6.4
Energia wewnętrzna jest definiowana przez wzajemną konwersję ciepła i pracy. Ale jak mierzy się ciepło?
Każda substancja posiada energię cieplną. Kiedy system doświadcza różnicy temperatur w stosunku do otoczenia, energia cieplna przepływa z materii o wyższej temperaturze do materii o niższej temperaturze. Ten transfer energii cieplnej jest również nazywany wymianą ciepła i jest mierzony w dżulach.
Z drugiej strony temperatura opisuje właściwość energii cieplnej i jest mierzona w stopniach Celsjusza lub Kelwinów. Tak więc temperatura jest niezależna od substancji, w przeciwieństwie do ciepła, które zależy od liczby i rodzaju cząsteczek w układzie.
Ciepło można zmierzyć za pomocą techniki zwanej kalorymetrią, która wykorzystuje związek między ciepłem a zmianą temperatury systemu.
Gdy kawałek żelazka o temperaturze 114 °C zostanie umieszczony w wodzie o temperaturze pokojowej, ciepło przepływa z żelazka do wody, aż osiągną tę samą temperaturę. Gdy nie ma przepływu ciepła netto, znajdują się w równowadze termicznej.
W systemie izolowanym woda zyskuje dokładnie tyle samo ciepła, ile traci żelazko. Ale końcowa temperatura jest tylko o jeden stopień wyższa od początkowej temperatury wody, podczas gdy żelazko ostygło o 93 °C.
Ilość przenoszonego ciepła jest proporcjonalna do zmiany temperatury ΔT.
Stała proporcjonalności C, czyli "pojemność cieplna", to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury systemu o jeden kelwin, czyli jeden stopień Celsjusza.
Pojemność cieplna zależy od rodzaju substancji: system o dużej pojemności cieplnej, taki jak woda, musi wchłonąć więcej ciepła, aby podnieść swoją temperaturę, niż system o mniejszej pojemności cieplnej, taki jak żelazo.
Pojemność cieplna zależy również od masy substancji. Ciepło właściwe, Cs lub molowa pojemność cieplna, Cm, opisuje ilość ciepła potrzebną do podniesienia temperatury 1 grama lub 1 mola substancji o 1 °C. Zatem jednostka jest podawana w dżulach na gram stopnia Celsjusza lub w dżulach na stopień molowy stopnia Celsjusza.
Tak więc, jeśli znane są właściwe pojemności cieplne i zmiana temperatury systemu, wartość ciepła można obliczyć na podstawie ich iloczynu.
Mikroskopowo energia cieplna jest energią kinetyczną związaną z losowym ruchem atomów i cząsteczek. Temperatura jest ilościową miarą „…
Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.