Tag Archives: toplina

Šta je temperatura i koja je razlika između toplote i temperature?

October 28, 2019 admin Leave a comment

Temperatura (lat.: zagrijanost, toplina; oznaka t, T, τ ili θ) je jedna od osnovnih fizikalnih veličina u Međunarodnom sustavu jedinica, koja opisuje toplinsko stanje i sposobnost tijela ili tvari da izmjenjuju toplinu s okolinom. Ona ovisi o tome koliko unutarnje energije sadrži neko tijelo određene mase i tlaka. Temperatura ne može prelaziti s tijela na tijelo, nego prelazi toplina, a temperature se izjednačavaju.

Temperatura je mjera zagrijanosti tijela, a proporcionalna je unutarnjoj kinetičkoj energiji.

Empirijska temperatura (oznaka t) određuje se promjenom nekih svojstava (na primjer duljine stupca žive u staklenoj cijevi, volumena, električne vodljivosti) termometrijskoga tijela.

Termodinamička temperatura (oznaka T) određuje se osnovnim zakonima termodinamike. Mjerna jedinica termodinamičke temperature jest kelvin (K). Za mjerenje temperaturnih intervala (T2 – T1) može se koristiti mjerna jedinica Celzijev stupanj (°C) pri čem je Celsiusova temperatura: t = (T – 273,15 K).

Apsolutna temperatura određuje se polazeći od najniže moguće temperature u prirodi, takozvane apsolutne nule temperature, tako da se nekoj referentnoj temperaturi, koja se može točno određivati, dogovorom propiše određena vrijednost.

Pojam toplote i temperature

Ako stavimo ruku u posudu s vrućom vodom i držimo je nekoliko sekundi, a zatim je stavimo u posudu s toplom vodom, učinit će nam se kao da je ta voda hladna. Stavimo li ruku u hladnu vodu i držimo li je nekoliko sekundi, a onda je uronimo u onu toplu vodu, imat ćemo osjet kao da smo je stavili u vruću vodu. Odatle vidimo da čovječji osjet nije mjerodavan za prosuđivanje stanja nekoga fizikalnog tijela, to jest njegove temperature.

Toplina i temperatura nisu jedno te isto. To najbolje možemo uočiti iz jednog primjera. U dvije po veličini različite prostorije ložimo peć iste veličine tako da trošimo istu količinu goriva na sat; vidjet ćemo da će temperature prostorija biti različite. Veća prostorija imat će manju temperaturu, a manja veću, iako je svaka prostorija, to jest zrak u prostoriji, primio istu količinu topline izgaranjem jednake količine goriva. Dva fizikalna tijela mogu imati istu količinu topline, a različitu temperaturu. Da bi veća prostorija imala istu temperaturu kao manja, morali bismo većoj dati veću količinu topline, to jest morali bismo potrošiti veću količinu goriva. Odatle vidimo da dva fizikalna tijela mogu imati istu temperaturu, ali različitu količinu topline.

Međutim, što je toplina? Na to pitanje odgovara molekularno-kinetička teorija topline. Molekule u tijelima ne miruju, nego se nalaze u stalnom gibanju, čija brzina može biti veća ili manja. Bušenjem, glodanjem, tokarenjem i rezanjem pomoću alatnih strojeva, kao i kod svake obrade materijala alatom, stvara se toplina. Toplina nastaje na osnovu utrošenog mehaničkog rada, a i na račun kinetičke energije. Udarom čekića, koji ima kinetičku energiju, o nakovanj stvara se toplina. Tu se kinetička energija ne pretvara samo u toplinu nego i u energiju zvuka i u mehanički rad potreban za deformaciju tijela. Pri sudaru dvaju tijela prenosi se gibanje, to jest kinetička energija s jednog tijela na drugo. To ne vrijedi samo za velika tijela nego i za sitne čestice, to jest molekule. Kinetička energija čekića pretvara se u kinetičku energiju molekula, to jest u njihovo nevidljivo gibanje. Toplina je, dakle, kinetička energija molekularnog gibanja.

Što tijelo više grijemo, molekule se sve brže gibaju i imaju sve veću kinetičku energiju. Zbog toga se molekule međusobno udaljavaju, pa kruto tijelo taljenjem prelazi u tekuće agregatno stanje. Tekuće tijelo zagrijavanjem prelazi u plinovito agregatno stanje. Molekule vode daljim zagrijavanjem kod vrelišta odlaze u zrak. Voda prelazi u vodenu paru. Para ima toliku kinetičku energiju da tjera parni stroj. Koliki je stupanj toga molekularnog gibanja, kazuje temperatura. Temperatura je, dakle, stupanj toplinskog stanja tijela i o njoj ovisi agregatno stanje tijela.

Onaj dio nauke o toplini koji se bavi toplinom kao jednim oblikom energije i proučava pretvaranje toplinske energije u mehaničku radnju zove se termodinamika. Budući da je to pretvaranje naročito važno kod plinova, to se termodinamika bavi u prvom redu toplinskim promjenama kod plinova.

Definicija temperature

Pojam temperature može se odrediti na više načina. Osjećamo kada je neko tijelo toplije ili hladnije od našeg tijela, a uočavamo i fizikalne promjene obujma, tlaka i agregatnog stanja koje pri tome nastaju. Na temelju toga određene su iskustvene temperaturne ljestvice kao što su Celzijeva i Fahrenheitova koje se i danas koriste u većini primjena. Za njih je svojstveno postojanje negativnih vrijednosti temperatura, jer je ishodište ljestvice utvrđeno proizvoljno. U fizici, a posebno termodinamici, temperatura se određuje tako da je ishodište temperaturne ljestvice utvrđeno na temelju fizikalnih načela (apsolutna nula). Tako određena temperatura se formalno naziva apsolutna temperatura ili termodinamička temperatura.

U okviru kinetičke teorija plinova apsolutna se temperatura određuje pri razmatranju monoatomnog idealnog plina. U takvom plinu, koji se nalazi u |termodinamičkoj ravnoteži, srednja kinetička energija čestica u sustavu centra mase ne ovisi o vrsti plina i iznosi:

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bf867c3914c723fd2b448e0fd48ab0cc6795f750" alt="{displaystyle &lt;E_{k}&gt;={frac {3}{2}}cdot k_{B}cdot T}" aria-hidden="true" width="8545.5" height="2228.5">

gdje je: $k$ – Boltzmannova konstanta, a T – apsolutna temperatura. Ovaj izraz odnosi se sustav sa tri prostorne dimenzije (tri stupnja slobode), pa je srednja kinetička energija za svaki pojedini smjer:

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9c5ba437be1f8c46f0f7dd1fae453864d8f3bbd9" alt="{displaystyle &lt;E_{k}&gt;={frac {1}{2}}cdot k_{B}cdot T}" aria-hidden="true" width="8545.5" height="2228.5">

Dakle, ovako određena temperatura je mjera za srednju energiju mnoštva čestica koje se nalaze u termodinamičkoj ravnoteži i ne može poprimiti negativne vrijednosti. Gore navedeni izraz ima općenitije značenje i naziva se teorem ekviparticije energije.

Izvor: W

Fizika okoliša, Fizika u svakodnevnici, Fizikalna hemija, Primjenjena fizika

Kako nastaje vatra i kako dolazi do požara?

June 19, 2017 admin Leave a comment

Vatra

Trougao vatre

Vatra je brz i samoodrživ oblik oksidacije koji prati oslobađanje toplote i svjetlosti. Za nastanak vatre su potrebna tri osnovna elementa: gorivo, toplota i oksigen, što se simbolično predstavlja kao “trougao vatre”. Sprječavanjem kombiniranja ova tri elementa sprječava se nastanak vatre. Uklanjanjem bilo kojeg od ovih elemenata, vatra se zaustavlja, što je osnovni princip gašenja požara.

Elementi vatre

Oksigen u trouglu vatre se može posmatrati kao oksidacijsko sredstvo, te osim oksigena iz zraka to mogu biti sredstva koja u hemijskoj strukturi sadrže oksigen koji služi kao oksidacijsko sredstvo. Fizičko stanje goriva je također značajno za razvoj vatre. npr. drvena ploča će se teže zapaliti od drvenih opiljaka i prašine.

Veći stepen usitnjenosti podrazumijeva veću površinu i manju masu koja odvodi toplotu, pa je paljenje olakšano. Npr. ugljena prašina zbog malog odnosa mase prema dodirnoj površini može eksplodirati. Važan faktor kod nastanka vatre je isparavanje, jer u slučaju vatre zapravo gore pare koje nastaju od goriva. Gorivo koje lakše prelazi u gasovito stanje se lakše zapali. Tečnosti se lakše pale od čvrstih supstanci, a gasovi lakše od tečnosti. Količina toplote koja se može osloboditi prilikom sagorijevanja neke supstance naziva se kalorična vrijednost. Ukupna kalorična vrijednost predstavlja odnos količine toplote oslobođene pri sagorijevanju u odnosu na količinu supstance. Izražava se u jedinicama energije po jednici količine supstance (npr. kJ/kg, kJ/m³).

Vatra sa ugljem kao gorivom

Izvori paljenja

Izvor paljenja predstavlja bilo koji lokalizirani izvor energije koji može dovesti do paljenja supstance. Da bi došlo do paljenja mora se dostignuti minimum energije paljenja. Proces paljenja određuju sljedeći faktori: temperatura, dovedena količina toplote, brzina kojom se toplota dovodi (ili vremenski period u kojem se toplota dovodi) i površina na koju se toplota dovodi. Izvori paljenja se mogu grupisati u četiri kategorije: mehanički (trenje, kompresija), električni (otpor, električni luk, statički elektricitet, munja, itd.), hemijski (sagorijevanje, spontano zagrijavanje, rastvaranje) i nuklearni.

Prenos toplote

Prenos toplote omogućava širenje vatre. Vatra se širi na četiri načina: direktnim kontaktom plamena, konvekcijom, radijacijom i kondukcijom. Direktni kontakt je odgovoran za inicijalno paljenje vatre (početno paljenje). Konvekcija je prenos toplote kroz fluid (npr. zrak). Radijacija je prenos toplote u obliku talasa. Širi se u svim smjerovima i ne zavisi od strujanja zraka. Kondukcija je prenošenje toplote kroz čvrste objekte.

Razbuktavanje

Razbuktavanje (“flashover”) je pojava u zatvorenom prostoru (npr. soba) gdje je količina toplote dovoljna da se dostigne tačka paljenja svih prisutnih materijala. Kada se ta tačka dostigne, svi materijali počinju da gore u istom trenutku i obuhvataju cijeli prostor.

Požar je nekontrolisano sagorijevanje, koje nanosi materijalne gubitke i dovodi do ugrožavanja ljudskog života. Historijski požari su smatrani kao velika opasnost. Uprkos modernim metodama gašenja kako i novom tehnologijom požari još uvijek predstavljaju veliku opasnost kako za stanovništvo tako i za imovinu.

Nekontrolisano sagorijevanje je praćeno oslobađanjem toplote i produkata sagorijevanja, koji mogu imati toksične osobine. Dim koji nastaje pri sagorijevanju otežava kretanje i orijentaciju ljudi. Da bi došlo do gorenja potrebno je da su istovremeno prisutni: materijal koji može da gori, toplota dovoljna da zapali gorivi matreijal i vazduh (prisustvo kisika).

Reference

R. Craig Schroll: Industrial Fire Protection Handbook, CRC Press, 2002

Izvor: Wikipedia

Termodinamika

Šta je to toplinski kapacitet tijela? Šta je specifični toplotni kapacitet?

June 10, 2017 admin Leave a comment

Toplinski kapacitet

Toplinski kapacitet (znak C) je fizikalna veličina koja pokazuje koliko topline treba nekomu tijelu dovesti da mu se temperatura povisi za 1 K (1°C).
Definirana je, dakle, omjerom topline (Q) koju tijelo razmjenjuje s okolinom i promjene temperature (∆T) tijela: C=Q/∆T.
Mjerna jedinica je džul po kelvinu (J/K).
Za plinove se razlikuju specifični toplinski kapacitet kod stalnoga tlaka (cp) i kod stalnoga volumena (cV).
Omjer tih dvaju kapaciteta (X = cp/cV) važna je veličina u opisivanju kružnih procesa u termodinamici, npr. jednadžba je adijabate pVx = konstanta, gdje je p tlak, a V volumen idealnoga plina.
Toplinski kapacitet koji se odnosi na masu neke tvari naziva se specifični toplinski kapacitet.

Razlikujemo toplinske kapacitete pri stalnom tlaku (p) i pri stalnom volumenu (V):

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1264aa164385604c4594a6d9977412b7e41bd986" alt="{displaystyle C_{p}=left({frac {Q}{T_{2}-T_{1}}}right)_{p}=left({frac {Delta Q}{Delta T}}right)_{p}}" width="13342.5" height="2802.6">

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/648b9f7cae579f5acaae1380c3b7a45ad27c18d8" alt="{displaystyle C_{V}=left({frac {Q}{T_{2}-T_{1}}}right)_{V}=left({frac {Delta Q}{Delta T}}right)_{V}}" width="13906.7" height="2659.1">

Mjerna jedinica za toplinski kapacitet u sustavu SI je džul po kelvinu (J/K).

Molarni toplinski kapacitet – kapacitet po molu tvari:

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7a0dfe6728a0b50eacad8ad70cc8d65799af2b7f" alt="{displaystyle c_{p,V,mol.}={frac {C_{p,V}}{n}}={frac {1}{n}}left({frac {Delta Q}{Delta T}}right)_{p,V}}" width="13756.3" height="2874.4">

Mjerna jedinica SI je džul po mol-kelvinu (J/molK).

Specifični toplinski kapacitet – kapacitet po jedinici mase:

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c620536b6ebc1fd5adb218ba9078e015085956a1" alt="{displaystyle c_{p,V}={frac {C_{p,V}}{m}}={frac {1}{m}}left({frac {Delta Q}{Delta T}}right)_{p,V}}" width="12464.8" height="2874.4">

Mjerna jedinica SI je džul po kilogram-kelvinu (J/kgK).

Molarni se toplinski kapaciteti elemenata na dovoljno visokoj temperaturi (~300 K) međusobno vrlo malo razlikuju i kreću se oko 26,12 J/molK .

Mayerova relacija daje vezu između c_p,mol. i c_V,mol. idealnog plina:

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11de7c90e87c5d144ef728550d351e08486c5328" alt="{displaystyle C_{p}-C_{V}=nR,}" width="6614.8" height="1223.9">

<img decoding="async" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bf868f5e8c9125705ab05c6085a0ca4da402c72c" alt="{displaystyle c_{p,mol.}-c_{V,mol.}=R,}" width="8589.2" height="1223.9">

gdje je n množina tvari, a R je plinska konstanta, R=8,314 J/molK.

Različite okolnosti mogu utjecati na promjenu specifične topline tvari, tipično promjena agregatnog staǌa. Također, promjene tlaka ili volumena tvari tijekom grijaǌa (što se posebno izraženo vidi kod plinova) utječu na mjereǌe specifične topline, iako ne utječu nužno ili izraženo na sam iznos specifične topline. Na primjer, možemo promatrati vodu i iznos ǌene specifične topline u tri različite okolnosti:

pri temperaturi od 100 °C (para): 2,08 kJ/(kg·K)
pri temperaturi od 25 °C (tekućina): 4,1813 kJ/(kg·K)
pri temperaturi od -10 °C (led): 2,05 kJ/(kg·K)

Toplina koju je tvari potrebno dovesti da bi se promijenilo agregatno staǌe se ne ubraja u specifičnu toplinu, budući da temperatura tijela za to vrijeme niti ne raste, već se naziva latentnom toplinom.

Izvori

Hrvatska enciklopedija (LZMK); broj 10 (Sl-To), str. 811. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb 2008.g. ISBN 978-953-6036-40-0

Glavni izvor: Tekst je u cjelosti kopiran sa Wikipedie!

Termodinamika

Šta je to latentna toplina?

June 10, 2017 admin Leave a comment

Latentna toplina

Prilikom vrenja vode potrebna je toplina isparivanja da bi se voda pretvorila u vodenu paru. Za cijelo vrijeme dok traje vrenje, temperatura se ne mijenja i ona je u normalnim uvjetima 100 °C.

Da bi se latentna toplina otklonila iz zraka tijekom postupka hlađenja potrebna je kondenzacija unutar same jedinice, kao kod sustava za klimatizaciju.

Latentna toplina je toplina koju neka masa tvari mora predati ili primiti iz okoline kako bi promijenila agregatno stanje (oznaka: L) po jedinici te mase (po kilogramu tvari). Jednakost koja vrijedi je:

gdje je: L – specifična latentna toplina po jedinici mase te tvari (J/kg), Q_L – toplina koju neka masa tvari mora predati ili primiti iz okoline kako bi promijenila agregatno stanje (J), m – masa tvari (kg). Mjerna je jedinica latentne topline džul po kilogramu (J/kg). Iz te jednakosti dobiva se iznos latentne topline:

Za svaku kemijsku tvar razlikuju se specifična latentna toplina isparavanja L_i (specifična toplina koju neka masa tvari oslobađa prilikom kondenzacije ili koju upija prilikom isparavanja ili vrenja ili toplina isparivanja) i specifična latentna toplina taljenja L_t(specifična toplina koju neka masa tvari oslobađa prilikom skrutnjavanja ili koju upija prilikom taljenja ili toplina taljenja).

Joseph Black je škotski fizičar i kemičar koji je uveo razlikovanje fizikalnih veličina topline i temperature, te uveo fizikalne veličine toplinski kapacitet i latentnu toplinu, pa se smatra osnivačem kalorimetrije. Blackovu spoznaju o većoj energiji vodene pare u odnosu na energiju jednake mase tekuće vode pri istoj temperaturi primijenio je James Watt pri razvoju svojega parnog stroja.

Osjetna ili senzibilna toplina

Kad zagrijavamo neki tijelo i kako mu dodajemo toplinu njegova temperatura raste. Povećanje te topline naziva se osjetna ili senzibilna toplina. Slično tome, kad tijelu oduzimamo toplinu i njegova temperatura pada, oduzeta toplina također se naziva osjetna toplina. Znači da toplina koja uzrokuje promjenu temperature kod nekog tijela naziva se osjetna toplina. Osjetna toplina se može izračunati prema jednakosti:

gdje je: Q_S – osjetna ili senzibilna toplina (J), m – masa tijela (kg), c – specifični toplinski kapacitet (J/kgK) i ΔT – promjena temperature (K ili °C).

Latentna toplina za razliku od osjetne temperature ne uzrokuje promjenu temperature kemijske tvari, na primjer voda kod vrenja ima stalnu temperaturu od 100 °C. Dakle toplina koja uzrokuje promjenu stanja, bez promjene temperature naziva se latentna toplina. Shvaćanje ove razlike, bitno je za shvaćanje upotrebe rashladne tvari u sustavima za hlađenje. Također objašnjava zašto se za određenje učina hlađenja sustava koriste pojmovi poput totalni učin (osjetna i latentna toplina) i “osjetni ili senzibilni učin”‘. Da bi se latentna toplina otklonila iz zraka tijekom postupka hlađenja potrebna je kondenzacija unutar same jedinice (na primjer kod klimatizacije). Osjetni učin je potreban za smanjenje temperature, dak je latentni učin potreban za otklanjanje vlage iz zraka

Vrijednosti specifične latentne topline

Slijedeća tablica prikazuje specifične latent topline za neke tvari:

Kemijska tvar	Specifična latentna toplina taljenja L_t (kJ/kg)	Talište °C	Specifična latentna toplina isparivanja L_i (kJ/kg)	Vrelište °C
Etanol	108	−114	855	78.3
Amonijak	332.17	−77.74	1 369	−33.34
Ugljikov dioksid	184	−78	574	−57
Helij			21	−268.93
Vodik(H₂)	58	−259	455	−253
Olovo	23.0	327.5	871	1 750
Dušik	25.7	−210	200	−196
Kisik	13.9	−219	213	−183
Freon R134a		−101	215.9	−26.6
Freon R152a		−116	326.5	-25
Toluen	72.1	−93	351	110.6
Terpentin			293
Voda	334	0	2 260	100
Srebro	105	980	2 336	2 050
Živa	11.4	– 39	290	357

Izvori

latentna toplina, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.
Black, Joseph, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.
Koja je razlika između senzibilne i latentne topline?, www.daikin.hr, 2014.
Yaws’ Handbook of Properties of the Chemical Elements 2011 Knovel

Glavni izvor: Takst je u cjelosti kopiran sa Wikipedie

www.svafizika.org

Tag Archives: toplina

Šta je temperatura i koja je razlika između toplote i temperature?

Pojam toplote i temperature

Definicija temperature

U okviru kinetičke teorija plinova apsolutna se temperatura određuje pri razmatranju monoatomnog idealnog plina. U takvom plinu, koji se nalazi u |termodinamičkoj ravnoteži, srednja kinetička energija čestica u sustavu centra mase ne ovisi o vrsti plina i iznosi:

Kako nastaje vatra i kako dolazi do požara?

Vatra

Elementi vatre

Izvori paljenja

Prenos toplote

Razbuktavanje

Reference

Šta je to toplinski kapacitet tijela? Šta je specifični toplotni kapacitet?

Toplinski kapacitet

Izvori

Šta je to latentna toplina?

Latentna toplina

Osjetna ili senzibilna toplina

Vrijednosti specifične latentne topline

Izvori

Stranica o prirodi i svemu vezanom za prirodu.