Давление = Тепло? Иначе тепло = излучение?

Несколько дней назад я придумал эту парадоксальную загадку:

Допустим, у нас есть газ, заключенный в контейнер. Подведение к нему тепла вызовет усиление (величину?) вибрации частиц газа в среде. Повышение давления газа в сосуде (скажем, за счет уменьшения его объема) также увеличит степень вибрации. Так чем же отличается давление от тепла?

Немного подумав, я смог найти некоторые потенциальные недостатки/противоречащие логике моего предложения -

  1. Жар — это ощущение, которое ощущает живое тело (в силу какого-то рецептора или чего-то в этом роде...)
  2. Следовательно, физическое выражение подвода тепла может быть таким же, как и подводящего (избыточного) давления.
  3. Влияние на движение молекул газа не обязательно ничего не определяет.

Думаю, справедливо будет признать, однако, общий «постулат» (если я не ошибаюсь!?) о том, что подвод тепла увеличивает хаотичность движения частиц в любой среде .

Это приводит меня к некоторым интересным (но, возможно, ошибочным) следствиям:

  1. Когда нам жарко , это ощущение должно иметь какое-то отношение к увеличению хаотичности движения «молекул теплового рецептора» в коже и, возможно, к их столкновению между собой... (так они работают?)

  2. Способ, которым «молекулы теплового рецептора» могут быть возбуждены (вибрированы), заключается в подаче лучистой энергии, поскольку это был бы лучший способ быстро возбудить их (потому что в противном случае вам остается только механически вибрировать их).

  3. Это означает, что участок лучистой энергии является неотъемлемой частью и необходим для ощущения жара.

Одним из возможных недостатков этого глупого маленького мысленного эксперимента может быть то, что наши тепловые рецепторы работают химически . Это означает, что перенос электронов играет ключевую роль в ощущении тепла, а не в межмолекулярных столкновениях .

С другой стороны, какая-то форма лучистой энергии обязательно поглощается, чтобы вытолкнуть электроны из атомов и вызвать биохимическую реакцию, которая происходит каждый раз, когда мы чувствуем тепло. Эта лучистая энергия не может быть ничем иным, как лучистым теплом.

Причина, которую я предлагаю, проста: если лучистое тепло не является «толкателем электронов», а что-то другое, то тепло не является фактором, вызывающим чувство жара (поскольку что-то еще может толкать электрон в любое другое время, даже когда тепло отсутствует). не подается, и нам может быть жарко!) Иначе будем считать, что теплота есть толкатель электронов, а какая-то другая ее форма - конвекция или теплопроводность . И проводимость, и конвекция зависят от движения молекул. Я предполагаю, что молекулы не могут вытолкнуть электроны! Значит, это должно быть лучистое тепло, я полагаю...

В заключение моего парадокса, вот загадки, которые навязаны, если вышеприведенные выводы верны -

Если теория приема тепла с помощью электронного толчка верна, прикосновение к горячему металлу ничего не почувствует - тепло передается через металлы, а молекулы вибрируют и создают поток тепла. Молекулы не могут колебаться и вытеснять электроны, верно?! Так что мы вообще не должны чувствовать тепла!

В противном случае, если теория молекулярного столкновения о восприятии тепла верна, давление и тепло будут ощущаться одинаково , потому что, как вы знаете, и то, и другое — это, в конце концов, молекулы, ударяющиеся о вашу кожу! Какая разница?

Или еще -

Всякий вид теплопроводности, или конвекции, или даже излучения, в основном течет как «поток» лучистой энергии, протекающий через среду или вообще без какой-либо среды . Побочные эффекты этого потока лучистой энергии, когда он течет через среду, включают молекулярную вибрацию (проводимость), случайное молекулярное движение (конвекцию) и донорство электронов при подаче энергии.

Я употребил слово «поток» лучистой энергии, потому что «побочные эффекты» (как я предложил) кажутся мне почти как небольшие каналы, отделяющиеся от потока...

Это в основном резюмирует мое предложение в заключении, что то, что по существу передает тепло через металлический стержень, когда его держат рядом с печью, никогда не является вибрацией частиц стержня. Но поток лучистого тепла печи, который идет через стержень.

Мой вопрос, очевидно, прав ли я? Сколько? Где я не прав? PS- Я чувствую, что ошибаюсь во многих местах, так что, может быть, просто запишите, где я прав; это снизит нагрузку...

Я только что видел эти ваши дополнительные комментарии. Я думаю, они лучше помогают мне понять ваши проблемы. Я обновил свой ответ, чтобы ответить на каждый из комментариев. Он начинается после заголовка UPDATE. Надеюсь, это приведет вас к тому моменту, когда вы сможете принять мой ответ.
Я или я не решил ваши последующие вопросы. Я хотел бы знать, потому что, если я этого не сделаю, я буду двигаться дальше.

Ответы (5)

Допустим, у нас есть газ, заключенный в контейнер. Подведение к нему тепла вызовет усиление (величину?) вибрации частиц газа в среде. Повышение давления газа в сосуде (скажем, за счет уменьшения его объема) также увеличит степень вибрации. Так чем же отличается давление от тепла?

Возьмем простой случай идеального газа, где внутренняя энергия зависит только от температуры, а температура является мерой средней кинетической энергии молекул газа. Вы можете увеличить температуру (то, что вы называете увеличением вибрации частиц газа, но для идеального газа это действительно увеличение поступательных скоростей частиц) за счет теплопередачи Вопрос к газу, или совершая работу Вт сжатие газа (повышение давления) без теплопередачи или их комбинация по первому закону

Δ U "=" Вопрос − Вт

Таким образом, «то, что отличает повышение давления от тепла», заключается в том, что первое - это передача энергии газу за счет работы (сжатие), а второе - передача энергии за счет тепла (разница в температуре). Конечный результат тот же (увеличение кинетической энергии), но механизм достижения результата разный (тепло против работы).

  1. Жар — это ощущение, которое ощущает живое тело (в силу какого-то рецептора или чего-то в этом роде...)

Возьмем, к примеру, кожу. Жар — это ощущение, которое вы испытываете, когда терморецепторы в дерме кожи подвергаются воздействию повышенных температур.

  1. Следовательно, физическое выражение подвода тепла может быть таким же, как и подводящего (избыточного) давления.

Хотя и теплота, и работа (сжатие) могут повышать температуру, это зависит от того, к чему они применяются. Я уже обсуждал случай газа выше. Но если под «физическим выражением» вы понимаете ощущение жара кожей, то передача энергии теплом не будет такой же, как работа в виде сжатия (избыточного давления), потому что кожа не газ.

Чтобы поднять температуру кожи за счет тепла, необходимо контактировать с чем-то более высоким, чем нормальная температура поверхности кожи (около 33 ° C). Наиболее распространенным переносом энергии при работе будет работа трения. Работа трения — это то, что согревает ваши руки, когда вы энергично потираете их друг о друга в холодный день.

Что касается избыточного давления, тип работы будет п д В или работа давление-объем. Это тип работы, который повышает температуру и давление газа, сжимая его. Такая работа, выполняемая на коже, вряд ли вызовет повышение ее температуры. В отличие от газа, который очень сжимаем, жидкости и твердые тела гораздо менее сжимаемы. Для повышения температуры воды на несколько градусов требуется чрезвычайно высокое давление. Кожа человека примерно на 64% состоит из воды.

  1. Влияние на движение молекул газа не обязательно ничего не определяет.

Эффект движения молекул газа заключается в повышении или понижении его температуры.

  1. Когда нам жарко, это ощущение должно быть как-то связано с увеличением хаотичности движения «молекул теплового рецептора» в коже и, возможно, их столкновением между собой... (так они работают?)

Это в основном правильно, как я уже объяснял. Но не «хаотичность» движения как таковая, а увеличение амплитуды движений молекул увеличивает кинетическую энергию и температуру, которые терморецепторы воспринимают и интерпретируют как жар.

  1. Способ, которым «молекулы теплового рецептора» могут быть возбуждены (вибрированы), заключается в подаче лучистой энергии, поскольку это был бы лучший способ быстро возбудить их (потому что в противном случае вам остается только механически вибрировать их).

Это связано с физиологией функционирования терморецепторов, что я не имею права обсуждать. Однако самым быстрым средством передачи тепла является теплопроводность (контакт с горячей твердой поверхностью), а не тепловое излучение.

Механическая вибрация терморецепторов, вероятно, задействована, когда вы повышаете температуру кожи за счет работы трения, трения рук друг о друга, как обсуждалось выше. А вот работа со сжатием (pdV) вряд ли подойдет.

Это означает, что участок лучистой энергии является неотъемлемой частью и необходим для ощущения жара.

Это неправильно. Теплопередача к коже путем теплопроводности и конвекции также может нагревать кожу, причем быстрее, чем при тепловом излучении.

ОБНОВЛЕНИЕ :

Но, чтобы еще раз внести ясность, мой вопрос в основном сводится к тому, какова фундаментальная природа тепла?

Фундаментальная природа тепла заключается в передаче энергии между веществами исключительно за счет разницы температур между ними.

Это просто энергия, излучаемая через вакуум, которая иногда сталкивается с частицами, вызывая вибрации, или это тоже вибрация?

Различают три механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Энергия, передаваемая через вакуум между объектами разной температуры, называется лучистым теплообменом.

Тепло не сталкивается с частицами. Теплота также не является действительной вибрацией частиц. Теплота – это передача кинетической энергии вибрации, вращения и поступательного движения частиц от одного вещества к другому веществу. Тепло — это не реальная вибрация самих частиц. Это называется внутренней энергией, точнее внутренней кинетической энергией.

В случае излучения через вакуум кинетическая энергия тела с более высокой температурой передается телу с более низкой температурой посредством электромагнитных волн или, с точки зрения частиц, фотонов. Фотоны, посылаемые телом с более высокой температурой через вакуум, поглощаются частицами (атомами, молекулами и т. д.) тела с более низкой температурой, усиливая их вибрацию, вращение и/или поступательное движение в зависимости от энергии фотона.

В случае проводимости и конвекции энергия передается за счет столкновений между частицами с более высокой и более низкой температурой.

Как бы вы объяснили проводимость как тепло?

Теплопроводность – это передача кинетической энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой за счет прямого контакта между телами. Он отличается от радиации тем, что радиация не требует прямого контакта.

А чем отличается проводимость/конвекция от давления?

Проводимость и конвекция – это передача энергии посредством тепла. Давление само по себе является только силой (т. е. силой на единицу площади), а не энергией или передачей энергии. Однако давление может передавать энергию, вызывая смещение объекта или вещества. Когда к газу прикладывается постоянное давление, вызывающее изменение его объема, источник этого давления передает энергию этому газу в виде работы. Вт "=" п Δ В .

Надеюсь это поможет.

@BaiduryaMathaddict Хорошо, позвольте мне подумать об этом и вернуться. У меня есть большой практический опыт, связанный с «ощущением» тепла.
@BaiduryaMathaddict Я обновил свой ответ, чтобы рассмотреть больше ваших вопросов, вплоть до глупого обсуждения эксперимента. Это насколько я могу пойти.

Температура газа — это макроскопическое свойство, которое можно связать со средней поступательной кинетической энергией его молекул.

Давление = Ф А и Ф "=" д п д т

Средняя сила в данной области контейнера может быть определена как:

Ф "=" н Δ п к Δ т где н это количество столкновений в интервале времени Δ т , и Δ п к — среднее изменение импульса в нормальном направлении к стенке при каждом столкновении.

Таким образом, нет необходимости повышать температуру для повышения давления. Если объем уменьшить, количество столкновений за раз увеличится. Даже при одном и том же среднем изменении импульса каждого столкновения (что связано с кинетической энергией и температурой).

Что касается того, как наша кожа обрабатывает ощущение тепла, разница между пребыванием очень близко к горячему стальному слитку (получающему в основном излучение) и прикосновением к нему огромна. В первом случае рабочий может стоять какое-то время, а во втором без перчаток повреждение происходит за доли секунды. Итак, я считаю, что излучение — не единственный процесс притока тепла к коже.

Увеличение давления газа не всегда может быть связано с уменьшением объема. Вы также можете поддерживать постоянный объем, но в то же время увеличивать давление газа за счет подачи тепла, тем самым повышая температуру. Это можно объяснить диаграммой pT или, в более общем смысле, диаграммой pVT.

Однако имейте в виду, что существует явное тепло, которое может повышать/понижать температуру, и скрытое тепло, необходимое для изменения фазы (например, из водной фазы в газовую).

В принципе, общее уравнение первого закона термодинамики выглядит следующим образом: Delta E_total = Delta U + Delta P + Delta KP означает потенциальную энергию, U — внутреннюю энергию, а K — кинетическую энергию. Если рассматривать передачу энергии в разность полной энергии, то уравнение также может быть таким: Delta E_total = Delta Q + Delta W + Delta E_mass Q означает тепло, W означает работу, а E_mass — это энергия, передаваемая массой жидкости (обычно в открытой системе)
Приравняйте оба уравнения, так что: Дельта U + Дельта P + Дельта K = Дельта Q + Дельта W + Дельта E_mass Если система стационарна, то Дельта P и Дельта K равны нулю. Из этого уравнения видно, что энергия может передаваться от системы или к системе тремя способами: теплотой, работой и массовой энергией. Для закрытой системы это обычно включает только теплоту и работу.
1) и 2) Теплота сама по себе является формой передачи энергии посредством разности температур, и она может быть тремя способами: конвекцией, теплопроводностью и излучением. Конвекция: передача тепла движением молекул (в большинстве случаев это передается жидкостями, газами или жидкостями) Теплопроводность: передача тепла через прямое столкновение молекул Излучение: передача тепла электромагнитными волнами без участия частиц. Он может передавать тепло даже в вакууме. Таким образом, передача тепла не обязательно должна осуществляться только излучением.

Спустя почти 2 месяца я, кажется, нашел подходящий ответ на свой вопрос.

Мой вопрос был направлен на то, чем давление отличается от тепла, если и то, и другое связано с вибрацией частиц .

https://youtu.be/v3pYRn5j7oI

И вот он, доктор Ричард П. Фейнман, рассказывает нам, как :)

Оказывается, степень вибрации — это то, что различается между теплом и давлением. В видео г-н Фейнман доходчиво объясняет, что тепло — это не что иное, как трясущиеся атомы , возбуждаемые некоторым подводом энергии . Это (возможно) точная точка различия между теплом и давлением . Давление — это молекулы, которые вышли из-под контроля, но только на молекулярном уровне . Но в тепле участвуют даже атомы , которые выходят из-под контроля .

Я хотел бы, чтобы мой ответ был кратким. Пожалуйста, прокомментируйте, если вы обнаружите какие-либо ошибки / вам есть что возразить в том, что я должен был сказать.

Это ваша привилегия, конечно, не принимать мой ответ, но я думаю, что вы неправильно поняли Фейнмана. Он не говорил, что тепло ЕСТЬ колебание атомов. Он сказал, что когда что-то горячее, атомы колеблются сильнее, чем когда оно холодное. Горячее и холодное здесь означают температуру. Колебание атомов — это внутренняя энергия, а не тепло. То, что он сказал, было ПЕРЕНОСОМ покачивания атомов из кофе в чашку с кофе — это тепло. Это правильный термин для обозначения тепла. Теплота — это не колебание самих атомов, а передача дрожания. Послушайте его снова.
Посмотрите на этот сайт, чтобы увидеть, как тепло передается молекулярной кинетической энергии, самой кинетической энергии. гиперфизика.de/гиперфизика/hbase/thermo/temper2.html#c1
Я понимаю. Итак, тепло — это не колебание атомов, а скорее выражение тепла. Я был неправ в том, как я сформулировал и понял тепло. Это приводит к тому, что одна проблема все еще остается решенной. Чем отличаются теплота и давление в своих выражениях ? Если теплота также имеет выражение для молекулярных колебаний, то чем она вообще отличается от давления? Я как бы подозреваю, что у тепла должна быть атомная вибрационная сторона, которая конкретно отличает его от давления.
Я не уверен, что вы подразумеваете под «выражением тепла». Теплопередача может вызвать увеличение или уменьшение колебания атомов и, следовательно, увеличение или уменьшение температуры, а также давления. Но вы можете иметь изменения давления без передачи тепла. Сжимайте газ адиабатически (изолированный цилиндр и поршень), и его температура и давление увеличатся, но теплопередача не происходит. Я действительно думаю, что вы путаете температуру и тепло.

Я не специалист по микроскопическим аспектам, но добавлю следующее. Тепло связано с температурой, а температура является мерой средней кинетической энергии частиц. Давление может совершать работу, а давление является мерой средней нормальной силы на единицу площади частиц на поверхности.

Далее следует обсуждение теплоты и работы на макроскопическом уровне.

Я думаю, что ваш пример с газом в контейнере нуждается в пояснении. Результатом теплоты или работы (от давления) является увеличение внутренней энергии газа. Теплота и работа — это энергия, которая передается через границу системы; у газа нет ни теплоты, ни работы; у него есть внутренняя энергия, которая изменяется под действием тепла и/или работы, совершаемой над газом.

Вот макроскопическое обсуждение разницы между Теплотой и Работой. Теплота и работа различны, исходя из их определений в термодинамике. Для системы термодинамика определяет тепло как энергию, которая пересекает границу системы без массопереноса исключительно из-за разницы температур. Работа — это энергия, которая пересекает границу системы без переноса массы из-за какой-либо существенной разницы в свойствах, кроме температуры. Таким образом, работа — это очень широкое понятие, а не просто понятие работы сила-время-расстояние, используемое в механике. [Например, механическая работа есть сила, действующая на расстоянии; электрическая работа – это электрическая энергия, пересекающая границу системы]. «Открытая» термодинамическая система - это система с возможным массовым потоком в / из системы в дополнение к возможному теплу / работе, совершаемой системой / системой.

Таким образом, давление, которое перемещает границу системы, связано с работой, а радиационная теплопередача связана с теплотой, и влияние любого из них на систему представляет собой изменение внутренней энергии системы.

Например, если давление окружающей среды быстро сжимает газ, над газом совершается работа; при быстром сжатии между окружающей средой и газом происходит небольшая теплопередача, даже если окружающая среда и газ имеют разные начальные температуры (до тех пор, пока газ и окружающая среда в конечном итоге не достигнут одной и той же температуры). Температура газа увеличивается за счет изменения внутренней энергии газа в результате работы, совершенной над газом. Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, и по закону идеального газа увеличение давления вызывает повышение температуры.

Давление = Тепло? Иначе тепло = излучение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v