Значение слова «тепло» в 10 онлайн словарях даль, ожегов, ефремова и др.

В словаре Ожегова

ТЕПЛО, -а, ср. 1. Нагретое, теплое состояние чего-н. Согреть теплом своего тела. От печки тянет теплом. В дом дали т. (включено центральное отопление). 2. На-гретость воздуха, его температура выше нуля. На улице пять градусов тепла. 3. Теплая года»>погода, теплое время года. Весеннее, летнее т. После зимы пришло т. С теплом просыпается вся природа. Т. бабьего лета. 4. Теплое, нагретое место, помещение. Кошка любит спать в тепле. Держи живет в голоде, голову в холоде, а ноги в тепле (посл.).З. Ощущение теплоты, со-гретости тела. По всему телу разлилось приятное т. 6. перен. Сердечное, доброе отношение, отрадное чувство. Г. дружбы. Душевное т. Окружить гостя теплом. || прил. тепловой, -ая, -ое (ко 2 знач.). Т. удар (острое болезненное состояние, вызываемое воздействием на организм высокой температуры солнечных лучей).

Но вы заметили, что я постепенно и незаметно ввел в оборот новое слово – «энергия»?

Это что еще такое?

Это весьма смутная категория в физике. И вместе с тем очень простая для понимания.

Думаю, интуитивно, что такое энергия, ясно каждому ребенку и в особых объяснениях не нуждается.

Мальчик бежит быстро, он весь красный и взъерошенный. Это очень энергичный мальчик! А вялый мальчик, который лежит на диване бледный, обладает низкой энергией. Ему нужно побольше каши есть, то есть подзарядиться слегка.

Если батарейка села, мы говорим, что энергия в ней кончилась.

Если мы разогнали тело до большой скорости – например, пулю, – то она стала высокоэнергичной и может пробить толстую доску. А пуля низкой энергии, то есть брошенная рукой, доску не пробьет. И газету может не пробить, если скорость низкая. Видите, энергия может быть связана со скоростью. Такая энергия называется кинетической (от греческого слова kinetikos – движение).

Автомобиль накапливает энергию для движения путем заполнения бака горючим. А почему оно называется «горючим»? Да потому что горит (окисляется, то есть химически реагирует с кислородом) и при этом выделяется много энергии. В бензине уйма энергии – если бензин сжечь, она высвободится в виде тепла и света. Это внутренняя, химическая энергия, запасенная внутри самого вещества. Вещество нужно разрушить, чтобы она высвободилась.

А еще энергия может быть связана с положением тела в пространстве. Часы с кукушкой видели? Они работают от гири с цепочкой. У вас есть такие часы? Если нет, это совершенно недопустимо, нужно непременно приобрести! Велите маме. Потому что это очень хорошие часы. Гирю поднимаешь, и она начинает постепенно опускаться. А цепочка, на которой висит гиря, медленно крутит шестерни часов. И они идут себе. Настоящее механическое чудо. Кукушка кукует. Плохо ли?

Когда гиря коснулась пола и опускаться ей больше некуда, часы, естественно, останавливаются. Но горевать не надо. Нужно просто потянуть за цепочку и поднять гирю снова. Что мы таким образом сделали с точки зрения энергетики? Запасли в гире энергию, изменив ее высоту. Если тело на высоте, оно в принципе может падать к земле. Значит обладает энергией. Какой? Такая энергия называется потенциальной, то есть возможной. Отпустим тело с высоты, чтобы оно падало, и этот потенциал реализуется – тело начнет набирать скорость и его потенциальная энергия будет переходить в кинетическую, то есть в скорость.

Выводы? Они прекрасны! И их два.

Первый. Энергия одних видов может переходить в другие, например, потенциальная в кинетическую, химическая в тепловую.

Второй. Энергию можно запасать. Поднял гирю – запас энергию.

Сжал пружину – запас энергию.

Зарядил аккумулятор – запас энергию.

Покушал – запас энергию в виде жира на боках.

Разогнал тело – придал ему энергию.

Значит, что такое энергия? Это некое свойство, способность тела совершить полезное действие, какую-то работу. Запустить ход часов, если это гиря. Вытолкнуть присоску на палочке из ствола детского пистолета, если это сжатая пружина. Зажечь лампочку, если это батарея или аккумулятор. Разогнать машину, если речь о бензине. Насытить хилого мальчика, придав ему скорость, если речь о пище.

Вот что такое энергия.

В словаре Д.Н. Ушакова

ТЕПЛО́, тепла, мн. нет, ср.1. То же, что теплота» title=’что такое теплота, значение слова теплота в словаре Ушакова’>теплота в 3 ·знач. и тепловая энергия (см. тепловой» title=’что такое тепловой, значение слова тепловой в словаре Ушакова’>тепловой; физ.). Количество тепла, необходимое для того, чтобы нагреть данное тело на 1°, называется теплоемкостью.2. Нагретое, теплое состояние чего-нибудь (воздуха и т.д.). На дворе семь градусов тепла. От горячей печи идет тепло. Держать ноги в тепле. «Нужда выгоняла его из домашнего тепла.» Салтыков-Щедрин. «Ветер обдал Артамонова душистым теплом.» М.Горький.3. перен. То же, что теплота» title=’что такое теплота, значение слова теплота в словаре Ушакова’>теплота во 2 ·знач. (·редк. ).II. ТЕПЛО́.1. нареч. к теплый в 1, 3, 4 и 5 ·знач. Оденься тепло, потому что сегодня мороз. Тепло отозваться о ком-нибудь, тепло встретить кого-нибудь.2. ·безл., в знач. сказуемого. О теплоте воздуха, о теплой погоде, а также о теплоте душевной. — тепло на солнышке. «Весна берет свои права.» Фет. В моей комнате всегда тепло. «Летишь мечтой к отчизне дальной, и на душе светлей, теплей.» Некрасов.| кому-чему. Об ощущении кем-нибудь тепла. Дай я тебя закутаю, чтоб тебе тепло было.

С повышением температуры они начинают двигаться все быстрее и быстрее и быстрее.

Если раньше в твердом теле они чуть шевелились, шлепая синими губами от холода, то потом ускорились настолько, что разломали всю кристаллическую структуру, в которой состояли. Как солдаты, отпущенные из строя, ломают строй, разбредаясь в разные стороны.

Вот почему тело при нагревании расширяется

Затем, по мере дальнейшего нагрева, молекулы становятся еще более активными и быстрыми. Им тесно в сумасшедшей толчее! Расстояние между молекулами растет. И в конце концов их скорости становятся такими большими, что пересиливают взаимное притяжение, самые шустрые улетают прочь, испаряясь. И в конце концов вся жидкость превращается в газ – ее молекулы разлетаются в разные стороны к чертовой матери.

Отсюда, кстати, понятно, почему летают воздушные шары, наполненные горячим воздухом. Потому что теплый воздух легче холодного! Что это значит? Это значит, что один объем теплого воздуха весит меньше, чем тот же объем воздуха холодного. Почему? А потому что в теплом воздухе скорости молекул и расстояния между молекулами больше, чем в холодном. При нагревании предметы расширяются, и газ – не исключение. Значит, в одном и том же объеме теплого воздуха помещается меньше молекул. Оттого и вес меньше.

Вот почему горячий воздух легче холодного – там вещества меньше! Или, иначе говоря, теплый воздух разряженнее.

Ладно. А как передается тепло?

Ну, как мы нагреваем тело, то есть разгоняем его молекулы? Как мы сообщаем им дополнительную скорость? С помощью чего? С помощью другого нагретого тела, а как же иначе! То есть с помощью других энергичных молекул! Например, мы можем нагреть сковородку, поставив ее на горячую печку или раскаленную плиту. Мы можем нагреть холодный камень, положив его в горячую воду. Вода нагреет камень, а сама остынет. Их температуры сравняются. Это значит, что очень энергичные, то есть быстрые молекулы воды начинают барабанить по лежащему в воде камню. Точнее, по его еле шевелящимся холодным молекулам. И расталкивают их! При этом молекулы камня начинают двигаться быстрее (то есть камень нагревается), а молекулы воды «стынут», то есть начинают двигаться медленнее, поделившись с молекулами камня своим движением.

Другими словами, вода поделится с камнем своей энергией. И вскоре, как уже было сказано, температуры воды и камня выравняются. Это просто.

Главное уравнение процесса передачи тепла

Разобравшись с вопросом, что такое тепло, следует привести основное математическое выражение, которое характеризуется процесс его передачи для абсолютно любых тел в любых агрегатных состояниях. Это выражение имеет вид: Q = c*m*ΔT, где Q — количество переданной (принятой) теплоты, c — удельная теплоемкость рассматриваемого объекта, m — его масса, ΔT — изменение абсолютной температуры, которое определяется как разница температур тела в конце и в начала процесса передачи тепла.

Важно понимать, что приведенная формула будет справедливой всегда, когда во время рассматриваемого процесса объект сохраняет свое агрегатное состояние, то есть остается жидкостью, твердым телом или газом. В противном случае уравнение нельзя использовать

В Солнце энергии много, ее хватит еще на сотни миллионов лет, а там что-нибудь придумаем…

Про энергию мы еще поговорим. А сейчас я озвучу один хитрый вопрос, который должен был прийти вам в голову еще в прошлой главке.

Вот мы говорили о делимости вещества. Узнали, что все сложные вещества состоят из простых (элементарных). Простых веществ, которые еще называют химическими элементами, около сотни, и все они занесены в табличку Менделеева.

Самая маленькая частичка сложного (то есть сложенного из простых) вещества называется молекулой. И если молекулу разделить, получатся атомы уже совсем других веществ – те самые детальки мирового конструктора. У них уже совсем другие свойства: поваренная соль белая и полезная, а натрий и хлор, из которых сделана соль, очень даже агрессивные и ведут себя совершенно по-другому. Это понятно.

Но что будет, если попробовать разделить атом химического элемента, то есть детальку конструктора? Атом вообще делим?

Вот какой вопрос должен был прийти вам в голову. Приходил?

Теплообмен и теплопередача

Теплопроводность

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью. Теплопроводность стержня оценивается величиной теплового потока, который зависит от коэффициента теплопроводности, площади поперечного сечения, через которое передается теплота и градиента температуры (отношения разности температур на концах стержня к расстоянию между ними). Единицей теплового потока является ватт.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
Вещества и материалы Теплопроводность, Вт/(м^2*К)Металлы
Алюминий ___________________205
Бронза _____________________105
Вольфрам ___________________159
Железо ______________________67
Медь _______________________389
Никель ______________________58
Свинец ______________________35
Цинк _______________________113Другие материалы
Асбест _______________________0,08
Бетон ________________________0,59
Воздух _______________________0,024
Гагачий пух (неплотный) ______0,008
Дерево (орех) ________________0,209
Опилки _______________________0,059
Резина (губчатая) ____________0,038
Стекло _______________________0,75

Конвекция

Конвекция — это теплообмен за счет перемещения масс воздуха или жидкости. При подводе тепла к жидкости или газу увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициент конвективного теплопереноса можно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается.

Тепловое излучение

Третий вид теплопередачи — лучистый теплообмен — отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами передачи тепла в том, что он тоже обусловлен разностью температур. Тепловое излучение — это один из видов электромагнитного излучения.

Мощным излучателем тепловой энергии является Солнце; оно нагревает Землю даже на расстоянии 150 млн. км. Интенсивность солнечного излучения составляет примерно 1,37 Вт/м2.

Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции пропорциональна температуре, а лучистый тепловой поток пропорционален четвертой степени температуры.

Основные способы передачи тепла

Все известные человеку процессы, которые идут с обменом тепловой энергией, происходят тремя различными способами:

Теплопроводность. Чтобы происходил теплообмен этим способом, необходим контакт двух тел с различной температурой. В зоне контакта на локально-молекулярном уровне происходит передача кинетической энергии от горячего тела к холодному. Скорость этой теплопередачи зависит от способности участвующих тел проводить тепло. Ярким примером теплопроводности является касание человеком металлического стержня.
Конвекция. Этот процесс требует перемещения вещества, поэтому он наблюдается только в жидкостях и газах. Суть конвекции заключается в следующем: когда газовые или жидкие слои нагреваются, то их плотность уменьшается, поэтому они стремятся подняться вверх. Во время своего подъема в объеме жидкости или газа они переносят тепло. Примером конвекции является процесс закипания воды в чайнике.
Излучение. Этот процесс передачи тепла происходит за счет испускания нагретым телом электромагнитного излучения различных частот. Солнечный свет — яркий пример излучения.

Понятие теплоемкости

Зная, что такое тепло, рассмотрим физическую величину, которая непосредственно его характеризует — теплоемкость. Под данным понятием в физике подразумевают количество теплоты, которое необходимо отдать телу или забрать у него, чтобы его температура изменилась на 1 кельвин (К).

Теплоемкость конкретного тела зависит от 2-х главных факторов:

от химического состава и агрегатного состояние, в котором представлено тело;
от его массы.

Чтобы эту характеристику сделать не зависящей от массы объекта, в физике тепла ввели другу величину — удельную теплоемкость, которая определяет количество переданного или взятого тепла данным телом на 1 кг его массы при изменении температуры на 1 К.

Чтобы наглядно показать различие в удельных теплоемкостях для разных веществ, можно для примера взять 1 г воды, 1 г железа и 1 г подсолнечного масла и нагревать их. Быстрее всего температура будет меняться для железного образца, затем для капли масла, и в последнюю очередь для воды.

Отметим, что удельная теплоемкость зависит не только от химического состава вещества, но и от его агрегатного состояния, а также от внешних физических условий, при которых она рассматривается (постоянное давление или постоянный объем).

А где позаимствовать? Где взять энергию? Откуда она вообще в природе берется?

Ну, за всю природу говорить пока рано, а вот откуда энергия на нашей планете, я скажу вам по секрету. В конечном счете от Солнца! Почти вся энергия, которой мы пользуемся – солнечная. Исключение – энергия земных недр, которую мы выковыриваем в виде полезных ископаемых. Например, топливо для атомных электростанций – ископаемый дар планеты. А вот энергия гидроэлектростанций имеет солнечную природу. Если б не было Солнца, все на планете вымерзло бы, не текли бы реки, а, значит, их течение не вращало бы турбины электростанций.

Энергия ветра, который крутит лопасти ветряков, – тоже солнечная в конечном итоге. Ведь Солнце нагревает атмосферу, отчего и случаются ветры, дожди, ураганы…

И пища, которую мы едим, – тоже дар звезды по имени Солнце. Потому как без света не могут расти растения, которые мы кушаем. Растениями питаются также животные, которых мы едим. Кушать было бы нечего без Солнца!

Первый закон термодинамики

Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, называется первым законом (началом) термодинамики.

Можно дать формулировку этого закона исходя из способов изменения внутренней энергии.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Если рассматривать работу самой системы над внешними телами, то закон может быть сформулирован так:

количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение системой работы над внешними телами:

Если система изолирована и над ней не совершается работа и нет теплообмена с внешними телами, то в этом случае внутренняя энергия не изменяется. Если к системе не поступает теплота, то работа системой может совершаться только за счет уменьшения внутренней энергии. Это значит, что невозможно создать вечный двигатель – устройство, способное совершать работу без каких-либо затрат топлива.

Первый закон термодинамики для изопроцессов

Изотермический процесс: \( Q=A’\,(T=const, \Delta U=0) \)Физический смысл: все переданное газу тепло идет на совершение работы.

Изобарный процесс: \( Q=\Delta U+A’ \)Физический смысл: подводимое к газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение газом работы.

Изохорный процесс: \( Q=\Delta U\,(V=const, A’=0) \)Физический смысл: внутренняя энергия газа увеличивается за счет подводимого тепла.

Адиабатный процесс: \( \Delta U=-A’ \) или \( A=\Delta U\,\mathbf{(Q=0)} \)Физический смысл: внутренняя энергия газа уменьшается за счет совершения газом работы. Температура газа при этом понижается.

Задачи об изменении внутренней энергии тел

Такие задачи можно разделить на группы:

При взаимодействии тел изменяется их внутренняя энергия без совершения работы над внешней средой.
Рассматриваются явления, связанные с превращением одного вида энергии в другой при взаимодействии двух тел. В результате происходит изменение внутренней энергии одного тела вследствие совершенной им или над ним работы.

При решении задач первой группы:

установить, у каких тел внутренняя энергия уменьшается, а у каких – возрастает;
составить уравнение теплового баланса \( (\Delta U=0) \), при записи которого в выражении \( Q =cm(t_2 – t_1) \) для изменения внутренней энергии нужно вычитать из конечной температуры тела начальную и суммировать члены с учетом получающегося знака;
решить полученное уравнение относительно искомой величины;
проверить решение.

При решении задач второй группы:

убедиться, что в процессе взаимодействия тел теплота извне к ним не подводится, т.е. действительно ли \( Q = 0 \);
установить, у какого из двух взаимодействующих тел изменяется внутренняя энергия и что является причиной этого изменения – работа, совершенная самим телом, или работа, совершенная над телом;
записать уравнение \( Q = \Delta U + A \) для тела, у которого изменяется внутренняя энергия, учитывая знак перед работой и КПД рассматриваемого процесса;
если работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии одного из тел, то \( А= -\Delta U \), а если внутренняя энергия тела увеличивается за счет работы, совершенной над телом, то \( A=\Delta U \);
найти выражения для \( \Delta U \) и \( A \);
подставить в исходное уравнение вместо \( \Delta U \) и \( A \) выражения для них, получить окончательное соотношение для определения искомой величины;
решить полученное уравнение относительно искомой величины;
проверить решение.

А что происходит, когда мы даем телу тепло?

Что мы делаем? Мы разгоняем его молекулы, сообщая им все большую и большую скорость.

То есть что такое тепло? Тепло – это и есть скорость молекул, составляющих тело!

Еще раз: тепло – это средняя скорость движения частичек тела. Чем выше температура, тем выше скорость молекул.

В холодном кирпиче молекулы еле шевелятся. В горячем уже энергично пихаются и активно толкаются локтями. Вот именно эти толчки мы, приложив руку к кирпичу, ощущаем, как тепло. Поняли? Молекулы активно барабанят по нашей ладони, а мы думает, что это «тепло». Никакого отдельного от физического тела «тепла» нет. Оно всего лишь – наши ощущения от скорости движения его молекул.

Чем больше скорость колебания молекул, тем горячее нам кажется. А чем меньше – тем холоднее. Но тогда получается, что должна быть предельно низкая температура, ниже которой уже и быть не может – когда молекулы тела уже практически не дрожат, а замерли в оцепенении.

Именно так! Это для высокой температуры пределов практически нет – внутри Солнца, например, температура достигает 20 миллионов градусов – вот как быстро там носятся частицы. А для низкой температуры предел есть, он называется Абсолютным нулем температуры. Существует даже температурная шкала, названная по имени британского ученого шкалой Кельвина, которая начинает свой отсчет от абсолютного нуля. Абсолютный нуль Кельвина по привычной нам шкале Цельсия составляет минус 273 градуса. Ниже температур не бывает.

Термическое равновесие

Это еще один важный вопрос, связанный с концепцией «тепло», который необходимо рассмотреть. Если два тела с разной температурой привести в контакт, то через некоторое время температура во всей системе выровняется и станет одинаковой. Для достижения термического равновесия тело с большей температурой должно отдать тепло в систему, а тело с меньшей температурой должно принять это тепло. Законы физики тепла, описывающие этот процесс, можно выразить в виде комбинации главного уравнения передачи тепла и уравнения, которое определяет изменение агрегатного состояния вещества (если таковое имеется).

Ярким примером процесса самопроизвольного установления термического равновесия является раскаленный железный брус, который брошен в воду. При этом горячее железо будет отдавать воде тепло до тех пор, пока его температура не станет равной температуре жидкости.

Тепло и температура

Зная ответ на вопрос, что такое тепло, многие могут подумать, что эта концепция аналогична понятию «температура», но это не так. Тепло — это кинетическая энергия, температура же — это мера этой энергии. Так, процесс передачи тепла зависит от массы вещества, от количества частиц, которые его составляют, а также от типа этих частиц и средней скорости их движения. В свою очередь температура зависит только от последнего из перечисленных параметров.

Отличие между теплом и температурой легко понять, если провести простой эксперимент: необходимо в два сосуда налить воду так, чтобы один сосуд был полный, а другой наполнен лишь наполовину. Поставив оба сосуда на огонь, можно наблюдать, что первым начнет кипеть тот, в котором меньше воды. Чтобы закипел второй сосуд, ему понадобиться еще некоторое количество тепла от огня. Когда оба сосуда будут кипеть, то можно измерить их температуру, она окажется одинаковой (100 oC), но при этом для полного сосуда понадобилось больше тепла, чтобы вода в нем закипела.

Изменение агрегатного состояния вещества

Как известно, существует 3 основных агрегатных состояния, в которых может находиться материя:

газ;
жидкость;
твердое тело.

Чтобы произошел переход из одного состояния в другое, необходимо телу сообщить либо отнять у него тепло. Для таких процессов в физике ввели понятия удельных теплот плавления (кристаллизации) и кипения (конденсации). Все эти величины определяют количество тепла, необходимого для изменения агрегатного состояния, которое выделяет или поглощает 1 кг массы тела. Для этих процессов справедливо уравнение: Q = L*m, где L — удельная теплота соответствующего перехода между состояниями вещества.

Ниже приведем основные особенности процессов изменения агрегатного состояния:

Эти процессы идут при постоянной температуре, например, температуре кипения или плавления.
Они являются обратимыми. Например, количество тепла, которое поглотило данное тело, чтобы расплавиться, будет точно равно количеству тепла, которое выделиться в окружающую среду, если это тело снова перейдет в твердое состояние.

Понятие теплоемкости

Теплоемкость конкретного тела зависит от 2-х главных факторов:

от химического состава и агрегатного состояние, в котором представлено тело;
от его массы.

Изменение агрегатного состояния вещества

Как известно, существует 3 основных агрегатных состояния, в которых может находиться материя:

газ;
жидкость;
твердое тело.

Ниже приведем основные особенности процессов изменения агрегатного состояния:

Эти процессы идут при постоянной температуре, например, температуре кипения или плавления.
Они являются обратимыми. Например, количество тепла, которое поглотило данное тело, чтобы расплавиться, будет точно равно количеству тепла, которое выделиться в окружающую среду, если это тело снова перейдет в твердое состояние.