Zhrnutie na Meranie a výmena tepla

## Úvod Téma "Tepelné javy a teplo" vysvetľuje, čo je teplo, ako sa prenáša a od čoho závisí množstvo dodaného alebo odobratého tepla. Naučíme sa, prečo sa rôzne látky zahrievajú rôznym spôsobom a aké jednotky používame na meranie tepla. ## Čo je to teplo? > Teplo je forma energie, ktorú teleso prijíma alebo odovzdáva pri zmene svojej teploty. ### Základná predstava - Ak dáme teplú lyžicu do studenej vody, lyžica odovzdá časť svojho tepla vode a lyžica ochladne, voda sa ohrieva. - Teplo vždy prechádza z teplejšieho telesa na chladnejšie (pokým nie sú v rovnováhe). ## Od čoho závisí množstvo tepla prijatého telesom? 1. Hmotnosť telesa ($m$) 2. Zmena teploty ($\Delta t = t - t_0$) 3. Druh látky (vlastná schopnosť prijímať teplo) > Teplo prijaté telesom je priamo úmerné rozdielu teplôt a hmotnosti telesa. Toto môžeme zapísať ako vzťah (slovami): ak sa hmotnosť alebo rozdiel teplôt zdvojnásobia, prijaté teplo sa tiež zdvojnásobí. ### Príklad (slovami) Máme 1 kg vody, ktorú zohrievame o $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$. Voda prijme $4200\ \mathrm{J}$. Ak by sme mali 2 kg vody a tú istú zmenu teploty $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$, prijaté teplo by bolo $2\cdot 4200\ \mathrm{J}=8400\ \mathrm{J}$. ## Jednotky tepla - Historická jednotka: **kalória (cal)** > Kalória je množstvo tepla potrebné na zahriatie $1\ \mathrm{g}$ vody o $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$. - Súčasná jednotka: **joule (J)** – pomenovaný podľa Jamesa Prescotta Joulea. Prevod medzi jednotkami: $$1\ \mathrm{cal} = 4{,}18\ \mathrm{J}$$ Preto 1 g vody pri zmene $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$ prijme $4{,}18\ \mathrm{J}$, a 1 kg vody prijme na zohriatie o $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$ množstvo $$4200\ \mathrm{J}$$ Fun fact: James Prescott Joule bol anglický fyzik, po ktorom je jednotka energie pomenovaná, žil v rokoch 1818–1889. ## Tepelná kapacita a špecifické teplo (jednoducho) - **Tepelná kapacita** telesa hovorí, koľko tepla treba na zmenu jeho teploty o $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$. - **Špecifické teplo** (označíme $c$) je teplo potrebné na zohriatie $1\ \mathrm{kg}$ látky o $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$. > Špecifické teplo $c$ je množstvo tepla potrebné na zohriatie $1\ \mathrm{kg}$ látky o $1\ ^{\circ}\mathrm{C}$. Pre vzťah medzi množstvom tepla $Q$, hmotnosťou $m$, špecifickým teplom $c$ a zmenou teploty $\Delta t$ platí: $$Q = m\,c\,\Delta t$$ - Ak vieme $m$, $c$ a $\Delta t$, vieme vypočítať množstvo prijatého alebo odovzdaného tepla $Q$. ### Príklad výpočtu Máme $m=1\ \mathrm{kg}$ vody, $c=4200\ \mathrm{J\,kg^{-1}\,^{\circ}C^{-1}}$, $\Delta t=30\ ^{\circ}\mathrm{C}$. Potom $$Q = 1\cdot 4200\cdot 30 = 126000\ \mathrm{J}$$ Ak je $\Delta t$ polovica, napríklad $15\ ^{\circ}\mathrm{C}$, potom prijaté teplo bude polovica: $63000\ \mathrm{J}$. ## Porovnanie látok podľa špecifického tepla | Látka | Relatívne množstvo tepla potrebné na zohriatie | Poznámka | | --- | --- | --- | | Voda | vysoké ($c\approx 4200\ \mathrm{J\,kg^{-1}\,^{\circ}C^{-1}}$) | voda sa pomaly ohrieva a pomaly chladne | | Kov (napr. železo) | nízke | kovy sa rýchlejšie ohrievajú pri rovnakom množstve tepla | ## Praktické príklady a aplikácie - Varíme vodu: sporák dodáva teplo vode, voda sa ohrieva podľa vzorca $Q=m c \Delta t$. - Ohrievač miestnosti: materiály v miestnosti a množstvo vzduchu určujú, koľko tepla treba na dosiahnutie požadovanej teploty. - Chladenie nápojov: plechovka z kovu sa ochladí rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody, pretože kov má menšie špecifické teplo. ## Tabuľka porovnania vlastností | Vlastnosť | Voda | Kov | | --- | --- | --- | | Špecifické teplo | vysoké | nízke | | Ako rýchlo mení teplotu | pomaly | rýchlo | | Použitie | akumulácia tepla (napr. radiátory s vodou) | rýchle vedenie tepla (riad, lyžice) | Did you know that 1\ \mathrm{l} (1\ \mathrm{dm^{3}}) vody má hmotnosť 1\ \mathrm{kg}, preto môžeme pri vode objem často priamo nahradiť hmotnosťou pri výpočtoch?