1.2: Joto na Msawazo wa joto
- Page ID
- 175717
Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:
- Eleza joto na ueleze kwa usahihi
- Eleza usawa wa mafuta
- Eleza sheria ya zeroth ya thermodynamics
Joto ni la kawaida kwa sisi sote. Tunaweza kujisikia joto kuingia miili yetu kutoka jua la majira ya joto au kutoka kahawa ya moto au chai baada ya kutembea kwa majira ya baridi. Pia tunaweza kujisikia joto na kuacha miili yetu tunapohisi baridi ya usiku au athari ya baridi ya jasho baada ya zoezi.
Joto ni nini? Je, tunafafanuzaje na ni jinsi gani inahusiana na joto? Je! Ni madhara gani ya joto na inapitaje kutoka sehemu kwa mahali? Tutaona kwamba, licha ya utajiri wa matukio, seti ndogo ya kanuni za kimwili za msingi huunganisha masomo haya na huwaunganisha kwenye maeneo mengine. Tunaanza kwa kuchunguza joto na jinsi ya kufafanua na kupima.
Joto
Dhana ya joto imebadilika kutokana na dhana ya kawaida ya moto na baridi. Ufafanuzi wa kisayansi wa joto unaelezea zaidi kuliko hisia zetu za moto na baridi. Kama unaweza kuwa tayari umejifunza, wingi wa kimwili hufafanuliwa tu kwa jinsi wanavyozingatiwa au kupimwa, yaani, hufafanuliwa kwa uendeshaji. Joto hufafanuliwa kama wingi wa kile tunachopima na thermometer. Kama tutakavyoona kwa undani katika sura ya baadaye juu ya nadharia ya kinetic ya gesi, joto ni sawia na nishati ya wastani ya kinetic ya tafsiri, ukweli ambao hutoa ufafanuzi zaidi wa kimwili. Tofauti katika joto kudumisha uhamisho wa joto, au joto transfe r, katika ulimwengu. Uhamisho wa joto ni harakati ya nishati kutoka sehemu moja au nyenzo hadi nyingine kama matokeo ya tofauti katika joto. (Utajifunza zaidi kuhusu uhamisho wa joto baadaye katika sura hii.)
Msawazo wa joto
Dhana muhimu kuhusiana na joto ni usawa wa joto. Vitu viwili viko katika usawa wa mafuta ikiwa ni karibu na mawasiliano ambayo inaruhusu ama kupata nishati kutoka kwa mwingine, lakini hata hivyo, hakuna nishati ya wavu inayohamishwa kati yao. Hata wakati hawajawasiliana, wao ni katika usawa wa mafuta ikiwa, wakati wanawasiliana, hakuna nishati ya wavu inayohamishwa kati yao. Ikiwa vitu viwili vinaendelea kuwasiliana kwa muda mrefu, kwa kawaida huja kwa usawa. Kwa maneno mengine, vitu viwili katika usawa wa mafuta havibadilishana nishati.
Majaribio, kama kitu A ni katika usawa na kitu B, na kitu B ni katika usawa na kitu C, basi (kama unaweza kuwa tayari guessed) kitu A ni katika usawa na kitu C. Taarifa hiyo ya transitivity inaitwa sheria ya zeroth ya thermodynamics. (Nambari “zeroth” ilipendekezwa na mwanafizikia wa Uingereza Ralph Fowler katika miaka ya 1930. Sheria ya kwanza, ya pili, na ya tatu ya thermodynamics tayari iliitwa na kuhesabiwa basi. Sheria ya zeroth ilikuwa mara chache imetajwa, lakini inahitaji kujadiliwa mbele ya wengine, hivyo Fowler aliipa idadi ndogo.) Fikiria kesi ambapo A ni thermometer. Sheria ya zeroth inatuambia kwamba ikiwa A inasoma joto fulani wakati wa usawa na B, na kisha huwekwa katika kuwasiliana na C, haiwezi kubadilishana nishati na C; kwa hiyo, kusoma kwake joto kutabaki sawa (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kwa maneno mengine, ikiwa vitu viwili viko katika usawa wa joto, vina joto sawa.
A thermometer measures its own temperature. It is through the concepts of thermal equilibrium and the zeroth law of thermodynamics that we can say that a thermometer measures the temperature of something else, and to make sense of the statement that two objects are at the same temperature.
In the rest of this chapter, we will often refer to “systems” instead of “objects.” As in the chapter on linear momentum and collisions, a system consists of one or more objects—but in thermodynamics, we require a system to be macroscopic, that is, to consist of a huge number (such as \(10^{23}\)) of molecules. Then we can say that a system is in thermal equilibrium with itself if all parts of it are at the same temperature. (We will return to the definition of a thermodynamic system in the chapter on the first law of thermodynamics.)