Теплота

Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты // (Видеоуроки Автор: Моусарова Хеди Ахметовна) [7:25]

Теплота образования // KhanAcademyRussian [12:37]

Теплота (количество теплоты) — это физическая величина, соответствующая энергии, перенос которой между двумя телами (различными участками тела) осуществляется за счет разницы температур без выполнения механической работы и не связан с переносом вещества от одного тела к другому. Выступает характеристикой процессов передачи энергии между телами при теплообмене.

Общие понятия

Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин. Определяется кинетической энергией микрочастиц (электронов, атомов, молекул), из которых состоит тело, и потенциальной энергией их взаимодействия. Приобретенная телом теплота идет на увеличение внутренней энергии тела и на выполнение внешней работы.

Обозначается обычно буквой Q, имеет размерность энергии. В Международной системе единиц (СИ) количество теплоты (теплоту) измеряют в джоулях, однако довольно часто используется внесистемная единица измерения — калория.

Количество теплоты, которая передается телу, или отбирается от тела в обратных равновесных процессах, можно определить из первого закона термодинамики:

$Q=\Delta U+A$

где Q — количество теплоты, полученной телом, ΔU — изменение его внутренней энергии, A — работа, выполненная телом над другими телами.

Количество теплоты Q, которая выделяется (поглощается) телом в каком-либо процессе, зависит от вида этого процесса и поэтому не может исчисляться лишь за начальным и конечным значением термодинамических параметров. Для обратимых процессов по второму началу термодинамики элементарное количество теплоты

$dQ=TdS$

где T  абсолютная температура, dS — изменение энтропии; для необратимых процессов dQ ≤ TdS.

Понятие теплоты широко применяют в термодинамике и теплотехнике.

История внедрения термина

Хотя процессы обмена тел теплом интуитивно понятны, физическую природу этих явлений понять нелегко. Только под конец XIX века выработалось понимание того, что тепло обусловлено хаотичным движением атомов и молекул. К тому же считалось, что обмен теплом между телами вызван перетеканием от одного тела к другому определенного неуловимого вещества. В XVII веке Иоганн Бехер предложил теорию флогистона, с помощью которой пытался объяснить горение. После открытия кислорода Антуан Лавуазье предложил свою собственную калорическую теорию, в которой тепло определялось как некое невесомое вещество теплород, перемещаемое между телами.

Построив кинетическую теорию газов, в которой утверждалось, что газы состоят из большого числа маленьких частиц — молекул, Бернулли первым предложил идею о том, что теплота не что иное, как тепловое движение молекул.

Современное понимание теплоты сложилось после открытия первого закона термодинамики, когда Майер и Джоуль продемонстрировали, что работа может переходить в тепло и наоборот.

Статистическая физика

В статистической физике количество теплоты, полученной телом при переходе между двумя близкими макроскопическими состояниями, определяется, как

$\Delta Q=T\cdot \Delta S$,

где T — температура, ΔS — термодинамическая энтропия.

Литература

• Кубо Р. Термодинамика. — М.: Мир, 1970. — 304 с.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. Часть 1 // Теоретическая физика. — М.: Физматлит, 2005. — Т. 5. — 616 с.