I hőelmélet: hőmérséklet, abszolút nulla, vezetőképesség és még sok más
A melegnek detonáló hatása van, növeli a véráramlást, fájdalomcsillapító hatású, krónikus, inaktív gyulladás esetén gyakran gyulladáscsökkentő. Az izomtónust csökkenti a melegség és a tartós hideg. A hőterápia különböző hőkezelések alkalmazása a beteg számára. De mit is jelent pontosan a „meleg”? Hogyan melegszik a test, hogyan szállítja a hő?
hőfok
A hőmérséklet olyan fizikai mennyiség, amelyből kijelentéseket lehet tenni az anyagok következő tulajdonságairól:
- Hőegyensúly - Ha két test hőmérséklete azonos, akkor nincs hőcsere közöttük. Ha a hőmérséklet különbözik, a hő a melegebbtől a hidegebb testig áramlik, amíg ki nem alakul az egyensúly.)
- Meg kell mérni a gázokban lévő átlagos kinetikus energiát
- A hőmérséklet-függő anyagok tulajdonságai - példák: az anyagok hőtágulása, sűrűsége, elektromos ellenállása
A hőmérséklet alapegységét (Si egység) Kelvinben [K] adják meg. A ° C azonban az európai országokban is gyakori. Ez megfelel a 1 ° C = 274,15 K.
A Celsius-skála létrehozásakor Anders Celsius csillagász rögzített pontokat határozott meg. Azt mondta, hogy 0 ° C-on a tiszta víz forráspontja, 100 ° C-on pedig a tiszta jég olvadáspontja. A fagyás és a forráspont megfordulását csak halála után határozták meg, és ez adja az alapot a mai hőmérsékleti mérésekhez.
Az abszolút nulla
A definíció szerint az abszolút nulla a még mindig mérhető legalacsonyabb hőmérséklet, és nulla Kelvin (= -273,15 ° C). Az elmélet szerint minél lassabban mozognak benne a részecskék, annál hűvösebbé válik a gáz. Abszolút nulla esetén a részecskék mozgása nulla. Tehát az abszolút hőmérsékleti skálán (Kelvin-skála) nem lehet negatív hőmérsékletet elérni.
A gázok hőállapotegyenletei
Ideális gázok esetén arányos a nyomás és a hőmérséklet. A következő törvények két mennyiség kapcsolatát írják le, míg a többi érintett mennyiség állandó marad:
Boyle-Mariotte törvénye
Ha a nyomást ideális gázra növeljük, akkor a gáz térfogata állandó hőmérséklet és anyagmennyiség mellett csökken, vagy a nyomás fordítottan arányos a térfogattal:
Gayle-Lussac törvénye
Az ideális gázok térfogata arányos a hőmérséklettel, feltéve, hogy az anyag mennyisége és a nyomás állandó.
Amontoni törvény
Ha ideális gázt melegítenek, a nyomás növekszik, amikor lehűl, a nyomás csökken.
Hőtágulási együttható
Különböző anyagok eltérően tágulnak, amikor a hőmérséklet emelkedik. A felelős hatás a hőtágulás. Ez nem mindig történik egységesen, és fel van osztva:
Lineáris hőtágulási együttható
Ez azt a hosszúságváltozást jelzi, amellyel a szövet megváltozik a teljes hosszához képest.
α | Lineáris tágulási együttható [10 -6/K] 20 ° C-on |
L. | Hossz [m] |
ΔL | Hosszváltozás [m] |
ΔT | Hőmérsékletváltozás [K] |
Térfogatspecifikus tágulási együttható/köbös tágulási együttható
Jelzi a test térfogatának változását a teljes térfogathoz képest, amikor egy Kelvin felmelegíti.
γ | Köbös tágulási együttható [10-3/K] 20 ° C-on |
V0 | Mennyiség melegítés előtt [m³] |
8V | A térfogat változása [m³] |
5T | Hőmérsékletváltozás [K] |
Hőmérsékletmérés
A különböző anyagtulajdonságok hőmérsékletfüggése miatt ezek a függő változók használhatók a hőmérséklet mérésére:
Folyékony hőmérő
A folyadék - általában higany vagy színes alkohol - egy vékony csőben van, amelyhez mérleg van csatlakoztatva. A hőmérsékletet a folyadék melegítésénél vagy lehűtésénél a táguláson és a térfogat csökkenésén keresztül lehet mérni. A víz nem alkalmas a víz úgynevezett rendellenességei miatt.
Gázhőmérő
A folyékony hőmérőhöz hasonló vékony csőben van egy csepp higany, amely lezárja azt a teret, amelyben egy gáz található. Ez a gáz melegítéskor tágul, vagy hűlve csökken a térfogata.
Bimetál hőmérő
A hőtágulás tágulása anyagonként változik. A mutatóhoz két különböző fémből álló spirális bimetálcsík van rögzítve. Melegítéskor a két fém eltérően tágul, ami a mutató elhajlását okozza.)
Elektronikus hőmérő/ellenállás hőmérő
Az elektromos ellenállások hőmérsékletfüggése, különösen a félvezető anyagoknál, nagyon magas. Az alábbiak érvényesek: Az NTC termisztor ellenállása csökken a hőmérséklet emelkedésével. Az ellenállás csökkentése növeli az áramáramot, ami megadja a hőmérséklet-változás mértékét.
Hőfestékek
Az úgynevezett termikus színek bizonyos hőmérséklet-változásokkal megváltoztatják színüket vagy fényt bocsátanak ki.
melegség
A hőmérséklet növekedése a legkisebb részecskék mozgási energiájának növekedését okozza. A felmelegedés az energia hozzáadását, a hűtés az energia eltávolítását jelenti.
A hő az energia speciális formája. Az energiamegmaradás törvénye szerint a belső energiát csak más típusú energia átalakításával lehet megszerezni. Például mechanikai, elektromos, kémiai vagy nukleáris energiából.
Jegyzet: Az energia nem veszhet el, csak az egyik energiaformából alakulhat át a másikba. (Lásd a Mechanika I cikket)
A hőt és a belső energiát egyenértékűnek kell tekinteni a többi energiaformával, és legalább részben átalakítani egymásba.
A test által elnyelt hő arányos a test tömegével és hőmérsékletének változásával. A fajlagos hőkapacitás általában azt a hőmennyiséget jelzi, amely egy kilogramm anyag felmelegítéséhez szükséges egy kelvin által. Kaloriméterrel meghatározható a fajlagos hőkapacitás, vagyis a test hőváltozása és ezáltal annak belső kinetikus energiája (hőáramlású kaloriméter, hőegyensúly kaloriméter, adiabatikus kaloriméter).
A hő kiszámítását a következőképpen határozzuk meg:
A test által elnyelt vagy kibocsátott hő megegyezik a fajlagos hőteljesítmény, a test tömegének és a hőmérséklet-különbség szorzatának.
Hőteljesítmény
Ha egy hőforrás egy bizonyos mennyiségű hőt szolgáltat egy bizonyos időintervallumban, akkor hővezetése a hő és az időintervallum hányadosa:
Hőáramlás
A hőt háromféle módon lehet átvinni: Hővezetés, hőáramlás (konvekció) és hősugárzás révén. A hő az egyik testből egy hidegebbbe kerül.
Ha egy testet egy ponton melegítenek, a folyadék sűrűsége ezen a ponton csökken a hőmérséklet növekedése következtében. A felhajtóerő miatt a folyadék felmelegedett része felfelé emelkedik, és a folyadék hidegebb része lefelé süllyed. Ez teljes mennyiségű folyadék szállításához vezet, amelyek hőenergiát visznek magukkal.
Az embereknél a következő négy mechanizmus révén még állandó hőcsere is zajlik a környezetükkel.
Vezetés (hőátadás közvetlen érintkezés útján)
Itt a hő magasabb hőmérsékletű helyekről vándorol alacsonyabb hőmérsékletű szomszédos (szomszédos) helyekre. Az átvitel a kinetikus energia molekuláról molekulára történő továbbításával történik.
Konvekció (hőcsere közeggel (levegő, víz))
A részecskék folyadékokban és gázokban való mozgását konvekcióként is definiálják. Az emberi hőszabályozás összefüggésében fontos tényező a testhő felszabadulásában.
A konvekciós transzport szállítja a vérgázokat a testen keresztül a véráramláson keresztül.
Sugárzás (elektromágneses hullámokból származó hősugárzás)
Ha a hőenergiát egy melegebb testből egy hidegebbbe szállítják közbenső közeg bevonása nélkül, akkor hősugárzásról beszélünk. A hősugarak nemcsak a fénykibocsátó meleg testekből származnak, hanem a nem fénykibocsátó testekből is, amint saját hőmérsékletük magasabb, mint a környezeti hőmérséklet. Ha a hősugarak alacsonyabb hőmérsékleten érik a testet, akkor felmelegítik.
Párologtatás (hőveszteség párolgással)
A párolgás a bőrön keresztül izzadság formájában történik.
A termodinamika fő törvénye
W. | elvégzett munka [J] |
H | Entalpia [J] |
U | belső energia, egységek nélkül |
o | nyomás |
V | hangerő |
A gáz állapotát a nyomás, térfogat és hőmérséklet három állapotváltozó jellemzi. A két vagy az összes állapotváltozó változását állapotváltozásnak nevezzük. A belső energia világosan meghatározott értéke a rendszer minden állapotához tartozik. Ehhez a termodinamika első törvényét használják. Az alábbiak érvényesek:
Ha Q a szolgáltatott hőenergia, W az elvégzett mechanikai munka és ΔU a belső energia változása, akkor:
Ideális gázok esetén a mechanikai munka térfogatváltozást okoz. A szállított hőenergia a belső energia növekedéséhez és a térfogat növekedéséhez vezet. A rendszerben jelen lévő teljes energiát belső energiának nevezzük. Ez egy olyan állapotfüggvény, amely csak a nyomás, térfogat és hőmérséklet változók állapotától függ. A belső energia változását csak a kezdeti és a végső állapot határozza meg.
A belső energia, valamint a nyomás és a térfogat szorzatának összegét entalpiának nevezzük. A nyomás és a térfogat szorzata megfelel az elmozdulás munkájának:
Vezetés
Mivel a hővezetés különösen fontos téma az orvostudományban, erről ebben a fejezetben lesz szó részletesebben.
A hőátadás legegyszerűbb típusa a hővezetés. Mint már említettük, ez a szomszédos anyagokon keresztül történik, amelyek közül a melegebb anyag energiáját átadja a hidegebbnek.
A hővezetés kizárólag az anyagban megy végbe, és hőmérsékleti gradiens szükséges. Különböző anyagok hővezető képessége eltérő. Ezt a hővezető képességet a hővezető együttható fejezi ki. A hővezetési együttható azt a hőmennyiséget jelzi, amely időegységenként áramlik át egy olyan kockán, amelynek élhossza 1 m két ellentétes oldalfelület között, amelyek között egy Kelvin hőmérséklet-különbség van. A kocka többi felületének teljesen át kell eresztenie a hőt.
Az anyagok hővezető képessége egy adott anyaghoz viszonyítva is megmutatható. Ezután megkapjuk a relatív vezetőképességet.
A fémek általában jó hővezetők. A rossz hővezetők gázok, gyapjú, papír és még sok más. Ezeket a rossz hővezetőket hőszigetelő anyagként használják.
Az orvostudományban különböző hőterápiákat alkalmaznak a mozgásszervek működésének javítására és fenntartására, az izmok megerősítésére és ellazítására, a trófeák javítására vagy a fájdalom enyhítésére.
Népszerű vizsgakérdések a termodinamikáról
A megoldások a referenciák alatt találhatók.
1. Legyen egy gőz folyadékával (dinamikus) egyensúlyban. Ennek a gőznek az izotermái vízszintes vonalak a p-v diagramban, mert egy folyadék gőznyomása csak a hőmérséklettől függ.
- Az 1. állítás helyes, a 2. állítás helyes, az összekapcsolás helyes
- Az 1. állítás helyes, a 2. állítás helyes, az összekapcsolás hibás
- Az 1. állítás helyes, a 2. állítás hamis, link nem lehetséges
- Az 1. állítás hibás, a 2. állítás helyes, link nem lehetséges
- Az 1. állítás hamis, a 2. állítás hamis, link nem lehetséges
2. Mekkora a két hőmérséklet t1 = 127 ° C és t2 = 47 ° C értéke, a hozzájuk tartozó abszolút hőmérsékletek T2/T1 aránya?
- 1/3
- 4/5
- 5/4
- 5.
- egyik érték sem érvényes
3. 2 liter víz (cVíz = 4,2 kJ * K -1 * kg -1) T = 20 ° C és T = 40 ° C közötti hőmérsékletének felmelegítéséhez a következőkre van szüksége:
- 42 kJ
- 84 kJ
- 168 kJ
- 336 kJ
- 420 kJ
dagad
Gonsior, Physik für Mediziner, Schattauer Verlag, 1994, 2. kiadás
Seibt, Physik für Mediziner, Springer Verlag, 2009, 6. kiadás
Bevezetés a fizikába I., forgatókönyv, O. von der Lühe és U. Landgraf
Helyes válaszok: 1A (gőznyomás görbe), 2C (az abszolút hőmérsékletet a Celsius-hőmérséklet alapján számoljuk 273 K hozzáadásával), 3C (két liter víz 2 kg tömegnek felel meg)
- A felmérés eredményei A vegánok ritkán fogyasztanak húspótlót Táplálkozási kommunikáció; több
- Hogyan érhet el még többet a megfelelő étrenddel az EMS edzés során - 3. rész Vitaminok
- Hogyan nyújthat több energiát a nyers étel; Germest
- Sono Styler; Elena Beauty; Több; Coburg
- Citromfű tea készítés, hatások; Több