Tenperatura eta Beroa: Oinarrizko Kontzeptuak

Tenperatura eta Beroa

Aurkibidea

• Energia mekanikoa: zinetikoa + potentziala
• Energia mekanikoaren kontserbazio-printzipioa
• Tenperatura eta barne-energia
• Beroa
• Oreka termikoa
• Termometroa
• Eskala termometrikoak
• Beroaren hedapena: eroapena, konbekzioa eta erradiazioa

Gorputzen artean gertatzen diren energia-aldaketak edo -transferentziak bi motatakoak izan daitezke: mekanikoak edo termikoak.

Aldaketa mekanikoen kasuan, bi energia mota bereiz ditzakegu: energia zinetikoa eta energia potentziala. Bien batura energia mekanikoa da.

PHET Colorado simulazioa ikus dezakezu hemen.

Energia Mekanikoa

Energia Zinetikoa

Energia zinetikoa gorputzek higiduran egoteagatik duten energia da. Bi faktoreren araberakoa da: gorputzaren abiadura eta masa. Honela kalkula daiteke:

E_z = 1/2 * m * v²

Energia Potentziala

Gorputzek euren posizioaren arabera duten energiari energia potentziala deritzo. Gorputzaren altueraren eta bere masaren araberakoa da. Honela kalkula daiteke:

E_p = m * g * h

Non g grabitatearen azelerazioa den, Lurrean 9,8 m/s²-ko balioa duena.

Energia Mekanikoaren Kontserbazioa

Energia mekanikoaren kontserbazio-printzipioak dioenez, gorputz baten edo gorputz-multzo baten hasierako eta amaierako energia mekanikoak berdinak dira; hau da, energia mekanikoak konstante irauten du:

Em_A = Em_B

Em_A prozesuaren hasieran gorputz guztiek duten energia mekanikoaren balioa da, eta Em_B, aldiz, transferentzia edo aldaketa egon ondoren gorputzek duten energia mekanikoa.

Tenperatura eta Barne-energia

Orain, energia-transferentzia termikoak aztertuko ditugu. Badakigu gorputzak etengabe mugitzen ari diren partikulaz osatuta daudela eta, beraz, partikula bakoitzak energia zinetikoa duela.

Barne-energia gorputz bat osatzen duten partikula guztien energia da; askotan, gorputzaren partikula bakoitzaren energia zinetikoaren batura izango da.

Zeren araberakoa da barne-energia?

• Partikulen kopuruaren (masa).
• Substantzia motaren (partikulen arteko indarrak).
• Tenperaturaren (partikulen mugimenduen bizkortasuna).

Beraz, zer da tenperatura?

Gorputz baten tenperatura haren partikulen mugimenduaren mende dagoen propietatea da. Gorputza osatzen duten partikulen batez besteko energia zinetikoa neurtzeko modu bat da.

Gasen propietateen simulazioa (PHET)

Ariketa: 157. orriko 2.a.

Beroa

Beroa tenperatura desberdina duten bi gorputzek elkar ukitzen dutenean batetik bestera transferitzen den energia da.

Nola neurtzen da beroa?

Beroa unitate hauetan neurtzen da:

• Jouletan (J): Nazioarteko Sisteman.
• Kaloriatan (cal).

1 cal = 4,18 J

Ariketak: 158. orriko 3. eta 4.a.

Ariketa praktikoa

Bilatu Googlen janari hauek zenbat kaloria dituzten, eta aldaketa-faktoreak erabiliz, kalkulatu zenbateko energia duten Jouletan:

• Pringles pataten ontzi bat
• Jogurt natural bat
• Jogurt greko bat
• Sagar bat
• Platano bat

Oreka Termikoa

Tenperatura desberdina duten bi gorputz kontaktuan jartzean, tenperatura altuena duenak beroa ematen dio tenperatura baxuena duenari, bien tenperatura berdindu arte. Orduan, bi gorputzek oreka termikoa lortu dutela esaten da.

Termometroa eta Eskalak

Tenperatura neurtzeko erabiltzen den tresna termometroa da.

Termometro motak

• Digitala: Zirkuitu elektroniko bat dute eta tenperatura-aldaketak zenbaki gisa adierazten dituzte.
• Dilataziozkoa: Beheko aldean alkohol koloreztatua dute, eta tenperaturaren arabera dilatatzen da.

Eskala Termometrikoak

Termometroen eskala ohikoenak hiru dira:

• Celsius eskala (°C)
• Fahrenheit eskala (°F)
• Kelvin eskala edo eskala absolutua (K)

Celsius Eskala (°C)

Eskala erabiliena da. Tenperatura Celsius gradutan edo zentigradutan (°C) neurtzen du. Uraren urtze- (0 °C) eta irakite-tenperatura (100 °C) puntu finko gisa erabiltzen ditu. 0 °C-tik beherako tenperaturak zenbaki negatiboekin adierazten dira.

Fahrenheit Eskala (°F)

Eskala anglosaxoia da. Tenperatura Fahrenheit gradutan (°F) neurtzen du. 0 °F-tik beherako tenperaturak zenbaki negatiboekin adierazten dira.

Kelvin Eskala (K)

Eskala zientifikoa da eta Nazioarteko Sistemako tenperatura-unitatea da. Tenperatura kelvinetan (K) neurtzen du. Teorian eman daitekeen tenperaturarik txikienetik hasten da eskala: zero absolutua (-273,15 °C). Kelvin eskalak ez du balio negatiborik.

Ariketak: 164. orrialdeko 19. eta 20.a.

Beroa eta Tenperatura Aldaketak

Gorputz baten tenperatura-aldaketa faktore hauen menpekoa da:

• Masa.
• Materia mota.

Horrekin lotuta, bero espezifikoa dugu: substantzia baten 1 kg-ren tenperatura 1 K igotzeko eman beharreko bero-kantitatea da. Substantzien ezaugarri bereizgarria da.

Ariketak: 165. orriko 21. eta 22.a.

Beroaren Hedapena

Beroa gorputz batetik bestera igaro daiteke, edo gorputz berean puntu batetik bestera. Hiru modutara gertatzen da hori:

• Eroapena
• Konbekzioa
• Erradiazioa

Eroapena

Beroak solidoetan zehar hedatzeko erabiltzen duen mekanismoa da. Adibidez, metalezko barra bat sutan jartzean, suarekin kontaktuan dauden partikulek energia jaso eta mugitzen hasten dira. Elkarren artean talka egitean, mugimendua partikulaz partikula transferitzen da barraren beste aldera iritsi arte, barra guztia berotuz.

Partikulen arabera, gorputzak izan daitezke:

• Beroaren eroale onak: metalak, adibidez.
• Beroaren eroale txarrak (isolatzaileak): zura eta plastikoa, adibidez.

Konbekzioa

Beroak likidoetan eta gasetan zehar hedatzeko erabiltzen duen mekanismoa da. Beheko aldean dagoen fluidoa berotzean, haren partikulak igo egiten dira, eta goiko partikula hotzak, aldiz, jaitsi. Mugimendu zikliko horrek konbekzio-korronteak sortzen ditu.

Erradiazioa

Beroak ingurune materialik gabe hedatzeko duen mekanismoa da. Gorputz guztiek ematen eta xurgatzen dute beroa erradiazio gisa. Zenbat eta altuagoa izan tenperatura, orduan eta irradiatze-energia handiagoa igorriko du. Adibidez, Eguzkiak beroa eta argia ematen dizkio Lurrari espazioan zehar.