Про нагревание и охлаждение мы слышали задолго до уроков физики в школе. Горячий чай на столе охлаждается, мороженое из морозилки нагревается. Сколько опытов не проводи — результат всегда понятен.

При изменении температуры на тело снаружи ничего не действует, происходит что-то внутри. Эту вещь называют внутренней энергией. 

Логика очень простая: увеличиваешь температуру, растет внутренняя энергия. Наоборот работает точно также. Когда в жидкостях или газах изменяется температура, их частицы начинают двигаться с новой скоростью. Быстрее при нагреве и медленнее при охлаждении. 

Изменять внутреннюю энергию можно разными путями:

1. над телом совершают работу;
2. тело само совершает работу;
3. без совершения работы.

Подробно поговорим о последнем варианте.

Теплопередача — процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

Передавать тепло, а вместе с ней менять внутреннюю энергию, можно тремя путями:

1. теплопроводностью;
2. конвекцией;
3. излучением.

Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии тел при их непосредственном контакте.

Теплопроводность чаще всего наблюдается у твердых тел, частицы которых не могут свободно перемещаться и перемешиваться с другими частицами. Тепло переходит от более нагретого тела к менее нагретому.

Вот смотри: решил угостить тебя сосед по парте шоколадкой. Кусочек уже в руке, а учитель собрался домашку проверить. Пока все отвечали, шоколадка начала таять. Пришлось на практике протестировать теплопроводность и искать, чем руку вытереть.

Когда мы говорим о жидкостях или газах, их передача тепла происходит за счет конвекции.

Конвекция — явление передачи внутренней энергии самими струями газа или жидкости. Бывает естественная и вынужденная.

Естественная конвекция будет при любом процессе нагрева или охлаждения без дополнительных вмешательств.

Вынужденная конвекция получается, когда нам самим приходится участвовать в процессе.

Посмотри оба варианта на одном примере:

Ты уже дома после учебного дня, захотелось попить чайку. Для этого потребуется вскипятить воду.

Естественная конвекция будет, если мы просто поставим чайник на плиту или включим электрический, и пойдем переодеваться в домашнее.

А если времени в обрез и пора бежать к репетитору, поможет вынужденная конвекция. Поможем газу или электричеству нагревать наш будущий чай и начнем перемешивать воду. Так мы выровняем температуру и сделаем нагрев эффективнее.

Самый суровый вариант теплопередачи — это излучение.

Излучение — вид теплопередачи, когда внутренняя энергия изменяется без контакта тел при переносе тепла электромагнитным излучением.

Звучит мощно, правда? Излучение правит там, где теплопроводность и конвекция бессильны. 

И да, такое место есть, вакуум называется. Там, где нет контакта тел, потому что они мега далеко друг от друга, там, где нет частиц газа, которые могут перемещаться — тепло передается только излучением.

Далеко за примерами ходить не придется. Если с погодой повезло, достаточно посмотреть на небо — солнышко от нас на приличном расстоянии в 149 597 870 700 метров, и его тепло приходит на Землю исключительно за счет излучения. Так что летом, отдыхая от бесконечной зубрежки, подумай, как устал солнечный свет, пока до тебя летел.

Определить, как передается тепло, это классно. Надо теперь оценить все в цифрах.

Удельная теплоемкость — физическая величина, равная количеству теплоты, которое надо передать телу массой в 1 кг, чтобы изменить его температуру на 1॰С.

Смысл этой величины в том, что все вещества реагируют на попытку нагрева или охлаждения по-разному. Что-то нагреть легко, а что-то требует специальных условий. Подарили тебе две ручки: шоколадную и обычную из пластика. Как мы уже говорили, да и тебе известно — шоколадка начнет плавиться только от тепла наших рук. А чтобы расплавить ручку из пластика, нужна температура в 200॰С.

Обозначать удельную теплоемкость мы будем буквой с и измерять в Дж/кг*॰С.

Чтобы определить, сколько нужно тепла (энергии) Q на нагрев тела, нам потребуется его удельную теплоемкость c умножить на массу m и на разницу температур конечной t2 и начальной t1 .

Qнагр=cm(t2-t1)

Формулу можно использовать не только для нагревания. Энергию, которое тело выделит при охлаждении можно посчитать также, только из начальной температуры будем теперь вычитать конечную

Qохл=cm(t1-t2)

Мощный совет: всегда вычитай из большей температуры меньшую, не ошибешься. Кстати, по количеству теплоты можно понять, приходит тепло или уходит: при получении тепла количество теплоты всегда будет положительным числом (больше нуля), а при отдаче тепла — отрицательным (меньше нуля).

Подведем итоги:

1. за изменение температуры тел отвечает внутренняя энергия;
2. когда температура растет, внутренняя энергия увеличивается и наоборот;
3. изменять внутреннюю энергию можно совершая над телом работу, или чтобы работало само тело;
4. если работы нет, а внутренняя энергия изменяется — это теплопередача;
5. теплопроводность происходит при контакте тел;
6. конвекция наблюдается в жидкостях и газах, когда нагрев идет снизу;
7. излучение происходит в вакууме;
8. удельная теплоемкость показывает, насколько легко или сложно нагреть вещества одной массы на одинаковую температуру;
9. для охлаждения и нагревания подходит одна и та же формула.

Какой вариант не относится к видам теплопередачи?

а) излучение;

б) интерференция;

в) конвекция.

Какой из примеров подойдет к процессу конвекции?

а) нагревание воды в кастрюльке на плите;

б) высыхание перчаток на батарее;

в) появление загара после прогулки под солнцем.

Воду массой 1 кг с теплоемкостью 4200 Дж/кг*॰С нагрели на газу на 30॰С. Сколько теплоты потребовались сообщить воде?

а) 4200 Дж;

б) 126 Дж;

в) 126 кДж.