Kodėl metalas įkaista trinant?
Trumpas atsakymas: Metalas įkaista trinamas, nes trynimas naudoja mechaninį darbą, kad metalo atomai judėtų greičiau. Šis papildomas judėjimas pakelia metalo temperatūrą, o metalai greitai paskleidžia tą šilumą.
Ką tai reiškia?
Kai trinate metalinį paviršių, jūsų ranka ar kitas daiktas stumiasi pro mažyčius metalo nelygumus. Tas stūmimas iš tiesų atlieka darbą. Darbas yra būdas pridėti energijos.
Papildoma energija priverčia metalo atomus ir elektronus labiau judėti. Didesnis judėjimas reiškia aukštesnę temperatūrą. Metalai greitai išneša šilumą iš taško, nes jų elektronai greitai perneša šilumą.
Kai kuriems metalams taip pat reikia mažiau energijos, kad sušiltų, todėl jie įkaista greičiau nei kitos medžiagos. Jei trinate ilgiau arba stipriau, metalas dar labiau įkaista, nes pridedate daugiau energijos.
Ką sako fizika
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikio/dėsnio pavadinimas: trinties kaitinimas ir pirmasis termodinamikos dėsnis (energijos tvermės dėsnis).
Trinties kaitinimas yra mechaninės energijos pavertimas šilumine energija, kai paviršiai slysta vienas pro kitą. Mažu mastu paviršiai turi mikroskopinius iškilimus. Trintis verčia šiuos iškilimus deformuotis ir nutraukti kontaktą.
Mechaninis darbas padidina atomų vibracijas ir laisvųjų elektronų judėjimą metaluose. Šis padidėjęs judėjimas yra šiluminė energija, kurią mes aptinkame kaip temperatūros kilimą. Metalai gerai perneša šią šiluminę energiją, nes jų laisvieji elektronai efektyviai perneša šilumą; tai vadinama dideliu šilumos laidumu .
Metalams dažnai reikia mažiau energijos vienam temperatūros kilimo laipsniui nei daugeliui nemetalų (mažesnė savitoji šiluma), todėl tas pats darbo kiekis gali labiau pakelti metalo temperatūrą . Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad pridėta mechaninė energija turi kažkur išeiti, todėl ji atrodo kaip šiluma.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai matuoja temperatūros pokyčius termometrais ir infraraudonųjų spindulių kameromis, o gaunamą ir išeinančią energiją lygina naudodami kalorimetriją. Pakartotiniai eksperimentai ir teorija susieja išmatuotą įkaitimą su trinties atliktu darbu .
Pastebėk aplink
- Šaltą dieną rankų trynimas, kad jos sušiltų.
- Metalinis šaukštas, šildantis vietoje, kurią trinamas šluoste.
- Dviračio stabdžių diskai įkaista stabdant (trintis į kaladėles).
- Pjūklo diskas įkaista pjaunant metalą dėl nuolatinio trynimo.
- Automobilio stabdžių kaladėlės ir ratų stebulės įkaista po ilgo važiavimo.
Išbandymas
Šilto šaukšto testas
Sauga: Netrinkite taip stipriai, kad oda nepaskaustų; sustokite, jei skauda.
Priemonės
- metalinis šaukštas
- medinis šaukštas (arba pagaliukas)
- chronometras arba laikmatis
- termometras (nebūtina)
Žingsniai
- Ranka arba termometru pajuskite ir užsirašykite abiejų šaukštų pradinę temperatūrą.
- 30 sekundžių energingai trinkite metalinio šaukšto dubenėlį ranka, tuo pačiu būdu trindami medinį šaukštą palyginimui.
- Sustokite ir nedelsdami vėl pajuskite arba išmatuokite temperatūrą.
- Kartokite 60 sekundžių ir užsirašykite bet kokį didesnį pokytį. Ką tai rodo: Trynimas paverčia jūsų judesį šiluma, o metalinis šaukštas paprastai įšyla greičiau ir labiau nei medinis.
Žodžiai, kuriuos verta žinoti
- Trintis: jėga, kuri priešinasi slydimui ir paverčia judėjimą šiluma.
- Šilumos laidumas: kaip gerai medžiaga perneša šilumą iš vienos vietos į kitą.
- Savitoji šiluma: energijos kiekis, reikalingas medžiagos temperatūrai pakelti vienu laipsniu.
- Pirmasis termodinamikos dėsnis: energija negali būti sukurta ar sunaikinta, ji gali tik pakeisti savo formą.
Dažni klausimai
Ar trynimas visada įkaitina metalą?
Jei trynimas yra pakankamai stiprus (dirbate), taip – metalas įgaus šiluminės energijos ir sušils.
Kodėl metalas gali būti šaltas net ir kambario temperatūroje?
Metalai greitai praleidžia šilumą nuo odos, todėl jie paima šilumą ir yra šalti.
Ar trynimas gali įkaitinti metalą iki raudonumo?
Ne dėl įprasto trynimo; švytėjimui reikalinga labai aukšta temperatūra, kuri atsiranda dėl stipraus kaitinimo, o ne dėl trynimo rankomis.
Ar trynimo metu susidaranti šiluma pavojinga?
Paprastai ne, jei trynimas nedideliais kiekiais, bet intensyvus ar ilgas trynimas (kaip ir mašinų dalių trynimas) gali sukelti nudegimus ar pažeidimus.