Теплота — это процесс, а не запас
Частая ошибка: думать, что в «горячем» теле «много теплоты». На самом деле теплота — это энергия в процессе передачи. Пока тела не обмениваются энергией, говорить о «теплоте» бессмысленно. Есть температура, есть внутренняя энергия — а теплота возникает только тогда, когда энергия переходит от горячего к холодному.
Формула количества теплоты
Количество теплоты, нужное для нагрева тела:
- c — удельная теплоёмкость вещества, Дж/(кг·°C)
- m — масса тела, кг
- Δt — изменение температуры, °C (или К — разница одна)
Единица количества теплоты — джоуль (Дж). Устаревшая единица — калория (1 кал = 4,19 Дж).
Теплота, температура, внутренняя энергия — в чём разница?
Температура — характеристика состояния тела (насколько быстро движутся молекулы). Внутренняя энергия — суммарная энергия всех молекул тела. Теплота — то, сколько энергии перешло при теплообмене. Два ведра воды при одной и той же температуре имеют одинаковую температуру, но внутренняя энергия большого ведра вдвое больше — и теплоты для его нагрева тоже нужно вдвое больше.
Пример расчёта
Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 2 кг воды от 20 °C до 100 °C? Удельная теплоёмкость воды — 4200 Дж/(кг·°C).
Столько же выделится при остывании этой воды обратно до 20 °C.
Теплообмен: три механизма
- Теплопроводность — передача через прямой контакт (горячая ложка в чае).
- Конвекция — перенос потоками жидкости или газа (батарея нагревает воздух снизу вверх).
- Излучение — передача электромагнитными волнами, без вещества-переносчика (тепло от костра).
