La începutul secolului al XIX-lea, oamenii erau interesați să îmbunătățească eficiența motoarelor cu aburi și a tunurilor. Un fapt evident a fost că, după câteva focuri, tunurile s-au supraîncălzit într-o asemenea măsură încât au devenit inutile. Acest lucru a condus la observarea că trebuie să existe o legătură între forțele mecanice și chimice implicate în ardere și „caloric” așa cum se numea căldură în acel moment.

Joule a fost cel care a stabilit relația precisă dintre energia mecanică și căldură.

echivalent

Căldura este transferul de energie datorită diferențelor de temperatură. În acest context se introduce caloria:

O calorie este căldura care trebuie transferată într-un gram de apă pentru a-și schimba temperatura de la 14,5 la 15,5 grade Celsius

De asemenea, are: 1Cal = 1000 cal.

Joule folosind o roată cu palete conectată la un set de scripete cu greutăți de capăt a reușit să arate o relație precisă între energia mecanică a greutăților pe scripete și creșterea temperaturii apei din recipient, datorită rotației paletelor . Este totul:

1 cal = 4.186 J

Capacitatea de căldură a unei probe este definită ca cantitatea de energie necesară pentru a crește temperatura probei respective cu

Prin urmare, dacă o cantitate de căldură Q produce o modificare a temperaturii unei substanțe, avem:

Căldura specifică este capacitatea de căldură pe unitate de masă

NOTĂ: În general c (T), prin urmare:

CONVENȚIE: Q este pozitiv dacă curge căldură în sistem. Q este negativ dacă sistemul renunță la căldură.

Căldura specifică depinde de condițiile externe. Pentru gaze, căldura specifică la presiune constantă () este diferită de căldura specifică la volum constant (). Pentru lichide și solide nu există o mare diferență între cele două.


O tehnică de măsurare a căldurii specifice unei substanțe X constă în încălzirea unei probe la o temperatură cunoscută, plasarea acesteia într-un recipient cu apă de masă cunoscută și temperatură mai mică, măsurarea temperaturii sistemului după atingerea echilibrului.

Deoarece munca depusă este neglijabilă, conservarea energiei implică:

Observați că convenția semnelor implică semnul - în partea dreaptă a acestei ecuații (apa absoarbe căldura).

Să fie masa substanței X.

Când există transfer de căldură fără schimbarea temperaturii (ca într-o tranziție de fază) vorbim despre căldura latentă L.

Cantitatea de căldură Q necesară pentru schimbarea fazei unei mase m dintr-o substanță pură este:

Căldura latentă de fuziune: schimbarea fazei de la solid la lichid.

Căldură latentă de vaporizare: Schimbarea fazei de la lichid la gaz.


Să luăm în considerare un gaz conținut într-un recipient cilindric de secțiune transversală A, cu un piston. Pe măsură ce gazul se extinde, acesta funcționează pe pistonul dat de

Dacă gazul se extinde de la un volum la un volum cvasistatic: adică atât de încet încât fiecare stare intermediară poate fi considerată o stare de echilibru, tu ai:

Aceasta reprezintă aria de sub curba P (V) pe o diagramă P-V.

CONVENȚIE: 0 $ ">: Lucrări efectuate de sistem;

munca depusă pe sistem.

Munca depinde de stările intermediare pentru a obține de la f $ "> și nu doar de la i și f.

Dacă cantitatea Q-W este măsurată pentru diferite traiectorii care leagă stările de echilibru i și f, se găsește un singur rezultat. Prin urmare, această cantitate este complet determinată de i și f. Dacă U reprezintă energia internă, avem:

Aceasta este prima lege a termodinamicii. Exprimă conservarea energiei, inclusiv procesele care implică transferul de căldură.

Dacă este o schimbare infinitesimală de stare, trebuie să:

Rețineți că numai dU este un adevărat infinitesimal, deoarece dQ și dW depind de cale.

Proces izobaric: P = constant.

Procesul izovolumic: V = constant.

Proces izotermic: T = constant.

Expansiunea izotermă a unui gaz ideal

Munca efectuată extinzându-se de la până la este:

Conductia termica

Dacă cele două capete ale unui material cu secțiune transversală A separate de o distanță dx sunt la temperaturi diferite, va exista un flux de căldură pentru o clipă, de la partea cea mai fierbinte la cea mai rece, dată de:

Rata de transfer de energie P se măsoară în wați. k este conductivitatea termică a materialului și este gradientul de temperatură.

Ex: Pentru o bară uniformă de lungime L, izolată în manta, trebuie să:

Ex: Pentru o placă compusă din mai multe materiale groase, avem: