Πώς να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας, τη θερμική επίδραση και τη θερμότητα σχηματισμού

(ή μεταφορά θερμότητας).

Ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας.

Θερμοχωρητικότηταείναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από το σώμα όταν θερμαίνεται κατά 1 βαθμό.

Η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος υποδεικνύεται με κεφαλαία γράμματα Λατινικό γράμμα ΜΕ.

Τι καθορίζει τη θερμοχωρητικότητα ενός σώματος; Πρώτα απ 'όλα, από τη μάζα του. Είναι σαφές ότι η θέρμανση, για παράδειγμα, 1 κιλού νερού θα απαιτήσει περισσότερη θερμότητα από τη θέρμανση 200 γραμμαρίων.

Τι γίνεται με το είδος της ουσίας; Ας κάνουμε ένα πείραμα. Ας πάρουμε δύο πανομοιότυπα δοχεία και, αφού ρίξουμε νερό μάζας 400 σε ένα από αυτά και στο άλλο φυτικό λάδιμε βάρος 400 g, θα αρχίσουμε να τα ζεσταίνουμε με τη βοήθεια πανομοιότυπων καυστήρων. Παρατηρώντας τις ενδείξεις των θερμομέτρων, θα δούμε ότι το λάδι θερμαίνεται γρήγορα. Για να ζεστάνετε νερό και λάδι στην ίδια θερμοκρασία, το νερό πρέπει να ζεσταθεί περισσότερο. Αλλά όσο περισσότερο ζεσταίνουμε το νερό, τόσο περισσότερη θερμότητα δέχεται από τον καυστήρα.

Έτσι, για τη θέρμανση της ίδιας μάζας διαφορετικών ουσιών στην ίδια θερμοκρασία, απαιτείται διαφορετικό ποσόζεστασιά. Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος και, κατά συνέπεια, η θερμοχωρητικότητα του εξαρτάται από το είδος της ουσίας από την οποία αποτελείται αυτό το σώμα.

Έτσι, για παράδειγμα, για να αυξηθεί η θερμοκρασία του νερού με μάζα 1 kg κατά 1 ° C, απαιτείται ποσότητα θερμότητας ίση με 4200 J και για να θερμανθεί η ίδια μάζα κατά 1 ° C ηλιέλαιοαπαιτείται ποσότητα θερμότητας ίση με 1700 J.

Φυσική ποσότητα, που δείχνει πόση θερμότητα απαιτείται για να θερμανθεί 1 kg μιας ουσίας κατά 1 ºС, ονομάζεται ειδική θερμότητααυτή την ουσία.

Κάθε ουσία έχει τη δική της ειδική θερμοχωρητικότητα, η οποία συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα c και μετράται σε τζάουλ ανά χιλιόγραμμο βαθμό (J / (kg ° C)).

Ειδική θερμότηταη ίδια ουσία σε διαφορετικές αθροιστικές καταστάσεις (στερεό, υγρό και αέριο) είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 4200 J/(kg ºС) και η ειδική θερμοχωρητικότητα του πάγου είναι 2100 J/(kg ºС). Το αλουμίνιο στη στερεή κατάσταση έχει ειδική θερμοχωρητικότητα 920 J/(kg - °C), και στην υγρή κατάσταση είναι 1080 J/(kg - °C).

Σημειώστε ότι το νερό έχει πολύ υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα. Επομένως, το νερό στις θάλασσες και τους ωκεανούς, που θερμαίνεται το καλοκαίρι, απορροφάται από τον αέρα ένας μεγάλος αριθμός απόθερμότητα. Λόγω αυτού, σε εκείνα τα μέρη που βρίσκονται κοντά σε μεγάλα υδάτινα σώματα, το καλοκαίρι δεν είναι τόσο ζεστό όσο σε μέρη μακριά από το νερό.

Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη.

Από τα προηγούμενα, είναι σαφές ότι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα (δηλαδή την ειδική θερμοχωρητικότητα του) και από τη μάζα του σώματος. Είναι επίσης σαφές ότι η ποσότητα της θερμότητας εξαρτάται από το πόσους βαθμούς πρόκειται να αυξήσουμε τη θερμοκρασία του σώματος.

Έτσι, για να προσδιορίσετε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ειδική θερμότητα του σώματος με τη μάζα του και τη διαφορά μεταξύ της τελικής και αρχικής θερμοκρασίας του:

Q = εκ (t 2 - t 1 ) ,

Οπου Q- ποσότητα θερμότητας, ντοείναι η ειδική θερμοχωρητικότητα, Μ- μάζα σώματος , t 1 - αρχική θερμοκρασία, t 2 είναι η τελική θερμοκρασία.

Όταν το σώμα θερμαίνεται t 2 > t 1 και ως εκ τούτου Q > 0 . Όταν το σώμα κρυώσει t 2 και< t 1 και ως εκ τούτου Q< 0 .

Αν είναι γνωστή η θερμοχωρητικότητα ολόκληρου του σώματος ΜΕ, Qκαθορίζεται από τον τύπο:

Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .

Τι θερμαίνεται πιο γρήγορα στη σόμπα - ένας βραστήρας ή ένας κουβάς με νερό; Η απάντηση είναι προφανής - ένας βραστήρας. Τότε το δεύτερο ερώτημα είναι γιατί;

Η απάντηση δεν είναι λιγότερο προφανής - επειδή η μάζα του νερού στο βραστήρα είναι μικρότερη. Εξαιρετική. Και τώρα μπορείτε να κάνετε την πιο πραγματική φυσική εμπειρία μόνοι σας στο σπίτι. Για να γίνει αυτό, θα χρειαστείτε δύο ίδιες μικρές κατσαρόλες, ίση ποσότητα νερού και φυτικού ελαίου, για παράδειγμα, μισό λίτρο το καθένα και μια εστία. Στην ίδια φωτιά βάζουμε κατσαρόλες με λάδι και νερό. Και τώρα απλά προσέξτε τι θα ζεσταθεί πιο γρήγορα. Εάν υπάρχει θερμόμετρο για υγρά, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε, αν όχι, μπορείτε απλά να δοκιμάζετε τη θερμοκρασία κατά καιρούς με το δάχτυλό σας, μόνο προσέξτε να μην καείτε. Σε κάθε περίπτωση, σύντομα θα δείτε ότι το λάδι θερμαίνεται πολύ πιο γρήγορα από το νερό. Και μια ακόμη ερώτηση, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί και με τη μορφή εμπειρίας. Τι θα βράσει πιο γρήγορα - ζεστό νερόή κρύο; Όλα είναι προφανή και πάλι - το ζεστό θα είναι το πρώτο που θα τελειώσει. Γιατί όλα αυτά τα περίεργα ερωτήματα και πειράματα; Προκειμένου να προσδιοριστεί η φυσική ποσότητα που ονομάζεται "ποσότητα θερμότητας".

Ποσότητα θερμότητας

Η ποσότητα θερμότητας είναι η ενέργεια που χάνει ή κερδίζει το σώμα κατά τη μεταφορά θερμότητας. Αυτό είναι ξεκάθαρο από το όνομα. Κατά την ψύξη, το σώμα θα χάσει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας και όταν θερμανθεί, θα απορροφήσει. Και μας έδειξαν οι απαντήσεις στις ερωτήσεις μας από τι εξαρτάται η ποσότητα της θερμότητας;Πρώτον, τόσο περισσότερο μάζα σώματος, τόσο περισσότερη θερμότητα πρέπει να δαπανηθεί για να αλλάξει η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό. Δεύτερον, η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος εξαρτάται από την ουσία από την οποία αποτελείται, δηλαδή από το είδος της ουσίας. Και τρίτον, η διαφορά στη θερμοκρασία του σώματος πριν και μετά τη μεταφορά θερμότητας είναι επίσης σημαντική για τους υπολογισμούς μας. Με βάση τα παραπάνω, μπορούμε προσδιορίστε την ποσότητα θερμότητας με τον τύπο:

Q=cm(t_2-t_1) ,

όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας,
m - σωματικό βάρος,
(t_2-t_1) - διαφορά μεταξύ αρχικού και τελικού θερμοκρασίες σώματος,
γ - ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας, βρίσκεται από τους σχετικούς πίνακες.

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, μπορείτε να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για τη θέρμανση οποιουδήποτε σώματος ή που θα απελευθερώσει αυτό το σώμα όταν κρυώσει.

Η ποσότητα της θερμότητας μετριέται σε joules (1 J), όπως κάθε άλλη μορφή ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η τιμή εισήχθη όχι πολύ καιρό πριν και οι άνθρωποι άρχισαν να μετρούν την ποσότητα της θερμότητας πολύ νωρίτερα. Και χρησιμοποίησαν μια μονάδα που χρησιμοποιείται ευρέως στην εποχή μας - μια θερμίδα (1 θερμίδες). 1 θερμίδα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 γραμμαρίου νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου. Με γνώμονα αυτά τα δεδομένα, οι λάτρεις της μέτρησης των θερμίδων στο φαγητό που τρώνε μπορούν, χάριν ενδιαφέροντος, να υπολογίσουν πόσα λίτρα νερού μπορούν να βράσουν με την ενέργεια που καταναλώνουν με το φαγητό κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Η έννοια της ποσότητας θερμότητας διαμορφώθηκε στις πρώιμα στάδιαανάπτυξη της σύγχρονης φυσικής, όταν δεν υπήρχαν κατανοητές ιδέες για την εσωτερική δομή της ύλης, για το τι είναι ενέργεια, για το ποιες μορφές ενέργειας υπάρχουν στη φύση και για την ενέργεια ως μορφή κίνησης και μετασχηματισμού της ύλης.

Η ποσότητα θερμότητας νοείται ως μια φυσική ποσότητα ισοδύναμη με την ενέργεια που μεταφέρεται στο υλικό σώμα κατά τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας.

Η απαρχαιωμένη μονάδα της ποσότητας θερμότητας είναι η θερμίδα, ίση με 4,2 J, σήμερα αυτή η μονάδα πρακτικά δεν χρησιμοποιείται και το τζάουλ έχει πάρει τη θέση του.

Αρχικά, θεωρήθηκε ότι ο φορέας της θερμικής ενέργειας είναι κάποιο εντελώς αβαρές μέσο που έχει τις ιδιότητες ενός υγρού. Πολλά φυσικά προβλήματα μεταφοράς θερμότητας έχουν επιλυθεί και εξακολουθούν να επιλύονται με βάση αυτή την προϋπόθεση. Η ύπαρξη μιας υποθετικής θερμιδικής λήφθηκε ως βάση για πολλές ουσιαστικά σωστές κατασκευές. Θεωρήθηκε ότι οι θερμίδες απελευθερώνονται και απορροφώνται στα φαινόμενα θέρμανσης και ψύξης, τήξης και κρυστάλλωσης. Οι σωστές εξισώσεις για τις διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας προέκυψαν από εσφαλμένες φυσικές έννοιες. Υπάρχει ένας γνωστός νόμος σύμφωνα με τον οποίο η ποσότητα της θερμότητας είναι ευθέως ανάλογη με τη μάζα του σώματος που συμμετέχει στην ανταλλαγή θερμότητας και τη βαθμίδα θερμοκρασίας:

Όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας, m είναι η μάζα του σώματος και ο συντελεστής Με- μια ποσότητα που ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα. Η ειδική θερμοχωρητικότητα είναι χαρακτηριστικό της ουσίας που εμπλέκεται στη διαδικασία.

Εργασία στη θερμοδυναμική

Ως αποτέλεσμα θερμικών διεργασιών, μπορεί να πραγματοποιηθεί αμιγώς μηχανική εργασία. Για παράδειγμα, όταν θερμαίνεται, ένα αέριο αυξάνει τον όγκο του. Ας πάρουμε μια κατάσταση όπως στο παρακάτω σχήμα:

ΣΕ αυτή η υπόθεσηΗ μηχανική εργασία θα είναι ίση με τη δύναμη της πίεσης του αερίου στο έμβολο πολλαπλασιαζόμενη επί τη διαδρομή που διανύει το έμβολο υπό πίεση. Φυσικά, αυτή είναι η πιο απλή περίπτωση. Αλλά ακόμη και σε αυτό, μπορεί να παρατηρηθεί μια δυσκολία: η δύναμη πίεσης θα εξαρτηθεί από τον όγκο του αερίου, πράγμα που σημαίνει ότι δεν έχουμε να κάνουμε με σταθερές, αλλά με μεταβλητές. Δεδομένου ότι και οι τρεις μεταβλητές: πίεση, θερμοκρασία και όγκος σχετίζονται μεταξύ τους, ο υπολογισμός της εργασίας γίνεται πολύ πιο περίπλοκος. Υπάρχουν μερικές ιδανικές, απείρως αργές διεργασίες: ισοβαρικές, ισόθερμες, αδιαβατικές και ισοχωρικές - για τις οποίες τέτοιοι υπολογισμοί μπορούν να γίνουν σχετικά απλά. Σχεδιάζεται ένα διάγραμμα πίεσης ως προς τον όγκο και το έργο υπολογίζεται ως αναπόσπαστο της φόρμας.

Θερμοχωρητικότηταείναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από το σώμα όταν θερμαίνεται κατά 1 βαθμό.

Η θερμοχωρητικότητα του σώματος υποδεικνύεται με κεφαλαίο λατινικό γράμμα ΜΕ.

Τι γίνεται με το είδος της ουσίας; Ας κάνουμε ένα πείραμα. Ας πάρουμε δύο πανομοιότυπα δοχεία και, ρίχνοντας νερό βάρους 400 g σε ένα από αυτά και φυτικό λάδι βάρους 400 g στο άλλο, θα αρχίσουμε να τα θερμαίνουμε με τη βοήθεια πανομοιότυπων καυστήρων. Παρατηρώντας τις ενδείξεις των θερμομέτρων, θα δούμε ότι το λάδι θερμαίνεται γρήγορα. Για να ζεστάνετε νερό και λάδι στην ίδια θερμοκρασία, το νερό πρέπει να ζεσταθεί περισσότερο. Αλλά όσο περισσότερο ζεσταίνουμε το νερό, τόσο περισσότερη θερμότητα δέχεται από τον καυστήρα.

Έτσι, για να θερμανθεί η ίδια μάζα διαφορετικών ουσιών στην ίδια θερμοκρασία, απαιτούνται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας. Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος και, κατά συνέπεια, η θερμοχωρητικότητα του εξαρτάται από το είδος της ουσίας από την οποία αποτελείται αυτό το σώμα.

Έτσι, για παράδειγμα, για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 kg νερού κατά 1°C, απαιτείται ποσότητα θερμότητας ίση με 4200 J και για να θερμανθεί η ίδια μάζα ηλιελαίου κατά 1°C, ποσότητα θερμότητας ίση με 1700 J απαιτείται.

Η φυσική ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα απαιτείται για να θερμανθεί 1 kg μιας ουσίας κατά 1 ºС ονομάζεται ειδική θερμότητααυτή την ουσία.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα της ίδιας ουσίας σε διαφορετικές αθροιστικές καταστάσεις (στερεό, υγρό και αέριο) είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 4200 J/(kg ºС) και η ειδική θερμοχωρητικότητα του πάγου είναι 2100 J/(kg ºС). Το αλουμίνιο στη στερεά κατάσταση έχει ειδική θερμοχωρητικότητα 920 J / (kg - ° C), και στην υγρή κατάσταση - 1080 J / (kg - ° C).

Σημειώστε ότι το νερό έχει πολύ υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα. Επομένως, το νερό στις θάλασσες και τους ωκεανούς, που θερμαίνεται το καλοκαίρι, απορροφά μεγάλη ποσότητα θερμότητας από τον αέρα. Λόγω αυτού, σε εκείνα τα μέρη που βρίσκονται κοντά σε μεγάλα υδάτινα σώματα, το καλοκαίρι δεν είναι τόσο ζεστό όσο σε μέρη μακριά από το νερό.

Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη.

Q= εκ (t 2 -t 1),

Οπου Q- ποσότητα θερμότητας, ντο- ειδική θερμοχωρητικότητα, Μ- μάζα σώματος, t1- αρχική θερμοκρασία, t2- τελική θερμοκρασία.

Όταν το σώμα θερμαίνεται t2> t1και ως εκ τούτου Q >0 . Όταν το σώμα κρυώσει t 2 και< t1και ως εκ τούτου Q< 0 .

Αν είναι γνωστή η θερμοχωρητικότητα ολόκληρου του σώματος ΜΕ, Qκαθορίζεται από τον τύπο: Q \u003d C (t 2 - t1).

22) Τήξη: ορισμός, υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας για τήξη ή στερεοποίηση, ειδική θερμότητα τήξης, γράφημα t 0 (Q).

Θερμοδυναμική

Ένας κλάδος της μοριακής φυσικής που μελετά τη μεταφορά ενέργειας, τα πρότυπα μετατροπής ορισμένων τύπων ενέργειας σε άλλα. Σε αντίθεση με τη μοριακή-κινητική θεωρία, η θερμοδυναμική δεν λαμβάνει υπόψη εσωτερική δομήουσίες και μικροπαραμέτρους.

Θερμοδυναμικό σύστημα

Πρόκειται για μια συλλογή σωμάτων που ανταλλάσσουν ενέργεια (με τη μορφή εργασίας ή θερμότητας) μεταξύ τους ή με περιβάλλον. Για παράδειγμα, το νερό στην τσαγιέρα κρυώνει, γίνεται η ανταλλαγή θερμότητας του νερού με την τσαγιέρα και της τσαγιέρας με το περιβάλλον. Κύλινδρος με αέριο κάτω από το έμβολο: το έμβολο εκτελεί εργασία, με αποτέλεσμα το αέριο να λαμβάνει ενέργεια και να αλλάζουν οι μακροπαράμετροί του.

Ποσότητα θερμότητας

Αυτό ενέργεια, το οποίο λαμβάνεται ή δίνεται από το σύστημα κατά τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας. Συμβολίζεται με το σύμβολο Q, μετρούμενο, όπως κάθε ενέργεια, σε Joules.

Ως αποτέλεσμα διαφόρων διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας, η ενέργεια που μεταφέρεται καθορίζεται με τον δικό της τρόπο.

Θέρμανση και ψύξη

Αυτή η διαδικασία χαρακτηρίζεται από αλλαγή της θερμοκρασίας του συστήματος. Η ποσότητα της θερμότητας καθορίζεται από τον τύπο

Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας μεμετριέται με την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί μονάδες μάζαςαυτής της ουσίας κατά 1K. Η θέρμανση 1 κιλού ποτηριού ή 1 κιλού νερού απαιτεί διαφορετική ποσότητα ενέργειας. Η ειδική θερμοχωρητικότητα είναι μια γνωστή τιμή που έχει ήδη υπολογιστεί για όλες τις ουσίες, δείτε την τιμή στους φυσικούς πίνακες.

Θερμοχωρητικότητα της ουσίας Γ- αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για τη θέρμανση του σώματος χωρίς να ληφθεί υπόψη η μάζα του κατά 1K.

Τήξη και κρυστάλλωση

Τήξη είναι η μετάβαση μιας ουσίας από στερεά σε υγρή κατάσταση. Η αντίστροφη μετάβαση ονομάζεται κρυστάλλωση.

Η ενέργεια που ξοδεύεται για την καταστροφή κρυσταλλικού πλέγματοςουσίες, καθορίζεται από τον τύπο

Η ειδική θερμότητα σύντηξης είναι μια γνωστή τιμή για κάθε ουσία, δείτε την τιμή στους φυσικούς πίνακες.

Εξάτμιση (εξάτμιση ή βρασμό) και συμπύκνωση

Η εξάτμιση είναι η μετάβαση μιας ουσίας από υγρή (στερεή) κατάσταση σε αέρια κατάσταση. Η αντίστροφη διαδικασία ονομάζεται συμπύκνωση.

Η ειδική θερμότητα εξάτμισης είναι μια γνωστή τιμή για κάθε ουσία, δείτε την τιμή στους φυσικούς πίνακες.

Καύση

Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν μια ουσία καίγεται

Η ειδική θερμότητα της καύσης είναι μια γνωστή τιμή για κάθε ουσία, δείτε την τιμή στους φυσικούς πίνακες.

Για ένα κλειστό και αδιαβατικά απομονωμένο σύστημα σωμάτων, η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας ικανοποιείται. Το αλγεβρικό άθροισμα των ποσοτήτων θερμότητας που δίνονται και λαμβάνουν όλα τα σώματα που συμμετέχουν στην ανταλλαγή θερμότητας είναι ίσο με μηδέν:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) Η δομή των υγρών. επιφανειακό στρώμα. Δύναμη επιφανειακής τάσης: παραδείγματα εκδήλωσης, υπολογισμός, συντελεστής επιφανειακής τάσης.

Από καιρό σε καιρό, οποιοδήποτε μόριο μπορεί να μετακινηθεί σε μια γειτονική κενή θέση. Τέτοια άλματα σε υγρά συμβαίνουν αρκετά συχνά. Ως εκ τούτου, τα μόρια δεν συνδέονται με ορισμένα κέντρα, όπως στους κρυστάλλους, και μπορούν να κινηθούν σε όλο τον όγκο του υγρού. Αυτό εξηγεί τη ρευστότητα των υγρών. Λόγω της ισχυρής αλληλεπίδρασης μεταξύ μορίων σε κοντινή απόσταση, μπορούν να σχηματίσουν τοπικές (ασταθές) διατεταγμένες ομάδες που περιέχουν πολλά μόρια. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παραγγελία μικρής εμβέλειας(Εικ. 3.5.1).

Ο συντελεστής β ονομάζεται συντελεστής θερμοκρασίας διαστολής όγκου . Αυτός ο συντελεστής για τα υγρά είναι δέκα φορές μεγαλύτερος από ότι για τα στερεά. Για νερό, για παράδειγμα, σε θερμοκρασία 20 ° C, β σε ≈ 2 10 - 4 K - 1, για χάλυβα β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, για γυαλί χαλαζία β kv ≈ 9 10 - 6 K - 1 .

Η θερμική διαστολή του νερού έχει μια ενδιαφέρουσα και σημαντική ανωμαλία για τη ζωή στη Γη. Σε θερμοκρασίες κάτω των 4 °C, το νερό διαστέλλεται με φθίνουσα θερμοκρασία (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Όταν το νερό παγώνει, διαστέλλεται, έτσι ο πάγος παραμένει να επιπλέει στην επιφάνεια του παγωμένου σώματος νερού. Η θερμοκρασία του παγωμένου νερού κάτω από τον πάγο είναι 0°C. Σε πιο πυκνά στρώματα νερού κοντά στον πυθμένα της δεξαμενής, η θερμοκρασία είναι περίπου 4 °C. Χάρη σε αυτό, μπορεί να υπάρχει ζωή στο νερό των δεξαμενών κατάψυξης.

Πλέον ενδιαφέρον χαρακτηριστικόυγρά είναι η παρουσία ελεύθερη επιφάνεια . Το υγρό, σε αντίθεση με τα αέρια, δεν γεμίζει ολόκληρο τον όγκο του δοχείου στο οποίο χύνεται. Σχηματίζεται μια διεπαφή μεταξύ ενός υγρού και ενός αερίου (ή ατμού), το οποίο βρίσκεται μέσα Ειδικές καταστάσειςΣε σύγκριση με την υπόλοιπη υγρή μάζα Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι, λόγω της εξαιρετικά χαμηλής συμπιεστότητας, η παρουσία μιας πιο πυκνής επιφανειακής στρώσης δεν οδηγεί σε αξιοσημείωτη αλλαγή στον όγκο του υγρού. Εάν το μόριο μετακινηθεί από την επιφάνεια στο υγρό, οι δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης θα δημιουργήσουν θετική δουλειά. Αντίθετα, για να τραβήξουμε έναν ορισμένο αριθμό μορίων από το βάθος του υγρού στην επιφάνεια (δηλαδή, να αυξήσουμε την επιφάνεια του υγρού), οι εξωτερικές δυνάμεις πρέπει να κάνουν θετικό έργο Δ ΕΝΑεξωτερική, ανάλογη με τη μεταβολή Δ μικρόεπιφάνεια:

Είναι γνωστό από τη μηχανική ότι οι καταστάσεις ισορροπίας ενός συστήματος αντιστοιχούν στην ελάχιστη τιμή της δυναμικής του ενέργειας. Από αυτό προκύπτει ότι η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού τείνει να μειώσει την έκτασή της. Για το λόγο αυτό, μια ελεύθερη σταγόνα υγρού παίρνει σφαιρικό σχήμα. Το ρευστό συμπεριφέρεται σαν δυνάμεις να δρουν εφαπτομενικά στην επιφάνειά του, μειώνοντας (συστέλλοντας) αυτήν την επιφάνεια. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται δυνάμεις επιφανειακής τάσης .

Η παρουσία δυνάμεων επιφανειακής τάσης κάνει την επιφάνεια του υγρού να μοιάζει με ελαστική τεντωμένη μεμβράνη, με τη μόνη διαφορά ότι οι ελαστικές δυνάμεις στο φιλμ εξαρτώνται από την επιφάνειά της (δηλαδή από τον τρόπο παραμόρφωσης της μεμβράνης) και τις δυνάμεις επιφανειακής τάσης δεν εξαρτώνταιστην επιφάνεια του υγρού.

Ορισμένα υγρά, όπως το σαπουνόνερο, έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν λεπτές μεμβράνες. Όλες οι γνωστές σαπουνόφουσκες έχουν το σωστό σφαιρικό σχήμα - αυτό εκδηλώνει επίσης τη δράση των δυνάμεων επιφανειακής τάσης. Εάν ένα συρμάτινο πλαίσιο χαμηλώσει στο διάλυμα σαπουνιού, του οποίου η μία πλευρά είναι κινητή, τότε ολόκληρο θα καλυφθεί με μια μεμβράνη υγρού (Εικ. 3.5.3).

Οι δυνάμεις επιφανειακής τάσης τείνουν να συντομεύουν την επιφάνεια του φιλμ. Για να εξισορροπηθεί η κινούμενη πλευρά του πλαισίου, πρέπει να ασκηθεί μια εξωτερική δύναμη σε αυτό. Χ, στη συνέχεια το έργο Δ ΕΝΑ ext = φά ext Δ Χ = Δ Επ = σΔ μικρό, όπου Δ μικρό = 2μεγάλοΔ Χείναι η αύξηση στην επιφάνεια και των δύο πλευρών του φιλμ σαπουνιού. Δεδομένου ότι οι συντελεστές δυνάμεων είναι ίδιοι, μπορούμε να γράψουμε:

Έτσι, ο συντελεστής επιφανειακής τάσης σ μπορεί να οριστεί ως μέτρο της δύναμης επιφανειακής τάσης που δρα ανά μονάδα μήκους της γραμμής που οριοθετεί την επιφάνεια.

Λόγω της δράσης των δυνάμεων επιφανειακής τάσης σε σταγόνες υγρού και μέσα σε σαπουνόφουσκες, μια υπερβολική πίεση Δ Π. Αν κόψουμε νοερά μια σφαιρική πτώση ακτίνας Rσε δύο μισά, τότε το καθένα από αυτά πρέπει να βρίσκεται σε ισορροπία υπό την επίδραση δυνάμεων επιφανειακής τάσης που εφαρμόζονται στο όριο της τομής με μήκος 2π Rκαι δυνάμεις υπερπίεσης που δρουν στην περιοχή π R 2 ενότητες (Εικ. 3.5.4). Η συνθήκη ισορροπίας γράφεται ως

Αν αυτές οι δυνάμεις είναι μεγαλύτερες από τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων του ίδιου του υγρού, τότε το υγρό βρέχεταιεπιφάνεια συμπαγές σώμα. Σε αυτή την περίπτωση, το υγρό πλησιάζει την επιφάνεια του στερεού σώματος σε κάποια οξεία γωνία θ, η οποία είναι χαρακτηριστική του δεδομένου ζεύγους υγρού-στερεού. Η γωνία θ ονομάζεται γωνία επαφής . Εάν οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των υγρών μορίων υπερβαίνουν τις δυνάμεις της αλληλεπίδρασής τους με τα στερεά μόρια, τότε η γωνία επαφής θ αποδεικνύεται αμβλεία (Εικ. 3.5.5). Στην περίπτωση αυτή, το υγρό λέγεται ότι δεν βρέχεταιτην επιφάνεια ενός στερεού σώματος. Στο πλήρης διαβροχήθ = 0, στο πλήρης μη διαβροχήθ = 180°.

τριχοειδή φαινόμεναονομάζεται άνοδος ή πτώση του υγρού σε σωλήνες μικρής διαμέτρου - τριχοειδή. Τα υγρά διαβροχής ανεβαίνουν μέσω των τριχοειδών αγγείων, τα μη διαβρέχοντα υγρά κατεβαίνουν.

Στο σχ. Το 3.5.6 δείχνει έναν τριχοειδή σωλήνα ορισμένης ακτίνας rχαμηλώνεται από το κάτω άκρο σε υγρό διαβροχής πυκνότητας ρ. Το άνω άκρο του τριχοειδούς είναι ανοιχτό. Η άνοδος του υγρού στο τριχοειδές συνεχίζεται έως ότου η δύναμη της βαρύτητας που ασκεί η στήλη του υγρού στο τριχοειδές γίνει ίση σε απόλυτη τιμή με την προκύπτουσα φά n δυνάμεις επιφανειακής τάσης που δρουν κατά μήκος του ορίου επαφής του υγρού με την επιφάνεια του τριχοειδούς: φά t = φά n, όπου φά t = mg = ρ ηπ r 2 σολ, φά n = σ2π r cos θ.

Αυτό υπονοεί:

Με πλήρη μη διαβροχή, θ = 180°, cos θ = –1 και, επομένως, η < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Το νερό βρέχει σχεδόν εντελώς την καθαρή γυάλινη επιφάνεια. Αντίθετα, ο υδράργυρος δεν διαβρέχει εντελώς τη γυάλινη επιφάνεια. Επομένως, το επίπεδο του υδραργύρου στο γυάλινο τριχοειδές πέφτει κάτω από το επίπεδο στο δοχείο.

24) Εξάτμιση: ορισμός, είδη (εξάτμιση, βρασμός), υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας για εξάτμιση και συμπύκνωση, ειδική θερμότητα εξάτμισης.

Εξάτμιση και συμπύκνωση. Εξήγηση του φαινομένου της εξάτμισης με βάση την έννοια του μοριακή δομήουσίες. Ειδική θερμότητα εξάτμισης. Οι μονάδες της.

Το φαινόμενο της μετατροπής του υγρού σε ατμό ονομάζεται εξάτμιση.

Εξάτμιση - η διαδικασία εξάτμισης που λαμβάνει χώρα από ανοιχτή επιφάνεια.

Τα υγρά μόρια κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες. Εάν οποιοδήποτε μόριο βρίσκεται στην επιφάνεια του υγρού, μπορεί να υπερνικήσει την έλξη γειτονικών μορίων και να πετάξει έξω από το υγρό. Τα μόρια που διαφεύγουν σχηματίζουν ατμό. Οι ταχύτητες των υπόλοιπων υγρών μορίων αλλάζουν κατά τη σύγκρουση. Σε αυτή την περίπτωση, ορισμένα μόρια αποκτούν ταχύτητα επαρκή για να πετάξουν έξω από το υγρό. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται, έτσι τα υγρά εξατμίζονται αργά.

*Ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται από τον τύπο του υγρού. Αυτά τα υγρά εξατμίζονται πιο γρήγορα, στα οποία τα μόρια έλκονται με λιγότερη δύναμη.

*Η εξάτμιση μπορεί να συμβεί σε οποιαδήποτε θερμοκρασία. Αλλά στο υψηλές θερμοκρασίεςη εξάτμιση είναι ταχύτερη .

*Ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται από την επιφάνειά του.

*Με τον άνεμο (ροή αέρα), η εξάτμιση γίνεται πιο γρήγορα.

Κατά την εξάτμιση, η εσωτερική ενέργεια μειώνεται, γιατί. κατά την εξάτμιση, τα γρήγορα μόρια εγκαταλείπουν το υγρό, επομένως, η μέση ταχύτητα των υπόλοιπων μορίων μειώνεται. Αυτό σημαίνει ότι εάν δεν υπάρχει εισροή ενέργειας από έξω, τότε η θερμοκρασία του υγρού μειώνεται.

Το φαινόμενο της μετατροπής του ατμού σε υγρό ονομάζεται συμπύκνωση. Συνοδεύεται από απελευθέρωση ενέργειας.

Η συμπύκνωση ατμών εξηγεί το σχηματισμό νεφών. Οι υδρατμοί που ανεβαίνουν πάνω από το έδαφος σχηματίζουν σύννεφα στα ανώτερα ψυχρά στρώματα αέρα, τα οποία αποτελούνται από μικροσκοπικές σταγόνες νερού.

Ειδική θερμότητα εξάτμισης - σωματική. μια ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα απαιτείται για να μετατραπεί ένα υγρό μάζας 1 kg σε ατμό χωρίς να αλλάξει η θερμοκρασία.

Oud. θερμότητα εξάτμισης συμβολίζεται με το γράμμα L και μετριέται σε J / kg

Oud. θερμότητα εξάτμισης νερού: L=2,3×10 6 J/kg, αλκοόλη L=0,9×10 6

Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή ενός υγρού σε ατμό: Q = Lm

Σε αυτό το μάθημα, θα μάθουμε πώς να υπολογίζουμε την ποσότητα της θερμότητας που χρειάζεται για να θερμανθεί ένα σώμα ή να το απελευθερώσει όταν κρυώσει. Για να γίνει αυτό, θα συνοψίσουμε τις γνώσεις που αποκτήθηκαν σε προηγούμενα μαθήματα.

Επιπλέον, θα μάθουμε πώς να χρησιμοποιούμε τον τύπο για την ποσότητα θερμότητας για να εκφράσουμε τις υπόλοιπες ποσότητες από αυτόν τον τύπο και να τις υπολογίσουμε, γνωρίζοντας άλλες ποσότητες. Θα εξεταστεί επίσης ένα παράδειγμα προβλήματος με λύση για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας.

Αυτό το μάθημααφιερώνεται στον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας όταν ένα σώμα θερμαίνεται ή απελευθερώνεται από αυτό όταν ψύχεται.

Η δυνατότητα υπολογισμού της απαιτούμενης ποσότητας θερμότητας είναι πολύ σημαντική. Αυτό μπορεί να είναι απαραίτητο, για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στο νερό για τη θέρμανση ενός δωματίου.

Ρύζι. 1. Η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να αναφερθεί στο νερό για τη θέρμανση του δωματίου

Ή για να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται καύσιμο σε διάφορους κινητήρες:

Ρύζι. 2. Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται καύσιμο στον κινητήρα

Επίσης, αυτή η γνώση χρειάζεται, για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται από τον Ήλιο και χτυπά τη Γη:

Ρύζι. 3. Η ποσότητα θερμότητας που εκλύεται από τον Ήλιο και πέφτει στη Γη

Για να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας, πρέπει να γνωρίζετε τρία πράγματα (Εικ. 4):

σωματικό βάρος (το οποίο συνήθως μπορεί να μετρηθεί με ζυγαριά).
τη διαφορά θερμοκρασίας με την οποία είναι απαραίτητο να θερμανθεί το σώμα ή να το ψύξει (συνήθως μετριέται με θερμόμετρο).
ειδική θερμοχωρητικότητα του σώματος (η οποία μπορεί να προσδιοριστεί από τον πίνακα).

Ρύζι. 4. Τι πρέπει να γνωρίζετε για να προσδιορίσετε

Ο τύπος για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας έχει ως εξής:

Αυτός ο τύπος περιέχει τις ακόλουθες ποσότητες:

Η ποσότητα θερμότητας, μετρημένη σε joules (J);

Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας, μετρούμενη σε:

- διαφορά θερμοκρασίας, μετρημένη σε βαθμούς Κελσίου ().

Εξετάστε το πρόβλημα του υπολογισμού της ποσότητας θερμότητας.

Εργο

Ένα χάλκινο ποτήρι με μάζα γραμμαρίων περιέχει νερό όγκου ενός λίτρου σε θερμοκρασία . Πόση θερμότητα πρέπει να μεταφερθεί σε ένα ποτήρι νερό ώστε η θερμοκρασία του να γίνει ίση με ;

Ρύζι. 5. Απεικόνιση της κατάστασης του προβλήματος

Αρχικά, γράφουμε μια σύντομη συνθήκη ( Δεδομένος) και να μετατρέψετε όλες τις ποσότητες στο διεθνές σύστημα (SI).

*Δεδομένος:*	ΣΙ

*Εύρημα:*

Λύση:

Πρώτα, καθορίστε ποιες άλλες ποσότητες χρειαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα. Σύμφωνα με τον πίνακα ειδικής θερμοχωρητικότητας (Πίνακας 1), βρίσκουμε (ειδική θερμοχωρητικότητα χαλκού, αφού κατά συνθήκη το γυαλί είναι χαλκός), (ειδική θερμοχωρητικότητα νερού, αφού κατά συνθήκη υπάρχει νερό στο ποτήρι). Επιπλέον, γνωρίζουμε ότι για να υπολογίσουμε την ποσότητα της θερμότητας, χρειαζόμαστε μια μάζα νερού. Κατά συνθήκη, μας δίνεται μόνο ο τόμος. Επομένως, παίρνουμε την πυκνότητα του νερού από τον πίνακα: (Πίνακας 2).

Αυτί. 1. Ειδική θερμοχωρητικότητα ορισμένων ουσιών,

Αυτί. 2. Πυκνότητες ορισμένων υγρών

Τώρα έχουμε όλα όσα χρειαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.

Σημειώστε ότι η συνολική ποσότητα θερμότητας θα αποτελείται από το άθροισμα της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του χάλκινου γυαλιού και της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού σε αυτό:

Αρχικά υπολογίζουμε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του χάλκινου γυαλιού:

Πριν υπολογίσουμε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού, υπολογίζουμε τη μάζα του νερού χρησιμοποιώντας τον γνωστό σε εμάς τύπο από τον βαθμό 7:

Τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε:

Τότε μπορούμε να υπολογίσουμε:

Θυμηθείτε τι σημαίνει: kilojoules. Το πρόθεμα «κιλό» σημαίνει .

Απάντηση:.

Για τη διευκόλυνση της επίλυσης προβλημάτων εύρεσης της ποσότητας θερμότητας (τα λεγόμενα άμεσα προβλήματα) και των ποσοτήτων που σχετίζονται με αυτήν την έννοια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον παρακάτω πίνακα.

Επιθυμητή αξία	Ονομασία	Μονάδες	Βασική Φόρμουλα	Φόρμουλα για την ποσότητα
Ποσότητα θερμότητας