Količina toplote i toplotna ravnoteža

 

Zagrejana tela predaju toplotu hladnijim telima koja ih okružuju. Pri tome, temperatura tela koje otpušta toplotu opada, dok temperatura tela koje prima toplotu raste. Na primer:

a) metalna kašičica u vrućem čaju – toplota se brzo prenosi sa čaja na kašičicu;

b) šerpa sa vodom na šporetu;

c) toplota peći prostire se po celoj prostoriji.

Toplota je onaj deo unutrašnje energije koji se sa toplijeg tela prenosi na hladnije telo. Energija koju telo otpusti ili primi u procesu toplotne razmene naziva se količina toplote. Prilikom toplotne razmene dolazi do promene temperature, što znači da količina toplote zavisi od promene temperature. Ukoliko nema razlike temperatura (kao razlike potencijala), neće biti razmene energije, pa ni razmene toplote.

Količina toplote koju jedno telo predaje drugim telima ne može se proceniti samo na osnovu njegove temperature. Ona zavisi i od mase tela i vrste supstance. Ako se, na primer, dve različite količine vode iste početne temperature zagrevaju u dva suda pod jednakim uslovima, nakon istog vremena manja količina vode imaće veću temperaturu od veće količine vode. To znači da ako se većoj masi želi povisiti temperatura isto kao i manjoj masi, onda se veća masa mora duže zagrevati (pod istim uslovima). Takođe, iz iskustva je poznato da ako se zagrevaju isto vreme, komad metala će se zagrejati do znatno više temperature nego voda čija je masa jednaka masi tog metala. To se dešava zbog toga što metal ima znatno veću termičku provodnost nego voda.

Količina toplote označava se velikim slovom Q. Kao i druge vrste energije, meri se džulima [J].

Q = m · c · (T2T1) [J]

gde je:

m [kg] – masa

c [J∕kgK] – specifični toplotni kapacitet

• (T2T1) [K] – promena temperature

Količina toplote koju telo prima pri zagrevanju ili otpušta pri hlađenju zavisi od mase tog tela, specifičnog toplotnog kapaciteta i promene temperature.

Specifični toplotni kapacitet zavisi od vrste supstance. Na primer, zemlja ima manji specifični toplotni kapacitet od vode (oko 4,5 puta) – kopno se leti brže zagreva od mora, dok se zimi brže hladi. Specifični toplotni kapacitet supstance brojno je jednak količini toplote koja je potrebna za zagrevanje 1 kg te supstance za 1 K.

032616_1836_Kolicinatop1.png

032616_1836_Kolicinatop2.png

U sistemu od dva ili više tela vrši se razmena toplote tako da je količina toplote koju predaje telo sa višom temperaturom jednaka količini toplote koju prima telo sa nižom temperaturom. Jednačina toplotnog bilansa glasi:

Q1 = Q2

gde je:

Q1 – količina toplote koju predaje telo sa višom temperaturom

Q2 – količina toplote koju prima telo sa nižom temperaturom

Toplota prelazi sa toplijeg na hladnije telo sve dok oba tela ne dostignu istu temperaturu. To znači da se posle toplotne razmene oba tela nalaze na istoj temperaturi:

m1 · c1 · (TT1) = m2 · c2 · (T2T)

Deo unutrašnje energije može se preneti sa jednog tela na drugo – energija prelazi sa jednog tela na drugo ili se pretvara iz jednog oblika u drugi. Pošto je toplota vid energije, onda se zakon održanja mehaničke energije može proširiti i na toplotnu energiju.

Zakon održanja energije: energija se ne može uništiti niti stvoriti iz ničega, već samo prelazi iz jednog oblika u drugi ili sa jednog tela na drugo.