🔥 Teplo a jeho šíření

V kuchyni

O čem to je

Necháš lžičku v horkém čaji a za chvíli pálí. Nad topením se třepotá záclona. Slunce tě hřeje, i když je venku zima. Ve všech případech se někam přesouvá teplo.

Když víš, jak teplo putuje, víš i, jak ho udržet: proč termoska udrží čaj teplý, proč se nosí vrstvy oblečení a proč se zateplují domy.

Nové pojmy

TeplotaJak je těleso teplé, ve stupních Celsia (°C). Měří se teploměrem.Čaj má 80 °C, lžička 20 °C.
TeploEnergie, která přechází z teplejšího tělesa na chladnější. Značka Q, jednotka joule (J).Z horkého čaje přechází teplo do lžičky.

Teplo samo vždy putuje z teplejšího na chladnější – nikdy obráceně. Přestane, až mají obě tělesa stejnou teplotu.

Tři cesty tepla

VedeníTeplo se šíří pevnou látkou od částice k částici, jako když si lidé v řadě podávají kbelík.Rukojeť pánve se zahřeje od plotny.
ProuděníTeplá kapalina nebo plyn stoupá nahoru a nese teplo s sebou. Studená klesá dolů.Teplý vzduch nad radiátorem stoupá ke stropu.
ZářeníTeplo letí prostorem jako neviditelné paprsky. Nepotřebuje žádnou látku, funguje i ve vesmíru.Slunce, táborák, rozpálená kamna.

Vyzkoušej si to

Roztřiď situace podle toho, jakou cestou se teplo šíří.

Tepelný vodič a izolantVodič vede teplo dobře (kovy). Izolant špatně (vzduch, peří, vlna, polystyren, dřevo).Péřová bunda hřeje díky vzduchu uvězněnému mezi peříčky.
Proč je radiátor pod oknem u podlahy?
Teplý vzduch od radiátoru stoupá nahoru, u stropu se rozlije, chladne a klesá. Celá místnost se ohřeje prouděním.
Jak termoska udrží čaj teplý?
Má dvojitou stěnu a mezi stěnami je vakuum (žádný vzduch) – zastaví vedení i proudění. Lesklý povrch odráží záření zpátky.
✗Kovové zábradlí je v zimě studenější než dřevěné.
✓Obojí má stejnou teplotu. Kov jen rychleji odvádí teplo z ruky.

Kov je dobrý vodič tepla. Proto ruka ztrácí teplo rychle a my to cítíme jako „studené“.

Teplo přechází z teplejšího na chladnější. Šíří se vedením, prouděním a zářením. Vzduch je dobrý izolant.

Kolik tepla

O čem to je

Proč se hrnec s vodou ohřívá tak dlouho, zatímco prázdný hrnec je rozpálený hned? Kolik energie stojí koupel ve vaně? Teplo umíme spočítat.

Nové pojmy

Teplo QEnergie, kterou těleso přijme nebo odevzdá, když se ohřívá nebo ochlazuje. V joulech (J).Voda na čaj přijme ze sporáku teplo.
Změna teploty ΔtO kolik stupňů se teplota změní: konečná minus počáteční. Δ („delta“) znamená „změna“.Z 20 °C na 70 °C: Δt = 50 °C.
Měrná tepelná kapacita cKolik joulů potřebuje 1 kg látky, aby se ohřál o 1 °C. Každá látka má jinou.Voda potřebuje 4 200 J – hodně. Měď jen 380 J.

Porovnej látky

Graf ukazuje, kolik joulů potřebuje 1 kg látky na ohřátí o 1 °C. Která látka se stejným teplem ohřeje nejvíc?

Měď má c nejmenší – se stejným teplem se ohřeje nejvíc. Voda se ohřívá pomalu a pomalu i chladne. Proto se jí plní radiátory a termofory.

Vzorec ze zkušenosti

  • Dvakrát víc vody → potřebuješ dvakrát víc tepla (hmotnost m).
  • Ohřát o 20 °C místo o 10 °C → dvakrát víc tepla (Δt).
  • Jiná látka → jiné množství (c).

Všechno vynásobíme: Q = m · c · Δt.

Hmotnost v kg (1 litr vody ≈ 1 kg).
Najdi c látky (voda 4 200 J/(kg·°C)).
Spočítej Δt = konečná − počáteční teplota.
Vynásob Q = m · c · Δt.
Velká čísla převeď na kJ (děl 1 000).
Kolik tepla potřebuješ k ohřátí 3 kg vody o 20 °C?
Q = 3 · 4 200 · 20 = 252 000 J = 252 kJ.
O kolik °C se ohřeje 0,5 kg vody, dodáš-li 21 000 J?
Δt = Q : (m · c) = 21 000 : (0,5 · 4 200) = 21 000 : 2 100 = 10 °C.
✗Voda z 20 °C na 80 °C: Δt = 80 °C
✓Δt = 80 − 20 = 60 °C

Do vzorce patří změna teploty, ne konečná teplota.

Q = m · c · Δt. Voda má velkou měrnou tepelnou kapacitu (4 200 J/(kg·°C)), proto se ohřívá i chladne pomalu.
🎢Polohová a pohybová energie💧Změny skupenství