Когда сталкиваются тепловые миры

Когда сталкиваются тепловые миры

Выньте кусок мяса из холодильника и положите его на горячую сковороду. Каждый повар знает, что холодный кусок мяса охладит сковороду, а насыщенная парами сковорода нагреет мясо. На поверхности, где встречаются эти два объекта, молекулы сковороды сталкиваются с молекулами мяса и последствия довольно предсказуемы. В среднем, частицы сковороды двигаются быстрее, чем частицы мяса. Как быстро двигающиеся электрические автомобильчики с бамперами при столкновении отдают часть своего импульса менее быстро двигающимся автомобильчикам, так и каждая быстро двигающаяся молекула сковороды замедляется при столкновении с менее быстро двигающейся молекулой мяса, в то время как медленно двигающаяся молекула ускоряется.

Таким образом, мы вплотную подошли к одному из фундаментальных законов теплопередачи: тепловая энергия движется только в одном направлении, от более горячего (более быстрое движение молекул, более высокая температура) вещества к более холодному (более медленное движение молекул, более низкая температура) веществу.

Подумайте, откуда же происходит тепло, передающееся от металла к мясу. Неужели повара, каким-то образом бросают вызов законам физики, создавая тепло там, где оно не существует? Нет. Тепло поступает

Хаотичное движение атомов и молекул в твердых телах, жидкостях или газах называется броуновским движением. Это явление названо в честь британского ботаника Роберта Броуна, который стал одним из первых ученых описавших его.

История

Определение...

его.

История

Определение температуры

Обычно мы не думаем о температуре как о показателе скорости. Но важно понять, что же такое температура. Если быть точным, то это величина пропорциональная квадрату средней скорости молекул в данном веществе, в то время, когда они мечутся в случайных направлениях.

Работая независимо, в 19-м веке физики Джеймс Клерк Максвелл и Людвиг Больцман математическим путем вывели связь между скоростью частиц газа и его температурой. Максвелл и Больцман были первыми сторонниками теории существования атомов и молекул, и их труд по распределению энергии до сих пор остается основой статистической механики. Но в те времена их идеи считались спорными, эти споры привели Больцмана в отчаяние. В 1906 году он покончил жизнь самоубийством.

Молекулы внутри баллона с газообразным кислородом, находясь в равновесии при 0°C / 32°F, сталкиваются в широком диапазоне скоростей (диаграмма справа и кривая Броуна на графике сверху); 400 миль в секунду (1 440 км в час /900 миль в час) – наиболее распространенная скорость. При такой повышенной температуре, как 100 °C / 212 °F (фиолетовая кривая), 200 °C / 390 °F (синяя кривая), и 400 °C / 750 °F (зеленая кривая), средняя скорость молекул выше, но распределение по скоростям разнообразнее.

Температурные шкалы Цельсия и Фаренгейта наиболее известны, но существуют и многие другие. В шкале Кельвина используется та же цена деления градуса, что и у Цельсия, но начальная точка там другая: 0 соотносится с абсолютным нулем (самая низкая температура), а не с точкой замерзания воды. Шкала Кельвина обычно используется в науке для обозначения очень низких температур.

Ранкин - это Кельвин шкалы Фаренгейта, хотя шкала Ранкина так и не достигла того же уровня известности. Шкалы Ньютона, Реомюра и Рёмера практически вышли из употребления, но, несмотря на это, шкала Реомюра живет в сравнительной безвестности в Италии, там, где все еще делают сыр пармезан.

У редкой шкалы Делиля есть интересная особенность, она приписывает низкие значения более высоким температурам. Именно таким образом работала и шкала Цельсия вплоть до 1740 г., но после смерти Андерса Цельсия Карл Линней повернул шкалу на 180°.

от преобразования энергии в другую форму, такую как электричество (в случае катушечной горелки или индукционного элемента) или химические связи (в случае газовой горелки или жаровой печи с дровяным обогревом).

Без конфорки или другого источника внешней энергии, поддерживающих температуру сковороды, тепло будет передаваться от сковороды к куску мяса до тех пор, пока эти два объекта не будут иметь одну и ту же температуру. На этом этапе они находятся в равновесии между двумя начальными точками. Горячая чашка кофе охладится до комнатной температуры (но не более), только потому, что внутренней энергии, заключенной в чашке кофе, недостаточно, чтобы ощутимо нагреть комнату.

Скорость, с которой тепло переходит от горячей сковороды к холодному мясу, пропорциональна разнице температур между этими двумя объектами, и, чем больше разница, тем быстрее поток тепла. Повара используют это универсальное свойство теплопередачи, каждый раз, кладя кусок мяса на действительно горячую сковороду.

Как бы то ни было, разница температур не единственный фактор, способный ускорить или замедлить нагрев. Вы без сомнения, замечали, что одни продукты и кухонная посуда нагреваются быстрее, чем другие в одинаковых условиях приготовления. Например, очевидная сопротивляемость воды нагреву, дала жизнь афоризму «кто над чайником стоит, у того он не кипит». Понимание причины этого явления помогает узнать больше о том, как разные материалы реагируют на изменение внутренней энергии.

Еще статьи