Тепловые явления: виды, признаки и примеры в физике

В далеком 1620 году великий английский философ и ученый Френсис Бекон, размышляя о физической природе тепла, впервые предположил, что теплота имеет связь с движением. Мы все можем это наблюдать воочию на простом примере – при нагревании воды до определенной температуры (100 С) она начинает кипеть. Происходит это из-за того, что с повышением температуры ускоряется движение молекул в воде (как впрочем, и в любом другом веществе). То есть Френсис Бекон был абсолютно прав в своих догадках, которые позднее подтвердили и многие другие ученые, а в физике появился большой раздел, называемый термодинамикой, который собственно и изучает тепловые явления, их суть и природу. О значении тепловых явлений в физике мы поговорим в нашей статье.

Общие сведения и примеры

Мы все с вами порой сами того не подозревая являемся свидетелями тепловых явлений в той или иной форме. Например, когда готовим себе чай или завариваем кофе. Такие природные явления как выпадение снега или дождя, образование росы, замерзание водоемов и образование льда также прямо связаны с изменениями температуры и определенными тепловыми движениями. Теперь давайте дадим общее определение того, что представляют собой тепловые явления.

Итак, тепловые явления это все физические процессы, происходящие с материальными телами под воздействием температуры.

Роль в природе

Роль тепловых явлений в природе сложно переоценить, так как появление жизни на Земле неразрывно связано с главным источникам тепла – Солнцем. И любое изменение температуры имеет огромное влияние и на окружающую среду нашей планеты и как следствие на всю эволюцию жизни на Земле.

Признаки и виды

Есть два главных признака тепловых явлений, причем второй признак является следствием первого:

1. Изменение температуры.
2. Изменение агрегатных состояний вещества.

Ярким примером второго признака является испарение жидкостей, которые при нагревании переходят в газообразное состояние. Или наоборот когда при охлаждении вода замерзает и превращается в твердый лед, также происходит изменение агрегатного состояние вещества под действием тепловых явлений.

В целом в физике к тепловым явлениям относятся следующие процессы:

• Повышение температуры (нагревание).
• Понижение температуры (охлаждение).
• Парообразование, когда из-за нагревания жидкость превращается в пар.
• Кипение, по сути, тоже парообразование, но происходящее с большой интенсивностью.
• Испарение, представляет собой фазовый переход жидкости в газообразное состояние. Об этом явлении на нашем сайте есть отдельная подробная статья. От кипения отличается тем, что происходит постоянно даже при невысоких температурах. К примеру, вода в стакане воды при комнатной температуре также испаряется, но медленно и незаметно, но если мы станем эту воду из стакана нагревать на газу, то испарение увеличится, начнется парообразование, а затем и кипение.
• Плавление – фазовый переход твердого вещества в жидкое под действием температуры. В промышленности, к примеру, плавят некоторые металлы, чтобы можно было легко придать им ту или иную форму.
• Сгорание – в физическом смысле представляет процесс перехода твердых веществ в газообразное состояние.
• Кристаллизация – обратное явление, когда под действием охлаждения жидкие вещества становятся твердыми, то есть замерзают. Яркий пример – образование льда зимой.

Различные тепловые явления не только изучаются на уроках физики, но и порой активно применяются на практике в разных жизненных ситуациях. Например, при прокладке железнодорожных рельсов делается специальный зазор, так званный рельсовый стык. Делается он для того, чтобы обеспечить перемещение конца рельса при температурном удлинении/укорочении рельса.

Формулы тепловых процессов

Все процессы изменения температуры, как и процессы перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое можно описать специальными формулами. Часто в таких формулах существует такая величина как теплоемкость, что же она собой представляет? Теплоемкость – то количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть вещество на один градус. Причем важно заметить, что теплоемкость это именно характеристика самого вещества, а не теплоты, так как разные вещества и нагреваться могут по-разному, как и по-разному замерзать, и если мы говорим о жидкостях, то иметь разные температуры кипения.

Q = C × m × △t

Эта формула описывает связь массы тела, его теплоемкости и температуры, по сути это математическое описание любого физического процесса нагревания или охлаждения. Q – это обозначение количества теплоты, С – теплоемкость тела, m – его масса, △t — разность температур.

Но для процессов, происходящих со сменой агрегатного состояния вещества будут свои формулы:

Q = λ × m

Лямбда λ в этой формуле это удельная теплота плавления. Об удельной теплоте плавления на нашем сайте также есть отдельная подробная статья, переходите по ссылке, чтобы ознакомится детальнее.

Q = L × m

Эта формула описывает процесс парообразование, L здесь представляет удельную теплоту парообразования.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора