При рассмотрении движения тел сумма их кинетической и потенциальной энергий в замкнутой системе постоянна. Если она получает энергию извне или растрачивает её, например, на преодоление сопротивления (воздуха, трение), состояние движущегося тела изменяется. Чаще всего наблюдается его нагревание с выделением теплоты в окружающую среду. Рассмотрим, в чем измеряется количество теплоты в физике. Расскажем, кто первым выполнил эти замеры и как.
Нагревание предметов при совершении работы
Изменение энергетического состояния тел бесследно не протекает. Они нагреваются в области контакта: трения, ударения, деформации. Даже проволока греется в месте изгибания или удара по ней молотком. Иногда тела из цельных, вследствие выполнения работы, превращаются в мелкодисперсные: разбрызгивание воды, крошение мела о доску, размалывание зерна. Изредка вещество под действием механического усилия превращается из твёрдого в жидкое.
При выполнении работы, направленной на преодоление сил трения, когда тело измельчается, плавится, испаряется либо нагревается, его внутренняя энергия растёт. Если вещество конденсируется из пара или охлаждается – она снижается.
Люди этими знаниями владели на протяжении тысячелетий, но лишь в XIX английский физик Джеймс Джоуль смог определить разницу температуры тела до совершения им работы и после неё. Учёный изобрёл для этого незамысловатый прибор, названный его именем – прибор Джоуля.
Он опустил ось с лопастями в сосуд с водой. Между рядами лопастей установил перегородки, ударяясь о которые вода нагревалась. На ось намотал верёвку и пропустил её через блок. К концу привязал груз массой m и отпускал его. Тот падал с определённой высоты, заставляя ось с лопастями вращаться.
Слои воды тёрлись один о другой, взаимодействовали с лопастями, стенками и перегородками сосуда, нагреваясь. При изменении условий эксперимента: количество воды, размеры установки, вес груза, высота его падения, энергия для нагрева 1 кг жидкости на 1 К оставалась неизменной.
В каких единицах измеряют количество теплоты
Другие учёные проводили опыты с нагревом газа, трением металлических дисков друг о друга. Сравнить результаты было трудно, ведь использовались разные тела в различных условиях, но все они подтвердили закон сохранения энергии: внутренняя, кинетическая и потенциальная энергия замкнутых систем остаётся неизменной.
Многие знают, в чем измеряется тепло, применяемое для обогрева помещений – это гигакалория.
Для нагрева 1 грамма воды на один градус Цельсия нужна одна калория.
В чем же измеряется количество тепла в физике? Для описания тепловых процессов применяется единица энергии Джоуль, причём количество этой теплоты зависит от способа её измерения. Для последней цели применяется калориметр – это прибор для измерения поглощаемой или выделяемой телом тепловой энергии вследствие протекания физических, биологических, химических или комбинированных процессов. Ввёл в физику понятие французский учёный Лавуазье, работавший вместе с Лапласом в конце XVIII века.
Как вы считаете, материал был полезен?