I.7. Sinteză recapitulativă - Fenomene termice Partea I
Agitația termică este mișcarea dezordonată şi continuă a particulelor unei substanţe (atomi sau molecule).
Creșterea temperaturii conduce la o creștere a vitezei de mișcare a moleculelor și de aceea a căpătat numele de agitație termică.
Difuzia este fenomenul de pătrundere a moleculelor unui corp printre moleculele altui corp, fără intervenția unei forţe exterioare (de la sine).
Temperatura este o mărime fizică de stare, care descrie starea termică a unui corp la un anumit moment de timp, măsurată cu termometru.
Scara Kelvin (absolută) nu are temperaturi negative.
La temperatura de zero absolut (T = - 273 °C), agitația termică se oprește.
Căldura (simbolul Q) este o mărime fizică ce măsoară energia transferată, numai prin mișcarea dezordonată a moleculelor dintre două corpuri aflate în contact termic.
Fiind un transfer de energie, are aceeaşi unitate de măsură în Sistemul Internațional, ca și energia și lucrul mecanic:
Căldura este o mărime de proces, adică ea măsoară transferul de energie dintre două stări termice diferite, care are loc într-un interval de timp.
Căldura se transmite (propagă) de la un corp la altul prin trei forme: conducție, convecție și radiație termică.
Conducția termică (termoconductibilitatea) reprezintă propagarea căldurii prin metale, din aproape în aproape, de la capătul încălzit spre cel neîncălzit, fără deplasare de substanţă.
Dintre solide numai metalele sunt bune conductoare de căldură, numindu-se termoconductoare sau conductoare termice.
Celelalte solide (de exemplu: sticla, plasticul, cauciucul, lemnul, ebonita, porțelanul etc.) sunt corpuri rău conductoare de căldură (termoconductibilitate redusă) numindu-se termoizolatoare sau izolatoare termice.
Convecția termică (denumire ce înseamnă „ transport”) este propagarea căldurii în lichide și gaze, prin formarea curenților de convecție, adică cu deplasare de substanță.
Explicația formării curenților de apă:
- Stratul de apă de la fundul vasului, fiind direct în flacără, se încălzește şi se dilată, mărindu-şi volumul. Deoarece densitatea unui corp este invers proporțională cu volumul acestuia (ρ = m/V), densitatea apei de la fundul vasului se micșorează astfel încât, devenind mai ușoară, ea va urca la suprafață. Apa de la suprafață, fiind rece, are densitatea mai mare şi va coborî.
- Procesul se repetă până la încălzirea uniformă a apei. În toate lichidele și gazele căldura se propagă prin curenți, adică prin convecție.
Radiația termică (numită și radiație infraroșie) este propagarea căldurii de către corpurile calde, în linie dreaptă, prin raze.
Observație: Soarele este principala sursă de radiație termică pe Pământ. Prin urmare radiația se propagă și în vid. Radiația infraroșie este un tip de radiație electromagnetică precum lumina, undele radio, radiația ultravioletă, razele X sau microundele. Lumina infraroșie este invizibilă ochiului uman, însă oamenii o pot simți ca și căldură.
Radiațiile solare sunt absorbite de către corpurile negre aproape în totalitate, pe când cele albe împrăștie circa 50% din radiațiile ce cad pe ele.
Iarna trebuie să purtăm haine de culoare închisă, deoarece ele absorb radiația solară, fiind călduroase.
Vara trebuie să purtăm haine de culoare deschisă, deoarece ele reflectă radiația solară, fiind răcoroase.
Motorul termic este un sistem care transformă căldura primită, prin arderea unui combustibilul (benzina, motorina, gazul metan etc.) în lucru mecanic.
Randamentul motorului termic ( η ) este o mărime fizică egală cu raportul dintre lucrul mecanic efectuat de motor (L) și căldura primită (Q).
Randamentul este o mărime adimensională (nu are unitate de măsură, deoarece J/J se simplifică) și se exprimă sub formă de procente.
Căldura primită/ cedată de un corp(Q) în procesul de încălzire/ răcire are următoarea formulă:
m = masa corpului
c = căldura specifică (constantă de material, specifică fiecărei substanțe)
ΔT = Tfinală - Tinițială, variația temperaturii corpului (adică, cu cât crește/ scade temperatura lui).
Qprimită > 0
Qcedată < 0
Coeficienții calorici reprezintă mărimile fizice care caracterizează schimbul de căldură dintre sistemele termodinamice.
Printre cei mai importanți avem:
- Căldura specifică (c);
- Capacitatea calorică (C).
Căldura specifică(c) reprezintă mărimea fizică ce caracterizează căldura absorbită/cedată de 1kg de substanță pentru a-și mări/micșora temperatura cu un grad.
Căldura specifică este o constantă de material și o găsim în tabelul cu constante de la sfârșitul acestui capitol.
Căldurile specifice pot avea valori diferite pentru aceeași substanță dacă aceasta se găsește în stări de agregare diferite.
capă ≠ cgheaţă
Capacitatea calorică (C) – reprezintă mărimea fizică ce caracterizează cantitatea de căldură necesară sistemului termodinamic pentru a-și varia temperatura cu un grad.
