Termodynamika – Dlaczego ciepło nigdy nie zasypia (ani nie ziewa)!
Termodynamika – brzmi jak coś skomplikowanego, prawda? Ale spokojnie, to po prostu dział fizyki, który odpowiada na pytania typu „Dlaczego mój kubek z kawą stygnie, kiedy najbardziej jej potrzebuję?”. Tak, termodynamika zajmuje się zjawiskami związanymi ze zmianą temperatury, a dokładniej – tym, jak ciepło przepływa z jednego miejsca na drugie. I jak można się domyślić, te zmiany są dość dynamiczne – stąd „dynamika” w nazwie!
Ale to nie koniec! Termodynamika to także nauka o zmianach stanów skupienia. Czyli: dlaczego lód w napojach topnieje szybciej niż powinien? Zainteresowany? No to jedziemy!
Termodynamika a człowiek – miłość od pierwszego ciepłego dotyku!
Ludzie od dawien dawna fascynowali się ciepłem. Pomyśl o pierwszym człowieku, który wziął gorącą kawę w ręce i pomyślał: „Oho, to jest cieplejsze niż zimna woda! Coś tu się dzieje!”. Z tego prostego spostrzeżenia powstało wiele teorii i działów fizyki. Dzięki temu dziś mamy aż dwa główne podejścia do termodynamiki!
3: Termodynamika kinetyczno-molekularna – kiedy atomy tańczą salsę
Pierwsza szkoła mówi, że ciepło to nic innego jak ruch atomów i cząsteczek. Gdy temperatura wzrasta, te małe cząstki zaczynają tańczyć szybciej niż na imprezie urodzinowej u twojego znajomego. Im więcej ruchu, tym więcej ciepła. Proste, prawda?
Termodynamika statystyczna – wielka impreza cząsteczek!
Ale zaraz, zaraz! Co jeśli tych atomów i cząsteczek jest tak dużo, że zaczynają przypominać ogromny tłum na koncercie? Wtedy lepiej jest spojrzeć na wszystko statystycznie – uśrednić to, co robią i opisać zachowanie tłumu zamiast każdej cząsteczki z osobna. Oto i ona – termodynamika statystyczna!
Energia wewnętrzna – skarbonka energii każdego ciała
Każde ciało (nie, nie tylko twoje po siłowni) składa się z atomów i cząsteczek, które sobie drgają. Te drgania to nic innego jak energia! Zsumuj to wszystko i masz coś, co naukowcy nazywają energią wewnętrzną. No, a kiedy chcesz zmienić tę energię, zaczyna się zabawa!
Zerowa zasada termodynamiki – kiedy termometr jest królem imprezy
Zerowa zasada mówi jasno – jeśli trzy ciała mają tę samą temperaturę, to są w równowadze termicznej. Wyobraź sobie, że masz dwie gorące herbaty i zimny termometr. Po chwili wszystkie trzy będą miały tę samą temperaturę. Zasada niby prosta, ale dzięki niej możemy robić mnóstwo przydatnych rzeczy – jak chociażby sprawdzać gorączkę! Po prostu ciepło przepłynie z ciała cieplejszego do chłodniejszego.
I zasada termodynamiki – jak podkręcić drgania atomów?
Zasada numer jeden brzmi tak: jeśli chcesz zwiększyć energię wewnętrzną ciała, musisz albo wykonać nad nim pracę, albo dostarczyć mu ciepło.
Wykonanie pracy nad ciałem, co to oznacza?
Wyobraź sobie strzykawkę. Jak zatkasz wylot strzykawki i przesuniesz tłok, to spowoduje zwiększenie ciśnienia wewnątrz. Zwiększenie ciśnienia spowoduje zmniejszenie przestrzeni do swobodnego ruchu atomów gazu.
Innym sposobem na zmianę energii wewnętrznej jest dostarczenie do układu ciepła. Jak podgrzalibyśmy atomy gazu wewnątrz strzykawki to zaczęłyby się one poruszać znacznie szybciej, a tym samym wzrosłaby energia wewnętrzna. Można to zapisać za pomocą równania
ΔEw=W+Q
ΔEw – zmiana energii wewnętrznej
W – praca
Q – ciepło
Ciepło właściwe – jak ogrzać 1 kilogram?
Nazywamy tak ilość ciepła potrzebnego do ogrzania 1 kg substancji o 1o C. Możemy to obliczyć ze wzoru:
m – masa
Q – ciepło
Δt – zmiana temperatury
C – ciepło właściwe
Ciepło molowe – co z tymi molami?
Skoro jest coś takiego jak ciepło właściwe to musi być również ciepło molowe. Ciepło właściwe mówi o podgrzewaniu 1kg o 1oC, natomiast ciepło molowe to jest ilość ciepła potrzebna do podgrzania 1 mola substancji o 1oC. Przedstawiamy to za pomocą następującego wzoru:
C- ciepło molowe
Q- ciepło
Δt – zmiana temperatury
n- ilość moli
Topnienie ciał krystalicznych – lodowa zabawa!
Topnienie ciał krystalicznych charakteryzuje się tym, że zachodzi w ściśle określonej temperaturze.
Dosyć oczywiste wydaje się to, że aby stopić ciało to należy dostarczyć do niego energię, natomiast jeśli ciało zaczyna krzepnąc to znaczy, że stopione ciało musi pozbyć się nadmiaru energii i ciepło wówczas jest odprowadzane do otoczenia.
Żeby stopić ciało trzeba doprowadzić do niego odpowiednią ilość ciepła. Tak więc ciepło topnienia to jest ilość energii jaką trzeba doprowadzić, aby stopić 1kg substancji.
Kursy termodynamiki – bo nauka nie musi być nudna!
Jeśli spodobała Ci się ta podróż przez świat ciepła, to mamy dla Ciebie coś więcej! Na naszej stronie znajdziesz kursy, które pomogą Ci zgłębić tajniki termodynamiki – od chemii fizycznej po mechanikę!
Nie czekaj, zapisz się już dziś i odkryj, jak fascynujący może być świat ciepła!
