Podstawy termodynamiki
Energia wewnętrzna to suma energii kinetycznych wszystkich cząsteczek ciała i energii potencjalnych związanych z ich wzajemnym oddziaływaniem. Im więcej cząsteczek ma dane ciało, tym większa jest jego energia wewnętrzna przy tej samej temperaturze.
Temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek. W cieczach i gazach wzrost temperatury oznacza, że cząsteczki poruszają się szybciej, a w ciałach stałych intensywniej drgają. Podstawową jednostką temperatury jest kelwin (K), przy czym 0°C = 273 K. Aby zamienić stopnie Celsjusza na kelwiny, dodajemy 273.
💡 Ciekawostka: 0 K −273°C to temperatura zera bezwzględnego. W tej temperaturze cząsteczki mają najmniejszą możliwą energię kinetyczną.
Energię wewnętrzną ciała można zwiększyć na dwa sposoby: wykonując nad nim pracę lub przekazując mu ciepło. Ciepło to energia przekazywana między ciałami o różnych temperaturach bez wykonywania pracy. Przepływ ciepła zawsze zachodzi od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze.
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że zmiana energii wewnętrznej ciała (ΔE) jest równa sumie pracy wykonanej nad ciałem (W) i pobranego ciepła (Q): ΔE = W + Q. To jedno z najważniejszych praw fizyki!
Ciepło może być przekazywane na trzy sposoby:
- Przewodnictwo - bezpośredni przepływ ciepła między stykającymi się ciałami
- Konwekcja - przenoszenie ciepła przez przemieszczającą się ciecz lub gaz
- Promieniowanie - przekazywanie ciepła na odległość (tak jak ciepło ze Słońca)
Ciepło właściwe określa, ile energii trzeba dostarczyć, aby zwiększyć temperaturę 1 kg danej substancji o 1 K. Ilość ciepła (Q) potrzebną do ogrzania ciała można obliczyć ze wzoru: Q = c·m·ΔT, gdzie c to ciepło właściwe, m to masa, a ΔT to przyrost temperatury.