Теплові явища: види, ознаки та приклади у фізиці

У далекому 1620 році великий англійський філософ і вчений Френсіс Бекон, розмірковуючи про фізичну природу тепла, вперше припустив, що теплота має зв’язок з рухом. Ми всі можемо це спостерігати на власні очі на простому прикладі – при нагріванні води до певної температури (100 С) вона починає кипіти. Відбувається це через те, що з підвищенням температури прискорюється рух молекул у воді (як втім, і в будь-якій іншій речовині). Тобто Френсіс Бекон був абсолютно правий у своїх здогадах, які пізніше підтвердили і багато інших вчених, а у фізиці з’явився великий розділ, званий термодинамікою, який власне і вивчає теплові явища, їх суть та природу. Про значення теплових явищ у фізиці ми поговоримо в нашій статті.

Загальні відомості та приклади

Ми всі з вами часом самі того не підозрюючи є свідками теплових явищ в тій чи іншій формі. Наприклад, коли готуємо собі чай або заварюємо каву. Такі природні явища як випадання снігу або дощу, утворення роси, замерзання водойм і утворення льоду також прямо пов’язані зі змінами температури і певними тепловими рухами. Тепер давайте дамо загальне визначення того, що являють собою теплові явища.

Отже, теплові явища це всі фізичні процеси, що відбуваються з матеріальними тілами під впливом температури.

Роль у природі

Роль теплових явищ в природі складно переоцінити, так як поява життя на Землі нерозривно пов’язана з головним джерелам тепла – Сонцем. І будь-яка зміна температури має величезний вплив і на навколишнє середовище нашої планети і як наслідок на всю еволюцію життя на Землі.

Ознаки та види

Є дві головні ознаки теплових явищ, причому друга ознака є наслідком першої:

1. Зміна температури.
2. Зміна агрегатних станів речовини.

Яскравим прикладом другої ознаки є випаровування рідин, які при нагріванні переходять в газоподібний стан. Або навпаки коли при охолодженні вода замерзає і перетворюється в твердий лід, також відбувається зміна агрегатного стан речовини під дією теплових явищ.

В цілому у фізиці до теплових явищ відносяться такі процеси:

• Підвищення температури (нагрівання).
• Зниження температури (охолодження).
• Пароутворення, коли через нагрівання рідина перетворюється на пару.
• Кипіння, по суті, теж пароутворення, але відбувається з більшою інтенсивністю.
• Випаровування, являє собою фазовий перехід рідини в газоподібний стан. Про це явище на нашому сайті є окрема докладна стаття. Від кипіння відрізняється тим, що відбувається постійно навіть при невисоких температурах. Наприклад, вода в склянці води при кімнатній температурі також випаровується, але повільно і непомітно, але якщо ми станемо цю воду зі склянки нагрівати на газу, то випаровування збільшиться, почнеться пароутворення, а потім і кипіння.
• Плавлення – фазовий перехід твердої речовини у рідку під дією температури. У промисловості, наприклад, плавлять деякі метали, щоб можна було легко надати їм ту чи іншу форму.
• Згоряння – у фізичному сенсі представляє процес переходу твердих речовин в газоподібний стан.
• Кристалізація – зворотне явище, коли під дією охолодження рідкі речовини стають твердими, тобто замерзають. Яскравий приклад – утворення льоду взимку.

Різні теплові явища не тільки вивчаються на уроках фізики, а й часом активно застосовуються на практиці в різних життєвих ситуаціях. Наприклад, при прокладці залізничних рейок робиться спеціальний зазор, так званий рейковий стик. Робиться він для того, щоб забезпечити переміщення кінця рейки при температурному подовженні/укороченні рейки.

Формули теплових процесів

Всі процеси зміни температури, як і процеси переходу речовини з одного агрегатного стану в інший можна описати спеціальними формулами. Часто в таких формулах існує така величина як теплоємність, що ж вона собою являє? Теплоємність – це кількість теплоти, яку необхідно затратити, щоб нагріти речовину на один градус. Причому важливо зауважити, що теплоємність це саме характеристика самої речовини, а не теплоти, так як різні речовини і нагріватися можуть по-різному, як і по-різному замерзати, і якщо ми говоримо про рідини то мати різні температури кипіння.

Q = C × m × △t

Ця формула описує зв’язок маси тіла, його теплоємності і температури, по суті це математичний опис будь-якого фізичного процесу нагрівання або охолодження. Q – це позначення кількості теплоти, С – теплоємність тіла, m – його маса, △t – різниця температур.

Але для процесів, що відбуваються зі зміною агрегатного стану речовини будуть свої формули:

Q = λ × m

Лямбда λ в цій формулі це питома теплота плавлення. Про питому теплоту плавлення на нашому сайті також є окрема докладна стаття, переходьте за посиланням, щоб ознайомиться детальніше.

Q = L × m

Ця формула описує процес пароутворення, L тут представляє питому теплоту пароутворення.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора