Në fizikë, koncepti i "nxehtësisë" lidhet me transferimin e energjisë termike midis trupave të ndryshëm. Për shkak të këtyre proceseve, ndodh ngrohja dhe ftohja e trupave, si dhe një ndryshim në gjendjet e tyre të grumbullimit. Le të shqyrtojmë më në detaje pyetjen se çfarë është nxehtësia.
Koncepti
Çfarë është nxehtësia? Çdo person mund t'i përgjigjet kësaj pyetjeje nga një këndvështrim i përditshëm, duke nënkuptuar nën konceptin në shqyrtim ndjesitë që ai ka kur temperatura e ambientit rritet. Në fizikë, ky fenomen kuptohet si procesi i transferimit të energjisë i shoqëruar me një ndryshim në intensitetin e lëvizjes kaotike të molekulave dhe atomeve që formojnë trupin.
Në përgjithësi, mund të themi se sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më shumë energji e brendshme ruhet në të dhe aq më shumë nxehtësi mund t'u japë objekteve të tjera.
Nxehtësia dhe temperatura
Duke ditur përgjigjen e pyetjes se çfarë është nxehtësia, shumë mund të mendojnë se ky koncept është i ngjashëm me konceptin e "temperaturës", por nuk është ashtu. Nxehtësia është energji kinetike, temperatura është një masë e kësajenergji. Pra, procesi i transferimit të nxehtësisë varet nga masa e substancës, nga numri i grimcave që e përbëjnë atë, si dhe nga lloji i këtyre grimcave dhe shpejtësia mesatare e lëvizjes së tyre. Nga ana tjetër, temperatura varet vetëm nga parametri i fundit i listuar.
Dallimi midis nxehtësisë dhe temperaturës është i lehtë për t'u kuptuar nëse kryeni një eksperiment të thjeshtë: duhet të derdhni ujë në dy enë në mënyrë që njëra enë të jetë e mbushur dhe tjetra të mbushet vetëm përgjysmë. Duke vënë të dyja enët në zjarr, mund të vërehet se ajo në të cilën ka më pak ujë fillon të vlojë së pari. Në mënyrë që ena e dytë të vlojë, do t'i duhet edhe pak nxehtësi nga zjarri. Kur të dy enët të vlojnë, mund të matni temperaturën e tyre, do të jetë e njëjtë (100 oC), por duhej më shumë nxehtësi që një enë plot të ziente ujin në të.
Njësitë e ngrohjes
Sipas përkufizimit të nxehtësisë në fizikë, mund të merret me mend se ajo matet në të njëjtat njësi si energjia ose puna, domethënë në xhaul (J). Përveç njësisë kryesore të nxehtësisë, në jetën e përditshme shpesh mund të dëgjoni për kalori (kcal). Ky koncept kuptohet si sasia e nxehtësisë që duhet të transferohet në një gram ujë në mënyrë që temperatura e tij të rritet me 1 kelvin (K). Një kalori është e barabartë me 4,184 J. Ju gjithashtu mund të dëgjoni për kalori të mëdha dhe të vogla, të cilat janë përkatësisht 1 kcal dhe 1 kalori.
Koncepti i kapacitetit të nxehtësisë
Duke ditur se çfarë është nxehtësia, le të shqyrtojmë një sasi fizike që e karakterizon drejtpërdrejt atë - kapaciteti i nxehtësisë. Sipas këtij koncepti,fizika nënkupton sasinë e nxehtësisë që duhet t'i jepet ose të merret nga një trup në mënyrë që temperatura e tij të ndryshojë me 1 kelvin (K).
Kapaciteti i nxehtësisë i një trupi të caktuar varet nga 2 faktorë kryesorë:
- mbi përbërjen kimike dhe gjendjen e grumbullimit në të cilin paraqitet trupi;
- e masës së tij.
Për ta bërë këtë karakteristikë të pavarur nga masa e një objekti, në fizikën e nxehtësisë u prezantua një sasi tjetër - kapaciteti specifik i nxehtësisë, i cili përcakton sasinë e nxehtësisë së transferuar ose marrë nga një trup i caktuar për 1 kg masa e tij kur temperatura ndryshon me 1 K.
Për të treguar qartë ndryshimin në kapacitetet specifike të nxehtësisë për substanca të ndryshme, për shembull, merrni 1 g ujë, 1 g hekur dhe 1 g vaj luledielli dhe ngrohni ato. Temperatura do të ndryshojë më shpejt për mostrën e hekurit, më pas për rënien e vajit dhe do të zgjasë për ujin.
Vini re se kapaciteti specifik i nxehtësisë varet jo vetëm nga përbërja kimike e substancës, por edhe nga gjendja e saj e grumbullimit, si dhe nga kushtet e jashtme fizike në të cilat konsiderohet (presion konstant ose vëllim konstant).
Ekuacioni kryesor i procesit të transferimit të nxehtësisë
Duke trajtuar pyetjen se çfarë është nxehtësia, duhet dhënë shprehjen kryesore matematikore që karakterizon procesin e transferimit të saj për absolutisht çdo trup në çdo gjendje grumbullimi. Kjo shprehje ka formën: Q=cmΔT, ku Q është sasia e nxehtësisë së transferuar (të marrë), c është nxehtësia specifike e objektit në fjalë, m -masa e tij, ΔT është ndryshimi në temperaturën absolute, e cila përkufizohet si ndryshim në temperaturat e trupit në fund dhe në fillim të procesit të transferimit të nxehtësisë.
Është e rëndësishme të kuptohet se formula e mësipërme do të jetë gjithmonë e vlefshme kur, gjatë procesit në shqyrtim, objekti ruan gjendjen e tij të grumbullimit, domethënë mbetet një lëng, i ngurtë ose gaz. Përndryshe, ekuacioni nuk mund të përdoret.
Ndryshim në gjendjen e grumbullimit të materies
Siç e dini, ekzistojnë 3 gjendje agregate kryesore në të cilat materia mund të jetë:
- gaz;
- lëng;
- trup i ngurtë.
Që të ndodhë një kalim nga një gjendje në tjetrën, është e nevojshme që trupi të informojë ose të largojë nxehtësinë prej tij. Për procese të tilla në fizikë, u prezantuan konceptet e nxehtësisë specifike të shkrirjes (kristalizimit) dhe vlimit (kondensimit). Të gjitha këto sasi përcaktojnë sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ndryshuar gjendjen e grumbullimit, e cila çliron ose thith 1 kg peshë trupore. Për këto procese, ekuacioni është i vlefshëm: Q=Lm, ku L është nxehtësia specifike e kalimit përkatës midis gjendjeve të materies.
Më poshtë janë tiparet kryesore të proceseve të ndryshimit të gjendjes së grumbullimit:
- Këto procese zhvillohen në një temperaturë konstante, si zierja ose shkrirja.
- Ato janë të kthyeshme. Për shembull, sasia e nxehtësisë që një trup i caktuar thith për t'u shkrirë do të jetë saktësisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që do të lëshohet në mjedis nëse ky trup kalon përsëri.në gjendje të ngurtë.
Ekuilibri termik
Kjo është një tjetër çështje e rëndësishme në lidhje me konceptin e "ngrohtësisë" që duhet marrë parasysh. Nëse dy trupa me temperatura të ndryshme vihen në kontakt, atëherë pas një kohe temperatura në të gjithë sistemin do të barazohet dhe do të bëhet e njëjtë. Për të arritur ekuilibrin termik, një trup me temperaturë më të lartë duhet të lëshojë nxehtësi në sistem dhe një trup me temperaturë më të ulët duhet ta pranojë këtë nxehtësi. Ligjet e fizikës së nxehtësisë që përshkruajnë këtë proces mund të shprehen si një kombinim i ekuacionit kryesor të transferimit të nxehtësisë dhe ekuacionit që përcakton ndryshimin në gjendjen e përgjithshme të materies (nëse ka).
Një shembull i mrekullueshëm i procesit të vendosjes spontane të ekuilibrit termik është një shufër hekuri e nxehtë që hidhet në ujë. Në këtë rast, hekuri i nxehtë do të lëshojë nxehtësi në ujë derisa temperatura e tij të bëhet e barabartë me temperaturën e lëngut.
Metodat bazë të transferimit të nxehtësisë
Të gjitha proceset e njohura për njeriun që shoqërohen me shkëmbimin e energjisë termike ndodhin në tre mënyra të ndryshme:
- Përçueshmëri termike. Në mënyrë që shkëmbimi i nxehtësisë të ndodhë në këtë mënyrë, kontakti midis dy trupave me temperatura të ndryshme është i nevojshëm. Në zonën e kontaktit në nivelin molekular lokal, energjia kinetike transferohet nga një trup i nxehtë në një të ftohtë. Shpejtësia e këtij transferimi të nxehtësisë varet nga aftësia e trupave të përfshirë për të përcjellë nxehtësinë. Një shembull i mrekullueshëm i përçueshmërisë termike ështënjeriu duke prekur një shufër metalike.
- Konvekcion. Ky proces kërkon lëvizjen e materies, kështu që vërehet vetëm në lëngje dhe gazra. Thelbi i konvekcionit është si vijon: kur nxehen shtresat e gazit ose të lëngëta, dendësia e tyre zvogëlohet, kështu që ato priren të ngrihen lart. Gjatë rritjes së vëllimit të lëngut ose gazit, ato transmetojnë nxehtësi. Një shembull i konvekcionit është procesi i zierjes së ujit në një kazan.
- Rrezatimi. Ky proces i transferimit të nxehtësisë ndodh për shkak të emetimit të rrezatimit elektromagnetik të frekuencave të ndryshme nga një trup i nxehtë. Drita e diellit është një shembull kryesor i rrezatimit.
