Теория
Тепловое движение
Все тела состоят из частиц, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Чем выше температура тела, тем быстрее в среднем движутся его молекулы. Температура — мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул.
- Тепловое движение не прекращается при любой температуре.
- Температура измеряется в градусах Цельсия (°C) или в кельвинах (K).
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия — сумма кинетической энергии хаотического движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Она зависит от температуры, агрегатного состояния и вида вещества. Внутреннюю энергию можно изменить теплопередачей или совершением работы.
Теплопередача
Теплопередача — переход внутренней энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения работы. Различают три способа: теплопроводность, конвекцию и излучение.
- Теплопроводность — передача энергии при непосредственном контакте частиц.
- Конвекция — перенос энергии потоками вещества (в жидкостях и газах).
- Излучение — передача энергии электромагнитными волнами, в том числе в вакууме.
Количество теплоты
Количество теплоты Q — энергия, которую тело получает или отдаёт при теплопередаче. При нагревании Q = c·m·(t₂ − t₁), где c — удельная теплоёмкость, m — масса. Единица количества теплоты в СИ — джоуль (Дж).
- Удельная теплоёмкость c показывает, сколько теплоты нужно для нагрева 1 кг на 1 °C.
- У воды c ≈ 4200 Дж/(кг·°C).
Агрегатные превращения
При плавлении и кристаллизации, испарении и конденсации температура остаётся постоянной, а внутренняя энергия меняется за счёт изменения потенциальной энергии связей. Q = λ·m при плавлении, Q = L·m при парообразовании, где λ и L — удельные теплоты.
Тепловые двигатели
Тепловой двигатель преобразует внутреннюю энергию топлива в механическую работу. КПД η = A/Q₁·100%, где A — полезная работа, Q₁ — теплота, полученная от нагревателя. Идеальная машина Карно имеет максимальный КПД для данных температур нагревателя и холодильника.