ж.
1. Форма движения материи, представляющая собою беспорядочное движение образующих тело микрочастиц (молекул, атомов, электронов и т.п.).
отт. Энергия, создаваемая таким движением; теплота 1..
2. Нагретое состояние кого-либо или чего-либо; тепло I 2..
отт. Ощущение внутреннего тепла.
3. перен.
Доброе, сердечное отношение к кому-либо.
ТЕПЛОТА́, теплоты, мн. нет, жен.
1. отвлеч. сущ. к теплый в 1 знач. Теплота тела. Теплота воздуха.
|| Исходящее от чего-нибудь тепло (см. тепло1 во 2 знач.). «Оно (солнце) своею теплотой огромные дубы и недра согревает.» Крылов.
2. перен. Доброе, сердечное, отзывчивое отношение к кому-чему-нибудь, способность к такому отношению. Он говорил о тебе с большой теплотой. Душевная теплота.
3. Кинетическая энергия, создаваемая движением молекул тела и обусловливающая его нагревание, создающая тепло (см. тепло1 во 2 знач.), то же, что тепло1 во 1 знач. и тепловая энергия (см. тепловой; физ.). Единица теплоты. Лучистая теплота. Теплота парообразования. Животная теплота (см. животный).
ТЕПЛОТА́, -ы, жен.
1. см. теплый.
2. Форма движения материи беспорядочное движение частиц тела; энергетическая характеристика теплообмена, определяющаяся количеством энергии, к-рое получает нагреваемое тело (отдает охлаждаемое тело) (спец.). Т. плавления. Единица теплоты.
3. То же, что тепло (разг.).
ТЕПЛОТА́ -ы́; ж.
1. к Тёплый. Т. солнца, воды, воздуха. Т. дня. Т. рук. Т. шубы. Т. дома. Т. встречи. Т. души, взгляда, сердца. Любить теплоту.
2. = Тепло́ (1-2, 5 зн.). Лучистая т. Присутствие, наличие теплоты. Единицы измерения теплоты. Превращение химической энергии в теплоту. Печь излучает теплоту.
◁ Теплово́й (см.).
* * *
теплота́ (количество теплоты), энергетическая характеристика процесса теплообмена, определяется количеством энергии, которое получает (отдаёт) тело (физическая система) в процессе теплообмена. Теплота - функция процесса: количество сообщённой телу теплоты зависит не только от того, каковы начальное и конечное состояния тела, но также от вида процесса. Элементарное количество теплоты dQ = CdT, где C - теплоёмкость тела в рассматриваемом процессе, dT - малое изменение температуры тела. Измеряется теплота в единицах энергии: Дж, кал.
* * *
ТЕПЛОТА - ТЕПЛОТА́ (количество теплоты), энергетическая характеристика процесса теплообмена, определяется количеством энергии, которое получает (отдает) тело (физическая система) в процессе теплообмена. Теплота - функция процесса: количество сообщенной телу теплоты зависит не только от того, каковы начальное и конечное состояния тела, но также от вида процесса. Элементарное количество теплоты dQ=CdT, где C - теплоемкость тела в рассматриваемом процессе, dT - малое изменение температуры тела.
ТЕПЛОТА (количество теплоты) - энергетическая характеристика процесса теплообмена, определяется количеством энергии, которое получает (отдает) тело (физическая система) в процессе теплообмена. Теплота - функция процесса: количество сообщенной телу теплоты зависит не только от того, каковы начальное и конечное состояния тела, но также от вида процесса. Элементарное количество теплоты dQ=CdT, где C - теплоемкость тела в рассматриваемом процессе, dT - малое изменение температуры тела.
-ы́, ж.
1. физ.
Энергия, создаваемая беспорядочным движением частиц тела (атомов, молекул и т. п.) и проявляющаяся в его нагревании.
Единицы измерения теплоты. Превращение химической энергии в теплоту. Механический эквивалент теплоты.
||
Степень нагретости тела; температура.
Теплота воды. Теплота воздуха.
2. То же, что тепло 1 (во 2 знач.).
Комнатки эти были ужасно теплы, потому что и Афанасий Иванович и Пульхерия Ивановна очень любили теплоту. Гоголь, Старосветские помещики.
Прохлады не было. Нагретая земля и вечером еще продолжала излучать теплоту. Арсеньев, По Уссурийской тайге.
От еды по телу разлилась приятная теплота. Марков, Строговы.
3. перен.
То же, что тепло 1 (в 5 знач.).
Теплота чувств. Теплота в голосе.
◊
[Товарищи] его полюбили за добродушие, скромность, сердечную теплоту. Тургенев, Бретер.
Она перенесла на брата всю теплоту своей стариковской привязанности. Леонов, Дорога на Океан.
ТЕПЛОТА - кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже). Теплота играет важную роль в жизни человека, в том числе и в функционировании его организма. Часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37° С. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды, и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. Большую часть этой энергии поставляют тепловые машины, например котельные установки и паровые турбины электростанций, работающих на ископаемом топливе (угле, нефти) и вырабатывающих электроэнергию. До конца 18 в. теплоту считали материальной субстанцией, полагая, что температура тела определяется количеством содержащейся в нем "калорической жидкости", или "теплорода". Позднее Б.Румфорд, Дж.Джоуль и другие физики того времени путем остроумных опытов и рассуждений опровергли "калорическую" теорию, доказав, что теплота невесома и ее можно получать в любых количествах просто за счет механического движения. Теплота сама по себе не является веществом - это всего лишь энергия движения его атомов или молекул. Именно такого понимания теплоты придерживается современная физика.
См. также ФИЗИКА. В этой статье мы рассмотрим, как связаны между собой теплота и температура и каким образом измеряют эти величины. Предметом нашего обсуждения будут также следующие вопросы: передача теплоты от одной части тела к другой; перенос теплоты в вакууме (пространстве, не содержащем вещества); роль теплоты в современном мире.
ТЕПЛОТА И ТЕМПЕРАТУРА
Количество тепловой энергии в веществе нельзя определить, наблюдая за движением каждой его молекулы по отдельности.
Напротив, только изучая макроскопические свойства вещества, можно найти усредненные за некий период времени характеристики микроскопического движения многих молекул. Температура вещества - это средний показатель интенсивности движения молекул, энергия которого и есть тепловая энергия вещества. Один из самых привычных, но и наименее точных способов оценки температуры - на ощупь. Трогая предмет, мы судим о том, горячий он или холодный, ориентируясь на свои ощущения. Конечно, эти ощущения зависят от температуры нашего тела, что подводит нас к понятию теплового равновесия - одному из важнейших при измерении температуры.
Тепловое равновесие. Очевидно, что если два тела A и B (рис. 1) плотно прижать друг к другу, то, потрогав их спустя достаточно долгое время, мы заметим, что температура их одинакова. В этом случае говорят, что тела A и B находятся в тепловом равновесии друг с другом. Однако тела, вообще говоря, не обязательно должны соприкасаться, чтобы между ними существовало тепловое равновесие, - достаточно, чтобы их температуры были одинаковыми. В этом можно убедиться с помощью третьего тела C, приведя его сначала в тепловое равновесие с телом A, а затем сравнив температуры тел C и B. Тело C здесь играет роль термометра. В строгой формулировке этот принцип называется нулевым началом термодинамики: если тела A и B находятся в тепловом равновесии с третьим телом C, то эти тела находятся также в тепловом равновесии друг с другом. Этот закон лежит в основе всех способов измерения температуры.
Рис. 1. СОПРИКАСАЮЩИЕСЯ ТЕЛА A и B имеют одинаковую температуру; о таких телах говорят, что они находятся в тепловом равновесии друг с другом. Чтобы проверить, находятся ли в тепловом равновесии несоприкасающиеся тела, используют третье тело С, приводя его в соприкосновение с каждым из тел А и В и измеряя их температуру.
Измерение температуры. Если мы хотим проводить точные эксперименты и вычисления, то таких оценок температуры, как горячий, теплый, прохладный, холодный, недостаточно - нам нужна проградуированная температурная шкала. Существует несколько таких шкал, и за точки отсчета в них обычно взяты температуры замерзания и кипения воды. Четыре наиболее распространенные шкалы представлены на рис. 2. Стоградусная шкала, по которой точке замерзания воды соответствует 0°, а точке кипения 100°, называется шкалой Цельсия по имени А.Цельсия, шведского астронома, который описал ее в 1742. Полагают, что впервые применил эту шкалу шведский натуралист К.Линней. Сейчас шкала Цельсия является самой распространенной в мире. Температурная шкала Фаренгейта, в которой точкам замерзания и кипения воды соответствуют крайне неудобные числа 32 и 212°, была предложена в 1724 Г.Фаренгейтом. Шкала Фаренгейта широко распространена в англоязычных странах, но ею почти не пользуются в научной литературе. Для перевода температуры по Цельсию (°С) в температуру по Фаренгейту (°F) существует формула °F = (9/5)°C + 32, а для обратного перевода - формула °C = (5/9)(°F-32).
Рис. 2. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ
Обе шкалы - как Фаренгейта, так и Цельсия, - весьма неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды и выражается отрицательным числом. Для таких случаев были введены абсолютные шкалы температур, в основе которых лежит экстраполяция к так называемому абсолютному нулю - точке, в которой должно прекратиться молекулярное движение. Одна из них называется шкалой Ранкина, а другая - абсолютной термодинамической шкалой; температуры по ним измеряются в градусах Ранкина (°R) и кельвинах (К). Обе шкалы начинаются при температуре абсолютного нуля, а точка замерзания воды соответствует 491,7° R и 273,16 K. Число градусов и кельвинов между точками замерзания и кипения воды по шкале Цельсия и абсолютной термодинамической шкале одинаково и равно 100; для шкал Фаренгейта и Ранкина оно тоже одинаково, но равно 180. Градусы Цельсия переводятся в кельвины по формуле K = °C + 273,16, а градусы Фаренгейта - в градусы Ранкина по формуле °R = °F + 459,7. В основе действия приборов, предназначенных для измерения температуры, лежат разные физические явления, связанные с изменением тепловой энергии вещества, - изменения электрического сопротивления, объема, давления, излучательных характеристик, термоэлектрических свойств. Один из наиболее простых и знакомых инструментов для измерения температуры - ртутный стеклянный термометр, изображенный на рис. 3,а. Шарик с ртутью в нижней части термометра располагают в среде или прижимают к предмету, температуру которого хотят измерить, и в зависимости от того, получает шарик тепло или отдает, ртуть расширяется или сжимается и ее столбик поднимается или опускается в капилляре. Если термометр заранее проградуирован и снабжен шкалой, то можно прямо узнать температуру тела.
Другой прибор, действие которого основано
на тепловом расширении, - биметаллический термометр, изображенный на рис. 3,б. Основной его элемент - спиральная пластинка из двух спаянных металлов с разными коэффициентами теплового расширения. При нагревании один из металлов расширяется сильнее другого, спираль закручивается и поворачивает стрелку относительно шкалы. Такие устройства часто используют для измерения температуры воздуха в помещениях и на улице, однако они не подходят для определения локальной температуры.
Рис. 3. ТЕРМОМЕТРЫ, основанные на тепловом расширении: а - стеклянный ртутный термометр, б - биметаллический термометр.
Локальную температуру измеряют обычно с помощью термопары, представляющей собой две проволочки из разнородных металлов, спаянные с одного конца (рис. 4,а). При нагревании такого спая на свободных концах проволочек возникает ЭДС, обычно составляющая несколько милливольт. Термопары делают из разных металлических пар: железа и константана, меди и константана, хромеля и алюмеля. Их термо-ЭДС практически линейно меняется с температурой в широком температурном диапазоне.
Рис. 4. ТЕРМОМЕТРЫ, основанные на электрических эффектах. а - термопара медь - константан; б - термометр сопротивления.
Известен и другой термоэлектрический эффект - зависимость сопротивления проводящего материала от температуры. Он лежит в основе работы электрических термометров сопротивления, один из которых изображен на рис. 4,б. Сопротивление небольшого термочувствительного элемента (термопреобразователя) - обычно катушки из тонкой проволоки - сравнивают с сопротивлением проградуированного переменного резистора, используя мост Уитстона. Выходной прибор может быть проградуирован непосредственно в градусах. Для измерения температуры раскаленных тел, испускающих видимый свет, используют оптические пирометры. В одном из вариантов этого устройства свет, излучаемый телом, сравнивают с излучением нити лампы накаливания, помещенной в фокальную плоскость бинокля, через который смотрят на излучающее тело. Электрический ток, нагревающий нить лампы, изменяют до тех пор, пока при визуальном сравнении свечения нити и тела не обнаружится, что между ними установилось тепловое равновесие. Шкала прибора может быть проградуирована непосредственно в единицах температуры. Технические достижения последних лет позволили создать новые датчики температуры. Например, в тех случаях, когда нужна особенно высокая чувствительность, вместо термопары или обычного термометра сопротивления используют полупроводниковое устройство - термистор. В качестве термопреобразователей применяют также изменяющие свое фазовое состояние красители и жидкие кристаллы, особенно в тех случаях, когда температура поверхности тела изменяется в широком диапазоне. Наконец, используется инфракрасная термография, в которой получают ИК-изображение объекта в условных цветах, где каждый цвет отвечает определенной температуре. Этот способ измерения температуры находит самое широкое применение - от медицинской диагностики до проверки теплоизоляции помещений.
См. также
Измерение количества теплоты. Тепловую энергию (количество теплоты) тела можно измерить непосредственно с помощью так называемого калориметра; простой вариант такого прибора изображен на рис. 5. Это тщательно теплоизолированный закрытый сосуд, снабженный устройствами для измерения температуры внутри него и иногда заполняемый рабочей жидкостью с известными свойствами, например водой. Чтобы измерить количество теплоты в небольшом нагретом теле, его помещают в калориметр и ждут, когда система придет в тепловое равновесие. Количество теплоты, переданное калориметру (точнее, наполняющей его воде), определяют по повышению температуры воды.
Рис. 5. ВОДЯНОЙ КАЛОРИМЕТР с "бомбой" для измерения теплоты, выделяющейся в ходе химической реакции.
Количество теплоты, выделяющейся в ходе химической реакции, например горения, можно измерить, поместив в калориметр небольшую "бомбу". В "бомбе" находятся образец, к которому подведены электрические провода для поджига, и соответствующее количество кислорода. После того как образец полностью сгорает и устанавливается тепловое равновесие, определяют, насколько повысилась температура воды в калориметре, а отсюда - количество выделившейся теплоты.
См. также КАЛОРИМЕТРИЯ.
Единицы измерения теплоты. Теплота представляет собой одну из форм энергии, а поэтому должна измеряться в единицах энергии. В международной системе СИ единицей энергии является джоуль (Дж). Допускается также применение внесистемных единиц количества теплоты - калорий: международная калория равна 4,1868 Дж, термохимическая калория - 4,1840 Дж. В зарубежных лабораториях результаты исследований часто выражают с помощью т.н. 15-градусной калории, равной 4,1855 Дж. Выходит из употребления внесистемная британская тепловая единица (БТЕ): БТЕсредн = 1,055 Дж.
Источники теплоты. Основными источниками теплоты являются химические и ядерные реакции, а также различные процессы преобразования энергии. Примерами химических реакций с выделением теплоты являются горение и расщепление компонентов пищи. Почти вся теплота, получаемая Землей, обеспечивается ядерными реакциями, протекающими в недрах Солнца. Человечество научилось получать теплоту с помощью управляемых процессов деления ядер, а теперь пытается использовать с той же целью реакции термоядерного синтеза. В теплоту можно превращать и другие виды энергии, например механическую работу и электрическую энергию. Важно помнить, что тепловую энергию (как и любую другую) можно лишь преобразовать в другую форму, но нельзя ни получить "из ничего", ни уничтожить. Это один из основных принципов науки, называемой термодинамикой.
ТЕРМОДИНАМИКА
Термодинамика - это наука о связи между теплотой, работой и веществом. Современные представления об этих взаимосвязях сформировались на основе трудов таких великих ученых прошлого, как Карно, Клаузиус, Гиббс, Джоуль, Кельвин и др. Термодинамика объясняет смысл теплоемкости и теплопроводности вещества, теплового расширения тел, теплоты фазовых переходов. Эта наука базируется на нескольких экспериментально установленных законах - началах.
Начала термодинамики. Сформулированное выше нулевое начало термодинамики вводит понятия теплового равновесия, температуры и термометрии. Первое начало термодинамики представляет собой утверждение, имеющее ключевое значение для всей науки в целом: энергию нельзя ни уничтожить, ни получить "из ничего", так что полная энергия Вселенной есть величина постоянная. В простейшей форме первое начало термодинамики можно сформулировать так: энергия, которую получает система, минус энергия, которую она отдает, равна энергии, остающейся в системе. На первый взгляд это утверждение кажется очевидным, но не в такой, например, ситуации, как сгорание бензина в цилиндрах автомобильного двигателя: здесь получаемая энергия является химической, отдаваемая -механической (работой), а энергия, остающаяся в системе, - тепловой. Итак, ясно, что энергия может переходить из одной формы в другую и что такие преобразования постоянно происходят в природе и технике. Более ста лет назад Дж.Джоуль доказал это для случая превращения механической энергии в тепловую с помощью устройства, показанного на рис. 6,а. В этом устройстве опускающиеся и поднимающиеся грузы вращали вал с лопастями в заполненном водой калориметре, в результате чего вода нагревалась. Точные измерения позволили Джоулю определить, что одна калория теплоты эквивалентна 4,186 Дж механической работы. Устройство, изображенное на рис. 6,б, использовалось для определения теплового эквивалента электрической энергии.
Рис. 6. УСТРОЙСТВА для определения энергетических эквивалентов. а - прибор Джоуля для измерения механического эквивалента теплоты; б - установка для измерения теплового эквивалента электрической энергии. 1 - калориметр; 2 - блок; 3 - барабан; 4 - груз; 5 - лопасти; 6 - амперметр; 7 - вольтметр; 8 - электрогенератор; 9 - резистивный нагреватель.
Первое начало термодинамики объясняет многие обыденные явления. Например, становится ясно, почему нельзя охладить кухню с помощью открытого холодильника. Предположим, что мы теплоизолировали кухню от окружающей среды. По проводу питания холодильника в систему непрерывно подводится энергия, но при этом никакой энергии система не отдает. Таким образом, ее полная энергия возрастает, и в кухне становится все теплее: достаточно потрогать трубки теплообменника (конденсатора) на задней стенке холодильника, и вы поймете бесполезность его как "охлаждающего" устройства. Но если бы эти трубки были выведены за пределы системы (например, за окно), то кухня отдавала бы больше энергии, чем получала, т.е. охлаждалась бы, а холодильник работал как оконный кондиционер. Первое начало термодинамики - закон природы, исключающий создавание заново или уничтожение энергии. Однако оно ничего не говорит о том, как протекают в природе процессы передачи энергии. Так, мы знаем, что горячее тело нагреет холодное, если эти тела привести в соприкосновение. Но сможет ли холодное тело само по себе передать запас своей теплоты горячему? Последняя возможность категорически отвергается вторым началом термодинамики. Первое начало исключает также возможность создания двигателя с коэффициентом полезного действия (КПД) более 100% (подобный "вечный" двигатель мог бы сколь угодно долго отдавать больше энергии, чем сам потребляет). Нельзя построить двигатель даже с КПД, равным 100%, так как некоторая часть подводимой к нему энергии обязательно должна быть потеряна им в виде менее полезной тепловой энергии. Так, колесо не будет крутиться сколь угодно долго без подвода энергии, поскольку вследствие трения в подшипниках энергия механического движения будет постепенно переходить в теплоту, пока колесо не остановится. Тенденцию к превращению "полезной" работы в менее полезную энергию - теплоту - можно сопоставить с другим процессом, который происходит, если соединить два сосуда, содержащие разные газы. Подождав достаточно долго, мы обнаруживаем в обоих сосудах однородную смесь газов - природа действует так, что упорядоченность системы уменьшается. Термодинамическая мера этой неупорядоченности называется энтропией, и второе начало термодинамики можно сформулировать иначе: процессы в природе всегда протекают так, что энтропия системы и ее окружения увеличивается. Таким образом, энергия Вселенной остается постоянной, а ее энтропия непрерывно растет.
Теплота и свойства веществ. Различные вещества обладают разной способностью накапливать тепловую энергию; это зависит от их молекулярной структуры и плотности. Количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы вещества на один градус, называется его удельной теплоемкостью. Теплоемкость зависит от условий, в которых находится вещество. Например, чтобы нагреть на 1 К один грамм воздуха в воздушном шаре, требуется больше теплоты, чем для такого же его нагрева в герметичном сосуде с жесткими стенками, поскольку часть энергии, сообщаемой воздушному шару, расходуется на расширение воздуха, а не на его нагревание. Поэтому, в частности, теплоемкость газов измеряют раздельно при постоянном давлении и при постоянном объеме. При повышении температуры интенсивность хаотического движения молекул возрастает - большинство веществ при нагревании расширяется. Степень расширения вещества при повышении температуры на 1 К называется коэффициентом теплового расширения. Чтобы вещество перешло из одного фазового состояния в другое, например из твердого в жидкое (а иногда сразу в газообразное), оно должно получить определенное количество тепла. Если нагревать твердое тело, то его температура будет повышаться до тех пор, пока оно не начнет плавиться; до завершения плавления температура тела будет оставаться постоянной, несмотря на подвод тепла. Количество теплоты, необходимое для плавления единицы массы вещества, называется теплотой плавления. Если подводить тепло и дальше, то расплавленное вещество нагреется до кипения. Количество теплоты, необходимое для испарения единицы массы жидкости при данной температуре, называется теплотой парообразования.
Молекулярно-кинетическая теория. Молекулярно-кинетическая теория объясняет макроскопические свойства вещества, рассматривая на микроскопическом уровне поведение атомов и молекул, составляющих это вещество. При этом используется статистический подход и делаются некоторые предположения относительно самих частиц и характера их движения. Так, молекулы считаются твердыми шариками, которые в газовых средах находятся в непрерывном хаотическом движении и пробегают значительные расстояния от одного столкновения до другого. Столкновения считаются упругими и происходят между частицами, размер которых мал, а число очень велико. Ни один из реальных газов не соответствует в точности этой модели, однако большинство газов достаточно близки к ней, чем и обусловлена практическая ценность молекулярно-кинетической теории. Исходя из этих представлений и используя статистический подход, Максвелл вывел распределение скоростей молекул газа в ограниченном объеме, названное впоследствии его именем. Это распределение представлено графически на рис. 7 для некой заданной массы водорода при температурах 100 и 1000° C. По оси ординат откладывается число молекул, движущихся со скоростью, указанной на оси абсцисс. Полное число частиц равно площади под каждой кривой и в обоих случаях одинаково. Из графика видно, что большинство частиц имеет скорости, близкие к некоторому среднему значению, и лишь малое их число обладает весьма высокими или низкими скоростями. Средние скорости при указанных температурах лежат в интервале 2000-3000 м/с, т.е. очень велики.
Рис. 7. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ частиц газа по скоростям, полученное Максвеллом. n - число частиц, V - скорость.
Большое число столь быстро движущихся молекул газа действует со вполне измеримой силой на окружающие тела. Микроскопические силы, с которыми многочисленные молекулы газа ударяют о стенки сосуда, складываются в макроскопическую величину, называемую давлением. При подводе энергии к газу (повышении температуры) средняя кинетическая энергия его молекул возрастает, частицы газа чаще и сильнее ударяют о стенки, давление повышается, и если стенки не вполне жесткие, то они растягиваются и объем газа увеличивается. Так микроскопический статистический подход, лежащий в основе молекулярно-кинетической теории, позволяет объяснить явление теплового расширения, о котором мы говорили. Еще один результат молекулярно-кинетической теории - закон, описывающий свойства газа, который удовлетворяет перечисленным выше требованиям. Это так называемое уравнение состояния идеального газа связывает давление, объем и температуру одного моля газа и имеет вид равенства PV = RT, где P - давление, V - объем, T - температура, а R - универсальная газовая постоянная, равная (8,31441 ± 0,00026) Дж/(моль*К).
См. также
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ;
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Теплопередача - это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда). Существуют три основных вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.
Теплопроводность. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное). Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения DТ/Dx разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициента теплопроводности материала [[в соответствующих единицах Вт/(м*К)]]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:
где q - тепловой поток, k - коэффициент теплопроводности, а A - площадь поперечного сечения. Это соотношение называется законом теплопроводности Фурье; знак "минус" в нем указывает на то, что теплота передается в направлении, обратном градиенту температуры. Из закона Фурье следует, что тепловой поток можно понизить, уменьшив одну из величин - коэффициент теплопроводности, площадь или градиент температуры. Для здания в зимних условиях последние величины практически постоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию. В таблице представлены коэффициенты теплопроводности некоторых веществ и материалов. Из таблицы видно, что одни металлы проводят тепло гораздо лучше других, но все они являются значительно лучшими проводниками тепла, чем воздух и пористые материалы.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
Вещества и материалы Теплопроводность, Вт/(м? К)
Металлы
Алюминий ___________________205
Бронза _____________________105
Висмут _______________________8,4
Вольфрам ___________________159
Железо ______________________67
Золото _____________________287
Кадмий ______________________96
Магний _____________________155
Медь _______________________389
Мышьяк _____________________188
Никель ______________________58
Платина _____________________70
Ртуть ________________________7
Свинец ______________________35
Цинк _______________________113
Другие материалы
Асбест _______________________0,08
Бетон ________________________0,59
Воздух _______________________0,024
Гагачий пух (неплотный) ______0,008
Дерево (орех) ________________0,209
Магнезия (MgO) _______________0,10
Опилки _______________________0,059
Резина (губчатая) ____________0,038
Слюда ________________________0,42
Стекло _______________________0,75
Углерод (графит) ____________15,6
Теплопроводность металлов обусловлена колебаниями кристаллической решетки и движением большого числа свободных электронов (называемых иногда электронным газом). Движение электронов ответственно и за электропроводность металлов, а потому неудивительно, что хорошие проводники тепла (например, серебро или медь) являются также хорошими проводниками электричества. Тепловое и электрическое сопротивление многих веществ резко уменьшается при понижении температуры ниже температуры жидкого гелия (1,8 K). Это явление, называемое сверхпроводимостью, используется для повышения эффективности работы многих устройств - от приборов микроэлектроники до линий электропередачи и больших электромагнитов.
См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Конвекция. Как мы уже говорили, при подводе тепла к жидкости или газу увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку). Данное явление называется конвекцией. Чтобы не расходовать тепло отопительной системы впустую, нужно пользоваться современными обогревателями, обеспечивающими принудительную циркуляцию воздуха. Конвективный тепловой поток от нагревателя к нагреваемой среде зависит от начальной скорости движения молекул, плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости и среды; очень важны также размер и форма нагревателя. Соотношение между соответствующими величинами подчиняется закону Ньютона q = hA (TW - TҐ), где q - тепловой поток (измеряемый в ваттах), A - площадь поверхности источника тепла (в м2), TW и TҐ - температуры источника и его окружения (в кельвинах). Коэффициент конвективного теплопереноса h зависит от свойств среды, начальной скорости ее молекул, а также от формы источника тепла, и измеряется в единицах Вт/(м2*К). Величина h неодинакова для случаев, когда воздух вокруг нагревателя неподвижен (свободная конвекция) и когда тот же нагреватель находится в воздушном потоке (вынужденная конвекция). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициент h можно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается. Турбулентность - это сложное движение жидкости (газа), хаотичное в масштабах, существенно превышающих молекулярные. Если нагретое (или, наоборот, холодное) тело поместить в неподвижную среду или в поток, то вокруг него образуются конвективные токи и пограничный слой. Температура, давление и скорость движения молекул в этом слое играют важную роль при определении коэффициента конвективного теплопереноса. Конвекцию необходимо учитывать при проектировании теплообменников, систем кондиционирования воздуха, высокоскоростных летательных аппаратов и многих других устройств. Во всех подобных системах одновременно с конвекцией имеет место теплопроводность, причем как между твердыми телами, так и в окружающей их среде. При повышенных температурах существенную роль может играть и лучистый теплообмен.
Лучистый теплообмен. Третий вид теплопередачи - лучистый теплообмен - отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами передачи тепла в том, что он тоже обусловлен разностью температур. Тепловое излучение - это один из видов электромагнитного излучения. Другие его виды - радиоволновое, ультрафиолетовое и гамма-излучения - возникают в отсутствие разности температур. На рис. 8 представлена зависимость энергии теплового (инфракрасного) излучения от длины волны. Тепловое излучение может сопровождаться испусканием видимого света, но его энергия мала по сравнению с энергией излучения невидимой части спектра.
Рис. 8. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ теплового излучения по длинам волн при двух разных температурах.
Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции пропорциональна температуре, а лучистый тепловой поток пропорционален четвертой степени температуры и подчиняется закону Стефана - Больцмана
где, как и ранее, q - тепловой поток (в джоулях в секунду, т.е. в Вт), A - площадь поверхности излучающего тела (в м2), а T1 и T2 - температуры (в кельвинах) излучающего тела и окружения, поглощающего это излучение. Коэффициент s называется постоянной Стефана - Больцмана и равен (5,66961 ± 0,00096)*10-8 Вт/(м2 * К4). Представленный закон теплового излучения справедлив лишь для идеального излучателя - так называемого абсолютно черного тела. Ни одно реальное тело таковым не является, хотя плоская черная поверхность по своим свойствам приближается к абсолютно черному телу. Светлые же поверхности излучают сравнительно слабо. Чтобы учесть отклонение от идеальности многочисленных "серых" тел, в правую часть выражения, описывающего закон Стефана - Больцмана, вводят коэффициент, меньший единицы, называемый излучательной способностью. Для плоской черной поверхности этот коэффициент может достигать 0,98, а для полированного металлического зеркала не превышает 0,05. Соответственно лучепоглощательная способность высока для черного тела и низка для зеркального. Жилые и офисные помещения часто обогревают небольшими электрическими теплоизлучателями; красноватое свечение их спиралей - это видимое тепловое излучение, близкое к границе инфракрасной части спектра. Помещение же обогревается теплотой, которую несет в основном невидимая, инфракрасная часть излучения. В приборах ночного видения применяются источник теплового излучения и приемник, чувствительный к ИК-излучению, позволяющий видеть в темноте. Мощным излучателем тепловой энергии является Солнце; оно нагревает Землю даже на расстоянии 150 млн. км. Интенсивность солнечного излучения, регистрируемая год за годом станциями, расположенными во многих точках земного шара, составляет примерно 1,37 Вт/м2. Солнечная энергия - источник жизни на Земле. Ведутся поиски способов наиболее эффективного ее использования. Созданы солнечные батареи, позволяющие обогревать дома и получать электроэнергию для бытовых нужд. РОЛЬ ТЕПЛОТЫ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Глобальные процессы теплообмена не сводятся к нагреванию Земли солнечным излучением. Массивными конвекционными потоками в атмосфере определяются суточные изменения погодных условий на всем земном шаре. Перепады температуры в атмосфере между экваториальными и полярными областями совместно с кориолисовыми силами, обусловленными вращением Земли, приводят к появлению непрерывно изменяющихся конвекционных потоков, таких, как пассаты, струйные течения, а также теплые и холодные фронты.
См. также
МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ. Перенос тепла (за счет теплопроводности) от расплавленного ядра Земли к ее поверхности приводит к извержению вулканов и появлению гейзеров. В некоторых регионах геотермальная энергия используется для обогрева помещений и выработки электроэнергии. Теплота - непременный участник почти всех производственных процессов. Упомянем такие наиболее важные из них, как выплавка и обработка металлов, работа двигателей, производство пищевых продуктов, химический синтез, переработка нефти, изготовление самых разных предметов - от кирпичей и посуды до автомобилей и электронных устройств. Многие промышленные производства и транспорт, а также теплоэлектростанции не могли бы работать без тепловых машин - устройств, преобразующих теплоту в полезную работу. Примерами таких машин могут служить компрессоры, турбины, паровые, бензиновые и реактивные дв
ТЕПЛОТА (количество теплоты), характеристика процесса теплообмена. Определяется количеством энергии, которое получает (отдает) тело в процессе теплообмена, в СИ измеряется в Дж (устаревшая единица - калория, 1 кал=4,18 Дж).
сущ. горячая вода, которая во время литургии перед причащением вливается в потир и соединяется с кровью Христовой в воспоминание того, что из прободеннаго ребра Спасителя истекла кровь и вода. В богослужебных книгах теплота называется укропец. В просторечии: смесь виноградного вина с теплой водой, которую дают причастившимся.
теплота́, тепло́ты, теплоты́, тепло́т, теплоте́, тепло́там, теплоту́, теплото́й, теплото́ю, тепло́тами, тепло́тах
сущ., кол-во синонимов: 9
жар (39)
ласка (17)
ласковость (25)
мягкость (52)
нежность (29)
приветливость (18)
тепель (4)
тепло (29)
теплынь (7)
↑ молекула
теплота - энергия молекулярного движения.
тепло. тепловой. термический.
термодинамический (# равновесие).
термо... (термодинамика).
калори... (калориметр).
↓ калориметрия.
ТЕПЛООБМЕН, ТЕПЛОТЕХНИКА, печь
- Грелкина отдача.
- «Выходка» калорифера.
- Согревающее душевное качество.
- Энергия нагреваемого тела.
- Форма движения материи.
Теплота́ горе́ния - то же, что теплота сгорания.
* * *
ТЕПЛОТА ГОРЕНИЯ - ТЕПЛОТА́ ГОРЕ́НИЯ, то же, что теплота сгорания (см. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ).
ТЕПЛОТА ГОРЕНИЯ - то же, что теплота сгорания.
Теплота́ образова́ния - тепловой эффект реакции образования химических соединений из простых веществ в стандартном состоянии. Тепло́ты образования, приводимые в термодинамических справочниках, используют для расчётов тепловых эффектов любых реакций.
* * *
ТЕПЛОТА ОБРАЗОВАНИЯ - ТЕПЛОТА́ ОБРАЗОВА́НИЯ, тепловой эффект реакции образования химических соединений из простых веществ в стандартном состоянии. Теплоты образования, приводимые в термодинамических справочниках, используют для расчетов тепловых эффектов любых реакций с помощью законов Гесса и уравнения Кирхгофа.
ТЕПЛОТА ОБРАЗОВАНИЯ - тепловой эффект реакции образования химических соединений из простых веществ в стандартном состоянии. Теплоты образования, приводимые в термодинамических справочниках, используют для расчетов тепловых эффектов любых реакций с помощью законов Гесса и уравнения Кирхгофа.
Теплота́ парообразова́ния (теплота кипения), количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное (в пар). Теплоту парообразования единицы массы вещества называют удельной теплотой парообразования.
* * *
ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ - ТЕПЛОТА́ ПАРООБРАЗОВА́НИЯ (теплота кипения), количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное (в пар). Теплоту парообразования единицы массы вещества называют удельной теплотой парообразования.
ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ (теплота кипения) - количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное (в пар). Теплоту парообразования единицы массы вещества называют удельной теплотой парообразования.
Теплота́ плавле́ния - количество теплоты, которое необходимо сообщить твёрдому кристаллическому веществу при постоянном давлении, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Теплота плавления единицы массы вещества называется удельной теплотой плавления.
* * *
ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ - ТЕПЛОТА́ ПЛАВЛЕ́НИЯ, количество теплоты, которое необходимо cообщить твердому кристаллическому веществу при постоянном давлении, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Теплоту плавления единицы массы вещества называют удельной теплотой плавления.
ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ - количество теплоты, которое необходимо cообщить твердому кристаллическому веществу при постоянном давлении, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Теплоту плавления единицы массы вещества называют удельной теплотой плавления.
Теплота́ полимо́рфного превраще́ния - количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из одной полиморфной модификации в другую (см. Полиморфизм).
* * *
ТЕПЛОТА ПОЛИМОРФНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ - ТЕПЛОТА́ ПОЛИМО́РФНОГО ПРЕВРАЩЕ́НИЯ, количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из одной полиморфной модификации в другую (см. Полиморфизм (см. ПОЛИМОРФИЗМ (в минералогии))).
ТЕПЛОТА ПОЛИМОРФНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ - количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из одной полиморфной модификации в другую (см. Полиморфизм).
Теплота́ сгора́ния (теплота горения), количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании вещества; измеряется в Дж или в калориях. Теплота сгорания топлива (теплотворная способность, калорийность) определяется его химическим составом. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной. Различают высшую и низшую теплоту сгорания в зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится вода в конечных продуктах сгорания: если в виде жидкости - высшая теплота сгорания, в виде пара - низшая теплота сгорания.
* * *
ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ - ТЕПЛОТА́ СГОРА́НИЯ (теплота горения), количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Рзличают теплоту сгорания низшую (без учета теплоты, израсходованной на испарение воды, содержащейся в топливе или образующейся при сгорании) и высшую, а также удельную и объемную.
ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ (теплота горения) - количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Рзличают теплоту сгорания низшую (без учета теплоты, израсходованной на испарение воды, содержащейся в топливе или образующейся при сгорании) и высшую, а также удельную и объемную.
ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ (теплота горения, калорийность), количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Различают теплоту сгорания удельную, объемную и др. Например, удельная теплота сгорания каменного угля 28 - 34 МДж/кг, бензина около 44 МДж/кг; объемная теплота сгорания природного газа 31 - 38 МДж/м3.
Теплота́ сублима́ции - количество теплоты, которое необходимо сообщить твёрдому телу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Теплота сублимации единицы массы вещества называется удельной теплотой сублимации.
* * *
ТЕПЛОТА СУБЛИМАЦИИ - ТЕПЛОТА́ СУБЛИМА́ЦИИ, количество теплоты, которое необходимо сообщить твердому телу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Теплоту сублимации единицы массы вещества называют удельной теплотой сублимации.
ТЕПЛОТА СУБЛИМАЦИИ - количество теплоты, которое необходимо сообщить твердому телу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Теплоту сублимации единицы массы вещества называют удельной теплотой сублимации.
Теплота́ фа́зового перехо́да - количество теплоты, которое необходимо сообщить в равновесном процессе веществу для его перехода из одной фазы в другую. Теплота фазового перехода для единицы массы вещества называется удельной теплотой фазового перехода. Наличие теплоты фазового перехода - характерная черта фазовых переходов первого рода.
* * *
ТЕПЛОТА ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА - ТЕПЛОТА́ ФА́ЗОВОГО ПЕРЕХО́ДА количество теплоты, которое необходимо сообщить в равновесном процессе веществу для его перехода из одной фазы в другую. Теплоту фазового перехода для единицы массы вещества называют удельной теплотой фазового перехода. Наличие теплоты фазового перехода - характерная черта фазовых переходов первого рода.
ТЕПЛОТА ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА количество теплоты - которое необходимо сообщить в равновесном процессе веществу для его перехода из одной фазы в другую. Теплоту фазового перехода для единицы массы вещества называют удельной теплотой фазового перехода. Наличие теплоты фазового перехода - характерная черта фазовых переходов первого рода.