или нуклеарна енергија.

Забелешка: Енергијата не може да се изгуби, таа може да се претвори само од една во друга форма на енергија. (Погледнете ја статијата Механика I)

Топлината и внатрешната енергија треба да се сметаат за еквивалентни на другите форми на енергија и барем делумно конвертибилни едни во други.

Топлината што ја апсорбира телото е пропорционална на масата и промената на температурата на телото. Специфичниот топлински капацитет генерално ја означува количината на топлина потребна за загревање на еден килограм од оваа супстанца за еден Келвин. Калориметар може да се користи за да се одреди специфичниот топлински капацитет, т.е. промената на топлината во телото, а со тоа и промената на неговата внатрешна кинетичка енергија (калориметар на проток на топлина, калориметар на топлинска рамнотежа, адијабатски калориметар)

Пресметката на топлината е дефинирана како што следува:

Топлината апсорбирана или емитирана од тело е еднаква на производот на специфичниот топлински капацитет, масата на телото и температурната разлика.

Излезна топлина

Ако изворот на топлина снабдува одредена количина на топлина во одреден временски интервал, тогаш неговата топлинска спроводливост е количник на топлина и временски интервал:

Проток на топлина

Топлината може да се пренесе на три различни начини: Преку топлинска спроводливост, термички проток (конвекција) и топлинско зрачење. Топлината се пренесува од едното тело на постуденото.

Ако некое тело се загрева во една точка, густината на течноста во овој момент се намалува како резултат на зголемувањето на температурата. Поради пловидбата, загреаниот дел од течноста се крева нагоре и постудениот дел од течноста тоне надолу. Ова води кон транспорт на цели количини на течност што носат топлинска енергија со себе.

Кај луѓето има дури и постојана размена на топлина со нивната околина преку следниве четири механизми.

Спроводливост (пренос на топлина преку директен контакт)

Тука топлината мигрира од места со повисока температура кон соседните (соседни) места со пониска температура. Преносот се одвива со проследување на кинетичката енергија од молекула до молекула.

Конвекција (размена на топлина преку медиум (воздух, вода))

Движењето на честичките во течности и гасови се дефинира и како конвекција. Во контекст на човечката терморегулација, тоа е важен фактор за ослободување на телесната топлина.
Конвекциониот транспорт ги пренесува гасовите во крвта низ телото преку протокот на крв.

Зрачење (топлинско зрачење од електромагнетни бранови)

Ако топлинската енергија се пренесе од потопло тело до поладно без вклучување на средно средство, тогаш се зборува за топлинско зрачење. Топлинските зраци произлегуваат не само од топли тела што емитуваат светлина, туку и од тела што не емитуваат светлина штом нивната сопствена температура е повисока од температурата на околината. Ако топлинските зраци удрат во тело на пониска температура, тие го загреваат.

Испарување (губење на топлина преку испарување)

Испарувањето се јавува преку кожата во форма на пот.

Главниот закон за термодинамика

В.	завршена работа [Ј]
Х.	Енталпија [Ј]
У	внатрешна енергија, без единици
стр	притисок
В.	волумен

Состојбата на гасот се карактеризира со трите варијабли на состојбата притисок, волумен и температура. Промените во две или сите состојби се менуваат како промени во состојбата. Јасно дефинираната вредност на внатрешната енергија припаѓа на секоја состојба на системот. За ова се користи првиот закон за термодинамика. Следното се применува:

Ако Q е испорачаната топлинска енергија, W е извршената механичка работа и ΔU е промената на внатрешната енергија, тогаш:

Со идеални гасови, механичката работа предизвикува промена на волуменот. Снабдената топлинска енергија доведува до зголемување на внатрешната енергија и зголемување на волуменот. Целокупната енергија присутна во системот се нарекува внатрешна енергија. Тоа е состојба на состојба која зависи само од состојбата на променливите притисок, волумен и температура. Промената на внатрешната енергија е одредена само од почетната и крајната состојба.

Збирот на внатрешната енергија и производот на притисок и волумен се нарекува енталпија. Производот на притисок и волумен одговара на работата на поместување:

Спроведување

Бидејќи спроводливоста на топлина е особено важна тема во медицината, подетално ќе се дискутира во ова поглавје.
Наједноставниот вид на пренос на топлина е спроводливост на топлина. Како што веќе споменавме, ова се случува преку соседните супстанции, од кои потоплата супстанција ја дава својата енергија на постудената.

Топлинската спроводливост се јавува исклучиво во материја и бара да има температурен градиент. Различни материјали имаат различна топлинска спроводливост. Оваа топлинска спроводливост се изразува со коефициент на топлинска спроводливост. Коефициентот на топлинска спроводливост ја означува количината на топлина што тече по единица време низ коцка со должина на работ од 1м помеѓу две спротивни странични површини, меѓу кои има температурна разлика од еден Келвин. Останатите површини на коцката мора да бидат целосно непропустливи од загревање.

Топлинската спроводливост на супстанциите исто така може да се покаже во однос на одредена супстанција. Потоа се добива релативната спроводливост.

Металите се генерално добри спроводници на топлина. Лоши топлински проводници се гасови, волна, хартија и многу повеќе. Овие лоши топлински проводници се користат како материјали за топлинска изолација.

Во медицината, разни топлински терапии се користат за подобрување и одржување на функцијата на локомоторните органи, за зајакнување и релаксирање на мускулите, за подобрување на трофиките или за ублажување на болката.

Популарни испитни прашања за термодинамика

Решенијата може да се најдат под референците.

1. Нека пареа е во (динамична) рамнотежа со нејзината течност. Изотермите на оваа пареа се хоризонтални линии на дијаграмот p-v бидејќи притисокот на пареата на течноста зависи само од температурата.

Изјавата 1 е точна, изјавата 2 е точна, врската е точна
Изјавата 1 е точна, изјавата 2 е точна, врската е погрешна
Изјавата 1 е точна, изјавата 2 е лажна, не е можна врска
Изјавата 1 е погрешна, изјавата 2 е точна, не е можна врска
Изјавата 1 е погрешна, изјавата 2 е погрешна, не е можна врска

2. Која е вредноста за двете температури t1 = 127 ° C и t2 = 47 ° C, односот T2/T1 на нивните поврзани апсолутни температури?

1/3
4/5
5/4
5
ниту една од вредностите не се применува

3. За да загреете 2 литри вода (cWater = 4,2 kJ * K -1 * kg -1) од T = 20 ° C до T = 40 ° C, потребна ви е енергија од:

42 kJ
84 kJ
168 kJ
336 kJ
420 kJ

отече

Gonsior, Physik für Mediziner, Schattauer Verlag, 1994, 2-то издание

Seibt, Physik für Mediziner, Springer Verlag, 2009, 6-то издание

Вовед во физика I, скрипта, О. фон дер Лух и У.Лендграф

Точни одговори: 1А (крива на притисок на пареа), 2С (апсолутната температура се пресметува од Целзиусовата температура со додавање на 273 К), 3С (два литра вода одговара на масата од 2 кг)