Original: http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/light_lessons/thermal/heat.html

 

 

Всесвіт складається з матерії і енергії. Речовина складається з атомів і молекул (угруповань атомів) і енергії викликає атоми і молекули, щоб завжди бути в русі – або натикаючись один на одного або вібрує назад і вперед. Рух атомів і молекул створює форму енергії, яка називається тепла або теплової енергії, яка присутня у всій матерії. Навіть в найхолодніших пустотах простору, незалежно від того, як і раніше має дуже невелику, але все ще измеримое кількість теплової енергії.

Енергія може приймати різні форми і може переходити з однієї форми в іншу. Багато різних видів енергії можуть бути перетворені в теплову енергію. Світло, електричні, механічні, хімічні, ядерні, звук і сама теплова енергія може привести до кожного речовина нагріватися за рахунок збільшення швидкості його молекул. Таким чином, покласти енергію в систему, і він нагрівається, забирають енергію і охолоджує. Наприклад, коли нам холодно, ми можемо стрибати вгору і вниз, щоб отримати тепліше.

Ось лише кілька прикладів різних видів енергії перетворюється в теплову енергію (тепло).

(1) Механічна енергія перетворюється в теплову енергію щоразу, коли ви відмов м’яч. Кожен раз, коли м’яч потрапляє на землю, деякі з енергії руху кулі перетворюється в розжарюється м’яч, примушуючи його уповільнити при кожному рикошету. Щоб побачити демонстрацію того, як це відбувається, клацніть тут

Теплове інфрачервоне зображення кулі до (зліва) і після (праворуч) відбивання.

(2) Теплова енергія може бути передана на інші об’єкти, змушуючи їх нагріватися. Коли ви розігріти каструлю води, тепло від печі викликає молекули в каструлю, щоб вібрувати швидше, змушуючи каструлю нагріватися. Тепло від каструлі викликає молекули води рухатися швидше і розігріти. Отже, коли ви нагріти щось, ви тільки що робить його молекули рухаються швидше.

(3) Електрична енергія перетворюється в теплову енергію при використанні об’єктів, таких як грілки, електричні елементи печі, тостери, фени, або ламп розжарювання.

Теплове інфрачервоне зображення фена і люмінесцентної лампи.

(4) Хімічна енергія з їжі, яку ми їмо, перетворюється в нагріваючи наші тіла.

(5) Світло від сонця перетворюється в тепло, як сонячні промені нагріває поверхню Землі.

(6) Енергія від тертя створює тепло. Наприклад, коли ви потріть руки, заточити олівець, зробіть позначку занос з вашим велосипедом, або використовувати гальма на вашому автомобілі, тертя генерує тепло.

Теплове інфрачервоне зображення олівця після заточення (зліва) і гарячих гальм в автомобілі (праворуч). Зверніть увагу на гарячий кінчик олівця.

Є багато інших прикладів. Чи можете ви назвати кілька з них?

Чим більше енергії, яка входить в систему, тим більше активні її молекули. Чим швидше молекули рухаються, тим більше тепла або теплової енергії, яку вони створюють. Таким чином, кількість тепла речовина має визначається тим, наскільки швидко його молекули рухаються, що, в свою чергу, залежить від того, скільки енергії вклав в неї.

 

ВПРАВА. Нехай студенти вдають із себе молекули. По-перше, стоять на місці і близько один до одного. Потім попросіть студентів погойдуватися, а потім ходити і пересуватися, щоб продемонструвати збільшння енергії в системі. Попросіть їх рухатися швидше і стрибати вгору і вниз, як ще більше енергії надходить в систему. Потім попросіть студентів зупинитися і помітити, де вони знаходяться. Вони повинні бути набагато далі один від одного і повинні відчувати себе набагато тепліше, ніж вони були спочатку.

Хоча молекули занадто малі, щоб побачити, ми можемо виявити і виміряти їх рух.

ДОСЛІД. Для цього експерименту ви будете потребувати 2 чітких миски і колір їжі. Заповніть одну ясну миску з гарячою водою, а інший з тією ж кількістю холодної води. Коли вода досі, помістіть краплю харчового барвника в центр кожної чаші. Оскільки молекули води врізатися в молекули харчовий барвник, їжа колір буде рухатися навколо. Оскільки молекули гарячої води рухаються швидше, вони будуть врізатися в колір їжі важче і частіше, змушуючи його поширюватися швидше, ніж колір їжі в холодній воді.

Підсумки: тепло – енергія об’єкта внаслідок руху його атомів і молекул, які безперервно погойдуються і рухаються навколо, ударяючи один одного й інші об’єкти. Коли ми додаємо енергію на об’єкт, його атоми і молекули рухаються швидше, збільшуючи його енергію руху або тепла. Навіть об’єкти, які дуже холодно мають деяку теплову енергію, тому що їх атоми ще рухається.