Dalam fizik, konsep "haba" dikaitkan dengan pemindahan tenaga haba antara jasad yang berbeza. Disebabkan oleh proses ini, pemanasan dan penyejukan badan, serta perubahan dalam keadaan pengagregatannya, berlaku. Mari kita pertimbangkan dengan lebih terperinci persoalan apa itu haba.
Konsep konsep
Apakah itu haba? Setiap orang boleh menjawab soalan ini dari sudut pandangan sehari-hari, yang bermaksud di bawah konsep yang dipertimbangkan sensasi yang dia miliki apabila suhu ambien meningkat. Dalam fizik, fenomena ini difahami sebagai proses pemindahan tenaga yang dikaitkan dengan perubahan dalam keamatan pergerakan molekul dan atom yang huru-hara yang membentuk badan.
Secara umum, kita boleh mengatakan bahawa semakin tinggi suhu badan, semakin banyak tenaga dalaman disimpan di dalamnya dan semakin banyak haba yang boleh diberikan kepada objek lain.
Haba dan suhu
Mengetahui jawapan kepada persoalan apa itu haba, mungkin ramai yang berpendapat konsep ini serupa dengan konsep "suhu", tetapi sebenarnya tidak. Haba adalah tenaga kinetik, suhu adalah ukuran initenaga. Jadi, proses pemindahan haba bergantung kepada jisim bahan, pada bilangan zarah yang membentuknya, serta pada jenis zarah ini dan kelajuan purata pergerakannya. Sebaliknya, suhu hanya bergantung pada parameter terakhir yang disenaraikan.
Perbezaan antara haba dan suhu mudah difahami jika anda menjalankan eksperimen mudah: anda perlu menuangkan air ke dalam dua bekas supaya satu bekas penuh dan satu lagi hanya diisi separuh. Meletakkan kedua-dua bejana di atas api, seseorang dapat memerhatikan bahawa yang di dalamnya kurang air mula mendidih terlebih dahulu. Agar bekas kedua mendidih, ia memerlukan lebih banyak haba daripada api. Apabila kedua-dua bekas mendidih, anda boleh mengukur suhunya, ia akan sama (100 oC), tetapi lebih banyak haba diperlukan untuk bekas penuh mendidihkan air di dalamnya.
Unit haba
Mengikut takrifan haba dalam fizik, seseorang boleh meneka bahawa ia diukur dalam unit yang sama dengan tenaga atau kerja, iaitu, dalam joule (J). Sebagai tambahan kepada unit utama haba, dalam kehidupan seharian anda sering mendengar tentang kalori (kcal). Konsep ini difahami sebagai jumlah haba yang perlu dipindahkan ke satu gram air supaya suhunya meningkat sebanyak 1 kelvin (K). Satu kalori bersamaan dengan 4.184 J. Anda juga boleh mendengar tentang kalori besar dan kecil, iaitu masing-masing 1 kcal dan 1 kal.
Konsep kapasiti haba
Mengetahui apa itu haba, mari kita pertimbangkan kuantiti fizik yang secara langsung mencirikannya - kapasiti haba. Di bawah konsep ini,fizik bermaksud jumlah haba yang mesti diberikan atau diambil daripada jasad agar suhunya berubah sebanyak 1 kelvin (K).
Kapasiti haba badan tertentu bergantung pada 2 faktor utama:
- tentang komposisi kimia dan keadaan pengagregatan di mana badan dibentangkan;
- jisimnya.
Untuk menjadikan ciri ini bebas daripada jisim objek, dalam fizik haba kuantiti lain diperkenalkan - muatan haba tentu, yang menentukan jumlah haba yang dipindahkan atau diambil oleh badan tertentu setiap 1 kg jisimnya apabila suhu berubah sebanyak 1 K.
Untuk menunjukkan dengan jelas perbezaan dalam kapasiti haba tentu bagi bahan yang berbeza, contohnya, ambil 1 g air, 1 g besi dan 1 g minyak bunga matahari dan panaskannya. Suhu akan berubah paling cepat untuk sampel besi, kemudian untuk titisan minyak, dan terakhir untuk air.
Perhatikan bahawa kapasiti haba tentu bukan sahaja bergantung pada komposisi kimia bahan, tetapi juga pada keadaan pengagregatannya, serta pada keadaan fizikal luaran di mana ia dipertimbangkan (tekanan malar atau isipadu malar).
Persamaan utama proses pemindahan haba
Setelah menangani persoalan tentang apa itu haba, seseorang harus memberikan ungkapan matematik utama yang mencirikan proses pemindahannya untuk mana-mana badan dalam mana-mana keadaan pengagregatan. Ungkapan ini mempunyai bentuk: Q=cmΔT, di mana Q ialah jumlah haba yang dipindahkan (diterima), c ialah haba tentu objek berkenaan, m -jisimnya, ΔT ialah perubahan dalam suhu mutlak, yang ditakrifkan sebagai perbezaan suhu badan pada penghujung dan pada permulaan proses pemindahan haba.
Adalah penting untuk memahami bahawa formula di atas akan sentiasa sah apabila, semasa proses yang sedang dipertimbangkan, objek mengekalkan keadaan pengagregatannya, iaitu, ia kekal sebagai cecair, pepejal atau gas. Jika tidak, persamaan tidak boleh digunakan.
Perubahan dalam keadaan pengagregatan jirim
Seperti yang anda ketahui, terdapat 3 keadaan agregat utama di mana jirim boleh menjadi:
- gas;
- cecair;
- badan padat.
Agar peralihan dari satu keadaan ke keadaan lain berlaku, badan perlu memaklumkan atau menghilangkan haba daripadanya. Untuk proses sedemikian dalam fizik, konsep haba tentu lebur (penghabluran) dan pendidihan (kondensasi) telah diperkenalkan. Semua kuantiti ini menentukan jumlah haba yang diperlukan untuk mengubah keadaan pengagregatan, yang membebaskan atau menyerap 1 kg berat badan. Untuk proses ini, persamaan adalah sah: Q=Lm, dengan L ialah haba tentu peralihan yang sepadan antara keadaan jirim.
Di bawah ialah ciri utama proses menukar keadaan pengagregatan:
- Proses ini berlaku pada suhu malar, seperti mendidih atau mencair.
- Ia boleh diterbalikkan. Sebagai contoh, jumlah haba yang diserap oleh badan tertentu untuk mencairkan akan sama dengan jumlah haba yang akan dibebaskan ke persekitaran jika badan ini berlalu semula.kepada keadaan pepejal.
Keseimbangan terma
Ini adalah satu lagi isu penting yang berkaitan dengan konsep "kehangatan" yang perlu dipertimbangkan. Jika dua badan dengan suhu yang berbeza disentuh, maka selepas beberapa ketika suhu dalam keseluruhan sistem akan sama rata dan menjadi sama. Untuk mencapai keseimbangan terma, badan dengan suhu yang lebih tinggi mesti mengeluarkan haba kepada sistem, dan badan dengan suhu yang lebih rendah mesti menerima haba ini. Undang-undang fizik haba yang menerangkan proses ini boleh dinyatakan sebagai gabungan persamaan pemindahan haba utama dan persamaan yang menentukan perubahan dalam keadaan agregat jirim (jika ada).
Contoh yang menarik tentang proses pembentukan keseimbangan terma secara spontan ialah palang besi merah panas yang dibuang ke dalam air. Dalam kes ini, seterika panas akan mengeluarkan haba kepada air sehingga suhunya menjadi sama dengan suhu cecair.
Kaedah asas pemindahan haba
Semua proses yang diketahui manusia yang menyertai pertukaran tenaga haba berlaku dalam tiga cara berbeza:
- Kekonduksian terma. Agar pertukaran haba berlaku dengan cara ini, sentuhan antara dua jasad dengan suhu berbeza adalah perlu. Dalam zon sentuhan pada tahap molekul tempatan, tenaga kinetik dipindahkan dari jasad panas ke badan sejuk. Kadar pemindahan haba ini bergantung kepada keupayaan badan yang terlibat untuk mengalirkan haba. Contoh ketara kekonduksian terma ialahmanusia menyentuh batang logam.
- Perolakan. Proses ini memerlukan pergerakan jirim, jadi ia hanya diperhatikan dalam cecair dan gas. Intipati perolakan adalah seperti berikut: apabila lapisan gas atau cecair dipanaskan, ketumpatannya berkurangan, jadi mereka cenderung naik. Semasa peningkatan dalam isipadu cecair atau gas, mereka memindahkan haba. Contoh perolakan ialah proses mendidihkan air dalam cerek.
- Radiasi. Proses pemindahan haba ini berlaku disebabkan oleh pancaran sinaran elektromagnet pelbagai frekuensi oleh badan yang dipanaskan. Cahaya matahari ialah contoh utama sinaran.
