Laporan
pada topik:
“Fenomena termal di alam
dan dalam kehidupan manusia"
Dilakukan
siswa kelas 8 "A"
Karibova A.V.
Armavir, 2010
Fenomena-fenomena yang terjadi di sekitar kita secara lahiriah secara tidak langsung berkaitan dengan gerak mekanis. Ini adalah fenomena yang diamati ketika suhu suatu benda berubah atau ketika berpindah dari satu keadaan (misalnya, cair) ke keadaan lain (padat atau gas). Fenomena seperti ini disebut termal. Fenomena termal memainkan peran besar dalam kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan. Perubahan suhu 20-30° C saat pergantian musim mengubah segala sesuatu di sekitar kita. Kemungkinan adanya kehidupan di Bumi bergantung pada suhu lingkungan. Manusia mencapai kemandirian relatif dari lingkungan setelah mereka belajar membuat dan memelihara api. Ini adalah salah satu penemuan terbesar yang dibuat pada awal perkembangan manusia.
Sejarah perkembangan gagasan tentang sifat fenomena termal adalah contoh cara yang kompleks dan kontradiktif dalam memahami kebenaran ilmiah.
Banyak filsuf kuno menganggap api dan panas yang terkait dengannya sebagai salah satu elemen yang, bersama dengan tanah, air, dan udara, membentuk semua benda. Pada saat yang sama, upaya dilakukan untuk menghubungkan panas dengan gerakan, karena diketahui bahwa ketika benda bertabrakan atau bergesekan, benda tersebut memanas.
Keberhasilan pertama dalam membangun teori ilmiah tentang panas dimulai pada awal abad ke-17, ketika termometer ditemukan, dan menjadi mungkin untuk mempelajari proses termal dan sifat-sifat makrosistem secara kuantitatif.
Pertanyaan tentang apa itu panas kembali mengemuka. Dua sudut pandang yang berlawanan telah muncul. Menurut salah satu dari mereka, teori material tentang panas, panas dianggap sebagai jenis “cairan” tak berbobot khusus yang mampu mengalir dari satu benda ke benda lain. Cairan ini disebut kalori. Semakin banyak kalori dalam tubuh, semakin tinggi pula suhu tubuh.
Menurut sudut pandang lain, panas adalah salah satu jenis pergerakan internal partikel-partikel suatu benda. Semakin cepat partikel suatu benda bergerak, semakin tinggi suhunya.
Dengan demikian, gagasan tentang fenomena dan sifat termal dikaitkan dengan ajaran atomistik para filsuf kuno tentang struktur materi. Dalam kerangka pemikiran tersebut, teori kalor pada mulanya disebut corpuscular, dari kata “corpuscle” (partikel). Para ilmuwan menganutnya: Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli.
Kontribusi besar terhadap pengembangan teori panas sel dibuat oleh ilmuwan besar Rusia M.V. Lomonosov. Dia memandang panas sebagai gerakan rotasi partikel materi. Dengan bantuan teorinya, ia menjelaskan secara umum proses peleburan, penguapan dan konduktivitas termal, dan juga sampai pada kesimpulan bahwa ada “derajat dingin terbesar atau terakhir” ketika pergerakan partikel materi berhenti. Berkat karya Lomonosov, hanya ada sedikit pendukung teori panas yang sebenarnya di kalangan ilmuwan Rusia.
Namun tetap saja, meski teori panas sel darah memiliki banyak keuntungan, pada pertengahan abad ke-18. Teori kalori meraih kemenangan sementara. Hal ini terjadi setelah kekekalan panas selama perpindahan panas terbukti secara eksperimental. Oleh karena itu dibuat kesimpulan tentang kekekalan (non-destruksi) fluida termal - kalori. Dalam teori material, konsep kapasitas panas benda diperkenalkan dan teori kuantitatif konduktivitas termal dibangun. Banyak istilah yang diperkenalkan pada masa itu yang bertahan hingga saat ini.
Di pertengahan abad ke-19. hubungan antara kerja mekanis dan jumlah panas terbukti. Seperti halnya usaha, jumlah panas ternyata menjadi ukuran perubahan energi. Pemanasan suatu benda tidak dikaitkan dengan peningkatan jumlah “cairan” khusus tanpa bobot di dalamnya, tetapi dengan peningkatan energinya. Prinsip kalori digantikan oleh hukum kekekalan energi yang jauh lebih mendalam. Panas ditemukan sebagai suatu bentuk energi.
Kontribusi signifikan terhadap pengembangan teori fenomena termal dan sifat makrosistem dibuat oleh fisikawan Jerman R. Clausius (1822-1888), fisikawan teoretis Inggris J. Maxwell, fisikawan Austria L. Boltzmann (1844-1906) dan lainnya ilmuwan.
Kebetulan sifat fenomena termal dijelaskan dalam fisika dalam dua cara: pendekatan termodinamika dan teori kinetik molekuler materi.
Pendekatan termodinamika mempertimbangkan panas dari perspektif sifat makroskopis materi (tekanan, suhu, volume, kepadatan, dll).
Teori kinetik molekuler menghubungkan terjadinya fenomena dan proses termal dengan kekhasan struktur internal materi dan mempelajari penyebab yang menentukan pergerakan termal.
Jadi, mari kita perhatikan fenomena termal dalam kehidupan manusia.
Pemanasan dan pendinginan, penguapan dan pendidihan, peleburan dan pemadatan, kondensasi adalah contoh fenomena termal.
Sumber panas utama di Bumi adalah Matahari. Namun, selain itu, masyarakat menggunakan banyak sumber panas buatan: api, kompor, pemanas air, pemanas gas dan listrik, dll.
Anda tahu, jika Anda memasukkan sendok dingin ke dalam teh panas, lama-kelamaan teh akan memanas. Dalam hal ini, teh akan melepaskan sebagian panasnya tidak hanya ke sendok, tetapi juga ke udara di sekitarnya. Dari contoh tersebut jelas bahwa kalor dapat berpindah dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih sedikit panasnya. Ada tiga cara perpindahan panas - konduktivitas termal, konveksi, radiasi.
Memanaskan sendok dalam teh panas adalah contohnya konduktivitas termal. Semua logam memiliki konduktivitas termal yang baik.
Konveksi Panas dipindahkan dalam cairan dan gas. Saat kita memanaskan air dalam panci atau ketel, lapisan bawah air akan memanas terlebih dahulu, menjadi lebih ringan dan mengalir ke atas, digantikan oleh air dingin. Konveksi terjadi di dalam ruangan saat pemanas menyala. Udara panas dari baterai naik dan udara dingin turun.
Namun baik konduktivitas termal maupun konveksi tidak dapat menjelaskan bagaimana, misalnya, Matahari, yang jauh dari kita, memanaskan Bumi. Dalam hal ini, panas berpindah melalui ruang tanpa udara radiasi(sinar panas).
Termometer digunakan untuk mengukur suhu. Dalam kehidupan sehari-hari, mereka menggunakan termometer ruangan atau medis.
Ketika kita berbicara tentang suhu Celsius, yang kita maksud adalah skala suhu di mana 0°C sama dengan titik beku air, dan 100°C adalah titik didihnya.
Di beberapa negara (AS, Inggris) skala Fahrenheit digunakan. Di dalamnya, 212°F sama dengan 100°C. Mengubah suhu dari satu skala ke skala lainnya tidaklah mudah, tetapi jika perlu, Anda masing-masing dapat melakukannya sendiri. Untuk mengubah suhu Celsius ke suhu Fahrenheit, kalikan suhu Celsius dengan 9, bagi dengan 5, dan tambahkan 32. Untuk melakukan konversi sebaliknya, kurangi 32 dari suhu Fahrenheit, kalikan sisanya dengan 5, dan bagi dengan 9.
Dalam fisika dan astrofisika, skala lain sering digunakan - skala Kelvin. Di dalamnya, suhu terendah di alam (nol mutlak) dianggap 0. Suhu ini setara dengan −273°C. Satuan ukuran dalam skala ini adalah Kelvin (K). Untuk mengubah suhu dalam Celcius menjadi suhu dalam Kelvin, Anda perlu menambahkan 273 derajat Celcius. Misalnya, dalam Celsius 100°, dan dalam Kelvin 373 K. Untuk mengonversinya kembali, Anda perlu mengurangi 273. Misalnya, 0 K adalah − 273°C.
Perlu diketahui bahwa suhu di permukaan Matahari adalah 6000 K, dan di dalamnya 15.000.000 K. Suhu di luar angkasa yang jauh dari bintang mendekati nol mutlak.
Di alam, kita menyaksikan fenomena termal, namun terkadang kita tidak memperhatikan esensinya. Misalnya, hujan di musim panas dan salju di musim dingin. Embun terbentuk di daun. Kabut muncul.
Pengetahuan tentang fenomena termal membantu orang merancang pemanas rumah, mesin panas (mesin pembakaran internal, turbin uap, mesin jet, dll.), memprediksi cuaca, melelehkan logam, membuat isolasi termal dan bahan tahan panas yang digunakan di mana-mana - mulai dari membangun rumah ke pesawat luar angkasa.
Teks karya diposting tanpa gambar dan rumus.
Versi lengkap karya ini tersedia di tab "File Kerja" dalam format PDF
Hipotesa: Berkat pengetahuan dan pencapaian ilmiah, bahan yang ringan, tahan lama, dan memiliki konduktivitas termal rendah telah diciptakan untuk pakaian dan pelindung rumah, AC, kipas angin, dan perangkat lainnya. Hal ini memungkinkan kita untuk mengatasi kesulitan dan banyak masalah yang berhubungan dengan panas. Namun fenomena termal masih perlu dipelajari, karena dampaknya sangat besar terhadap kehidupan kita.
Target: studi tentang fenomena termal dan proses termal.
Tugas: berbicara tentang fenomena termal dan proses termal;
mempelajari teori fenomena termal;
dalam praktiknya, pertimbangkan keberadaan proses termal;
menunjukkan manifestasi dari pengalaman-pengalaman ini.
Hasil yang diharapkan: melakukan eksperimen dan mempelajari proses termal yang paling umum.
: materi tentang topik dipilih dan disistematisasikan, eksperimen dan survei kilat terhadap siswa dilakukan, presentasi disiapkan, puisi karangan sendiri disajikan.
Fenomena termal adalah fenomena fisika yang berhubungan dengan pemanasan dan pendinginan suatu benda.
Pemanasan dan pendinginan, penguapan dan pendidihan, peleburan dan pemadatan, kondensasi adalah contoh fenomena termal.
Gerakan termal - proses gerak yang kacau (tidak teratur).
partikel yang membentuk materi.
Semakin tinggi suhu, semakin besar kecepatan pergerakan partikel. Gerakan termal atom dan molekul paling sering dipertimbangkan. Molekul atau atom suatu zat selalu bergerak acak secara konstan.
Gerakan ini menentukan adanya energi kinetik internal dalam suatu zat, yang berhubungan dengan suhu zat tersebut.
Oleh karena itu, gerak acak yang selalu menemukan molekul atau atom disebut gerak termal.
Studi tentang fenomena termal menunjukkan bahwa seiring dengan berkurangnya energi mekanik suatu benda, energi mekanik dan energi internalnya meningkat, yang tetap tidak berubah selama proses apa pun.
Ini adalah hukum kekekalan energi.
Energi tidak muncul begitu saja dan tidak hilang kemana-mana.
Itu hanya dapat berpindah dari satu jenis ke jenis lainnya, mempertahankan makna penuhnya.
Pergerakan termal molekul tidak pernah berhenti. Oleh karena itu, setiap benda selalu memiliki semacam energi internal. Energi dalam bergantung pada suhu tubuh, keadaan agregasi materi dan faktor lainnya dan tidak bergantung pada posisi mekanis tubuh dan gerakan mekanisnya. Perubahan energi dalam suatu benda tanpa melakukan usaha disebut perpindahan panas .
Perpindahan panas selalu terjadi dalam arah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.
Ada tiga jenis perpindahan panas:
Proses termal adalah salah satu jenis fenomena termal; proses di mana suhu benda dan zat berubah, dan perubahannya juga dimungkinkan keadaan agregasi. Proses termal meliputi:
Pemanasan
Pendinginan
Penguapan
Mendidih
Penguapan
Kristalisasi
Meleleh
Kondensasi
Pembakaran
Sublimasi
Desublimasi
Mari kita perhatikan, sebagai contoh, suatu zat yang dapat berada dalam tiga keadaan agregasi: air (L - cair, T - padat, G - gas)
Pemanasan- proses peningkatan suhu suatu benda atau zat. Pemanasan disertai dengan penyerapan panas dari lingkungan. Ketika dipanaskan, keadaan agregasi suatu zat tidak berubah.
Eksperimen 1: Pemanasan.
Mari kita ambil air dari keran ke dalam gelas dan ukur suhunya (25°C),
kemudian letakkan gelas di tempat yang hangat (jendela menghadap ke sisi yang cerah), dan setelah beberapa saat ukur suhu air (30°C).
Setelah menunggu beberapa saat, saya mengukur kembali suhunya (35°C). Kesimpulan: Termometer menunjukkan kenaikan suhu mula-mula sebesar 5°C, kemudian sebesar 10°C.
Pendinginan- proses menurunkan suhu suatu zat atau benda; Pendinginan disertai dengan pelepasan panas ke lingkungan. Ketika didinginkan, keadaan agregasi suatu zat tidak berubah.
Eksperimen 2: Pendinginan. Mari kita lihat bagaimana pendinginan terjadi secara eksperimental.
Mari kita ambil air panas dari keran ke dalam gelas dan ukur suhunya (60°C), lalu letakkan gelas ini di ambang jendela sebentar, setelah itu kita ukur suhu airnya dan menjadi sama (20°C).
Kesimpulan: air menjadi dingin dan termometer menunjukkan penurunan suhu.
Eksperimen 3: Mendidih.
Kita menjumpai air mendidih setiap hari di rumah.
Tuang air ke dalam ketel dan letakkan di atas kompor. Pertama, air memanas, lalu air mendidih. Hal ini dibuktikan dengan keluarnya uap dari cerat ketel.
Kesimpulan: Saat air mendidih, uap dari leher ketel keluar melalui lubang kecil dan bersiul, lalu kita matikan kompor.
Penguapan- Ini adalah penguapan yang terjadi dari permukaan bebas suatu cairan.
Penguapan tergantung pada:
Suhu zat(semakin tinggi suhunya, semakin kuat penguapannya);
Luas permukaan cairan(semakin besar luasnya, semakin besar penguapannya);
Jenis substansi(zat yang berbeda menguap dengan kecepatan berbeda);
Kehadiran angin(dengan adanya angin, penguapan terjadi lebih cepat).
Eksperimen 4: Penguapan.
Jika Anda pernah mengamati genangan air setelah hujan, pasti Anda pernah memperhatikan bahwa genangan air tersebut semakin mengecil. Apa yang terjadi dengan airnya?
Kesimpulan: dia menguap!
Kristalisasi(pemadatan) adalah peralihan suatu zat dari wujud agregasi cair ke wujud padat. Kristalisasi disertai dengan pelepasan energi (panas) ke lingkungan.
Eksperimen 5: Kristalisasi. Untuk mendeteksi kristalisasi, mari kita lakukan percobaan.
Mari kita ambil air dari keran ke dalam gelas dan masukkan ke dalam freezer lemari es. Setelah beberapa waktu, zat tersebut mengeras, mis. kerak muncul di permukaan air. Kemudian semua air di dalam gelas berubah seluruhnya menjadi es, yaitu mengkristal.
Kesimpulan: Pertama air mendingin hingga 0 derajat, lalu membeku.
Meleleh- peralihan suatu zat dari wujud padat ke wujud cair. Proses ini disertai dengan penyerapan panas dari lingkungan. Untuk melelehkan benda kristal padat, sejumlah panas harus ditransfer ke benda tersebut.
Eksperimen 6: Peleburan. Pencairan mudah dideteksi secara eksperimental.
Kami mengeluarkan segelas air beku dari kompartemen freezer di lemari es, yang kami tempatkan. Setelah beberapa waktu, air muncul di gelas - es mulai mencair. Setelah beberapa waktu, semua es mencair, yaitu berubah sepenuhnya dari padat menjadi cair.
Kesimpulan: Seiring berjalannya waktu, es menerima panas dari lingkungan dan akan mencair seiring berjalannya waktu.
Kondensasi-transisi suatu zat dari wujud gas ke wujud cair.
Kondensasi disertai dengan pelepasan panas ke lingkungan.
Eksperimen 7: Kondensasi.
Kami merebus air dan menempelkan cermin dingin ke cerat ketel. Setelah beberapa menit, tetesan uap air yang terkondensasi terlihat jelas di cermin.
Kesimpulan: uap yang menempel di cermin berubah menjadi air.
Fenomena kondensasi dapat diamati pada musim panas, pada awal pagi hari yang sejuk.
Tetesan air pada rumput dan bunga - embun - menandakan bahwa uap air yang terkandung di udara telah mengembun.
Pembakaran adalah proses pembakaran bahan bakar yang disertai dengan pelepasan energi.
Energi ini digunakan dalam berbagai hal
bidang kehidupan kita.
Eksperimen 8: Pembakaran. Setiap hari kita bisa menyaksikan gas alam terbakar di kompor. Ini adalah proses pembakaran bahan bakar.
Proses pembakaran bahan bakar juga merupakan proses pembakaran kayu. Oleh karena itu, untuk melakukan percobaan pembakaran bahan bakar cukup dengan menyalakan gas saja
pembakar atau korek api.
Kesimpulan: Saat bahan bakar terbakar, panas dilepaskan dan bau tertentu mungkin muncul.
Hasil proyek: dalam pekerjaan proyek saya, saya mempelajari proses termal yang paling umum: pemanasan, pendinginan, penguapan, pendidihan, penguapan, peleburan, kristalisasi, kondensasi, pembakaran, sublimasi dan desublimasi.
Selain itu, karya ini menyentuh topik-topik seperti gerak termal, keadaan agregat zat, serta teori umum fenomena termal dan proses termal.
Berdasarkan eksperimen sederhana, fenomena termal tertentu dipertimbangkan. Percobaan disertai dengan gambar demonstrasi.
Berdasarkan percobaan, hal-hal berikut dipertimbangkan:
Adanya berbagai proses termal;
Relevansi proses termal dalam kehidupan manusia telah terbukti.
Saya juga melakukan blitz survey terhadap 9 siswa kelas “A” yang terdiri dari 15 orang.
Blitz - survei siswa kelas 9.
Pertanyaan:
1. Apa yang dimaksud dengan fenomena termal?
2. Berikan contoh fenomena termal
3. Gerakan apa yang disebut termal?
4. Apa yang dimaksud dengan konduktivitas termal?
5. Transformasi agregat adalah...
6. Fenomena perubahan zat cair menjadi uap?
7. Fenomena perubahan uap menjadi cair?
8. Proses apa yang disebut peleburan?
9. Apa itu evaporasi?
10. Sebutkan proses kebalikan dari pemanasan, peleburan, penguapan?
Jawaban:
1. Fenomena termal - fenomena fisik yang berhubungan dengan pemanasan dan pendinginan benda
2. Contoh fenomena termal: pemanasan dan pendinginan, penguapan dan pendidihan, peleburan dan pemadatan, kondensasi
3. Gerakan termal - pergerakan molekul yang acak dan kacau
4. Konduksi termal - perpindahan panas dari satu bagian ke bagian lain
5. Transformasi agregat adalah fenomena peralihan suatu zat dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya
6. Penguapan
7. Kondensasi
8. Meleleh adalah peralihan suatu zat dari wujud padat menjadi cair. Proses ini disertai dengan penyerapan panas dari lingkungan
9. Evaporasi adalah penguapan yang terjadi dari permukaan bebas suatu zat cair
10. Proses kebalikan dari pemanasan, peleburan, penguapan - pendinginan, kristalisasi, kondensasi
Hasil survei kilat:
1. Jawaban benar - 7 orang - 47%
Jawaban salah - 8 orang - 53%
2. Jawaban yang benar -6 orang - 40%
Jawaban salah -9 orang - 60%
3. Jawaban benar - 10 orang - 67%
4. Jawaban benar -6 orang - 40%
Jawaban salah - 9 orang - 60%
5. Jawaban benar - 8 orang - 53%
6. Jawaban benar - 12 orang - 80%
Jawaban salah - 3 orang - 20%
7. Jawaban benar - 8 orang - 53%
Jawaban salah - 7 orang - 47%
8. Jawaban benar - 10 orang - 67%
Jawaban salah - 5 orang - 33%
9. Jawaban benar - 13 orang - 87%
Jawaban salah - 2 orang - 13%
10. Jawaban yang benar - 8 orang -53%
Jawaban salah - 7 orang - 47%
Survei kilat menunjukkan bahwa siswa tidak memiliki pengetahuan yang cukup tentang topik ini, dan saya berharap proyek saya akan membantu mereka mengisi kesenjangan yang hilang mengenai topik ini.
Maksud dan tujuan pekerjaan proyek yang saya tetapkan telah selesai.
Saya ingin menyelesaikan pekerjaan saya dengan puisi yang saya tulis bersama kakek saya.
Fenomena termal
Kami mempelajari fenomena
Kami ingin tahu tentang kehangatan.
Kita hidup di dunia yang indah -
Semuanya seperti dua dan dua adalah empat.
Kami melakukan pekerjaan itu
Setelah mengguncang kelompok molekul,
Kami memotong batang kayu untuk kayu bakar -
Kami merasa hangat.
Tugas yang sangat penting -
Ini adalah perpindahan panas.
Panas dapat ditransfer
Ambil dari air panas.
Semua benda bersifat konduktif termal:
Air memanaskan radiator,
Udara mengalir dari bawah ke atas
Memindahkan panas ke dalam rumah.
Dan kaca jendela
Menjaga rumah tetap hangat.
Ada celah udara di dalam bingkai -
Itu adalah gunung untuk kehangatan.
Itu tidak memungkinkan panas melewatinya
Dan dia menyimpannya di apartemen.
Nah, pada siang hari, kita mengenal diri kita sendiri,
Matahari akan memberikan kehangatan dengan sinarnya...
Untuk mengetahui semua sifat ini,
Untuk hidup dalam persahabatan dengan kehangatan di dunia,
Dan benar-benar melamar -
Kita perlu belajar FISIKA!!!
Bibliografi
1. Rakhimbaev M.M. Buku teks flash: “Fisika. kelas 8". 2. Pengajaran fisika yang mengembangkan siswa. Buku 1. Pendekatan, komponen, pelajaran, tugas / Disusun dan ed. mereka. Braverman: - M.: Himpunan Guru Fisika, 2003. - 400 hal. 3. Dubovitskaya T.D. Diagnosis pentingnya suatu mata pelajaran akademik bagi perkembangan kepribadian siswa. Buletin OSU, No. 2, 2004. 4. Kolechenko A.K. Ensiklopedia teknologi pendidikan: Panduan untuk guru. - SPb.: KARO, 2004. 5. Selevko G.K. Teknologi pedagogis berdasarkan aktivasi, intensifikasi dan pengelolaan program pendidikan yang efektif. M.: Research Institute of School Technologies, 2005. 6. Sumber daya elektronik: Situs web http://school-collection.edu.ru Situs web http://obvad.ucoz.ru/index/0 Situs web http://zabalkin.narod .ru Situs web http://somit.ru
Laporan
pada topik:
“Fenomena termal di alam
dan dalam kehidupan manusia"
Dilakukan
siswa kelas 8 "A"
Karibova A.V.
Armavir, 2010
Fenomena-fenomena yang terjadi di sekitar kita secara lahiriah secara tidak langsung berkaitan dengan gerak mekanis. Ini adalah fenomena yang diamati ketika suhu suatu benda berubah atau ketika berpindah dari satu keadaan (misalnya, cair) ke keadaan lain (padat atau gas). Fenomena seperti ini disebut termal. Fenomena termal memainkan peran besar dalam kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan. Perubahan suhu 20-30°C seiring pergantian musim mengubah segala sesuatu di sekitar kita. Kemungkinan adanya kehidupan di Bumi bergantung pada suhu lingkungan. Manusia mencapai kemandirian relatif dari lingkungan setelah mereka belajar membuat dan memelihara api. Ini adalah salah satu penemuan terbesar yang dibuat pada awal perkembangan manusia.
Sejarah perkembangan gagasan tentang sifat fenomena termal adalah contoh cara yang kompleks dan kontradiktif dalam memahami kebenaran ilmiah.
Banyak filsuf kuno menganggap api dan panas yang terkait dengannya sebagai salah satu elemen yang, bersama dengan tanah, air, dan udara, membentuk semua benda. Pada saat yang sama, upaya dilakukan untuk menghubungkan panas dengan gerakan, karena diketahui bahwa ketika benda bertabrakan atau bergesekan, benda tersebut memanas.
Keberhasilan pertama dalam membangun teori ilmiah tentang panas dimulai pada awal abad ke-17, ketika termometer ditemukan, dan menjadi mungkin untuk mempelajari proses termal dan sifat-sifat makrosistem secara kuantitatif.
Pertanyaan tentang apa itu panas kembali mengemuka. Dua sudut pandang yang berlawanan telah muncul. Menurut salah satu dari mereka, teori material tentang panas, panas dianggap sebagai jenis “cairan” tak berbobot khusus yang mampu mengalir dari satu benda ke benda lain. Cairan ini disebut kalori. Semakin banyak kalori dalam tubuh, semakin tinggi pula suhu tubuh.
Menurut sudut pandang lain, panas adalah salah satu jenis pergerakan internal partikel-partikel suatu benda. Semakin cepat partikel suatu benda bergerak, semakin tinggi suhunya.
Dengan demikian, gagasan tentang fenomena dan sifat termal dikaitkan dengan ajaran atomistik para filsuf kuno tentang struktur materi. Dalam kerangka pemikiran tersebut, teori kalor pada mulanya disebut corpuscular, dari kata “corpuscle” (partikel). Para ilmuwan menganutnya: Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli.
Kontribusi besar terhadap pengembangan teori panas sel dibuat oleh ilmuwan besar Rusia M.V. Lomonosov. Dia memandang panas sebagai gerakan rotasi partikel materi. Dengan menggunakan teorinya, ia menjelaskan secara umum proses peleburan, penguapan dan konduktivitas termal, dan juga sampai pada kesimpulan bahwa ada “derajat dingin terbesar atau terakhir” ketika pergerakan partikel suatu zat berhenti. Berkat karya Lomonosov, hanya ada sedikit pendukung teori panas yang sebenarnya di kalangan ilmuwan Rusia.
Namun tetap saja, meski teori panas sel darah memiliki banyak keuntungan, pada pertengahan abad ke-18. Teori kalori meraih kemenangan sementara. Hal ini terjadi setelah kekekalan panas selama perpindahan panas terbukti secara eksperimental. Oleh karena itu dibuat kesimpulan tentang kekekalan (non-destruksi) fluida termal - kalori. Dalam teori material, konsep kapasitas panas benda diperkenalkan dan teori kuantitatif konduktivitas termal dibangun. Banyak istilah yang diperkenalkan pada masa itu yang bertahan hingga saat ini.
Di pertengahan abad ke-19. hubungan antara kerja mekanis dan jumlah panas terbukti. Seperti halnya usaha, jumlah panas ternyata menjadi ukuran perubahan energi. Pemanasan suatu benda tidak dikaitkan dengan peningkatan jumlah “cairan” khusus tanpa bobot di dalamnya, tetapi dengan peningkatan energinya. Prinsip kalori digantikan oleh hukum kekekalan energi yang jauh lebih mendalam. Panas ditemukan sebagai suatu bentuk energi.
Kontribusi signifikan terhadap pengembangan teori fenomena termal dan sifat makrosistem dibuat oleh fisikawan Jerman R. Clausius (1822-1888), fisikawan teoretis Inggris J. Maxwell, fisikawan Austria L. Boltzmann (1844-1906) dan lainnya ilmuwan.
Kebetulan sifat fenomena termal dijelaskan dalam fisika dalam dua cara: pendekatan termodinamika dan teori kinetik molekuler materi.
Pendekatan termodinamika mempertimbangkan panas dari perspektif sifat makroskopis materi (tekanan, suhu, volume, kepadatan, dll).
Teori kinetik molekuler menghubungkan terjadinya fenomena dan proses termal dengan kekhasan struktur internal materi dan mempelajari penyebab yang menentukan pergerakan termal.
Jadi, mari kita perhatikan fenomena termal dalam kehidupan manusia.
Pemanasan dan pendinginan, penguapan dan pendidihan, peleburan dan pemadatan, kondensasi adalah contoh fenomena termal.
Sumber panas utama di Bumi adalah Matahari. Namun, selain itu, masyarakat menggunakan banyak sumber panas buatan: api, kompor, pemanas air, pemanas gas dan listrik, dll.
Anda tahu, jika Anda memasukkan sendok dingin ke dalam teh panas, lama-kelamaan teh akan memanas. Dalam hal ini, teh akan melepaskan sebagian panasnya tidak hanya ke sendok, tetapi juga ke udara di sekitarnya. Dari contoh tersebut jelas bahwa kalor dapat berpindah dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih sedikit panasnya. Ada tiga cara untuk mentransfer panas - konduktivitas termal, konveksi, radiasi.
Memanaskan sendok dalam teh panas adalah contohnya konduktivitas termal. Semua logam memiliki konduktivitas termal yang baik.
Konveksi Panas dipindahkan dalam cairan dan gas. Saat kita memanaskan air dalam panci atau ketel, lapisan bawah air akan memanas terlebih dahulu, menjadi lebih ringan dan mengalir ke atas, digantikan oleh air dingin. Konveksi terjadi di dalam ruangan saat pemanas menyala. Udara panas dari baterai naik dan udara dingin turun.
Namun baik konduktivitas termal maupun konveksi tidak dapat menjelaskan bagaimana, misalnya, Matahari, yang jauh dari kita, memanaskan Bumi. Dalam hal ini, panas berpindah melalui ruang tanpa udara radiasi(sinar panas).
Termometer digunakan untuk mengukur suhu. Dalam kehidupan sehari-hari, mereka menggunakan termometer ruangan atau medis.
Ketika kita berbicara tentang suhu Celsius, yang kita maksud adalah skala suhu di mana 0°C sama dengan titik beku air, dan 100°C adalah titik didihnya.
Di beberapa negara (AS, Inggris) skala Fahrenheit digunakan. Di dalamnya, 212°F sama dengan 100°C. Mengubah suhu dari satu skala ke skala lainnya tidaklah mudah, tetapi jika perlu, Anda masing-masing dapat melakukannya sendiri. Untuk mengubah suhu Celsius ke suhu Fahrenheit, kalikan suhu Celsius dengan 9, bagi dengan 5, dan tambahkan 32. Untuk melakukan konversi sebaliknya, kurangi 32 dari suhu Fahrenheit, kalikan sisanya dengan 5, dan bagi dengan 9.
Dalam fisika dan astrofisika, skala lain sering digunakan - skala Kelvin. Di dalamnya, suhu terendah di alam (nol mutlak) dianggap 0. Suhu ini setara dengan −273°C. Satuan ukuran dalam skala ini adalah Kelvin (K). Untuk mengubah suhu dalam Celcius menjadi suhu dalam Kelvin, Anda perlu menambahkan 273 derajat Celcius. Misalnya, dalam Celsius 100°, dan dalam Kelvin 373 K. Untuk mengonversinya kembali, Anda perlu mengurangi 273. Misalnya, 0 K adalah − 273°C.
Perlu diketahui bahwa suhu di permukaan Matahari adalah 6000 K, dan di dalamnya 15.000.000 K. Suhu di luar angkasa yang jauh dari bintang mendekati nol mutlak.
Di alam, kita menyaksikan fenomena termal, namun terkadang kita tidak memperhatikan esensinya. Misalnya, hujan di musim panas dan salju di musim dingin. Embun terbentuk di daun. Kabut muncul.
Pengetahuan tentang fenomena termal membantu orang merancang pemanas rumah, mesin panas (mesin pembakaran internal, turbin uap, mesin jet, dll.), memprediksi cuaca, melelehkan logam, membuat isolasi termal dan bahan tahan panas yang digunakan di mana-mana - mulai dari membangun rumah ke pesawat luar angkasa.
Untuk Bumi - Matahari. Energi matahari mendasari banyak fenomena yang terjadi di permukaan dan atmosfer planet. Pemanasan, pendinginan, penguapan, pendidihan, kondensasi adalah beberapa contoh jenis fenomena termal yang terjadi di sekitar kita.
Tidak ada proses yang terjadi dengan sendirinya. Masing-masing memiliki sumber dan mekanisme pelaksanaannya sendiri. Setiap fenomena termal di alam disebabkan oleh penerimaan panas dari sumber luar. Tidak hanya Matahari yang dapat bertindak sebagai sumbernya - api juga berhasil mengatasi peran ini.
Untuk lebih memahami apa itu fenomena termal, kita perlu mendefinisikan kalor. Kalor merupakan suatu sifat energi dari pertukaran panas, dengan kata lain berapa banyak energi yang diberikan (diterima) suatu benda atau sistem selama interaksi. Hal ini dapat dicirikan secara kuantitatif berdasarkan suhu: semakin tinggi suhunya, semakin banyak panas (energi) yang dimiliki suatu benda.
Dalam prosesnya satu sama lain, panas berpindah dari benda panas ke benda dingin, yaitu dari benda yang berenergi lebih tinggi ke benda yang berenergi lebih rendah. Proses ini disebut perpindahan panas. Sebagai contoh, perhatikan air mendidih yang dituangkan ke dalam gelas. Setelah beberapa waktu, gelas akan menjadi panas, artinya telah terjadi proses perpindahan panas dari air panas ke gelas dingin.
Namun, fenomena termal tidak hanya dicirikan oleh perpindahan panas, tetapi juga oleh konsep seperti konduktivitas termal. Artinya dapat dijelaskan dengan sebuah contoh. Jika Anda menaruh penggorengan di atas api, pegangannya, meskipun tidak bersentuhan dengan api, akan memanas seperti bagian penggorengan lainnya. Pemanasan seperti itu disediakan oleh konduktivitas termal. Pemanasan dilakukan di satu tempat, kemudian seluruh tubuh dipanaskan. Atau tidak memanas - itu tergantung pada konduktivitas termal yang dimilikinya. Jika konduktivitas termal suatu benda tinggi, maka panas mudah berpindah dari suatu area ke area lain, tetapi jika konduktivitas termalnya rendah, maka perpindahan panas tidak terjadi.
Sebelum konsep panas muncul, fisika menjelaskan fenomena termal menggunakan konsep “kalori”. Diyakini bahwa setiap zat memiliki zat tertentu, mirip dengan cairan, yang melakukan tugas yang, dalam konsep modern, diselesaikan dengan panas. Namun gagasan tentang kalori ditinggalkan setelah konsep panas dirumuskan.
Sekarang kita dapat mempertimbangkan secara lebih rinci penerapan praktis dari definisi yang diperkenalkan sebelumnya. Dengan demikian, konduktivitas termal memastikan pertukaran panas antara benda dan di dalam material itu sendiri. Nilai konduktivitas termal yang tinggi merupakan ciri khas logam. Ini bagus untuk piring dan ketel, karena memungkinkan panas disuplai ke makanan yang sedang disiapkan. Namun, bahan dengan konduktivitas termal rendah juga dapat digunakan. Mereka bertindak sebagai isolator termal, mencegah kehilangan panas - misalnya, selama konstruksi. Berkat penggunaan bahan dengan konduktivitas termal rendah, kondisi kehidupan yang nyaman di rumah terjamin.
Namun, perpindahan panas tidak terbatas pada metode di atas. Ada juga kemungkinan perpindahan panas tanpa kontak langsung dengan benda. Sebagai contoh, udara hangat mengalir dari pemanas atau radiator sistem pemanas di sebuah apartemen. Aliran udara hangat keluar dari benda yang dipanaskan, memanaskan ruangan. Metode pertukaran panas ini disebut konveksi. Dalam hal ini perpindahan panas dilakukan melalui aliran cairan atau gas.
Jika kita ingat bahwa fenomena termal yang terjadi di Bumi dikaitkan dengan radiasi Matahari, maka muncul metode perpindahan panas lain - radiasi termal. Hal ini disebabkan oleh radiasi elektromagnetik dari benda yang dipanaskan. Beginilah cara Matahari memanaskan Bumi.
Materi ini mengkaji berbagai fenomena termal, menjelaskan sumber terjadinya dan mekanisme terjadinya. Masalah penggunaan praktis fenomena termal dalam praktik sehari-hari dipertimbangkan.
Energi dalam dan cara mengubahnya Energi dalam adalah energi gerak dan interaksi partikel-partikel penyusun tubuh. Cara mengubah energi dalam, melakukan usaha, perpindahan panas pada suatu benda, benda itu sendiri, konduktivitas termal, konveksi, radiasi, E bertambah, E berkurang
Perpindahan panas Konduksi panas adalah jenis pertukaran panas di mana energi internal ditransfer dari partikel bagian tubuh yang lebih panas ke partikel bagian tubuh yang kurang panas (atau dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih sedikit panasnya). Konveksi adalah perpindahan energi melalui aliran (atau pancaran) materi. Radiasi adalah perpindahan energi menggunakan berbagai sinar tak kasat mata yang dipancarkan oleh suatu benda yang dipanaskan.
Kuantitas panas Kuantitas panas (Q) adalah energi yang diterima atau dikeluarkan suatu benda selama proses perpindahan panas. Kapasitas kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg suatu zat sebesar 1°C. Satuan pengukuran – J/kg°C. Rumus untuk menghitung banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda dan dilepaskan selama pendinginan: Q=cm(t 2 -t 1), dimana m adalah massa benda, t 1 adalah suhu awal benda, t 2 adalah suhu akhir suhu tubuh.
Pembakaran Pembakaran adalah proses penggabungan atom karbon dengan dua atom oksigen, yang menghasilkan karbon dioksida dan melepaskan energi. Kalor jenis pembakaran bahan bakar (q) adalah besaran fisis yang menunjukkan banyaknya kalor yang akan dilepaskan pada pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar. Rumus untuk menghitung jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna bahan bakar: Q=qm.
Peleburan Peleburan adalah proses peralihan suatu zat dari wujud padat ke wujud cair. Kristalisasi adalah proses peralihan suatu zat dari cair ke padat. Titik lebur adalah suhu di mana suatu zat melebur (tidak berubah selama peleburan). Kalor jenis peleburan () adalah besaran fisis yang menunjukkan berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat kristal yang diambil pada titik leleh menjadi cairan dengan suhu yang sama. Rumus untuk menghitung jumlah kalor yang diperlukan untuk melebur suatu benda kristal, diambil pada titik lelehnya dan dilepaskan selama pemadatan: Q = m.
Penguapan Penguapan adalah penguapan yang terjadi dari permukaan suatu zat cair (terjadi pada suhu berapa pun). Mendidih adalah transisi intens dari cairan menjadi uap, disertai dengan pembentukan gelembung uap di seluruh volume cairan dan selanjutnya mengambang ke permukaan (terjadi pada suhu spesifik untuk setiap zat). Kalor jenis penguapan (L) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah zat cair seberat 1 kg, yang diambil pada titik didih, menjadi uap. Rumus untuk menghitung jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah cairan bermassa berapa pun pada titik didihnya menjadi uap: Q = Lm.
Proses fisika Penjelasan dari sudut pandang molekul Penjelasan dari sudut pandang energi Rumus untuk menghitung jumlah panas Konstanta fisika 1. pemanasan Kecepatan pergerakan molekul meningkat Energi yang diserap Q=cm(t 2 -t 1) s – kapasitas kalor jenis, J/kg°C 2. pendinginan Kecepatan pergerakan molekul berkurang Energi yang dilepaskan Q=cm(t 2 -t 1); Q 0 3. peleburan Kisi kristal suatu padatan hancur Energi diserap Q = m - kalor jenis peleburan, J/kg 4. kristalisasi Pemulihan kisi kristal Energi dilepaskan Q = - m 5. penguapan Ikatan antar molekul cairan rusak Energi yang diserap Q = Lm L – kalor jenis penguapan, J/kg 6. kondensasi Kembalinya molekul uap menjadi cair Energi yang dilepaskan Q=-Lm 7. pembakaran bahan bakar C+O 2 CO 2 Energi yang dilepaskan Q=qm q – kalor jenis pembakaran bahan bakar, J/kg
