Energia wewnętrzna i temperatura, przekazywanie ciepła

Playlista:Zjawiska cieplne

Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Facebook YouTube

Z tego filmu dowiesz się:

  • czym jest temperatura i co oznacza równowaga termiczna,
  • jak posługiwać się skalami temperatur (Celsjusza, Kelvina, Fahrenheita),
  • jak przeliczać temperaturę w stopniach Celsjusza na temperaturę w kelwinach i odwrotnie,
  • jaki jest związek między temperaturą a średnią energią kinetyczną (ruchu chaotycznego) cząsteczek.

Podstawa programowa

Autorzy i materiały

Wiedza niezbędna do zrozumienia tematu

Aby w pełni zrozumieć materiał zawarty w tej playliście, upewnij się, że masz opanowane poniższe zagadnienia.

Udostępnianie w zewnętrznych narzędziach

Korzystając z poniższych funkcjonalności możesz dodać ten zasób do swoich narzędzi.

Kliknij w ikonkę, aby udostępnić ten zasób

Kliknij w ikonkę, aby skopiować link do tego zasobu

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.
Obił Ci się może o uszy skrót KERS? To system odzyskiwania energii kinetycznej pojazdów zwany inaczej hamowaniem rekuperacyjnym. Aż dziwne, że po raz pierwszy wprowadzono go dopiero w 2009 roku w Formule 1. Przecież podczas każdego hamowania energia kinetyczna pojazdu jest marnowana. Tracona w postaci ciepła. Tymczasem można ją przechwycić i zmagazynować, a następnie wykorzystać do zasilania samochodowych urządzeń a nawet elektrycznego silnika. W tym filmie dowiesz się co ma wspólnego ciepło z energią. Na pewno nieraz zdarzyło Ci się poparzyć język pijąc gorącą herbatę. Ale zimną to Ci się nie zdarza, prawda? Zastanawiało Cię kiedyś, dlaczego? Temperatura każdego ciała a zatem także herbaty związana jest z energią kinetyczną tworzących ją cząsteczek. Te cząsteczki poruszają się tym żwawiej im temperatura ciała jest wyższa. Energię cząsteczek możemy zatem zwiększać dostarczając energii z zewnątrz. Co się w takim razie dzieje z cząsteczkami kiedy herbata stygnie? W skrócie można by powiedzieć że oddają swoją energię otoczeniu. Powietrzu, ściankom kubka a także twojemu językowi który takiej ilości energii w krótkim czasie nie może wytrzymać i ulegnie poparzeniu. W efekcie ich energia kinetyczna maleje zaczynają zwalniać. My to obserwujemy jako spadek temperatury. Pokazaliśmy tu dwie sytuacje gdy energia jest dostarczana z zewnątrz i gdy jest na zewnątrz oddawana. A co, gdy nie zachodzi żaden z tych procesów? Temperatura pozostaje stała. Miarą energii wewnętrznej ciała lub układu jest temperatura. Tak, ta sama którą mama mierzy Ci gdy źle się czujesz. Ta sama, która gdy spojrzysz na termometr za oknem mówi Ci czy wychodząc z domu musisz założyć sweter czy wystarczy lekka koszulka. Aby lepiej zrozumieć zależność między temperaturą, a energią wewnętrzną przenieśmy się na chwilę do przedszkola. W jednej z przedszkolnych salek bawią się pełne energii dzieci. Biegają, gonią się, skaczą. Mimo iż niektóre poruszają się nieco szybciej, a inne chwilami siedzą to średnio ich prędkość jest jednak imponująca. W drugiej, większej salce bawi się inna liczniejsza grupa. Poziom energii dzieciaków jest w niej taki sam, czyli temperatura ich zabawy jest identyczna. Gdybyśmy jednak chcieli policzyć ile energii jest w każdej z salek sumując energię poszczególnych dzieci w salce, gdzie tych dzieci jest więcej energii także będzie więcej. Kiedy po jakimś całkiem długim czasie dzieci się zmęczą średnia ich prędkość w każdej z salek spadnie czyli spadnie temperatura zabawy. Przekładając zabawę przedszkolaków na język fizyki z dwóch ciał o takiej samej temperaturze większe będzie mieć większą energię wewnętrzną bo tworzy je więcej cząsteczek poruszających się z daną energię kinetyczną. Oznacza to, że choć temperatura zależy od energii wewnętrznej danego ciała, to nie zawsze większa ilość energii oznacza wyższą temperaturę. Na przykład, w dwóch szklankach z taką samą ilością wody o tej samej temperaturze mamy taką samą ilość energii wewnętrznej. Jeśli w jednej ze szklanek temperatura będzie niższa to energia wewnętrzna także będzie niższa. Jeśli jednak weźmiemy wiadro i szklankę napełnione wodą o tej samej temperaturze to energia wewnętrzna wody w wiadrze będzie większa, ponieważ w wiadrze jest dużo więcej cząsteczek choć poruszają się one tu i tu z tą samą średnią energią kinetyczną. Podsumowując temperatura to skalarna wielkość fizyczna będąca miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek lub atomów danego ciała. Jednostką temperatury w układzie SI jest kelwin. Energia wewnętrzna jest natomiast sumą energii wszystkich poszczególnych atomów czy cząsteczek w danym ciele. Wiemy już czym dla fizyków jest temperatura, ale jak ją zmierzyć? Prostym i znanym od wieków sposobem jest termometr. Termometry rtęciowe zawdzięczamy urodzonemu w Polsce Danielowi Fahrenheitowi który jest również twórcą używanej do tej pory w wielu krajach skali temperatur nazywanej jego nazwiskiem. Dzisiejsze termometry działają na zupełnie innej zasadzie. Obecnie pomiarów dokonuje się najczęściej bezdotykowo drogą elektroniczną. Tych rtęciowych już nawet nie wolno używać. W naszej części świata najczęściej korzystamy ze skali Celsjusza. Do mierzenia temperatury w różnych sytuacjach używamy termometrów o odmiennych zakresach. W kuchni można zmierzyć temperaturę przyrządzanej potrawy na przykład pieczeni w piekarniku. Taki termometr musi mieć spory zakres temperatur. Na przykład od zera do dwustu pięćdziesięciu stopni Celsjusza. Z kolei temperaturę ludzkiego ciała mierzymy termometrem lekarskim który ma wąski zakres temperatury ale za to mierzy ją z dokładnością do 0,1 stopnia. Skala Kelwina jest określana jako skala bezwzględna, gdyż zero określa na niej najniższą teoretycznie możliwą temperaturę w przyrodzie. Najniższa temperatura, to temperatura w której ustaje ruch cząsteczek. Lód topi się w temperaturze 273 kelwinów co odpowiada zeru na skali Celsjusza i trzydziestu dwóm stopniom na skali Fahrenheita. Temperatura wrzenia wody to 373 kelwiny czyli 100 stopni Celsjusza i 212 stopni Fahrenheita. Skala Kelwina i Celsjusza podzielone są na takie same równe odcinki. Oznacza to, że przyrost temperatury w obu skalach jest taki sam. Dlatego, aby uzyskać temperaturę w skali Kelwina, wystarczy do temperatury w skali Celsjusza dodać liczbę 273. Aby uzyskać temperaturę w skali Celsjusza należy od temperatury w skali Kelwina odjąć liczbę 273. Z Fahrenheitem jest trochę trudniej. W tej skali stopnie są mniejsze przez co dokładniejsze. Dlatego obowiązuje dość karkołomny przelicznik który widzisz na planszy. No dobrze, ale co tak naprawdę mierzy termometr? Wydaje nam się, że temperaturę obserwowanego ciała na przykład wody w czajniku, czy układu na przykład otoczenia za oknem. Ale czy rzeczywiście? Okazuje się, że nie. Termometr i to każdy mierzy tylko tę energię która zostaje mu oddana przez ciało czyli swoją własną temperaturę. Wiemy to stąd że aby zmierzyć temperaturę ciała należy zbliżyć do niego lub wręcz przyłożyć termometr. Ciało przekazuje energię wewnętrzną termometrowi w formie ciepła tak długo, aż temperatury ciała i termometru wyrównają się. O sposobach przekazywania ciepła porozmawiamy sobie w innych filmach. A teraz zadanie dla Ciebie. Karol był przeziębiony i leżał w łóżku. Zmierzył swoją temperaturę. Termometr umieszczony pod pachą wskazał 37 stopni Celsjusza. Jaką temperaturę wskazałby termometr wyskalowany w kelwinach? Rozwiąż to zadanie, a potem sprawdź czy masz taki sam wynik jak ja. Aby uzyskać temperaturę w skali Kelwina należy do temperatury w skali Celsjusza dodać liczbę 273. Gdy do liczby 37 dodamy 273 to uzyskamy 310 kelwinów. Wiesz już co wspólnego ma ciepło z energią. Aby utrwalić tę wiedzę, podam Ci jeszcze jeden życiowy przykład. Gdy jedziesz na rolkach mają one pewną energię kinetyczną związaną z ruchem. Podczas hamowania energia kinetyczna rolek i Ciebie wraz z nimi maleje. Więcej o tych zależnościach dowiesz się oglądając nasze filmy z działu kinematyka. Ale przecież zgodnie z zasadą zachowania energii energia nie może zniknąć. Co najwyżej zmienia swoją postać. Co zatem dzieje się z energią kinetyczną podczas hamowania i w co się ona zmienia? Jeśli tuż po zahamowaniu dotkniesz rolkowych hamulców poczujesz że są one ciepłe. To właśnie w ciepło zmieniła się energia kinetyczna ruchu. To ciepło można zmierzyć jakimś termometrem. Ciepło to energia która zwykle się marnuje znika, ale tak naprawdę nie znika tylko podgrzewa otoczenie. Energia wewnętrzna ciała to suma energii kinetycznych wszystkich jego cząstek. Miarą energii wewnętrznej ciała lub układu jest temperatura. Mierzymy ją termometrem. Najniższa teoretycznie możliwa temperatura to zero kelwinów i nosi ona nazwę zera bezwzględnego. W tej temperaturze ustaje wszelki ruch cząstek. Pozostając w temacie żegnam się ciepło i zapraszam na inne równie rozgrzewające filmy z tej playlisty.

Ćwiczenia

Interaktywne ćwiczenia związane z tą wideolekcją.

Materiały dodatkowe

Inne zasoby do wykorzystania podczas zajęć z tego tematu.

Lista wszystkich autorów


Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka

Grafika podsumowania: Agnieszka Opalińska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński


Produkcja

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie


redesparatorpes (Licencja Pixabay)
tianderomania8880 (Licencja Pixabay)
Gustavo Fring (Licencja Pexels)
1258271 (Licencja Pixabay)
Taryn Elliott (Licencja Pexels)
eskapatours (Licencja Pixabay)
Anna Korecká (Licencja Pixabay)
Memed_Nurrohmad (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
6689062 (Licencja Pixabay)
josephredfield (Licencja Pixabay)
gustavorezende (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
Ekaterina Bolovtsova (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Da_Vid_Acre (Licencja Pexels)
Amir_iMani (Licencja Pixabay)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
geralt (Licencja Pixabay)
Menchi (CC BY-SA)
Brak autora (Domena publiczna)
Iamvered (CC BY)
David Vasquez (CC BY-SA)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Olof Arenius (Domena publiczna)
Pavel Ševela (CC BY-SA 3.0)
Polina Tankilevitch (Licencja Pexels)
Anna Urlapova (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
gtuignatov (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
Wuhazet - Henryk Żychowski (CC BY)
MilanWulf (Licencja Pixabay)
Shaun_F (Licencja Pixabay)
Liggliluff (CC BY-SA)
Freepik (Licencja Flaticon)
photo3idea_studio (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
Flat Icons (Licencja Flaticon)
PaliGraficas (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
NickyPe (Licencja Pixabay)
Concord Consortium (CC BY 4.0)
Katalyst Education (CC BY)