Термична теория на температурата, абсолютна нула; Повече ▼

Топлината има детониращ ефект, увеличава притока на кръв, има аналгетичен ефект и, в случай на хронично, неактивно възпаление, често е противовъзпалително. Мускулният тонус се намалява от топлината и продължителния студ. Термотерапията е прилагане на различни топлини върху пациента. Но какво точно означава „топлина“? Как се загрява тялото, как се пренася топлината?

температура

Температурата е физическа величина, от която могат да се правят изявления относно следните свойства на веществата:

Термично равновесие - Ако две тела имат еднаква температура, между тях няма топлообмен. Ако температурите се различават, топлината тече от по-топлото към по-студеното тяло, докато се установи равновесие.)

Измерване на средната кинетична енергия в газовете
Свойства на вещества, които зависят от температурата - примери: термично разширение на вещества, плътност, електрическо съпротивление

Основната единица (Si единица) на температурата е дадена в Келвин [K]. Въпреки това, ° C е често срещано и в европейските страни. Това съответства на 1 ° С = 274,15 К..

Когато е създадена скалата на Целзий, астрономът Андерс Целзий определя фиксирани точки. Той каза, че при 0 ° C е точката на кипене на чиста вода, а при 100 ° C е точката на топене на чист лед. Обръщането на точката на замръзване и кипене е определено едва след смъртта му и осигурява основата за днешните измервания на температурата.

Абсолютната нула

Според дефиницията абсолютната нула е най-ниската температура, която все още може да бъде измерена и е нула Келвин (= -273,15 ° C). Теорията гласи, че колкото по-бавно се движат частиците в него, толкова по-хладен става газът. При абсолютна нула движението на частиците е нула. Така че не може да се достигнат отрицателни температури по абсолютната температурна скала (скала на Келвин).

Термични уравнения на състоянието на газовете

При идеалните газове има пропорционалност между налягане и температура. Следните закони описват връзките между две величини, докато останалите включени величини остават постоянни:

Законът на Бойл-Мариот

Ако налягането се увеличи до идеален газ, обемът на газа намалява, като температурата и количеството на веществото остават същите или налягането е обратно пропорционално на обема:

Законът на Гейл-Люсак

Обемът на идеалните газове е пропорционален на температурата, при условие че количеството на веществото и налягането са постоянни.

Закон за Амонтон

Когато идеален газ се нагрява, налягането се увеличава; когато се охлади, налягането намалява.

Коефициент на термично разширение

Различните вещества се разширяват по различен начин, когато температурата се повиши. Отговорният ефект е термичното разширение. Това не винаги се извършва еднообразно и се подразделя на:

Линеен коефициент на топлинно разширение

Това показва промяната в дължината, с която дадена материя се променя спрямо общата й дължина.

α	Коефициент на линейно разширение [10 -6/K] при 20 ° C
L.	Дължина [m]
ΔL	Промяна в дължината [m]
ΔT	Промяна на температурата [K]

Специфичен за обема коефициент на разширение/кубичен коефициент на разширение

Той показва промяната в обема на тялото в сравнение с общия обем, когато то се нагрява от един Келвин.

γ	Кубичен коефициент на разширение [10 -3/K] при 20 ° C
V0	Обем преди нагряване [m³]
δV	Промяна в обема [m³]
δT	Промяна на температурата [K]

Измерване на температурата

Поради температурната зависимост на различни свойства на материала, тези зависими променливи могат да се използват за измерване на температурата:

Течен термометър

Течността - обикновено живак или оцветен алкохол - е в тънка тръба с прикрепена скала. Температурата може да се измери чрез разширяване и намаляване на обема, когато течността се нагрява или охлажда. Водата не е подходяща поради така наречената аномалия на водата.

Газов термометър

В тънка тръба, подобна на тази на течен термометър, има капка живак, която затваря пространство, в което се намира газ. Този газ се разширява, когато се нагрява или обемът му намалява, когато се охлажда.

Биметален термометър

Разширяването при нагряване варира в зависимост от веществото. Спирална биметална лента, състояща се от два различни метала, е прикрепена към показалеца. При нагряване двата метала се разширяват по различен начин, което води до отклоняване на показалеца.)

Електронен термометър/термометър за съпротивление

Температурната зависимост на електрическите съпротивления, особено при полупроводникови материали, е много висока. Прилага се следното: Съпротивлението на NTC термистор намалява с повишаване на температурата. Намаляването на съпротивлението увеличава текущия поток, което дава мярка за температурната промяна.

Термо мастила

Така наречените топлинни цветове променят цвета си или излъчват светлина при определени температурни промени.

топлина

Повишаването на температурата предизвиква увеличаване на кинетичната енергия на най-малките му частици. Затоплянето означава добавяне на енергия, охлаждането означава премахване на енергия.
Топлината е специална форма на енергия. Според закона за запазване на енергията вътрешната енергия може да бъде получена само чрез преобразуване от други видове енергия. Например от механична, електрическа, химическа или ядрена енергия.

Забележка: Енергията не може да бъде загубена, тя може да се преобразува само от една форма на енергия в друга. (Вижте статията Механика I)

Топлината и вътрешната енергия трябва да се разглеждат като еквивалентни на другите форми на енергия и поне частично конвертируеми една в друга.

Топлината, която тялото поглъща, е пропорционална на масата и промяната в температурата на тялото. Специфичният топлинен капацитет обикновено показва количеството топлина, необходимо за нагряване на един килограм от това вещество от един Келвин. Калориметърът може да се използва за определяне на специфичния топлинен капацитет, т.е.промяната на топлината в тялото и по този начин промяната в неговата вътрешна кинетична енергия (калориметър на топлинния поток, калориметър на топлинния баланс, адиабатен калориметър)

Изчисляването на топлината се определя, както следва:

Топлината, погълната или излъчена от тялото, е равна на произведението на специфичния топлинен капацитет, масата на тялото и температурната разлика.

Топлинна мощност

Ако източник на топлина доставя определено количество топлина в определен интервал от време, то неговата топлопроводимост е коефициентът на топлина и интервал от време:

Топлинен поток

Топлината може да се предава по три различни начина: Чрез топлопроводимост, топлинен поток (конвекция) и топлинно излъчване. Тук топлината се предава от едно тяло към по-студено.

Ако тялото се нагрее в една точка, плътността на течността в тази точка намалява в резултат на повишаването на температурата. Поради плаваемостта нагрятата част от течността се издига нагоре, а по-студената част от течността потъва надолу. Това води до транспортиране на цели обеми течност, които носят със себе си топлинна енергия.

При хората има дори постоянен обмен на топлина със заобикалящата ги среда чрез следните четири механизма.

Проводимост (пренос на топлина чрез директен контакт)

Тук топлината се премества от места с по-висока температура към съседни (съседни) места с по-ниска температура. Предаването става чрез пренасочване на кинетичната енергия от молекула на молекула.

Конвекция (топлообмен през среда (въздух, вода))

Движението на частици в течности и газове също се определя като конвекция. В контекста на човешката терморегулация това е важен фактор за отделяне на телесна топлина.
Конвекционният транспорт транспортира кръвни газове през тялото чрез кръвния поток.

Радиация (топлинно излъчване от електромагнитни вълни)

Ако топлинната енергия се транспортира от по-топло тяло към по-студено, без участието на междинна среда, се говори за топлинна радиация. Топлинните лъчи се излъчват не само от излъчващи светлина топли тела, но и от тела, които не излъчват светлина, веднага щом собствената им температура е по-висока от околната температура. Ако топлинните лъчи удрят тялото при по-ниска температура, те го загряват.

Изпаряване (загуба на топлина чрез изпаряване)

Изпаряването става през кожата под формата на пот.

Основният закон на термодинамиката

W.	свършена работа [J]
З.	Енталпия [J]
U	вътрешна енергия, без единици
стр	натиск
V	сила на звука

Състоянието на газа се характеризира с трите променливи на състоянието налягане, обем и температура. Промените в две или всички променливи на състоянието се наричат промени в състоянието. Ясно дефинираната стойност на вътрешната енергия принадлежи на всяко състояние на системата. За това се използва първият закон на термодинамиката. Прилага се следното:

Ако Q е доставената топлинна енергия, W е извършената механична работа и ΔU е промяната във вътрешната енергия, тогава:

При идеални газове механичната работа предизвиква промяна в обема. Доставената топлинна енергия води до увеличаване на вътрешната енергия и увеличаване на обема. Цялата енергия, присъстваща в системата, се нарича вътрешна енергия. Това е функция на състоянието, която зависи само от състоянието на променливите налягане, обем и температура. Промяната във вътрешната енергия се определя само от първоначалното и крайното състояние.

Сборът от вътрешната енергия и произведението на налягането и обема се нарича енталпия. Продуктът на налягането и обема съответства на работата на изместване:

Провеждане

Тъй като топлопроводимостта е особено важна тема в медицината, тя ще бъде разгледана по-подробно в тази глава.
Най-простият вид пренос на топлина е топлопроводимостта. Както вече споменахме, това се случва чрез съседни вещества, от които по-топлото вещество дава енергията си на по-студеното.

Топлопроводимостта се случва изключително в материята и изисква да има температурен градиент. Различните материали имат различна топлопроводимост. Тази топлопроводимост се изразява с коефициента на топлопроводимост. Коефициентът на топлопроводимост показва количеството топлина, което протича за единица време през куб с дължина на ръба 1м между две противоположни странични повърхности, между които има температурна разлика от един Келвин. Останалите повърхности на куба трябва да са напълно непропускливи за нагряване.

Топлопроводимостта на веществата също може да бъде показана по отношение на конкретно вещество. След това се получава относителната проводимост.

По принцип металите са добри проводници на топлина. Лошите топлопроводници са газове, вълна, хартия и много други. Такива лоши топлопроводници се използват като топлоизолационни материали.

В медицината се използват различни топлинни терапии да осигури подобряване и поддържане на функцията на двигателните органи, да укрепи и отпусне мускулите, да подобри трофиката или да облекчи болката.

подувам

Gonsior, Physik für Mediziner, Schattauer Verlag, 1994, 2-ро издание

Seibt, Physik für Mediziner, Springer Verlag, 2009, 6-то издание

Въведение във физиката I, сценарий, O. von der Lühe и U. Landgraf

Точни отговори: 1А (крива на налягането на парите), 2С (абсолютната температура се изчислява от температурата на Целзий чрез добавяне на 273 К), 3С (два литра вода отговаря на маса от 2 кг)